起泡劑對凝灰巖型氧化銅礦中微細礦泥可浮性的影響

熊 堃，左可勝，鄭貴山

(長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710064)

我國氧化銅礦儲量豐富，但具有品位低、嵌布粒度細、礦泥含量高等特點，加之磨礦過程中氧化銅礦易過粉碎產生大量的次生礦泥，嚴重惡化浮選過程，因此，在浮選過程中控制微細礦泥的可浮性，對于改善氧化銅礦選礦技術指標具有十分重要的意義。對于新疆阿克蘇地區的氧化銅礦，屬于典型的火山凝灰巖型氧化銅礦，礦石含泥重，磨礦過程中次生礦泥多，對浮選過程產生了明顯的影響。微細礦泥之所以對浮選過程產生影響，是因為微細顆粒有質量小、比表面積大的物理化學特性[1]。對于有用礦物微細顆粒，質量小、動量低，與氣泡碰撞的機率就小，浮選速率低，回收率低；對于脈石礦物微細顆粒，比表面積大，對藥劑的非選擇性吸附，造成藥劑耗量高，影響精礦品位；礦泥罩蓋和異相凝聚，使得含微細礦泥的氧化銅礦浮選回收成為難題之一。

多年來，許多研究者致力于高含泥氧化銅石處理工藝的研究[1-2]。李榮改等[3]針對某高泥氧化銅礦制定出“預先脫泥+硫化鈉誘導浮選”的工藝流程，有效避免了礦泥的不良影響。王成彥[4]研究了不同的浸出工藝，提出了基于低濃度氨堆浸的浸出—萃取—電積工藝，低濃度氨堆浸工藝處理低品位、高堿性脈石的氧化銅礦石是可行的。堆浸技術處理低含泥量大的氧化銅礦已取得了令人滿意的效果，且實現了工業化生產，但對高含泥量的氧化銅礦，由于滲透性能差，堆浸工藝尚不成熟。盡管關于高泥氧化銅礦的處理工藝已有大量研究，但對凝灰巖型氧化銅礦中微細礦泥如何影響氧化銅礦物的可浮性及其機理的深入研究不多。本論文通過凝灰巖型氧化銅礦中微細礦泥(-20μm)浮選試驗、潤濕接觸角測定和泡沫水回收率測定，考察起泡劑種類和用量對微細礦泥可浮性的影響，從而揭示微細礦泥影響氧化銅礦物浮選的機理，為凝灰巖型氧化銅礦的浮選提供理論指導。

1 試驗原料與試驗方法

1.1 礦樣與試劑

凝灰巖型氧化銅礦樣品取自新疆阿克蘇地區，經破碎、磨礦后，對-74μm含量85.2%的磨礦產品進行粒度分析，結果見表1。篩分分析結果說明該礦石含泥量大，次生礦泥多，其中-20μm微細粒級達65%，這部分微細粒的含銅品位為1.15%。對-74μm含量85.2%的磨礦產品進行分級，得到-20μm微細礦泥作為試驗礦樣。礦樣經化學分析和X射線衍射分析，其結果見表2和圖1。

表1 原礦粒度組成分析

表2 礦泥的多元素分析結果

表2中的多元素分析結果表明，礦泥含銅品位1.15%，是回收的主要成分，其余有用元素含量都很低，沒有回收利用的價值。脈石成分中SiO2含量高達40.69%，CaO含量達18.70%，還有Al2O3和MgO，可見該礦石屬于高含泥高鈣鎂脈石型銅礦。

圖1為微細礦泥的XRD圖譜，結果顯示礦泥中的銅礦物主要以赤銅礦、孔雀石形式存在，還有少量硅孔雀石。脈石有石英、方解石、白云石、斜長石、綠泥石以及白云母等。

圖1 礦泥的XRD圖譜

試驗用浮選藥劑為松醇油，二乙二醇丁醚和MIBC起泡劑，均為工業浮選藥劑。

1.2 實驗方法

1.2.1 微細礦泥浮選試驗

為了確保礦泥分散，分級后的礦漿不經過過濾、干燥，而直接用于浮選試驗。根據礦漿濃度，每次取含微細礦泥50g的礦漿，加入0.5L掛槽浮選機中進行攪拌調漿，充氣浮選5min，得到泡沫產品和尾礦，泡沫產品過濾、烘干、稱重、制樣后進行化驗分析。

1.2.2 潤濕接觸角測定

采用德國KRUSS光學接觸角測量儀DSA100，接觸角測量范圍在0°到180°。去離子水形成直徑1mm的液滴，垂滴在礦物表面，自動基線調整，分析液滴形態。按照與浮選試驗相同的調漿條件加藥，把礦樣放入藥劑溶液中浸泡，并攪拌與浮選相同的時間，過濾干燥，使用HY-12型紅外壓片機壓片，然后放在接觸角測量儀的載物臺上進行測量。

1.2.3 泡沫水回收率的測定

泡沫水是指浮選泡沫夾帶的水，泡沫水回收率是泡沫夾帶水量占浮選槽中總水量的百分數。試驗在浮選槽容積為0.5L的XFD型單槽浮選機中進行，將450g水移入浮選槽，只加入一定量的起泡劑，攪拌1min，充氣浮選，刮泡5min，泡沫水回收率計算見下式。

式中ε為泡沫水回收率，m為泡沫水重量。

2 結果與討論

2.1 起泡劑用量對微細礦泥上浮率的影響

在無捕收劑存在的情況下，只添加起泡劑進行浮選，考察了起泡劑對礦泥上浮率的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，隨著起泡劑用量的增加，微細礦泥上浮率增加，上浮產品中銅回收率與上浮率基本一致。無起泡劑時，上浮率為0；添加20g/t起泡劑后，礦泥的上浮率和銅回收率提高，達到30.68%和34.52%；繼續增加起泡劑用量，微細礦泥上浮率和銅回收率增加平緩。

