3PC浮选柱浮选低品位尾矿中的细粒金

    一、概述

    浮选尾矿的处理是当今矿物加工领域一个令人非常感兴趣的课题，这是由于这些废弃资源既是可利用的潜在资源，也是存在的一个环境污染问题。今天成千上万吨的浮选尾矿被堆放和排放。复杂矿石需要浮选给矿过度的磨矿，因此浮选尾矿的排放量正在不断的增加，同时导致有用组分大量损失。建议采用不同的“原地”处理流程从老尾矿坝或新排放的浮选尾矿中回收损失的矿物颗粒。尾矿中的有价金属矿物分布于粗粒级中，但主要分布于细粒级中。细粒损失主要是由于在浮选捕收小于10μm细粒级矿物的效果差造成的。处理这些尾矿的工艺有对尾矿坝堆放尾矿和新尾矿进行水冶处理以及浮选（常规浮选机和浮选柱）。

    用浮选柱浮选回收有用组分的工艺在许多不同的工业生产中持续稳步地增长。采用浮选柱的主要特点是投资低、操作费用低、适于自动控制和选矿指标高。然而，采用浮选柱处理尾矿的工业应用还不是很多，也不为大家所熟悉。

    浮选柱就是一个反应器，主要由捕集区和泡沫区组成。捕集区的目的是使疏水颗粒粘附在气泡上，泡沫区主要起运输和泡沫富集作用。从泡沫上脱落的矿物返回到捕集区，又再进人泡沫区，依次轮回，停留在矿浆与泡沫界面处，随时离开浮选柱。本文中的浮选柱是一个改进型的浮选柱，目的是为了提高质量传递速率和捕收能力。该浮选柱分选出从泡沫区脱落的矿物颗粒（第三个产品），在给矿与泡沫区之间采用一个二次冲水系统。这种浮选机和常

规的线性浮选机相比，可以生产出高品位的精矿（见表1)。

表1  报导过的3PC矿物浮选柱

矿物种类	详情和结果
智利铜业公司Andina和El Teniente选矿厂硫化铜矿浮选给矿	3PC浮选柱作为闪速粗选；铜精矿品位比选厂的最终精矿品位高（铜品位约40％）
智利铜业公司硫化铜矿Andina选矿厂浮选粗精矿（磨与未磨的）	3PC浮选柱用于精选；比常规浮选柱的精矿品位高（铜品位约30％）
锌铅硫化矿石	3PC浮选柱用于粗选生产粗精矿；比常规浮选柱的精矿品位高
萤石矿石	3PC浮选柱用于粗选和精选；精矿品位cafe＞95％，常规浮选柱不能获得这样高的品位
金矿石	3PC浮选柱用于粗选和精选；生产金精矿；精矿金品位比现厂金精矿品位高
钙质矿石	3PC浮选柱用于粗选和精选，效果明显

 

    众所周知，在高强度调浆（HIC)条件下能量传递能提高浮选回收率、精矿品位和微细粒的动力学特性。至今，已经提出了许多理论用来解释在HIC过程中发生的现象，如通过细粒和中粒间的团聚作用发生载体或自载体浮选；药剂分散提高捕收剂的吸附量；产生微细气泡和清洗表面。

    这篇论文的目的是展示在HIC条件下，改进型浮选柱(3PC)从铜金浮选尾矿中回收含金矿物的试验结果。无论是新的还是堆存的浮选尾矿，在许多国家数量都是非常大的，因此回收这些损失的细粒矿物具有重要的经济意义。本工作提供了采用3PC浮选柱连续试验研究结果。

    二、试验

    （一）材料

    尾矿样取自智利Copiapo附近的流程相似的两个不同选矿厂。对采集后的试样1进行小型试验研究，对两个样品都进行了半工业试验和工业试验。

    1、尾矿1

    尾矿1是低品位的铜金矿浮选尾矿（金品位0.15～0.4 g/t)，金的解离度很低，铜品位也很低(＜0.2％Cu)。矿物学研究结果表明，主要矿物有黄铜矿、斑铜矿、方解石、磁铁矿、长石和金。金在不同粒级中的分布率如图1所示。正如想象的那样，金粒分布在粗粒级和细粒级中。

