旋流-靜態(tài)微泡浮選柱回收鎳礦工業(yè)尾礦中有價金屬

旋流-靜態(tài)微泡浮選柱回收鎳礦工業(yè)尾礦中有價金屬

中國錫礦資源十分匱乏。利用剩余礦作為二次資源的再利用和有用廢物的再利用，對促進經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護發(fā)揮著重要作用。采用高效的選線和選線技術(shù)是尾礦綜合利用的技術(shù)保證。動態(tài)微氣泡旋轉(zhuǎn)預沖泵是一種將選擇性和回收率相結(jié)合的新型高效篩選設備，廣泛應用于煤炭加工、金屬礦篩選和非金屬礦開采。根據(jù)尾礦獨特的礦位浮選環(huán)境，采用礦物學分析方法，正確分析和評價主礦或元素的趨勢、不同作業(yè)的集中性和分布規(guī)律，影響礦山質(zhì)量。為了正確分析和評估不同礦山元素的含量、不同提取方法以及不同提取元素的性質(zhì)和性質(zhì)，需要進行各種精煉元素的相互內(nèi)涵和性質(zhì)。1測試1.1尾礦的礦物成分試驗處理物料主要是工業(yè)生產(chǎn)尾礦,礦石原礦鎳品位1.40%左右,尾礦鎳品位0.24%左右.尾礦多元素分析結(jié)果見表1,尾礦中大量的脈石礦物成分為MgO和SiO2.入選原礦中鎳的物相分析結(jié)果表明(見表2),硫化物中的鎳品位0.17%,占鎳礦物的主要部分.1.2礦體及礦物粉碎鎳黃鐵礦在酸性和堿性介質(zhì)中具有較好的浮游性,同時銅離子對鎳黃鐵礦活化性能也較好,六偏磷酸鈉對鎳黃鐵礦也具有較好的活化作用,影響其浮選性能的因素主要有鎳黃鐵礦的八面體解離以及裂隙中充填了大量磁鐵礦和蛇紋石類含鎂硅酸鹽礦物.在磁鐵礦和蛇紋石類礦物出露部位,浮選藥劑很難在鎳黃鐵礦表面吸附;鎳黃鐵礦性質(zhì)較脆,在破碎和磨礦過程中,其破碎表面易被磁鐵礦和脈石礦物包圍,且鎳黃鐵礦單體易造成過粉碎;部分鎳黃鐵礦在脈石礦物中呈星散狀分布,粒度小于0.010mm,在磨礦過程中難以單體解離.磁黃鐵礦主要呈半自形、他形晶粒狀集合體產(chǎn)出,常與其它金屬硫化物一起緊密地嵌布于脈石礦物顆粒間.磁黃鐵礦的主要成分為Fe,S,部分赤鐵礦含少量Ni,Co元素.黃銅礦呈半自形、他形粒狀或粒狀集合體產(chǎn)出,常呈細小粒狀單獨或與鎳黃鐵礦、赤鐵礦一起嵌布于脈石礦物中,或者分布在赤鐵礦、鎳黃鐵礦和磁鐵礦的顆粒間.有少量黃銅礦呈細小粒狀被包裹在磁鐵礦中或與磁鐵礦交代,影響黃銅礦的單體解離.脈石礦物主要有蛇紋石、橄欖石、輝石、滑石等,其中蛇紋石是最主要的脈石礦物.蛇紋石與金屬硫化物的關(guān)系密切,在蛇紋石中常有鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、墨銅礦等細小包裹體,在浮選過程中主要影響精礦中氧化鎂的含量.蛇紋石是一種硬度低、比重小的含鎂脈石礦物,在磨礦過程中易碎、易泥化,沉降也困難,特別是在攪拌、充氣條件下更難沉降,易與氣泡一起進入泡沫產(chǎn)品.同時蛇紋石具有較大的表面自由能,在浮選過程中很容易吸附起泡劑,也有吸附黃藥的特性.同時微細粒的蛇紋石比表面積大,自由能高,易附著在氣泡上進入精礦,增加了精礦中氧化鎂的含量.1.3旋流中礦浮選工藝試驗研究試驗采用旋流-靜態(tài)微泡浮選柱進行分選,其工作原理見圖1.該分選方法包括柱浮選、旋流分選、管流礦化3個部分.柱浮選用于原料預選,并借助其選擇性優(yōu)勢得到高質(zhì)量精礦,旋流分選用于柱浮選的進一步分選,并通過高回收能力得到合格尾礦,管流礦化是在引入氣體并形成微泡的基礎上,它用于旋流中礦的進一步分選并沿切向與旋流分選相連形成循環(huán).通過前期試驗的探索,確定試驗流程為兩粗三精閉路流程(見圖2).