微細粒礦物選礦技術研究現狀及展望*

蔡振波 徐會華

(廣西冶金研究院有限公司)

我國是礦產資源大國，礦產總量豐富，但隨著礦產資源的長期開采利用，富礦與粗粒嵌布礦物資源的日漸殆盡，如何高效利用貧、細、雜礦成為一個突出的難題，發展微細粒礦選礦技術至關重要。而且，隨著礦產資源逐漸減少，新老尾礦、廢渣及再生資源的綜合利用逐漸受到關注，入選礦物呈現粒度細、品位低、高泥、高氧化率等趨勢。為了滿足我國經濟建設發展對資源的需求，采用高效、節能、環保的工藝技術與設備回收微細粒礦物中損失的有用礦物是一個行之有效的方法，對緩解我國資源短缺具有重大的意義。

1 微細粒礦物利用現狀

微細粒礦物主要由于礦物的嵌布粒度細而必須細磨才能單體解離，或由于在磨礦過程中發生過磨造成。據報道，世界上磷酸鹽礦物的1/3，含銅礦物的1/6，含鎢礦物的1/5，在美國開采鐵礦的1/10，玻利維亞錫礦的1/2以及其他數以百萬噸計的礦物［1］損失于微細顆粒中，造成資源的嚴重浪費，加劇了資源的短缺問題。為有效地回收微細粒礦物中的有用礦物，國內外研究學者進行了多方面的研究，主要針對微細粒礦物的選礦工藝與選礦設備，現階段常用的選礦工藝為浮選法、磁選法、重選法，常用的選礦設備為浮選柱、離心選礦機等。

2 微細粒礦選礦工藝

微細粒礦物由于質量小，比表面積大，導致顆粒比表面能高，浮選藥劑對它的選擇性差，且藥劑用量大。若采用常規的浮選方法回收微細礦物，礦物顆粒間的夾雜與泡沫的夾帶現象嚴重，導致精礦品位與回收率均不高，這是目前回收微細礦物遇到的共性問題，微細礦物的特征對浮選行為的影響［2］見圖1?，F階段，采用浮選法回收微細粒礦物的主要方法為增大微細顆粒的表觀粒徑和減小泡沫的尺寸，以使顆粒表觀粒徑與泡沫尺寸相適應，從而實現微細粒礦物的選擇性上浮。浮選法主要分為油團聚浮選法、載體浮選法、剪切絮團浮選法和微泡浮選法。

圖1 微細粒礦物的特征對浮選的影響

2.1 油團聚浮選法

油團聚是在礦漿中添加捕收劑使微細粒礦物疏水，然后添加中性油，中性油在疏水顆粒表面鋪展，促使微細顆粒聚集于油相中形成團，從而增大了微粒顆粒的表觀粒徑;經過油團聚處理后的礦漿可采用浮選法回收－0.038 mm粒級的微細粒礦物［3］。王暉、于潤存等［4］采用油團聚浮選法回收微細粒鉬尾礦，選擇中性油變壓器油與起泡劑配合使用，經攪拌浮選可以從含鉬1.05%的微細粒尾礦中回收鉬金屬，獲得的精礦鉬品位為22.62%、鉬回收率為94.93%。

2.2 載體浮選法

載體浮選是利用一般浮選粒級的礦粒作為載體，使目的微細粒礦物罩蓋在載體礦物上而上浮的一種選礦方法。許多研究者對載體浮選在鉛鋅礦［5］、金礦［6］、赤鐵礦［7］和煤［8］等微細粒礦物的浮選進行了系統的研究。朱陽戈、張國范等［9］對0～20 μm微細粒鈦鐵礦的載體浮選機理進行了研究，研究結果表明:鈦鐵礦浮選中粗細顆粒間交互作用受兩者相對含量影響顯著，以載體浮選工藝處理攀枝花難選微細粒鈦鐵礦，與不采用載體浮選工藝相比，0～20 μm粒級的鈦鐵礦的回收率可由52.56%提高到61.96%。葛英勇、石美佳、曾李明［10］采用載體浮選的工藝回收某鋅浸出渣中的銀，試驗結果表明:由于銀礦物主要以微細粒的形態分布于鋅浸出渣中，導致采用常規浮選工藝回收銀的回收率較低，而采用載體浮選工藝，通過1粗1精1掃流程，可獲得銀品位為8670 g/t、銀回收率為61.67%的銀精礦。

