微细粒矿物浮选研究进展

微细粒矿物浮选研究进展

杜文平

【摘 要】矿石中的难选微细粒矿物浮选一直是制约提高有用矿物回收率和减少资源浪费的关键因素.随着我国矿产资源的储量逐渐减少,富矿、易选矿物逐渐开采殆尽,难选矿物、微细粒矿物将会成为今后矿产资源回收的主要方向.主要从常规浮选工艺、纳米气泡浮选工艺以及浮选药剂等方面的研究介绍了微细粒回收的浮选现状.

【期刊名称】《铜业工程》

【年(卷),期】2017(000)002

【总页数】6页(P63-68)

【关键词】微细粒矿物;絮凝;纳米气泡;浮选;药剂

【作 者】杜文平

【作者单位】江西铜业集团公司 德兴铜矿, 江西 德兴 334224

【正文语种】中 文

【中图分类】TD923

近年来，随着我国经济建设的不断发展，城市基础建设规模不断增大。一方面，对金属的需求量在不断地增长，导致金属矿石的产量逐年增大。另一方面，随着矿产资源的不断开发，大量高品位易选矿物逐渐被开采殆尽，富矿和易处理矿石资源日趋减少，开发难度越来越大，直接导致现阶段可利用的矿产资源趋于 “贫、细、杂”的状况。为了更好地实现这类矿物的回收，常常需要通过细磨使矿物充分单体解离。然而矿物颗粒被磨得越来越细，却导致了微细粒矿物的浮选性能越来越差，捕收剂与矿物的作用效果变弱，浮选回收率下降，捕收困难等问题［1］。据调查，世界上33%的磷酸盐矿物，20%的含钨矿物，16%的含铜矿物以及其他有用矿物损失于微细颗粒中［2］。微细粒矿物的难以回收不仅造成了大量资源浪费，形成巨大的经济损失。而且微细粒矿物随着尾矿浆进入周围的生态系统，还会对自然环境造成难以估计的不利影响。因此，对微细粒有用矿物的回收工作是当今选矿行业急需解决的问题［3］。

近年来，针对微细粒自身粒度小、比重小的特性，国内外的选矿技术人员经过多年的研究［4-5］，总结出解决微细粒的回收难题主要集中在三个方向：一是从增大微细粒的表观直径的角度，研究各分选工艺对细粒浮选的影响；二是为了减少气泡的尺寸，增加气泡与微细粒矿物的碰撞和粘附，从而提出了纳米起泡浮选工艺；三是浮选药剂的研究。

2.1 絮凝浮选

2.1.1 高分子絮凝

高分子絮凝浮选法有选择性和疏水性絮凝两种。选择性浮选法是指通过在两种或者多种矿物中添加特定的絮凝剂有选择性地将其中一种或几种矿物通过絮凝的方法分离出来。选择性絮凝主要是针对目的矿物进行有针对性有选择性的捕收；疏水性絮凝则是指将矿物中疏水性的各种矿物进行统一絮凝浮出，留下目的矿物，从而实现目的矿物与非目的矿物的分离［6］。

周德炎等人［7］在对某微细粒铅锌矿进行浮选研究时，通过使用BS作为絮凝剂，明显提高了+ 0.01μm矿物的回收率，同时提高了铅锌精矿的品位，增强了铅锌的浮选分离效果。陈雨佳等人［8］通过使用氧化亚铁硫杆菌作为微细粒硫化矿物浮选的选择性絮凝剂，增强了矿物表面的疏水性，使其发生絮凝，增大矿物颗粒大小，提高了锌精矿的品位和回收率。

2.1.2 剪切絮凝 剪切絮凝是指在微细粒矿浆中加入表面活化剂，调节其活性，然后通过外部设备强力搅拌矿浆，使疏水性颗粒之间产生强烈的剪切力，微细粒矿浆在剪切力和疏水键的合力作用下形成絮团，增大颗粒直径，最后使用泡沫浮选法将微细粒组成的絮团浮出。

Warren等人［9］在对超细粒白钨矿进行浮选试验研究时发现，在强力搅拌条件下，矿浆中的疏水性矿粒之间能够产生更大的动能，更容易发生有效碰撞，在捕收剂分子非极性基烃链间的疏水缔合能形成絮团，从而被浮选回收。瑞典一选矿厂在对白钨矿进行浮选时，通过使用剪切絮凝法，将微细粒级的白钨回收率从0.5%提高到70%。

剪切絮凝浮选法与单一浮选法相比，可以获得更高的回收率，达到更好的浮选捕收效果。但是并未从根本上彻底改善微细粒的分选回收效果，并且影响剪切絮凝浮选效果的因素较多，如颗粒的直径、表面电位、矿物疏水性、矿浆浓度、搅拌机的速率和搅拌的时间等，增加了操作的复杂性。