一次粗選直徑為400mm的浮選柱,二次粗選采用直徑為300mm的浮選柱,一次精選、二次精選和三次精選分別采用直徑為250,150和120mm的浮選柱各一臺.通過72h半工業(yè)性試驗,得到各項試驗指標,如表3所示.2現(xiàn)代礦物學分析2.1產(chǎn)品分析2.1.1粒度對樣品粒徑的影響將試驗樣品分別經(jīng)干篩和水析分級,得到>0.147,0.147~0.074,0.074~0.056,0.056~0.043,0.043~0.031,0.031~0.021,0.021~0.008及<0.008mm這8個粒級的產(chǎn)品.分級產(chǎn)品中,>0.074mm粒級為篩上產(chǎn)品,采用標準篩篩分,篩下產(chǎn)品采用旋流水析儀分級,各粒級標志粒度為標準石英顆粒水析分級后產(chǎn)品粒度.表4為原礦篩析和水析結(jié)果,可以看出,入選原礦粒度較細,<0.074mm占95%以上,<0.043mm含量為65.55%,<0.008mm的物料占總給料的30%以上.從給礦粒度檢測結(jié)果可以看出產(chǎn)品粒級較寬,呈啞鈴型分布,中間粒級0.074~0.043mm僅占4.44%,給選別作業(yè)帶來不利影響,中間粒級鎳品位高,達到0.37%,<0.008mm粒級鎳品位僅為0.18%,但由于中間粒級的產(chǎn)率過小,其鎳的分布率也很小,鎳的分布率也呈啞鈴型,>0.074mm粒級的鎳分布率為36.20%,<0.043mm粒級約占60%左右.表5為精礦篩析和水析結(jié)果,由表5可知,精礦中隨著粒度的減小,各粒級的產(chǎn)率逐漸增大,鎳品位也逐漸增大,鎳分布率也逐漸增加,說明浮選柱對細粒級的回收能力較好,且在<0.008mm粒級中,精礦產(chǎn)率為45.22%,鎳品位為3.41%,產(chǎn)率和品位均為所有粒級中最高的,而入選原礦中該粒級的鎳品位為所有粒級中最低的,說明浮選柱對該粒級的選擇性較好,微細粒級的細泥夾帶控制較好.在>0.043mm的粗粒級中,精礦的鎳分布率僅為3.30%,浮選柱對粗粒級的回收能力較弱.表6為尾礦篩析和水析結(jié)果,由表6可知,尾礦中粗粒級和微細粒級占主要部分,中間粒級含量少,隨著粒度的減小,鎳品位也逐漸減小,說明粗粒級中的鎳礦未完全解離,未得到回收而損失在尾礦中,<0.008mm粒級中,鎳品位為0.13%,<0.043mm粒級的鎳品位明顯低于>0.043mm粒級的鎳品位,浮選柱對<0.043mm粒級的回收能力較強,尾礦中>0.074mm粒級的鎳的分布率為35.06%,明顯高于精礦中該粒級鎳的分布率.對照原礦、精礦、尾礦篩析和水析結(jié)果可以看出,物料中細粒部分得到了有效的回收,但粗粒部分的回收效果較差,入選原礦中>0.074mm的粗顆粒占26.11%,而精礦中僅占1.63%,這部分礦物大都屬于連生體,所以回收難度較大.2.1.2含鐵礦的礦物樣品中金屬硫化物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦,微量的針鎳礦、輝銅礦;主要鐵氧化物為磁鐵礦、少量鉻鐵礦、微量鈦鐵礦;脈石礦物主要為蛇紋石、橄欖石、輝石、少量云母、方解石、長石、石英、綠泥石、白云石、磷灰石等.能譜定量結(jié)果見表7,精礦中的鎳黃鐵礦含量為5.90%,磁黃鐵礦含量為75.68%,損失尾礦中的鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦含量分別為0.28%和2.03%.2.1.3尾礦中鎳礦物的連生比例表8表明,入選原礦中單體含量由高到低依次為磁黃鐵礦、鎳礦物、銅礦物,即銅礦物的嵌布粒度最細,這與旋流水析的結(jié)果相吻合,銅的回收難度較大.