（矿物加工工程专业论文）铜山口铜矿铜中矿浮选新工艺研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 矿产资源属于不可再生资源，而铜资源对我国来说更属短缺资源。我国铜矿 资源以贫铜为主，大型铜矿少，矿产资源日趋贫、细、杂，选别作业难度增加， 况且随着国民经济的高速发展，对高品质的矿产原料和金属的需求量不断增加， 使供需矛盾也日益加大。如何实现复杂矿产资源的综合利用，缓解供需矛盾，保 证国民经济的可持续发展，已成为技术创新的重大问题之一。因此，针对我国铜 矿资源的特点，加大低品位铜矿资源深度开发，实现矿产资源的综合利用，有利 于缓解我国铜工业存在的供需矛盾，具有重大的经济意义和社会意义。 本课题选择黄石鑫泰矿业公司铜山口矿区的铜钼多金属共生矿为研究对象， 矿石中的金属矿物以黄铜矿、黄铁矿和辉铝矿等硫化矿物为主，原矿性质较为复 杂；由于选矿生产中存在严重粗粒欠磨、细粒过磨，供矿性质复杂多变，药剂制 度不合理等多种不利因素影响，精矿产品回收率偏低，有价元素得不到充分的利 用。本文在对该矿石主要矿物组成和嵌布关系深入研究及原选矿工艺存在问题分 析的基础上，以提高选铜回收率和综合回收有益金属为目的，结合矿石性质特点， 在实验室中通过对磨矿细度、矿浆p h 值、捕收剂、起泡剂用量和用法等环节的 浮选试验研究，采用全新的研究方法，优化选矿工艺流程，确定了新的浮选药剂 制度和选矿工艺流程，取得了比较理想的铜硫选别指标，为选矿厂进行全流程技 术改造提供了详实的理论依据。 在理论研究分析的基础上，对铜中矿浮选新工艺进行了工业生产试验，通过 选矿工艺的优化、调试，新工艺的选矿指标有较大的提高，取得了良好的经济效 益。工业生产实践证明，新工艺突破了阶段磨矿，循序返回的传统浮选工艺模式， 在不增加磨机情况下，实现了铜中矿选择性分级再磨再选，形成了磨浮大循环， 铜中矿浮选新工艺的改造是成功的，同时也为同类矿山的技术改造提供了一定的 借鉴作用。本课题有很好的发展前途和应用前景。 关键词：浮选工艺，铜矿石，选矿药剂，铜硫分离，浮选电化学 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i n e r a lr e s o u r c e $ a l en o n - r e n e w a b l er e s o u r c e s ，a n dc o p p e rr e s o u r c eo f0 1 1 1 c o u n t r yi sl i m i t e d c h i n e s ec o p p e rr c s o u r e ei sm a i np o o rc o p p e r m i n e r a lr e s o u r c e s a l et e n dt op o o r 、t i n ya n dc o m p l e x ，m i n e r a lp r o c e s sb e c o m e sm o r ea n dm o r ed i f f i c u l t ， a n dt h er e q u i r e m e n tf o rt h em i n e r a lr a wm a t e r i a l sw i t hh j i g hq u a l i t ya n dn o n f e r r o u s m e t a l si sr i s i n gc o n t i n u o u s l y , w h i c hl e a dt ot h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n d d e m a n da r ei n c r e a s i n g t h e r e f o r e ，h o wt oa l l e v i a t et h ec o n t r a d i c t i o nb yc a r r y i n go u t t h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fm i n e r a lr e s o u r c e st ok e e pn a t i o n a le c o n o m i c s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n th a sb e e no n eo fm a j o ri s s u e sw i t ht e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o n s o ，a i m i n ga tt h eq u a l i t yo fc h i n e s ec o p p e rr e s o u r c e ，d e v e l o p i n gl o w g r a d ec o p p e r r e s o u r c ei n t e n s i v e l ya