從低品位螢石重晶石共生礦中優先浮選螢石試驗研究①

劉興華

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

螢石是一種非常重要的稀缺性戰略資源，有“第二稀土”的美譽，被廣泛應用于新能源、新材料、光學、冶金、化工、建材等新興產業和傳統領域［1-3］。 低品位細粒螢石重晶石共生礦是回收螢石礦物的主要礦石類型，螢石與重晶石礦物表面的活性位點Ca2＋和Ba2＋同屬堿土金屬離子，天然可浮性相近，致使螢石與重晶石浮選分離比較困難［4］。 目前浮選低品位細粒螢石重晶石共生礦的主要工藝有優先浮選和混合浮選，兩種方法各有利弊［5］，但對螢石精礦品質要求較高時，抑制重晶石、優先浮選螢石［6］工藝是一種不錯的選擇。本文采用該工藝對某低品位螢石重晶石共生礦開展了優先浮選回收螢石的試驗研究。

1 礦石性質

試驗礦樣為硅酸鹽型低品位螢石重晶石共生礦，其主要化學成分分析結果和主要礦物含量分別見表1和表2。 該礦主要組分CaF2、BaO 和SiO2含量分別為21.22%、27.30%和28.73%。 除螢石、重晶石外，該礦中金屬礦物為赤鐵礦、褐鐵礦和黃鐵礦等；非金屬礦物主要為石英，含少量絹云母、白云母，其他微量礦物包括綠泥石、金紅石、稀土礦物和鋯石等。 螢石礦物含量為21.2%、重晶石礦物含量為41.7%。

表1 原礦主要化學成分分析結果（質量分數） %

表2 原礦中主要礦物含量（質量分數） %

螢石主要為不規則團塊狀或細脈狀，內部常包含數量不一的微細粒重晶石或石英等雜質礦物；其次為自形、半自形等軸粒狀或不規則粒狀，主要呈浸染狀與重晶石或石英緊密交生。 兩種產出形式的螢石在數量上以第一種為主，二者的礦物含量比大致為65 ∶35。

重晶石主要為柱狀、粒狀或板片狀，與螢石、石英緊密交生，部分呈微細粒交代殘余以浸染狀形式嵌布在螢石或石英集合體中，粒度較粗的集合體內部常包裹大量粒度極為細小的石英顆粒。

礦石中螢石和重晶石均呈粗細不均勻嵌布的特點。 單從嵌布粒度考慮，為使97%左右的螢石和重晶石呈單體狀態產出，處理區內礦石時選擇磨礦細度－0.075 mm 粒級含量85%。 但由于螢石和重晶石中常包裹細粒石英等礦物，要獲得高純度的螢石產品預計需要更細的磨礦細度，特別是重晶石中包裹較多的微細石英，預計獲得高純度產品的難度較大。

2 浮選試驗

采用浮選方法，確定的原礦磨礦細度、浮選藥劑種類和原則工藝流程如圖1 所示。 在磨礦細度為－0.075 mm粒級占90.78%條件下可獲得CaF2品位97%以上的高品質螢石精礦，這與工藝礦物學的研究結果基本相符。每次試驗所用礦樣1.0 kg，粗選浮選濃度為30%，浮選溫度為30 ℃。 試驗中用到的浮選藥劑主要有：Na2CO3（分析純）、Al2（SO4）3（分析純）、CYD-1（自主研發的無機抑制劑）、CYD-2（自主研發的有機抑制劑）、CY-10（自主研發的工業品捕收劑）等。 試驗設備主要為3.0 L、1.5 L、1.0 L、0.75 L、0.5 L 等各型號的實驗室型單槽浮選機。

圖1 螢石浮選原則流程

3 試驗結果與討論

3.1 粗選藥劑用量試驗

螢石與重晶石天然可浮性相近，螢石零電點為6.2，重晶石零電點為3.2［5］。 依據二者零電點的差異，粗選采用復合無機抑制劑CYD-1，在對重晶石礦物實施抑制的同時，將浮選礦漿pH 值調整至更適合螢石回收的弱酸性環境，進一步擴大螢石與重晶石之間的可浮性差異，更利于實現二者的浮選分離。 在捕收劑CY-10 用量300 g／t 條件下進行無機抑制劑CYD-1 用量試驗，結果見圖2（a）。 隨著無機抑制劑CYD-1 用量增加，螢石精礦品位先升高、后保持穩定、再降低，CaF2回收率一直逐漸減少。 綜合考慮，選擇CYD-1 用量800 g／t。

圖2 粗選浮選藥劑用量試驗結果

CYD-1 用量800 g／t 條件下，進行了捕收劑CY-10用量試驗，結果見圖2（b）。 隨著CY-10 用量增加，螢石精礦品位先降低、后保持穩定、再繼續降低，CaF2回收率先快速增加、后緩慢增加。 考慮到粗選作業的目的是盡可能保證足夠的回收率，選擇捕收劑CY-10 用量300 g／t，此時獲得的螢石粗選精礦產率66.32%、CaF2品位31.14%、回收率94.60%。