2.3 剪切絮團浮選法

剪切絮團浮選是通過對礦漿進行強烈攪拌作用，攪拌過程產生的剪切力與捕收劑在礦粒表面吸附產生的疏水鍵合力使礦粒聚集形成絮團，從而增大微細粒礦物的表觀粒徑，然后采用浮選法選別的選礦方法。Yin和Yang等［11］在攪拌強度為1400 r/min、攪拌時間為20 min、礦漿pH值為9和油酸鈉濃度為3.94×10－4mol/L的環境下浮選赤鐵礦，研究發現絮團浮選回收率比未絮團浮選的回收率明顯提高，絮團形成后，增大攪拌速度或延長攪拌時間對回收率影響不大。

2.4 微泡浮選法

微泡浮選是通過微泡發生器(空化管、超聲波等)產生微細氣泡，從而增大微細粒顆粒與氣泡的碰撞概率來提高浮選效率和回收率。Ahmadi Rahman和 KhodadadiDarban Ahmad等［12］采用微泡浮選的工藝回收微細粒黃銅礦，試驗發現:微泡浮選工藝黃銅礦的回收率比常規浮選工藝的回收率提高16～21個百分點，且5～14.36 μm 粒級的回收率較14.36～38 μm粒級的回收率提高較多，表明微泡浮選工藝對微細顆粒有較好的選別效果。

3 微細粒選礦設備

為了解決微細粒礦物難以回收的問題，近年來出現了許多新型的微細粒選別設備，主要有充填介質浮選柱、離心選礦機、懸振錐面選礦機、微細粒跳汰機。

3.1 充填介質浮選柱

充填介質浮選柱與常規浮選柱相比，相同之處在于其礦漿和氣泡都是逆向運行，充填介質浮選柱內軸向裝有充填介質，幾乎是靜態條件下進行礦化泡沫與礦漿的分離。充填介質造成了許多狹窄而曲折的通道，當空氣上浮經過通道，容易形成均勻的微泡，無需專門的微泡發生器就能使微細粒上浮。充填的介質層隔板之間的毛細管作用，使充填介質浮選柱能夠保持一個相對高的泡沫層，這能增強泡沫層的沖洗，這樣能克服微細粒脈石的夾雜，可以在不影響微細粒礦物回收率的情況下，實現礦物的“二次富集”，從而提高精礦品位。近年來，國內外對充填介質浮選柱進行了較深入的研究，并取得了一定的成果，研究發現:該類型的浮選柱對微細粒礦物的浮選具有一定的優勢，但由于充填介質浮選柱還沒能很好克服浮選柱柱體太高所帶來的生產操作不便，而且由于微細粒顆粒在柱體內的移動速度慢，導致微細礦物在柱體內停留的時間較長，會造成硫化礦物的氧化從而影響硫化礦的選別。為克服充填介質浮選柱的這個缺點，有研究工作者提出將調漿充氣礦化過程與礦化氣泡同礦漿的分離過程分別單獨進行，即采用浮選柱“體外礦化”，該方法對提高微細粒礦物浮選速度從而提高浮選柱的工作效率具有較大的效果。