由表7可知,尾礦中含有大量的磁黃鐵礦(是鎳礦物的8倍),且該類礦物主要以單體形式存在,主流程選別時又添加了硫酸銅活化劑,磁黃鐵礦進入尾礦時已得到了充分活化,再選時該類礦物先于鎳礦物上浮,從而影響了精礦品位的提高.表9表明,進入精礦中的鎳礦物大部分都呈單體形式存在,給料中鎳黃鐵礦與脈石連生部分,基本上都留在了尾礦中,因此,鎳礦物的單體解離是再回收利用的前提.而精礦中銅礦物的單體僅占一半,與脈石連生的比例接近30%,說明銅礦物的嵌布粒度要遠細于鎳礦物,所以相比鎳礦物的回收,銅礦物的回收難度更大,而且銅精礦品位很難提高.尾礦中鎳黃鐵礦與脈石礦物連生的比例25%左右,其余或為單體,或與黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦連生.對細粒浮選設備來講,單體解離的鎳黃鐵礦、與黃銅礦連生的鎳黃鐵礦以及部分與磁黃鐵礦連生的鎳黃鐵礦理論上是可以回收的,鎳黃鐵礦單體解離度的高低是提高再選品位的前提,鎳黃鐵礦與脈石礦物、磁黃鐵礦連生的比例是制約再選收率的主要因素.2.2礦物學影響因素分析2.2.1磁黃鐵礦的單體解離度為了解磨礦產(chǎn)品中鎳銅礦物的單體解離特性,對<0.074mm占60%,70%,80%,90%的4個粒級產(chǎn)品進行解離度分析,結(jié)果如圖3所示.由圖3可知,磨礦產(chǎn)品中鎳銅礦物的單體解離并不好,即磨礦細度<0.074mm達到90%時,鎳黃鐵礦的單體解離度只有66.31%,黃銅礦的單體解離度只有59.06%,磁黃鐵礦的單體解離度也只有70.06%.這主要是因為礦石的結(jié)構(gòu)比較復雜,在鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦的解離和裂隙中充填了大量的磁鐵礦和蛇紋石等礦物.這些磁鐵礦和蛇紋石類礦物在磨礦中一部分已經(jīng)解離,但仍有相當部分的磁鐵礦和脈石礦物仍與鎳黃鐵礦、黃銅礦等硫化礦物連生.由于浮選流程是以生產(chǎn)銅鎳混合精礦為目標的全硫化礦物浮選,所以將金屬硫化物作為一個整體來考察其單體解離度發(fā)現(xiàn),當磨礦細度<0.074mm達到90%時,金屬硫化物集合體的單體解離度已達到85.44%,而其與脈石礦物的連生體僅占8.57%.2.2.2磁黃鐵礦含鎳的影響鎳的賦存狀態(tài)的影響.礦石中鎳主要以金屬硫化物狀態(tài)存在,但也有少量以硅酸鎳和氧化鎳的形式存在.根據(jù)化學物相分析結(jié)果,礦石中氧化物中的鎳占的2.10%,硅酸鹽中鎳占1.82%.在以分選硫化物為目標所采取的浮選藥劑和流程,很難將氧化鎳回收;而硅酸鎳是不能用物理選礦方法將其中的鎳回收的.鎳黃鐵礦結(jié)構(gòu)的影響.礦石中鎳黃鐵礦的八面體解離和裂隙特別發(fā)育,在這些解理和裂隙中常有磁鐵礦和脈石礦物填充,在磨礦中總有一部分鎳黃鐵礦顆粒表面被磁鐵礦或脈石礦物包圍或連生,從而影響浮選藥劑與鎳黃鐵礦表面作用,使選礦回收率受到影響.鎳黃鐵礦細度的影響.在顯微鏡下進行粒度分析可知,礦石中有2.32%的鎳黃鐵礦粒度<0.010mm,這些鎳黃鐵礦絕大部分是在脈石礦物中以微細粒包裹體的形式存在的,磨礦中很難使其單體解離,在浮選過程中易損失在尾礦中.磁黃鐵礦含鎳的影響.磁黃鐵礦是礦石中含量(8.15%)最多的金屬硫化物,也是與鎳黃鐵礦關(guān)系最密切的礦物.根據(jù)X射線能譜分析,磁黃鐵礦本身不含鎳或含鎳很低,磁黃鐵礦中的鎳主要是由于磁黃鐵礦中有少量呈火焰狀、羽毛狀微細粒鎳黃鐵礦引起的,單礦物分析可知,磁黃鐵礦平均含鎳0.20%.磁黃鐵礦中呈火焰狀、羽毛狀的微細粒鎳黃鐵礦在磨礦中是很難單體解離的,對選礦指標影響較大.在分選過程中,這部分鎳與磁黃鐵礦連生進入精礦,則降低鎳精礦品位;進入尾礦,則影響回收率.