n dm a k i n gf u l lu s eo fm i n e r a lr e s o u r c ec o m p r e h e n s i v e l y , w h i c h w i l l h e l pt o e a s et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n da n dh a v eg r e a t e c o n o m i ca n ds o c i a ls i g n i f i c a n c e t h et o p i cc h o o s e st h ep o l y m e t a u i cs y m b i o t i cm i n ei nt o n gs h a n k o uc o p p e r m i n ea r e a , t h em a i nm e t a lm i n e r a l sa r ec h a l c o p y r i t ea n dp y r i t ea n dm o l y b d e n u m ，a n d t h eq u a l i t yo fr a wm a t e r i a la r em u c hc o m p l i c a t e d t h e r ea r em a n yf a c t o r sl e a dt o l o w r e c o v e r yo fc o p p e rc o n c e n t r a t i o na n dh a r dt om a k ef u l lu s eo fv a l u a b l ee l e m e n t s ， s u c ha st h er o u g hg r a i ni sl a c ko fg r i n d i n g , t h ef i n eg r a i ni se x c e s s i v eo fg r i n d i n g , t h e o r ec h a r a c t e ri sc o m p l e xa n dv a r i a b l e ，t h er e g i m eo fm e d i c a m e n ti su n r e a s o n a b l e ，e t c t h ep a p e rb a s e so nm a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o n s 、s t u d yo ni n l a yr e l a t i o na n dt h e a n a l y s i so ff o r m e rm i n e r a lp r o c e s s ，o nt h ep u r p o s eo fi n c r e a s i n gc o p p e rr e c o v e r ya n d r e c o v e r i n gv a l u a b l em e t a l sc o m p r e h e n s i v e l y ；c o m b i n i n gt h eq u a l i t yo fo r e , d o f l o t a t i o ne x p e r i m e n to ng r i n d i n gf i n e n e s s 、p u l pp h 、c o l l e c t o r 、f r o t h e rd o s a g ea n d u s a g ei nl a b o r a t o r y , a d o p t i n gn e w l y r e s e a r c hm e t h o d ，o p t i m i z i n gm i n e r a lp r o c e s s f l o w , t h e nd e t e r m i n i n gn e wf l o t a t i o nm e d i c a m e n ta n dm i n e r a lp r o c e s sf l o w , f i n a l l y a t t a i n i n gm u c hi d e a lc o p p e ra n ds u l f u rs e p a r a t i o n si n d e x ，w h i c hs u p p l yd e t a i l t h e o r e t i c a ld a t u sf o rt e c h n i c a li n n o v a t i o ni nt o n gs h a n k o uc o p p e rm i n e b a s eo nt h ea n a l y s i so ft h et h e o r e t i c a lr e s e a r c h ，d oi n d u s t r i a le x p e r i m e n to n c o p p e rm