3.2 精選1 藥劑用量試驗

無機抑制劑CYD-1 用量300 g／t 條件下，進行了精選1 調整劑Na2CO3用量試驗，結果見圖3（a）。 添加少量Na2CO3有助于提高螢石精礦品位和回收率，但Na2CO3用量過大則會顯著降低螢石精礦品位。 因此選擇Na2CO3用量50 g／t。

圖3 精選1 藥劑用量試驗結果

Na2CO3用量50 g／t 條件下進行了精選1 抑制劑CYD-1 用量試驗，結果見圖3（b）。 隨著CYD-1 用量增加，螢石精礦品位逐漸升高，CaF2回收率先保持穩定、后快速減少，綜合考慮品位和回收率指標，選擇抑制劑CYD-1 用量300 g／t，此時獲得的螢石精礦產率為57.19%、CaF2品位為35.56%、回收率為93.49%。

3.3 精選2 和精選3 藥劑用量試驗

精選2 和精選3 采用的浮選藥劑種類與精選1一致，各藥劑用量試驗結果見表3。 從表3 可知，當精選2 和精選3 作業藥劑用量減少過快時會導致螢石精礦品位下降較大，因此選擇精選2 調整劑Na2CO3用量40 g／t、抑制劑CYD-1 用量200 g／t，精選3 調整劑Na2CO3用量30 g／t、抑制劑CYD-1 用量100 g／t，此時可獲得產率46.00%、CaF2品位43.42%、回收率90.86%的螢石精礦。

表3 精選2 和精選3 藥劑用量試驗結果

3.4 精選4 藥劑用量試驗

無機抑制劑CYD-1 用量200 g／t、有機抑制劑CYD-2用量200 g／t 條件下，進行了精選4 抑制劑Al2（SO4）3用量試驗，結果見圖4（a）。 隨著Al2（SO4）3用量增加，螢石精礦品位逐漸升高，CaF2回收率先增加后減少。 綜合考慮，選擇Al2（SO4）3用量100 g／t。

圖4 精選4 藥劑用量試驗結果

抑制劑Al2（SO4）3用量100 g／t、有機抑制劑CYD-2用量200 g／t 條件下，進行了抑制劑CYD-1 用量試驗，結果見圖4（b）。 隨著CYD-1 用量增加，螢石精礦品位先快速升高、后緩慢降低，CaF2回收率先緩慢減少、后快速減少，綜合考慮浮選精礦指標，選擇CYD-1 用量200 g／t。

抑制劑Al2（SO4）3用量100 g／t、無機抑制劑CYD-1用量200 g／t 條件下，進行了抑制劑CYD-2 用量試驗，結果見圖4（c）。 不添加CYD-2 時，螢石精礦品位和回收率均較低，添加CYD-2 后，螢石精礦品位和回收率均快速提升，CYD-2 用量100～400 g／t 范圍內，螢石精礦品位和回收率變化幅度很小。 綜合考慮浮選指標，選擇CYD-2 用量300 g／t，此時精選4 可獲得產率23.61%、CaF2品位81.17%、回收率88.13%的螢石精礦，與精選3相比，CaF2品位提高了37.75 個百分點，回收率僅減少了2.73 個百分點。 由此可見，通過利用Al2（SO4）3和CYD-1 與CYD-2 之間的協同作用，強化了對重晶石的抑制作用，顯著提高了浮選過程中捕收劑對螢石的選擇性。

3.5 閉路流程試驗

在條件試驗基礎上，對原礦進行了浮選閉路流程試驗，試驗流程見圖5，結果見表4。 原礦經過一粗七精、精選5～7 中礦順序返回的螢石優先浮選閉路流程試驗，獲得了產率15.60%、CaF2品位97.36%、回收率70.43%的高品質螢石精礦，螢石精礦中BaSO4含量僅0.77%，實現了螢石與重晶石的高效分離。

圖5 螢石浮選閉路試驗流程

表4 浮選閉路流程試驗結果

4 結 論

1） 試驗礦樣為硅酸鹽型低品位螢石重晶石共生礦，CaF2品位為21.22%，BaO 含量為27.30%； 從礦物組成及含量來看，螢石礦物含量為21.2%，重晶石礦物含量達到41.7%，脈石礦物主要為石英。 螢石與重晶石嵌連關系緊密，二者均呈粗細不均勻嵌布的特點，單從嵌布粒度考慮，欲使97%左右的螢石和重晶石呈單體狀態產出，選擇磨礦細度－0.075 mm 粒級約占85%，但由于螢石和重晶石中常包裹細粒石英等礦物，要獲得高純度的螢石產品預計需要更細的磨礦細度。

2） 原礦采用一粗七精、精選5 ～7 中礦順序返回的螢石優先浮選閉路流程，獲得了產率15.60%、CaF2品位97.36%、回收率70.43%的高品質螢石精礦，精礦中BaSO4含量僅0.77%，實現了螢石與重晶石的高效分離。

3） 在優先浮選螢石過程中，利用Al2（SO4）3和CYD-1 與CYD-2 之間的協同作用，強化了對重晶石的抑制作用，顯著提高了捕收劑對螢石的選擇性，有效保證了高品質螢石精礦指標。