2.2 载体浮选

使用易浮的粗颗粒作为微细粒浮选时的载体，使微细粒附着在粗颗粒表面，被气泡一同带出浮选溶液，从而实现微细粒的选别，称为载体浮选法。载体浮选法主要是通过构造微细粒浮选的 “载体”，起到一个 “催化剂”的效果，促进微细粒的浮选分离，不改变矿物自身的性质及组成结构，具有很好的实用性。载体浮选作为有效回收微细粒矿物的方法，不仅可以降低药剂成本，减少药剂对环境的污染，而且能提高金属回收率。

朱阳戈、张国范等人［10］在对0~20μm微细粒钛铁矿进行回收研究时，采用了大颗粒钛铁矿作为载体回收微细粒钛铁矿。这种方法称之为自载体法。实验用钛铁矿矿样纯度为96.88%，少部分研磨至0~20μm粒级，并采用筛分、水析等方法获得20~ 38、38~74、74~100μm粒级的 “载体颗粒”。实验采用硫酸和氢氧化钠作为pH调整剂，油酸钠作为捕收剂，XFG挂槽浮选机作为浮选分离设备。浮选中油酸钠作用于矿物表面使其疏水，微细粒吸附于大颗粒载体上，形成团聚。降低细粒级含量，形成自载体作用。

赵华伦等人［11］处理某氧化铜矿石时，采用硫化铜精矿 (含铜24%左右)作为载体，与未用载体法处理得到的铜精矿，品位和回收率均有所提高。

王伊杰等人［12］以鲁甸微细粒独立银矿石为研究对象，采用活性炭吸附浮选法对银矿物进行回收时发现，试验与常规浮选试验相比，银精矿品位提高了近3000g/t，由此表明：细粒级银矿物被吸附于活性炭上，使其易于被捕收。

2.3 油团聚浮选

按照非极性油用量的不同，油团聚分选形成了三个不同选别工艺：乳化浮选 （油水比约为 1%）、油团聚分选 （油水比约为 5%）和两液分离 （油水比约为

10%~20%）。

乳化浮选是指通过乳化的方法将非极性油分散成一滴滴的小油珠，通过小油滴为介质使微细粒矿物实现团聚，最后使用泡沫浮选分离。乳化浮选过程中，非极性油的乳化效果的好坏直接决定了浮选效果的优劣。主要适用于天然疏水性的矿物，如煤，石墨，磷锰矿等。

廖寅飞等人［13］通过对细粒级进行了煤油乳化研究，试验结果发现：不仅可以增强细粒煤的浮选效果，还能减少捕收剂用量。

油团聚分选主要是通过调整剂预先处理矿粒使其选择性疏水，然后添加非极性油使其它颗粒粘附在油滴上形成团聚，最后是用泡沫浮选将油团与疏水性微细粒矿粒进行分离。油团聚筛分的优点是在进行矿物分离时也进行了脱水，简化了后续的操作步骤。缺点是药剂用量大，成本高，不具有循环性。

王晖等人［14］采用油团聚浮选浙江某尾矿中微细粒钼矿，试验获得了不错效果，为钼精矿浮选创造了有利条件。不但解决了尾矿堆存的问题，也取得了一定的经济价值。

两液分离主要是通过调整剂预先处理矿粒使其选择性疏水，然后添加非极性油，在外部设备的搅拌作用下，使疏水性颗粒与非极性油吸附在一起形成稳定的乳浊液，上升至矿浆上层形成精矿层，最后使用浮选分离，将精矿油层刮出。两液分离主要是使用非极性油替代泡沫进行浮选分离。具体的影响因素有：非极性油的特性、矿浆浓度、pH值、以及捕收剂的性质、搅拌强度等。

科卡巴格等人［15］在研究黄铜矿、黄铁矿和方铅矿可浮性的影响时，使用双液浮选法。当还原剂使用Na2S时，都能发生浮选作用；在没用使用捕收剂的情况下，黄铜矿和黄铁矿都能在同电位下分离；而方铅矿需要在有捕收剂存在并高电位下才能分离出来。

2.4 离子浮选

离子浮选是通过利用表面活性剂与溶液中的离子形成可溶性物质附着于气泡上浮，形成分离的过程。离子浮选具有选择性广的特点，缺点是药剂价格较昂贵，也是未来的研究方向。

唐林生等人［16］在研究锰结核矿浮选工艺时，由于浸出液中有害杂质 （锰、铁等）含量高，使用常规浮选方法回收效果不理想，所以采用离子浮选工艺富集铜、镍、钴等。试验结果发现，浸出矿浆中锰和铁的脱去效果显著，几乎全部脱去，铜、镍、钴的回收率有较明显的提高。