i d d l eo r ef l o t a t i o nw i t hn e wt e c h n o l o g y , t h ei n d i c a t o r so fn e wp r o c e s s t e c h n o l o g ya l ei m p r o v e dg r e a t l yt h r o u g ho p t i m i z a t i o n 、d e b u g g i n g ，a n da c h i e v eg o o d e c o n o m i cr e s u l t s i n d u s t r i a lp r o d u c t i o np r a c t i c ep r o v et h a tt h en e wt e c h n o l o g y b r e a k t h r o u g hi n t h es t a g eg r i n d i n g ，t h et r a d i t i o n a lo r d e rc y c l ef l o t a t i o np r o c e s s h 武汉理1 = 大学硕士学位论文 m o d e l ，i nt h ec a s eo fn o ti n c r e a s i n gb a l im i l l ，a c h i e v i n gc o p p e rm i d d l es e l e c t i v e c l a s s i f i c a t i o na n dr e g r i n d i n g , f o r m i n gal a r g ec i r c l eo ff l o a t i n gm i l l ，c o p p e rm i d d l e o r ef l o t a t i o np r o c e s st r a n s f o r m a t i o ni ss u c c e s s , a l s op r o v i d ec e r t a i nr e f e r e n c ef o rt h e t e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r m a t i o no fs i m i l a rm i n e t h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c hi nt h i sp a p e r h a s g r e a td e v e l o p i n gf u t u r ea n dp r o s p e c to fa p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：f l o t a t i o np r o c e s s ，c o p p e rf i f e , m e d i c a m e n t , c o p p e r - s u l p h u rs e p a r a t i o n , f l o t a t i o ne l e c t r o c h e m i s t r y i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名箍锥日期：闰：圭星 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规 定，即学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借 阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：缒名导师签名：蚴日期：享鸢山：墨 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章文献综述 铜是人类祖先最早应用的金属之一，据考古发现，早在6 0 0 0 年前的史前 时期，埃及人就使用铜器；在我国距今4 0 0 0 年前的夏朝也开始使用红铜，即 天然铜。铜既是一个古老的金属，又是一个充满生机和活力的现代工程材料。 在当今社会，铜已经是国民经济建设中相当重要的金属原材料之一，它以导电、 导热、抗张、耐磨、易铸造、机械性能好、易制成合金等性能，被广泛地应用 于电气工业、机械制造、运输、建筑、电子信息、能源、军事等工业领域。铜 以品种繁多的金属、合金和化合物的形式被人们所利用，已深深地渗入到生产 和生活的各个方面，成为人类跨入2 1 世纪取得飞速发展一个不可缺少的重要 金属。一般认为，铜的消费和用途的多少，往往反映一个国家工业化程度的高 低，随着新工业技术革命浪潮的来临和高科技的发展，人类对铜的需求也将逐 步地增长。 世界铜矿资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地，全世界已探明的储 量共3 5 亿万t ，其中智利占2 4 ，美国占1 6 9 ，独联体占1 0 1 5 ，扎伊尔 占7 3 9 ，赞比亚占4 5 5 ，秘鲁占3 4 1 ，美洲占了世界储量的6 0 。