不同碎磨方式硫化銅礦漿金屬離子濃度差異 對比研究
2020-03-30
難免離子對硫化礦浮選有著重要作用,為探究不同碎磨方式對硫化銅礦漿中所產生的難免金屬離子 種類和濃度的影響,通過碎磨試驗、ICP 離子含量檢測、溶液化學計算等方法,研究了不同碎磨方式紫金山硫化銅 礦漿中金屬離子的濃度規律,預測了不同磨礦方式下礦漿中金屬離子濃度差異及對后續浮選效果可能產生的影 響。結果表明,高壓輥磨產品可磨度比顎式破碎產品的可磨度大;在未調節 pH 值的初始條件下,高壓輥終粉磨產 品礦漿中銅離子含量高而鐵離子含量低,鋼球磨產品中銅離子含量低而鐵離子含量高,且干磨環境下銅離子含量 較濕磨環境高,鐵離子含量較濕磨環境低。據此可以預測高壓輥終粉磨產品及干式鋼球磨產品的浮選效果將優于 濕...
Series No. 524 February 2020 金 屬 METAL MINE 礦 山 總第 524 期 2020 年第 2 期 不同碎磨方式硫化銅礦漿金屬離子濃度差異 對比研究 馬英強1,2,3 1. 福州大學紫金刺激窩在線視頻學院,福建 福州 350108;2. 福州大學-紫金刺激窩在線視頻集團礦產資源綜合利用聯合研發中心, 福建 福州 350108;3. 低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室,福建 上杭 364200; . 紫金刺激窩在線視頻集團股份有限淫蕩熟女,福建 上杭 364200) 李 睿1,2 黃發蘭4 印萬忠1,2 謝 材1,2 殷學明11 ( 4 摘 要 難免離子對硫化礦浮選有著重要作用,為探究不同碎磨方式對硫化銅礦漿中所產生的難免金屬離子 種類和濃度的影響,通過碎磨試驗、ICP 離子含量檢測、溶液化學計算等方法,研究了不同碎磨方式紫金山硫化銅 礦漿中金屬離子的濃度規律,預測了不同磨礦方式下礦漿中金屬離子濃度差異及對后續浮選效果可能產生的影 響。結果表明,高壓輥磨產品可磨度比顎式破碎產品的可磨度大;在未調節 pH 值的初始條件下,高壓輥終粉磨產 品礦漿中銅離子含量高而鐵離子含量低,鋼球磨產品中銅離子含量低而鐵離子含量高,且干磨環境下銅離子含量 較濕磨環境高,鐵離子含量較濕磨環境低。據此可以預測高壓輥終粉磨產品及干式鋼球磨產品的浮選效果將優于 濕式鋼球磨的浮選效果。 關鍵詞 顎式破碎 高壓輥磨 高壓輥終粉磨 銅離子 鐵離子 浮選溶液化學 + 中圖分類號 TD921 .4 文獻標志碼 A 文章編號 1001-1250(2020)-02-039-06 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.202002008 Comparative Study on Metal Ion Concentration in Copper Sulfide Pulp under Different Grinding Methods 1 ,2,3 1,2 4 1,2 1,2 12 Ma Yingqiang Li Rui Huang Falan Yin Wanzhong Xie Cai Yin Xueming ( 1. School of Zijin Mining,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China;2. Fuzhou University-Zijin Mining Group Joint Re search Center for Comprehensive Utilization of Mineral Resources,Fuzhou 350108,China;3. State Key Laboratory of Compre hensive Utilization of Low-grade Refractory Gold Resources,Shanghang 364200,China;4. Zijin Mining Group Co.,Ltd., Shanghang 364200,China) Abstract Inevitable ions can play an important role in