3.2 離心選礦機

對于微細粒礦物而言，由于顆粒沉降速度較小，比重大、小顆粒速度差較小，若在重力場中進行微細顆粒的分選，要么分選效率較低、富集比低，要么極為困難甚至根本無法分離。因此，如何增大微細粒顆粒間的沉降速度差異是采用重選方法回收微細粒所需解決的關鍵問題。根據斯托克斯自由沉降公式可知，增加復合力場的加速度能增大顆粒間沉降速度的差異，采用離心力場是一個行之有效的方法。離心選礦機轉鼓臥式旋轉，在轉鼓的徑向產生均勻分布的離心力場，礦漿隨離心轉鼓一起作回轉運動，做旋轉運動的礦漿重微細顆粒在離心力場和弱紊流流膜的復合力場聯合作用下，不同比重的顆粒發生選擇性分離。離心選礦機自20世紀60年代末發明并應用于選礦廠以來，已經先后應用于回收錫、鎢、鐵等金屬。李俊寧、袁啟東等人［13］針對微細粒褐鐵礦嵌布粒度細、磁選易團聚、比表面大等特點，進行了不同選別工藝流程的對比試驗研究，最終采用粗細分選、強磁—螺旋溜槽與離心選礦機重選—中礦再磨再選工藝流程進行了選別，獲得了鐵品位為56.46%、硫含量為 1.47%、鐵回收率為 77.24% 的鐵精礦。試驗利用重力和離心力的相互作用機理，將強磁選機和離心選礦機組合應用，充分發揮了兩種設備各自的優勢，實現了微細粒赤褐鐵礦的有效分選。付廣欽、周曉彤等人［14］采用離心選礦機—浮選的組合工藝流程，回收微細粒黑白鎢多金屬礦，最終獲得了黑鎢精礦WO3品位為46.12%、WO3回收率為85.57%的選別指標。

3.3 懸振錐面選礦機

懸振錐面選礦機是利用流膜選礦原理和拜格諾剪切松散理論研制而成的新型微細粒重選設備，該設備結構簡單，充分利用礦石顆粒粒度、密度的差異實現分選。懸振錐面選礦機對19～37 μm的微細粒礦物如鐵、鎢、錫、鈦、鈮等金屬有良好的回收效果。黃翔、楊波等人［15］采用懸振錐面選礦機回收柿竹園1500 t/d選礦廠的黑鎢細泥，經1次粗選獲得了含 WO3為30.23%、WO3回收率為75.72%，含錫4.97%、錫回收率為67.90%的黑鎢精礦。肖文工、謝加文等人［16］采用懸振錐面選礦機回收白鎢精選尾礦中的鎢和錫金屬，采用懸振錐面選礦機替代搖床，工業試驗獲得了WO3品位為25.45%，WO3回收率為 44.83%，錫品位為 6.93%，錫回收率為52.32%的試驗指標。

3.4 微細粒跳汰機

跳汰選礦是一種傳統的重選工藝，早期僅應用于處理粗顆粒的礦物資源。近年來，澳大利亞的Geologics公司研制的Kelsey離心跳汰機應用強離心力加強對微細礦物的富集，通過引入離心力場，使跳汰機可處理的粒度下限大大降低，該類型跳汰機對－10 μm的微細粒礦物具有較好的回收效果。

4 前景與展望

隨著資源的不斷消耗，我國的優質資源日益匱乏，為滿足經濟發展對資源的需求，當前如何利用嵌布粒度細和損失于尾礦中的微細有用礦物是我國選礦工作者仍要研究的課題。如何采用高效、節能、環保的工藝與設備來綜合利用微細粒資源，還需解決以下幾個問題:

(1)研發新型、節能選礦設備。微細粒礦物由于質量小，比表面積大，導致顆粒比表面能高，采用傳統的常規選礦設備對微細粒礦物選別效果較差，甚至無法富集;通過研發新型選礦設備來增大微細粒礦物間的物理化學性質差異，從而實現微細礦物的有效分離。所以研發新型、節能的重選設備是充分利用微細粒資源的一個研究方向。

(2)研發高效、節能的選礦工藝。若采用單一的選礦工藝如浮選法、重選法、磁選法等很難既保證精礦的品位又保證精礦的回收率;單一采用浮選法回收微細礦物易造成脈石礦物夾雜，精礦富集比較低;單一采用重選法回收微細礦物能獲得較高的富集比，但回收率較低;因此采用聯合工藝回收微細粒能彌補單一工藝的缺點，實現微細礦物較好的回收。