我国 铜矿保有储量占世界储量基础的4 7 5 ，居世界第7 位，人均拥有量低于世界 平均水平，属绝对数量尚占优势，相对数量不足的矿产，对经济发展的支撑能 力较低。目前，中国已发展成为全球最大的铜消费国、铜加工制造业基地、铜 基础产品输出国，实现了中国铜工业的持续快速发展。但是，由于我国铜的储 量和产量都有一定的限度，铜的产量一直满足不了国民经济建设的需求，而且 随着国民经济的高速发展其需求缺口将会越来越大【“。 矿产资源已经成为当代社会赖以生存和发展的重要物质基础之一，它们的 开发利用极大地推动了人类社会的进步、发展和繁荣，在当代世界经济发展中 起着极为重要的作用。同时，随着世界经济的进步发展，矿产资源的消耗量 也越来越大，使得世界矿产资源尤其是有色金属资源供求矛盾日益突出。矿产 资源是不可再生资源，对我国来说，铜资源属短缺资源，随着我国经济的高速 发展，造成了铜原料长期依赖进口的局面。因此，科学有效地开发利用有限的 矿产资源，遵循“科学技术是第一生产力”，大力推广应用新技术、新工艺， 不断提高有色金属生产的技术经济指标，降低生产成本，是解决这一矛盾，确 保我国国民经济持续、稳定、健康、协调发展的客观需要，具有十分重要的现 实意义和深远的历史意义【2 1 。本研究课题就是在这一背景下提出的。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 铜资源概况 1 2 1 世界铜资源概况 地壳中铜含量7 0 m g k g ，铜矿床广泛地分布在世界各个国家和地区p j ，从 地区分布看，全球铜储量最丰富的地区共有五个：( 1 ) 南美洲秘鲁和智利境内 的安第斯山脉西麓；( 2 ) 美国西部的洛矶和大坪谷地区；( 3 ) 非洲的刚果和赞 比亚；( 4 ) 哈萨克斯坦共和国；( 5 ) 加拿大东部和西部。从国家分布看，世界 铜资源主要集中在智利、美国、赞比亚、前苏联和秘鲁等国。智利是世界上铜 资源最丰富的国家，其铜金属储量约占世界总储量的1 4 ；美国、日本是主要 的精炼铜生产国；赞比亚和扎伊尔是非洲中部的主要产铜国，其生产铜全部用 于出口；德国和比利时是利用进口铜精矿和粗铜冶炼精铜的生产国。据美国地 质调查局估计，2 0 0 3 年世界陆地铜资源量约有1 6 亿吨，深海底和海山区的锰 结核及锰结壳中的铜资源量约有7 亿吨，主要分布在太平洋，另外洋底或海底 热泉形成的贱金属硫化物矿床中也含有大量的铜资源。美国地质调查局公布 2 0 0 4 年世界铜储量4 7 亿吨，储量基础9 4 亿吨，与2 0 0 3 年持平。储量最多的 国家依序是智利和美国，其次是秘鲁、波兰、印度尼西亚、墨西哥、中国、澳 大利亚、俄罗斯、赞比亚、哈萨克斯坦和加拿大。进入2 1 世纪，查明铜矿储 量在千万吨以上的国家共有2 1 个，其储量和储量基础详见表1 1 【4 】。 表1 - i世界铜储量和储量基础单位：万吨 资料来源：m i a e r a lc o m m o d i t ys u m m a r i e s2 0 0 2 ，2 0 0 3 ，2 0 0 4 ，2 0 0 5 ；中国数据系美国地质调查局估计数。 2 武汉理1 = 大学硕士学位论文 1 2 2 我国铜资源概况 我国铜精矿的生产产地主要是安徽、江西、湖北、云南及甘肃等省，以2 0 0 4 年的统计为例，这五个省的铜精矿产量约占到全国总量的5 8 5 0 ，基础储量 占到全国的5 9 8 4 ，查明的资源储量将近占到全国的5 0 ，因此，这五个省 是我国铜工业的重要原料基地。与国外相比，尽管我国是世界铜资源大国，铜 储量在世界上排名第七，但是从总体上讲，我国铜资源依然很贫乏( 尤其是缺 乏富铜矿) ，与国外铜资源国家相比仍然有相当大的差距。我国铜矿资源特点 是中小型矿床多，大型、超大型矿床少( 详见表1 2 国内外铜矿资源比较) 1 5 1 。 该特点使得我国铜矿山建设规模普遍偏小，况且经过几十年的强化开采，它们 的资源储量在大幅度减少，有的甚至己接近枯竭。据资料统计，2 0 0 1 年铜矿资 源储量为1 8 0 0 万t ( 铜含量) ，仅占世界总量的5 3 。此外，我国的铜矿资源 自然禀赋不佳，未发现优质矿床；在已发现的矿床中，不少矿床是属于埋藏深、 品位低、开采难度大的矿体，甚至有相当的一部分属于“呆矿”。在质量方面， 我国铜矿石的平均品位为0 8 7 ，而品位大于1 的储量仅占其资源总储量的 3 5 。与世界其它国家相比，我国斑岩型铜矿的平均品位为0 5 ，低于智利、 秘鲁的l 2 ；砂岩型铜矿的平均品位为0 5 一1 ，远低于刚果和赞比亚的 2 5 1 6 1 。 表1 2国内外铜矿资源比较 武汉理工大学硕士学位论文 我国既是铜资源较贫乏国，又是最大铜消费国，虽然我国铜精矿产量多年 来维持在较高生产水平，但远远满足不了冶炼和国民经济建设需求，铜精矿产 量日渐萎缩，而铜消费快速增长，铜产量与消费量存在较大缺口。