the flotation of sulfide ores. In order to explore the influence of different grinding methods on the types and concentrations of inevitable metal ions produced in copper sulfide slurry,the con centration of metal ions in different grinding methods was studied by grinding experiments,ICP analysis and solution chemi cal calculation methods and predicts the difference in the concentration of mineral metal ions in different grinding modes, which may affect the subsequent flotation effect. The results show that the products grindability of high pressure roller mill is higher than that of jaw crusher,and under the initial conditions of unregulated pH,the high-pressure roll final grinding prod uct has high copper ion content and low iron ion content,and the steel ball mill has low copper ion content and high iron ion content,and dry grinding environment. The copper ion content is higher than that of the wet grinding environment,and the iron ion content is lower than that of the wet grinding environment. It can be predicted that the flotation effect of high pressure roller finishing products and dry steel ball mills will be better than that of wet steel ball mills. Keywords Jaw crusher,High pressure roller mill,High-pressure roll final grinding ,Copper ion,Iron ion,Flotation solu tion chemistry 基收金稿日項目期 2國0家20-自0然1-科08學基金項目(編號:51804081),福建省自然科學基金項目(編號:2019J01253),礦物加工科學與技術國家重點實驗室開放 研究基金項目(編號:BGRIMM-KJSKL-2017-14)。 作者簡介 馬英強(1983—),男,副教授,博士,碩士研究生導師。 · 39 · 總第524期 金 屬 礦 山 2020年第2期 [ 1-3] 研究表明 ,不同磨礦方式產生的難免金屬離 子在礦漿中對后續礦物浮選行為產生的影響不同, 系統研究不同碎磨方式下難免離子濃度規律,進而 有效地優化礦物浮選方法具有重要的實際意義。本 文研究了紫金山硫化銅礦石非高堿含鐵介質,5 種不 同碎磨環境下磨蝕、腐蝕和溶解出的金屬離子濃度 差異,預測了其可能對后續浮選產生的影響。將礦 石分別進行顎式破碎—干/濕式鋼球磨、高壓輥磨— 干/濕式鋼球磨及高壓輥終粉磨 5 種不同碎磨方式處 理,對獲得的碎磨產品礦漿中的金屬離子的濃度差 異進行了研究,詳細對比了不同碎磨方式對磨礦礦 漿中溶解出的金屬離子濃度的影響,并結合溶液化 學進行了分析,根據已有的金屬離子對硫化礦物浮 選影響規律研究,預測了不同碎磨方式處理后礦漿 中金屬離子可能對后續浮選產生的影響。 