(3)研發新型、環保的藥劑。采用浮選法回收微細粒礦物，難點在于浮選藥劑的選擇，若采用常規的浮選藥劑易造成微細粒脈石的夾雜與夾帶，導致精礦的富集比低，目的礦物的回收率低，因此開發一種能夠選擇性與目的礦物作用的藥劑，從而增大有用礦物的表觀粒度，然后采用特定的捕收劑，實現微細顆粒的選擇性上浮，從而實現微細粒礦物的有效回收。

5 結語

我國資源總量和種類豐富，但嵌布粒度細、復雜共生、難選礦石較多，導致長久以來大量的有用礦物損失于微細粒中，造成資源的大量浪費。雖然近年來，選礦工作者對微細粒礦開展了大量的研究，但大部分微細粒礦還不能實現高效的回收。針對我國現階段資源利用特點，為滿足國內需求，選擇合理工藝、研發新型選礦藥劑和選礦設備，實現微細粒礦物的資源合理化利用，對緩解我國資源短缺、可持續發展、國民經濟、環境污染均具有重要的意義。

［1］ 姚 偉，李茂林，崔 瑞，等.微細粒礦物的分選技術［J］.現代礦業，2015(1):66-69.

［2］ 艾光華，李曉波.微細粒黑鎢礦選礦研究現狀及展望［J］.礦山機械，2011，39(10):90-95.

［3］ Ozkan A，Aydogan S，Yekeler M.Critical solution surface tension for oil agglomeration［J］.International Journal of Mineral Processing，2005，76(1):83-91.

［4］ 王 暉，于潤存，符劍剛，等.油團聚浮選回收尾礦中微細粒輝鉬礦的研究［J］.礦冶工程，2009(1):30-33.

［5］ LANG A G，SKINNER W M，SMART R St C.Fine coarse particle interactions and aggregation in sphalerite flotation［J］.Mineral Engineering，1997，10(7):681-693.

［6］ Valderrama l，Rubio J.High intensity conditioning and the carrier flotation of gold fine particles［J］.International Journal of Mineral Processing，1998，52(4):273-285.

［7］ 郭建斌.東鞍山赤鐵礦載體浮選試驗研究［J］.礦冶工程，2003，23(3):29-31.

［8］ ATESOK G，BOYLU F，CELIK M S.Carrier flotation for desulfurization and deashing of difficult-to-float coals［J］.Mineral Engineering，2001，14(6):661-670.

［9］ 朱陽戈，張國范，馮其明，等.微細粒鈦鐵礦的自載體浮選［J］.中國有色金屬學報，2009，19(3):554-560.

［10］ 葛英勇，石美佳，曾李明.載體浮選回收某鋅浸出渣中的銀［J］.金屬礦山，2012(4):156-159.

［11］ Yin W Z，Yang X S，Zhou D P，et al.Shear hydrophobic flocculation and flotation of ultrafine Anshan hematite using sodium oleate［J］.Transaction of Nonferrous Metals Society of China，2011，21(3):652-664.

［12］ Ahmadi Rahman，KhodadadiDarban Ahmad，Abdollahy Mahmoud，et al.Nano-microbubble flotation of fine and ultrafine chalcopyrite pariticles［J］.International Journal of Mining Science and Technology，2014，24(4):559-566.

［13］ 李俊寧，袁啟東，陳 洲.某微細粒赤褐鐵礦選礦試驗研究［J］.礦產保護與利用，2014(6):19-24.

［14］ 付廣欽，周曉彤，鄧麗紅，等.某難選黑白鎢多金屬礦中黑鎢礦的選礦試驗研究［J］.材料研究與應用，2014，8(4):268-272.

［15］ 黃 翔，楊 波，張雨田.懸振錐面選礦機回收柿竹園1500 t/d選礦廠黑鎢細泥工業試驗研究［J］.有色金屬:選礦部分，2015(1):83-85.

［16］ 肖文工，謝加文，陳占發.白鎢精選尾礦綜合回收鎢、錫新工藝改造［J］.中國鎢業，2015，30(3):14-17.