图1  金在不同粒级中的分布率 

    2、尾矿2

    尾矿2取自粗精选的金选厂（金品位1～1.3g/t）浮选的尾矿。这个矿样的金粒大部单体解离，部分与黄铁矿连生，其次是与铜矿物连生。粒度分析结果表明，62％的金小于26μm（50％的金小于10μm)。

    （二）高强度调浆浮选小型试验方法

    尾矿1在12h内采集，在捕收剂（SF－114、SF－623和SF－554）42g/t，每种起泡剂（DF－250、MIBC和松醇油）9g/t的混合药剂（选厂实践）条件下进行调浆。样品经过滤、洗涤、烘干、称重，将样品缩分成重量为908g的一份小样，浮选槽内的矿浆固体含量大约为32％。

    在HIC之前，首先将浮选给矿放到3L丹佛浮选机内调浆3min，以确保捕收剂的吸附。用石灰将pH值调节至6.5。然后在同一个浮选槽内安装4个由丙烯酸材料制成四个挡板，以便在紊流状态下产生HIC。传递的能量是通过个电压表和电流表控制的。

    在搅拌速度1400 r/min下对2L矿浆调浆25～100s，以便产生0.5～4kW/h·m³的能量输出。

    保持浮选时间为10 min、搅拌速度为1000 r/min和矿浆体积不变的情况下，每15s获得一个精矿。然后精矿和尾矿样品经过滤、烘干和称重，并用原子吸收法分析金的品位。在2L浮选槽内调浆1.5 min，叶；叶轮转速1000 r/min(没有挡板）、pH7.5、固体含量32％和同样药荆用量条件下进行标准的空白试验。

    （三）浮选柱

    改进型的三产品浮选柱(3PC)直径为5cm、高为5.8m，泡沫区高度大约为0.5 m（在0.3m到0.7m之间波动）；过渡区高度在30 cm到90 cm之间波动。3PC浮选柱的操作详情和浮选不同矿物获得的试验结果在别的论文中可以找到。

    3PC浮选柱可将泡沫区与捕集区分隔开。Falutsu等人在实验室条件下首次应用这种浮选柱测定了浮选回收率和泡沫流速。Rubinstein也记述了一种设计相似的浮选柱设计，但没有给出具体的试验结果。

    改进型浮选柱和常规浮选柱之间的区别如下：

    1)在给矿与冲洗水之间有二次富集区或过渡区；

    2)泡沫分选区位于浮选柱顶部的泡沫区和精选区或泡沫区的下面，其中有脱落的捕收荆和第三个产品。

    本工作中使用的常规浮选柱（CC）与3PC浮选柱相同，只是上部没有改进而已。现场工业试验是在最终尾矿处接出一个旁流后进行的。每一个浮选试验在流程平衡30min后持续6h。

    用金的分选参数（精矿品位和富集比）度量浮选效率。所研究的操作参数有横载面矿浆速度、空气流量和冲洗水量。再添加少量的捕收剂（异丙基黄药）和起泡剂（Dowfroth 1012）以增强矿粒的疏水和形成较厚并且流动性良好的泡沫。

    （四）HIC－3PC浮选柱浮选试验

    仅对矿样1进行了HIC预处理浮选试验。使用带有4个挡板的圆筒形容器进行HIC，其有效容积为2L，搅拌强度保持在1400 r/min不变，这可确保在试验停留时间内产生2 kw/h·m³的量输出（最佳试验条件下）。这个容器放在3PC浮选柱的前面，对给矿进行预处理，如图2所示。

       

图2 改进型3PC浮选柱示意图 

    三、结果与讨论

    （一）尾矿样1

    HIC过程中能量传递对精矿回收率的影响如图3所示。回收率波峰对应的能量为2kw/h·m³，正象微观照片揭示的那样，此时细粒金粘附在黄铜矿和斑铜矿以及中等粒度金粒表面上，在第一分钟内它们的浮选速度得到很大加速（图3所示）。       

 图3 HIC强度和浮选时间对含金属矿浮选的影响 （pH：6.5、捕收剂42g/t，起泡剂27g/t）  

    分选过程出现载体浮选（金与黄铁矿的集合体）和自载体浮选（中粒和细粒金的集合体）现象。作者已报导了这个方法类似的试验结果。

    在高速剪切调浆浮选中，主要相关参数有矿浆紊流程度、捕收剂浓度（疏水性）和起泡效果。对特别低品位的金矿来说，起泡效果非常重要。

    另一个影响浮选选择性的因索是在HIC过程中矿粒上或絮团空隙中的气泡成核作用。HIC时由于空气吸入矿浆中，因此徽细气泡开始形成，并粘附在疏水的矿粒上，这些有利于矿物的浮选。