2 試驗結果與分析 2. 1 可磨度對比 比較礦石不同破碎方式下產品的可磨度和同種 破碎方式不同磨礦方式的磨礦效率。設計顎式破碎 產品—干/濕式鋼球磨、高壓輥磨產品—干/濕式鋼球 磨4組磨礦試驗(濕磨磨礦濃度為 66.67%),試驗取礦 樣 400.0 g,磨礦一定時間后,將干、濕磨產品分別進 行濕篩,過濾,烘干,稱重后得到磨礦細度與磨礦時 間的關系曲線,試驗結果如圖1所示。 1 試驗原料及試驗方法 1 . 1 試驗礦樣 試驗礦石取自福建省上杭縣紫金山金銅礦礦 區,對試驗礦石進行化學多元素分析和物相分析可 知,礦石含金 0.12 g/t、含銅 0.29%、含硫 4.02%,屬于 低品位含金銅礦石。礦石中金主要以單體和連生金 的形式存在,部分為硫化物包裹金,而銅和硫則主要 以硫化物的形式存在。金屬礦物主要有黃鐵礦、藍 輝銅礦、銅藍、(塊)硫砷銅礦、輝銅礦、方鉛礦、閃鋅 礦等,另見少量的褐鐵礦、赤鐵礦等。脈石礦物主要 有石英、明礬石和地開石,以及少量的絹云母和碳酸 鹽礦物。 圖 1中:對比顎式破碎產品—濕式鋼球磨試驗與 高壓輥磨產品—濕式鋼球磨試驗、顎式破碎產品— 干式鋼球磨試驗與高壓輥磨產品—干式鋼球磨試 驗,達到磨礦細度-0.074 mm 占 60% 時采用高壓輥破 碎工藝時產品的磨礦時間短,說明高壓輥磨產品的 可磨度比顎式破碎產品的可磨度更大,高壓輥磨一 [4] 段產品粗粒內部產生更多的應力裂紋 ;對比顎式破 碎產品—干式鋼球磨試驗與顎式破碎產品—濕式鋼 球磨試驗、對比高壓輥磨產品—干式鋼球磨試驗與 高壓輥磨產品—濕式鋼球磨試驗,相同的破碎產品 采用干/濕式鋼球磨,達到磨礦細度-0.074 mm 占 60% 時,采用濕式鋼球磨所用時間遠遠短于干式球磨,說 明濕式鋼球磨的磨礦效率比干式鋼球磨高。 1 . 2 試驗藥劑、儀器設備 試驗所用藥劑有鹽酸(分析純)、氫氧化鈉(分析 純),所用碎磨設備有顎式破碎機(XPC-60×100)、高 壓輥磨機(CLF-25-10)、高壓輥終粉磨系統(CLF- 1 00)。試驗采用ICP-AES(電感耦合等離子體原子發 2 + 2+ 3+ 射光譜儀)對礦漿中 Cu 、Fe 、Fe 等金屬離子進行檢 測。 2 . 2 不同碎磨方式礦漿濾液的初始 pH值 磨礦細度-0.074 mm 含量占 60% 的顎式破碎— 1 . 3 試驗方法 試驗取顎式破碎—干/濕式鋼球磨產品、高壓輥 干/濕式鋼球磨產品、高壓輥磨—干/濕式鋼球磨產品 以及高壓輥終粉磨產品礦漿濾液的初始 pH 值如表 1 所示。 磨—干/濕式鋼球磨產品及高壓輥終粉磨 5 種碎磨方 式下磨礦細度-0.074 mm 占 60% 的產品,將其分別置 于燒杯中,將各產品礦漿濃度均保持在 33.33%,按照 實際礦石浮選攪拌時間,以 1 665 r/min 的轉速攪拌 從表 1可以看出,不同碎磨方式產品礦漿濾液的 初始 pH 值基本相同,都呈一定的酸性,呈酸性的原 因是該礦石取自紫金山露采廠,在一定的溫度和濕 度下,高硫礦石容易被氧化亞鐵硫桿菌等細菌氧化 而呈一定的酸性;此外,原礦中的主要金屬礦物如黃 鐵礦、藍輝銅礦、銅藍等,以及脈石礦物如明礬石、地 開石等,經過碎磨之后,在溶液中能一定程度地析出 1 0 min 后,將 5 種產品的礦漿過濾,首先測量濾液的 初始 pH 值,之后再用鹽酸或氫氧化鈉溶液分別調至 指定的 pH 值,采用 ICP-AES 測定不同 pH 值下金屬 離子的濃度。 · 40 · 馬英強等:不同碎磨方式硫化銅礦漿金屬離子濃度差異對比研究 2020年第2期 2 + 3+ 2+ 3+ Fe 、Fe 、Cu 、Al 等金屬離子,這些金屬離子的水解 同碎磨方式下獲得的產品濾液中金屬在不同 pH 條 件下的賦存狀態變化規律。 + 能促進水的電離,從而增加了溶液中 H 的含量,使溶 液呈一定的酸性。 將 5 種碎磨產品礦漿濾液的 pH 值分別調節至 pH=2、自然 pH 值、5、6、7、9、11,靜置 24 h 后觀察現 象,結果如圖2所示。 2 . 