2.5 膜分离工艺

膜分离是指利用膜对物质的选择性渗透作用，在膜两侧存在一定的力差时，实现目的物质透过膜，非目的物质则被膜阻挡，无法透过，从而实现对混合溶液中目的物质的分离、提纯和富集作用。膜分离工艺具有简单、高效、节能环保等特点，而且膜分离过程中无相变发生，可在常温下连续操作。

江西理工大学黄万抚教授通过使用应用膜浓缩技术处理铜钼混合精矿，首先采用膜浓缩器浓缩旋流器溢流和旋流器给矿，均可一次浓缩至50%~ 60%，膜浓缩器运行稳定。经膜浓缩后微细粒矿浆其浮选性能均得到显著改善，特别是细粒Mo的回收效果明显。既可降低Na2S用量，又可显著提高Mo品位和回收率。有效克服残留药剂和微细颗粒对Mo矿物浮选的影响。获得钼粗精矿产率7.20%，Mo品位2.88%，回收率62.35%的优良指标，若旋流器脱泥部分产率为30%，则采用该工艺后可提高Mo总回收率18%以上，效益非常显著。

2.6 复合团聚分选

复合团聚浮选，是根据矿物颗粒的物理或者化学性质的差异，同时使用两种或两种以上的团聚方法进行浮选分离的联合工艺。复合团聚是联合浮选工艺在微细粒浮选体系的又一应用。复合团聚法具有其它单一浮选法所无法比拟的效果，尤其是对微细粒矿物的浮选回收而言，无论是在选择性还是分选效果方面都具有明显的优势。目前常用的复合团聚分选方法主要有： （1）絮凝-磁种分选； （2）疏水-磁种分选； （3）高分子絮凝-磁种分选；（4）疏水-磁复合聚团分选。

中南大学周艳飞等人［17］采用疏水性絮凝磁种磁选法从氧化铝赤泥中回收微细粒铁，在原矿中加入分散剂六偏磷酸钠调节矿浆使赤铁矿分散，减少矿物表面的矿泥覆盖，同时抑制了石英等脉石矿物，然后加入选择性絮凝剂油酸煤油使赤铁矿微细颗粒选择性絮凝以增大其表观粒度，最后加入磁种搅拌，使磁性相与赤铁矿微细粒颗粒絮团充分接触吸附后以增强其磁性，再用磁选方法进行分离。获得的铁精矿品位达到45.49%，回收率56.88%。远远优于常规磁选法、浮选法对铝土矿中微细粒铁的回收效果。

李家林等人［18］对某选矿厂浮选尾矿进行研究发现，利用磁铁矿与赤铁矿的可浮性存在差异，通过添加磁载体，预磁有利于改善浮选指标。与不预磁相比，在浮选精矿产率相近的前提下，预磁后浮选尾矿铁品位降低0.55个百分点、铁回收率增加0.58个百分点。 相关研究表明，充气矿浆中的气泡尺寸大小、数量和分布 (空间和时间)对浮选过程影响极大，其中气泡尺寸不但影响浮选速度和回收率，而且影响浮选选择性。根据浮选过程中大气泡适应于粗粒级矿物的浮选，小气泡适用于细粒级矿物的浮选原则，因此在微细粒矿物浮选过程中，适当减小气泡的尺寸大小，将有望提高浮选效果。

相关微泡理论及计算［19］表明：气泡和矿粒的碰撞概率PC与气泡和矿粒直径、水流运动状况及矿浆浓度等有关，其关系为：

式中DP-矿粒直径；Db-气泡直径；Re-气泡的雷诺数。上述理论表明：在矿粒直径一定的情况下，碰撞概率PC随着气泡直径的减小呈平方次提高。理论上证明了，微细粒矿物浮选中，尽量降低气泡直径，是提高浮选指标的有效途径。

3.1 纳米气泡

在矿物浮选体系中，纳米气泡具有更好的捕收能力，更有利于矿石的浮选分离。纳米气泡和气核对矿物疏水表面的相互作用早已引起一些学者的注意［20］，研究认为在微细粒矿物浮选过程中，高强度搅拌条件下，含有饱和空气或二氧化碳的矿浆中易于产生大量微小纳米泡，这些微小纳米气泡彼此紧密相连，因为具有更大的比表面积和更高的表面能，所以增强了颗粒间的相互作用力［20-22］，对矿物具有更好的捕收性。

Hugo等人［23］在研究表面疏水长程作用机制的过程中首次提出纳米气泡可能存在于固体与液体的交界面，随后 Ishida N等人［24］通过原子力显微镜（AFM）测试获得了纳米气泡的原子力显微镜图像，第一次给出了纳米气泡存在的直接证据。随着微观力学测试手段的发展，研究人员利用原子力显微镜、扫描电子显微镜等先进的研究手段先后证实了疏水性表面会存在纳米粒级气泡，同时发现纳米气泡的高度可以影响疏水长程引力的范围，并发生流体边界滑移现象。