    1、HIC浮选柱浮选试验研究

改变操作参数研究3PC浮选柱的分选性能，例如给矿横截面速度（图4)、冲洗水2流速（图5)和空气流速（图6)。对给矿在HIC条件下和常规搅拌下获得的试验结果进行比较。

    图4  给入矿浆横截面速度对3PC浮选柱浮选金矿（金品位0.15～0.4g/t)的分选富集比影响（空气横截面流速为1.56cm/s，冲洗水1的横截面流速为0.29cm／s，冲洗水2横面流速为0.20 cm/s)     ■－HIC搅拌；□－常规搅拌  图5  清洗水2横截面流速对3PC浮选柱浮选金矿（金品位0.15～0.4g/t）的分选富集比影晌（空气横截面流速为1.56cm/s冲洗水1的横截面流速为0.29cm/s，给入矿浆横面流速为0.95 cm/s) ■－HIC搅拌；□－不用HIC搅拌 

    正如所预料的那样，这种浮选柱的矿浆和空气最佳横截面参数值，即矿浆在浮选柱中的停留时间和紊流程度是决定因素。清洗水2可以减少脉石细泥的夹带程度，这主要是浮选柱的偏压水流起作用。因此，过渡区及其长度对3PC浮选柱是非常重要的。这个区域内矿浆浓度比适于气泡／疏水矿物快速浮选的捕集区要稀些。

    在HIC作为预处理条件下，常规浮选柱和3PC浮选柱浮选金的试验结果对比如图6所示。所有的试验结果都表明，3PC浮选柱浮选精矿的品位比常规浮选柱浮选精矿的品位高。但是，常规浮选的回收率高是由于中矿量较大引起的。

图6  空气流速对CC（常规）浮选柱和3PC浮选柱（矿浆经HIC预处理）浮选低品位金属矿（金品位0.15～0.2g/t)时的富集比影响。（给矿横截面速度0.95 cm/s，清洗水1横截流速0.29cm／s，冲洗水2横截面流速为0.20cm/s) ■－HIC搅拌；□－不用HIC搅拌  

    与常规浮选柱相比，3PC浮选柱总是可以生产出高品位的精矿。因此，损失的大部分金矿物可以用HIC－3PC浮选柱精矿再返回，然后直接进人粗选回路或与最终精矿合并。

    2、尾矿2

    本试验的目的是在一个更有利的系统中确认3PC浮选柱的性能，这个系统中金的品位更高，矿物已全部单体解离。图7所示的试验结果验证了前面的试验结果，同时也确定了在没有HIC预处理条件下，需在较高的动力学条件下才能获得高品位的精矿。最佳的试验结果是15％的金回收率，金品位高于160 g/t,金的富集比达到120。