脈石礦物含鎳的影響.礦石中的脈石礦物中含少量的鎳,這部分鎳主要存在于橄欖石和蛇紋石中,經(jīng)過化學分析,脈石礦物含鎳為0.07%,這部分鎳礦用物理選礦方法是不能回收的,最終將損失在尾礦中.有用礦物與脈石礦物間的“異性凝聚”是脈石礦物干擾有用礦物浮游的重要表現(xiàn)之一,隨著礦物粒度變細,這種凝聚現(xiàn)象亦逐漸明顯.Ewards等發(fā)現(xiàn),礦泥覆蓋層的形成與礦泥和硫化礦表面電荷有直接關(guān)系,蛇紋石礦泥在鎳黃鐵礦表面有較強的粘附能力,嚴重影響了鎳黃鐵礦的回收率.另外,對強蝕變的松散易碎礦石,常出現(xiàn)礦泥的“自凝聚”現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在增加礦漿粘度,包裹細粒硫化礦粒子以及在粗粒硫化礦物表面形成較強的礦泥覆蓋,從而破壞了浮選過程的選擇性.尾礦中有部分微細粒單體黃鐵礦未能回收.由表8可知,鎳黃鐵礦和黃銅礦的單體分別占15.16%和5.17%,損失的鎳黃鐵礦單體可能都是在細磨后微細礦物,粒度<0.01mm.克林斯和雷伊-拉克利夫計算了固體顆粒碰撞和氣泡碰撞概率與顆粒直徑之間的關(guān)系,當粒度<0.01mm時,顆粒受布朗運動力的作用,顆粒與氣體的碰撞概率在0.01%~5%之間,碰撞概率太小,鎳黃鐵礦得不到有效礦化,故其會損失在尾礦中.2.2.3氣泡尺寸對礦粒浮選的影響在礦漿中礦粒被氣泡捕獲的概率P可表示為式中:Pc是礦粒與氣泡的碰撞概率;Pa是粘著概率;Pd是脫落概率.Yoon等研究得到礦粒被氣泡捕獲模型式中:A和n是隨雷諾數(shù)而變的參數(shù);ti是浮選感應時間,礦粒與氣泡間水化膜從變薄、破裂到排出所需的時間,Ub是氣泡上升的速率;Dmax是穩(wěn)定粘附在氣泡上礦粒的最大粒度.由式(1)~(3)可知,氣泡尺寸的減小會使Pc值增大;氣泡尺寸的減小,雖不能延長礦粒與氣泡的接觸時間,在非慣性接觸條件下,甚至將減少接觸時間,但氣泡尺寸的減少將顯著減小礦粒浮選感應時間,從而礦粒在氣泡表面的附著幾率將隨氣泡尺寸的減小而增加.另一方面,Yoon認為,當氣泡太小時,Pa也將隨氣泡尺寸的減小而降低.因而氣泡尺寸的減小是有限度的,應控制在0.1~0.4mm為宜.粒度愈小,脫附概率愈小;粘附在氣泡礦粒的最大粒度愈大,脫附概率愈小.Pa是礦粒粒度及氣泡尺寸的函數(shù),隨礦粒粒度的減小而增大,也隨氣泡尺寸的降低而升高.但是氣泡尺寸變得太小時,Pa也隨之降低.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱是通過射流引射氣體并把氣體粉碎成泡,在較低射流壓力條件下,不僅具有較高的充氣量值,而且可以獲得射流微泡,微泡的尺寸一般<0.5mm,其中0.1~0.4mm約占62%.當磨礦細度達到<0.02mm時,蛇紋石等脈石礦泥機械夾雜進入精礦的可能性增大,礦泥罩蓋影響較粗粒級鎳黃鐵礦的回收效果可能性增大,部分已泥化的脈石覆蓋在鎳黃鐵礦或其連生體上,降低了硫化鎳的可浮性.旋流-靜態(tài)微泡浮選柱高效的噴淋清洗裝置降低了鎳精礦中機械夾帶的礦泥量,在旋流力場中,微細礦粒具有較大的慣性力,微細粒礦物中有更多的礦粒進入慣性碰撞接觸范圍,整個粒群的平均接觸幾率大為提高.由于離心力的差異,加上蛇紋石等脈石礦物與氣泡的結(jié)合力原本就比鎳黃鐵礦等硫化礦物與氣泡的結(jié)合力要小,使脈石顆粒和水從受包裹的絮團中掙脫,減少了非選擇性夾帶作用.在管流礦化段,不僅增加了難回收礦粒與氣泡的作用時間,而且高紊流強度使礦粒、氣泡的接觸機會增加,在Pc的有關(guān)模型中,也可以得到Pc隨紊流度的增加而增加.3浮選柱的回收能力1)旋流-靜態(tài)微泡浮選柱