2 不同碎磨方式礦漿濾液在不同 pH 值條件下的 現象對比 因后續浮選效果與 pH 密切相關,本文考察了不 圖 2(a)顯示:高壓輥終粉磨產品的濾液在 pH=2 和自然 pH值條件下,溶液澄清,無明顯現象;當 pH=5 時,有少量藍色絮狀物生成;此后,隨著 pH 值的增 大,藍色的絮狀沉淀含量增加,且伴有極少量的紅褐 色沉淀。 圖 2(b)顯示:在 pH=2 時,顎式破碎—濕式鋼球 · 41 · 總第524期 金 屬 礦 山 2020年第2期 磨產品濾液溶液澄清,無明顯現象;自然 pH 條件下 有少量紅褐色沉淀生成,隨著 pH 值升高至 6時,該沉 淀物含量增加,顏色加深;而當濾液 pH=7 時,可觀察 到有少量綠色沉淀,放置一段時間后,上層伴有紅褐 色沉淀;當 pH>7 后,下層的綠色沉淀含量不斷增加, 上層的紅褐色沉淀顏色加深。 磨≈顎式破碎—干式鋼球磨>高壓輥磨—濕式鋼球磨 ≈顎式破碎—濕式鋼球磨。 由圖 2(c)與圖 2(b)對比可知,高壓輥磨—濕式 鋼球磨產品濾液隨 pH 值變化的規律與顎式破碎— 濕式鋼球磨產品濾液基本一致。 由圖 2(d)可知:顎式破碎—干式鋼球磨產品濾 液在初始 pH 值下,濾液略微渾濁,但無沉淀生成;在 pH=2 左右時,濾液變澄清;而當 pH 值從 5 升高到 11 左右時,濾液中紅褐色沉淀增加,顏色加深,尤其 pH= 1 1時,濾液中的沉淀呈紅棕色。 由圖 2(e)與圖 2(d)對比可知,高壓輥磨—干式 從圖 4可以看出:當磨碎方式(干磨或濕磨)相同 鋼球磨產品濾液隨 pH 值變化的規律與顎式破碎— 干式鋼球磨產品濾液隨 pH的變化規律基本一致。 2 + 時,高壓輥磨產品濾液與顎式破碎產品濾液中的 Fe 濃度隨 pH值的變化規律基本一致;當濾液的 pH值小 2 . 3 不同碎磨方式礦漿濾液中金屬離子濃度 2+ 2 + 于初始 pH 值時,4種球磨產品濾液中 Fe 的濃度隨著 2+ 取圖 2 中的上層清液,分別檢測其 Cu 、Fe 及 + pH值的降低而略微降低,原因在于調節 pH值的過程 3 Fe 的含量,結果如圖3~5所示。 2 + 3+ 2+ 中,部分 Fe 被氧化生成了 Fe ,濾液中 Fe 濃度有所 降低。當濾液的 pH 值大于自然 pH 值時,4 種球磨產 2 + 品濾液中的 Fe 濃度隨著 pH 值的升高而不斷降低, 直至為零。而在整個試驗 pH 值范圍內,高壓輥終粉 2 + 磨產品濾液中 Fe 含量均很低,最高含量僅為 1.69 mg/L(pH=4.39)。自然pH值條件下,不同碎磨方式礦 2 + 漿濾液中 Fe 含量差別顯著,其含量大小順序為:顎 式破碎—濕式鋼球磨≈高壓輥磨—濕式鋼球磨>顎式 破碎—干式鋼球磨≈高壓輥磨—干式鋼球磨>高壓輥 終粉磨。 從圖 3 可以看出:高壓輥終粉磨產品和顎式破 2 + 碎/高壓輥磨—干式鋼球磨產品的濾液中 Cu 濃度隨 pH 值的變化規律基本一致,3 種碎磨方式產品濾液 2 + 中 Cu 的濃度均隨著濾液 pH 值的升高而不斷降低, 2 + 當 pH 值大于初始 pH 值小于 5時,Cu 濃度隨著 pH 值 2 + 的升高而緩慢降低,而 pH 值大于 5時,Cu 濃度隨 pH 2 + 升高急劇下降,至 pH>7 時,Cu 濃度均幾乎降為零; 而在整個試驗 pH 值范圍內,顎式破碎/高壓輥磨—濕 2 + 式鋼球磨產品濾液中的 Cu 濃度均非常低,最高時僅 為 1.16 mg/L(pH=2.08)。在自然 pH 值下,不同碎磨 2 + 由圖 5 可知,隨著濾液 pH 值的升高,不同碎磨方 方式礦漿濾液中 Cu 含量差別較為明顯,其含量由多 到少的順序為:高壓輥終粉磨>高壓輥磨—干式鋼球 3 + 式產品濾液中 Fe 的濃度不斷降低,最終趨近于零。 · 42 · 馬英強等:不同碎磨方式硫化銅礦漿金屬離子濃度差異對比研究 2020年第2期 3 + 其中鋼球磨產品濾液中的 Fe 濃度下降較為迅速,高 3 不同碎磨方式金屬離子對浮選的影響 3 + 壓輥終粉磨產品濾液中的 Fe 濃度總體均很低,下降 礦漿中金屬離子的賦存狀態及其物理化學性質 往往影響礦物浮選過程,產生抑制或活化作用。對 不同碎磨方式產品礦漿中金屬離子的濃度進行測 定,結果見表2。 