    这些结果证明，改进型的3PC浮选柱是一个高富集比、高选择性的浮选柱，甚至比浮选厂中常规浮选柱一粗一精获得的精矿品位（金品位(70～90g/t)还要高。

图7  空气横截面流速对3PC浮选柱浮选金属矿 （金品位1～1.3 g/t）时富集比的影晌     空气横截面流速大约在1.6cm/s时，3PC浮选柱的效率最高。空气流速小于1.6cm/s时，回收率比较低，而流速大时，在捕集区可以看到强烈的紊流，降低了所有的分选参数。对于第三个产品，在所有试验中金的品位都非常低，可以和尾矿一起抛掉。    四、最终的一些考虑    （一）HIC    试验结果表明，HIC预处理对小型浮选试验和连续浮选试验都是很有效的，HIC预处理的分选参数（金的富集比）总比没有经HIC预处理的试验结果要高。    精矿显微镜分析结果表明，首先捕收的是较大颗粒的金，然后是单个或携带细粒金矿物，最后是连生在黄铜矿和斑铜矿上的非常细粒的金。    在最高的传输能量时，由于摩擦作用，矿粒之间脱附发生，这可以稳定金颗粒的浮选。    本项工作和其它工作结果证实了适用于金矿物浮选的这些机理，即：    1)高的浮选速率（本文中的图3)，特别在细粒金本身团聚或被硫化矿物携带时；    2)典型的品位—回收率曲线；    3)高度真实的浮选参数值；    4)高精矿品位（本文中的图6)。    HIC的影响程度主要取决于贵金属的粒度分布、矿物的疏水性和总传输能量的多少和方式。    在粗粒与细粒以足够能量碰撞时颗粒之间的附着过程可能是可逆的。细粒矿粒由于比表面积、剪切力、界面能都大，因此经过短时间的HIC后，细颗粒很容易附着在粗颗粒表面上．这似乎与矿泥覆盖在粗颗粒充作载体的现象相似。    有关在疏水聚团或附着发生时矿物可有效分选的技术报导很多，这方面的例子有超细粒剪切絮凝浮选、载体浮选和乳化浮选。在强搅拌下矿粒疏水化和形成絮团是本文主要的相关问题。这些工艺的分离机理实际上是亲水颗粒与疏水的絮团分选。    （二）3PC浮选柱浮选    3PC浮选柱可以当作是一个分级柱，浮选柱的性能主要取决于矿粒的疏水性、粒度（解离粒度）、清洗水作用（两段清洗水）。因此，中等粒级疏水矿粒的浮选速率很快，会快速离开泡沫进入浮选精矿中。疏水性差的中矿由于含金品位（接触角）不同，因此中矿不是被气泡捕集，就是与脉石矿泥夹带或包裹作为脱落物料（第三产品）排掉了。3PC浮选柱效率高可解释为，在CC浮选柱中，总有部分物料处于循环状态（见图8）。因此，部分从泡沫上脱落的产品就停留在矿浆／泡沫界面上，然后一部分返回泡沫中，一部分作为尾矿排掉。返回泡沫的又重新从泡沫上脱落，一个新的循环又开始了。这部分主要是由品位低的中矿或与脉石矿泥夹带、包裹的中矿组成。因为这部分中矿必须从浮选柱一个口排出去，因此它不是进入精矿降低精矿品位，就是作为尾矿排掉，从而损失回收率（尾矿量很 大，损失也会很大）。而3PC浮选柱的第三个产品，可以根据其品位抛掉，也可以循环到粗选中，或者返回磨矿闭路，或者返回分级（脱泥）作业中。 

 图8  中矿和脉石矿物颗粒在CC常规浮选柱中的流动特性     在常规浮选柱中，由于低品位脱落物料的存在，因此富集比较低，但回收率较高（中矿返回到精矿中）。这些现象说明了3PC浮选柱具有比CC浮选柱难以达到的高的富集比。3PC浮选柱捕集区的最上部是一个没有被副产品清洗和没有返回的泡沫区（图9)。因此，这个区域的物理性质、固体含量和品位都保持恒定。浮选柱在恒定的矿浆浓度、黏度、水喷头压力和含气量参数条件下操作。

图9  有用矿物、中矿和脉石矿物在3PC浮选柱中的流动特性 

    由于3PC浮选柱和分选选择性高，因此它可以在各种条件下使用。与给矿质量无关，3PC浮选柱的富集比取决于系统中解离的疏水矿粒的数量。这使得3PC浮选柱也可以处理不经济的、低品位的尾矿。对于一个浮选系统来说，给矿HIC预处理是必需的，这可以使非常细的有用矿物颗粒形成更有利于上浮的絮团。

    五、结论

    改进型的3PC浮选柱的富集比比常规浮选柱的富集比更高。尾矿中抛掉的金可以用3PC浮选柱在HIC辅助条件下进行浮选回收。富集比在50到120之间波动，这取决于对给矿药剂处理、金品位、金矿物的解离度、给矿的HIC预处理和横截面流速参数。从泡沫上脱落下来的产品（第三个产品）的选择性分离可以避免矿物颗粒的返回，这部分产品在常规浮选柱中经常会降低精矿品位。在3PC浮选柱中由于没有循环物料，因此可以节省一次精选。浮选柱前的HIC处理是一个非常有效的预处理手段，可以提高矿物的选择性，改善浮选动力学特性，结果细粒金可以形成絮团，并通过载体浮选或自载体浮选回收。