圖2 起泡劑用量對微細礦泥可浮性的影響

對浮選產品進行化驗，上浮產品含銅品位1.20%，浮選尾礦含銅品位0.9%，二者與微細礦泥含銅品位很接近，說明起泡劑的使用沒有使礦泥中的氧化銅礦物得到富集，銅礦物只是隨微細礦泥的上浮而無選擇性地上浮。

2.2 起泡劑對微細礦泥潤濕接觸角的影響

起泡劑的使用，使微細礦泥的上浮率增加，導致這一結果的可能原因一是礦泥表面具有天然疏水性，一是泡沫夾帶礦漿使礦泥進入泡沫層。為了查明起泡劑影響礦泥上浮率的機理，測定礦泥的疏水性和考察泡沫水回收率是必要的。對礦泥的潤濕接觸角進行了測定，結果表明，微細礦泥的潤濕接觸角為16.5°，天然疏水性很差，說明礦泥并非因自身可浮而上浮。對與起泡劑作用后的微細礦泥也進行了潤濕接觸角測定，結果表明，與松醇油作用后，礦泥的潤濕接觸角為16.8°。該結果顯示，與起泡劑作用后，礦泥的疏水性并沒有增加，可見，無捕收劑體系中，微細礦泥上浮的原因不是起泡劑與其作用提高了礦泥的疏水性。

圖3 接觸平衡示意圖

2.3 起泡劑用量對泡沫水回收率的影響

在沒有微細礦泥存在的情況下，清水中添加起泡劑增加浮選泡沫，浮選泡沫中夾帶的水量與起泡劑用量的關系如圖4所示。

圖4 起泡劑用量對泡沫水回收率的影響

由圖4可以看出，隨著起泡劑用量的增加，泡沫水回收率升高。起泡劑用量在40g/t以下時，起泡劑對泡沫水回收率的影響很大，繼續加大用量，起泡劑對泡沫水回收率的影響不顯著，說明起泡劑在一定用量范圍內，對泡沫水回收率具有顯著影響。

將起泡劑用量對微細礦泥上浮率的影響與起泡劑用量對泡沫水回收率的影響結合起來分析，可以看出，不同的起泡劑用量下，泡沫水回收率與微細礦泥的上浮率和銅回收率三者具有良好的對應關系。即隨著起泡劑用量的增加，泡沫水回收率上升，微細礦泥的上浮率和其中銅的回收率也增加，且三者的增加趨勢是一致，可以得出結論，起泡劑通過影響泡沫水回收率，造成嚴重的泡沫夾帶使微細礦泥上浮。

浮選過程中，微細礦泥被泡沫水夾帶而上浮，因此，微細礦泥夾帶的程度與泡沫水的回收率有密切關系。也有研究表明，泡沫水的回收率對非硫化礦脈石回收率的影響表明，微細粒脈石被夾帶進入精礦的回收率正比于水的回收率[5-6]。因此，減弱微細礦泥的上浮，可以通過嚴格控制起泡劑用量或選擇一種合適的起泡劑等方式，降低泡沫水回收率來實現。

2.4 起泡劑種類對微細礦泥上浮率的影響

為了降低泡沫水對礦泥的夾帶，選擇三種起泡劑進行了比較，這三種起泡劑及其用量對礦泥上浮率的影響如圖5所示。由圖5可以看出，使用不同種類起泡劑，微細礦泥的上浮率有所不同，上浮率按二乙二醇丁醚、MIBC、松醇油依次降低。說明起泡劑種類會對微細礦泥的上浮產生一定的影響。同時，無論哪種起泡劑，其用量增加，礦泥上浮率隨之增加。因此，選擇一種合適的起泡劑和盡可能降低起泡劑用量是減輕微細礦泥上浮的有效措施。

圖5 起泡劑種類對微細礦泥上浮率的影響

3 結論

1)凝灰巖型氧化銅礦中微細礦泥天然疏水性低，起泡劑不能增加礦泥的疏水性，但起泡劑的使用會顯著增加礦泥進入浮選精礦的數量，起泡劑對礦泥的上浮具有重要影響。

2)隨著起泡劑用量的增加，泡沫水回收率，微細礦泥的上浮率和銅的回收率都增加，且三者的增加趨勢一致，起泡劑通過提高泡沫水回收率，造成嚴重的泡沫夾帶使微細礦泥上浮。

3)不同種類起泡劑對微細礦泥的上浮率有不同的影響，影響的程度按二乙二醇丁醚，MIBC、松醇油依次降低。為減少凝灰巖型氧化銅礦浮選中礦泥因泡沫夾帶進入精礦，選擇合適的起泡劑和盡可能降低起泡劑用量是必需的。

[1] 劉殿文，方建軍，尚旭，等.微細粒氧化銅礦物難選原因探討[J].中國礦業，2009，18(3)：80-82.

[2] 姚高輝，吳愛祥，胡凱建，等.高含泥堿性氧化銅礦堆浸滲透性影響因素分析[J].礦冶工程，2011，31(4)：1-4.

[3] 李榮改，宋翔宇，喬江暉，等.含泥難選氧化銅礦石選礦工藝研究[J].礦冶工程，2008，28(1)：46-50.

[4] 王成彥.高堿性脈石低品位難處理氧化銅礦的開發利用—浸出工藝研究[J].礦冶，2001，10(4)：49-53.

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[6] 熊堃.高泥赤銅礦型氧化銅礦浮選試驗及理論研究[D].昆明：昆明理工大學，2011.