較為緩慢。自然 pH 值條件下,4 種鋼球磨產品濾液 3 + 中 Fe 的含量差別不明顯,但均高于高壓輥終粉磨產 3 + 品中的Fe 的含量。 從表 2可以看出:濾液中金屬離子在礦漿中的存 在形式和濃度與 pH 值密切相關;對同一金屬離子而 言,初始濃度越高,形成沉淀的臨界 pH 值越低;3 種 3 + 離子中,Fe 因其溶度積常數最大而在較低 pH 值下 最先形成沉淀。 根據表 2 數據繪制出金屬離子的水解組分濃度 對數圖(見圖 6~圖 8,由于不同碎磨方式下磨礦礦漿 中金屬離子溶解組分濃度隨 pH 變化趨勢大體相同, 現均以顎式破碎—濕式鋼球磨為例),分析金屬離子 [5] 在不同pH值條件下的有效組分 。 2 + 2+ Fe 主要以 Fe(OH)2 沉淀形式存在,溶液中 Fe 含量 很低,這與圖4所示試驗結果相符。 從圖 6 可以看出:在礦漿 pH 值小于臨界 pH 值的 2 + 條件下,Cu 水解形成各種羥基絡合物,隨著 pH 值的 3 + 升高,銅離子的羥基絡合物含量不斷增加 ,且以 從圖 8 可以看出:低于臨界 pH 值時,Fe 形成羥 3+ + 2+ CuOH 為主;當溶液 pH值大于臨界 pH值時,Cu 主要 基絡合物,Fe 濃度一定程度上有所降低;溶液 pH 值 2 + 以 Cu(OH)2 沉淀形式存在,造成溶液中 Cu 含量很 低,這與圖3所示試驗結果相符。 高于臨界 pH 值時,主要以氫氧化鐵沉淀形式存在, 3 + 溶液中Fe 濃度急劇降低,與圖5所示試驗結果相符。 通過對以上不同碎磨方式礦漿中溶解的金屬離 子濃度進行對比發現,在初始條件下,高壓輥終粉磨 產品礦漿濾液中銅離子含量高而鐵離子含量低,鋼 從圖 7 可以看出,當礦漿 pH 值小于臨界 pH 值 2 + 時,隨著 pH 值的升高,Fe 的羥基絡合物含量不斷增 + 加,且以 FeOH 為主;當溶液 pH 值大于臨界 pH 值時, · 43 · 總第524期 金 屬 礦 山 2020年第2期 中國工程科學,2006(8):92-102. 球磨產品中銅離子含量低而鐵離子含量高,且干式 磨礦的銅離子含量較濕式磨礦高,而鐵離子含量較 濕式磨礦低。這是因為在硫化礦的濕磨過程中,在 力學、電化學和機械力化學的共同作用下,磨礦介質 鋼球表面既會發生磨蝕磨損,也會發生腐蝕磨損,造 成礦漿中鐵及其衍生物含量增加;干磨時以機械力 He Fayu,Sun Chuanyao,Song Lei. Effects of grinding environment on flotation of sulfide minerals[J].Engineering Science,2006(8): 9 2-102. [ 2] 張德文 . 金屬離子對銅藍和黃鐵礦浮選行為的影響[J]. 有色金 屬:選礦部分,2018(3):92-96. Zhang Dewen. Effect of metal ions on flotability of covellite and py rite[J]. Nonferrous Metals:Mineral Processing Section,2018(3): [1] 作用為主,產生磨蝕磨損,鐵含量相對較低 ;而高壓 輥終粉磨未經過鋼球磨磨礦過程,其礦漿中鐵含量 很少。 9 2-96. [ 3] 艾光華,蔡 鑫,畢康穎,等 . 金屬離子對礦物浮選行為影響的 研究進展[J].有色金屬科學與工程,2017,8(6):70-74. Ai Guanghua,Cai Xin,Bi Kangying,et al. Research progress on the effect of metal ions on mineral flotation behavior[J].Nonferrous Metals Science and Engineering,2017,8(6):70-74. [2-3,6-9] 研究表明 ,金屬離子的賦存狀態明顯影響 礦物浮選過程,對礦物產生抑制或活化作用。不同 碎磨方式,磨蝕、腐蝕和溶解產生的金屬離子存在形 式和濃度存在差異,會導致后續浮選效果存在差異。 [4] 熊 鋒 .高壓輥磨的歷史、發展現狀及技術展望[J].有色冶金設 計與研究,2018,39(6):20-24. 考慮到紫金山礦石性質,主要考慮在黑藥體系礦漿 Xiong Feng. History,development status and technical prospect of high pressure grinding rollers[J].Nonferrous Metals Engineering & Research,2018,39(6):20-24. 中金屬離子對藍輝銅礦、銅藍、黃鐵礦和石英浮選的 2 + + 影響。在堿性浮選環境中,Cu 主要以 CuOH 和 Cu ( OH)2 沉淀形式存在,對本試驗礦石的活化和抑制效 果不能確定,而鐵離子的產物不管是 Fe(OH)3 還是 FeOOH,都將對硫化礦的可浮性產生重大影響,鑒于 此,可以預測,高壓輥終粉磨產品及干式鋼球磨產品 的浮選效果將優于濕式鋼球磨產品的浮選效果。 [ 5] 王淀佐,胡岳華 . 浮選溶液化學[M]. 長沙:湖南科學技術出版 社,1988:132-136. Wang Dianzuo,Hu Yuehua. Flotation Solution Chemistry[M]. Changsha: Hunan Science & Technology Press,1988: 132-136. [ 6] 魏明安,孫傳堯 . 礦漿中的難免離子對黃銅礦和方鉛礦浮選的 影響[J].有色金屬,2008,60(2):94-95. 4 結 論 ( Wei Ming′an,Sun Chuanyao. Effects of unaviodable ions in pulp on flotation of chalcopyrite and galena[J]. Nonferrous Metals, 2008,60(2): 94-95. 1)高壓輥磨產品的可磨度比顎式破碎產品的可 磨度更大,濕式鋼球磨的磨礦效率比干式鋼球磨高。 2)初始條件下,高壓輥終粉磨產品溶液中銅離 [ 7] Yelloji Rao M K,Natarajan K A. Effect of galvanic interaction be tween grinding medium and minerals on sphalerite flotation[J]. In ternational Journal of Mineral Processing,1989(4):95-109. ( 子含量高而鐵離子含量低,鋼球磨產品中銅離子含 量低而鐵離子含量高,且干磨環境下的銅離子含量 較濕磨環境高,鐵離子含量較濕磨環境低。 [ 8] Cases J M,Kongolo M,De Donato P,et al. Interaction of finely ground galena and potassium amylxathate in relation to flotation (3)根據金屬離子的濃度測定結果和水解組分 ( 3): Influence of acid and neutral grinding[J]. International Jour 濃度分析可以預測,高壓輥終粉磨產品及干式鋼球 磨產品的浮選效果將優于濕式鋼球磨的浮選效果。 nal of Mineral Processing,1990,30:195-215. [9] 顧幗華,王淀佐,劉如意 .硫化礦原生電位浮選體系中迦伐尼電 偶及其浮選意義[J].中國刺激窩在線視頻,2000,9(3):48-52. Gu Guohua,Wang Dianzuo,Liu Ruyi. Galvanic couple and their effects on originpotential flotation system of sulfide minerals[J]. China Mining Magazine,2000,9(3): 48-52. 參 考 文 獻 [1] 何發鈺,孫傳堯,宋 磊 . 磨礦環境對硫化礦物浮選的影響[J]. · 44 ·
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