据有关部门 统计，近1 0 年国铜精矿年均增长1 0 ，2 0 0 3 年国产铜精矿( 金属量) 5 6 8 1 万t ，仅满足冶炼产能的3 5 。铜原料自供率从1 9 9 3 年4 7 3 降到2 0 0 3 年 3 5 o ，而铜消费呈直线攀升趋势，铜消费量从1 9 9 0 年7 0 5 万t 增加到2 0 0 2 年2 7 3 万t ，年均递增2 2 。据有关部门预测，到2 0 1 0 年，我国年产铜精矿原 料大约维持在7 0 万t 的水平，而届时对铜的消费量将达到5 3 0 万t ，存在4 6 0 万t 的供需缺口f ”。我国铜资源的有限性和紧迫性势必影响国民经济的健康发 展，因此，在可持续发展和循环经济理念的指导下，要满足中国对铜日益增长 的消费需要，必须采取“两条腿走路”的方针，在实施铜矿资源“走出去”战 略，合理地利用国外铜资源；与此同时，必须按照“资源开发和节约并举，把 节约放在首位，提高资源利用效率”的既定方针，充分利用国内铜资源，用优 惠政策鼓励矿山企业采用新技术和新工艺开发贫矿，提高资源的利用效率，保 障铜资源长期稳定、安全地供应，以利于进一步夯实我国铜产业链协调健康发 展的资源基础。 1 3 黄铜矿和黄铁矿的矿石性质与可浮性 1 3 1 黄铜矿的性质与可浮性 硫化铜矿物主要有黄铜矿( c u f e s 2 ) 、辉铜矿( c u 2 s ) 、斑铜矿( c u s f e s 4 ) 、铜 蓝( c u s ) 、砷黝铜矿( c u l 2 a s 4 s 1 3 1 等，在这几种硫化铜矿物中，最主要的铜矿物 是黄铜矿和辉铜矿。在我国，硫化铜矿物主要以黄铜矿为主。 黄铜矿的化学式为：c u f c s 2 ，晶体结构为四方晶系。黄铜矿晶体结构中每 个硫离子为四个金属离子( 2 c u + 2 f e ) 所围绕，每个铜或铁离子被四个硫离子所 包围。解理 1 1 2 ) 和 1 0 1 ) 不完全嗍。 黄铜矿具有良好的无捕收剂浮选特性以及硫诱导无捕收剂浮选特性。 l u t t r c l l 和y o o n l 8 】考查了六种不同产地的黄铜矿的无捕收剂浮选特性，表明了 不同产地黄铜矿无捕收剂的浮选特性有区别，无捕收剂浮选只有在氧化环境中 才有效；孙水裕1 9 】等详细讨论了黄铜矿的自诱导机理，认为黄铜矿表面中性硫 的生成是黄铜矿无捕收剂浮选的原因。黄铜矿在中性及弱碱性介质中表面疏水 性较好，在强碱性介质中表面形成氢氧化铁薄膜，其表面疏水性降低。 浮选黄铜矿最常用的捕收剂是黄药、黑药、硫氮等，在较宽的p h 范围内 ( p h 4 1 2 ) 黄铜矿具有良好可浮性。在p h 值升高后，黄铜矿易受氰化物和 石灰的抑制。 t 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 2 黄铁矿的性质与可浮性 黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物，可形成于各种不同的地质作用中，多 与其它矿物共生。黄铁矿的化学式为：f e s 2 ，晶体结构为等轴晶系。黄铁矿晶 体结构中，铁原子占据立方体晶胞的角顶与面中心，硫原子组成哑铃状的对硫 s 2 】2 ，其中心位于晶胞棱的中心和体中心。每个铁原子为六个硫原子围绕形成 八面配体，而每个硫原子则仅为三个铁原子所围绕，解理0 0 0 和 1 1 1 极不完 全1 9 1 。黄铁矿中的铁呈低自旋状态；量子化学计算表明：f c 与s 之间形成很强 配位键，导致铁原子的净电荷数为负，而硫原子的净电荷数为正；s s 问形成 较强共价键，f e f e 之间形成弱金属键f l o l 。 陈述文等i “】对八种不同产地的黄铁矿的可浮性进行了研究，认为单纯用矿 物的硫铁比来判断其可浮性有一定的局限性，黄铁矿的可浮性还与其半导体性 质、化学组成有关。在碱性介质中，温差电动势大的p 型黄铁矿可浮性好，难 以被硫化钠和钙离子抑制；在酸性介质中，温差电动势绝对值小的p 型和n 型黄铁矿可浮性好。 黄铁矿表面适度氧化，其可浮性提高，过度氧化，则可浮性下降。黄铁矿 的表面状态与矿浆p h 有关，在强酸性介质中，它的表面可能产生如下反应： f e s f e s + s o ( 1 - 1 ) 元素硫可提高其表面疏水性。 在碱性介质中黄铁矿表面可发生氧化反应： f e s 2 + 1 1 - 2 d 一艮( o 曰l + 2 s 0 4 + 1 9 h + + 1 5 e ( 1 - 2 ) 黄铁矿表面生成亲水f e ( o i 功，可浮性降低。 黄铁矿的捕收剂主要是黄药类，其疏水产物为双黄药。在p h 小于6 的介 质中最易浮。有的研究发现，在p h 为6 7 问黄铁矿可浮性变差，凌竞宏1 1 2 】 等研究则表明这一现象和矿样处理方式有关，在碱性条件下，随着p h 升高， 黄铁矿的可浮性下降。 1 4 硫化矿选矿技术历史发展综述 目前，国内外硫化矿选矿通用的技术工艺主要为浮游选矿，简称浮选。浮 选是在气液一固三相界面分选矿物的科学技术，是利用不同矿物颗粒表面对水 不同的润湿性( 疏水性或亲水性) 这一物理化学性质来进行矿物分选的一种选 矿方法【1 3 i 。 在1 8 6 0 年前后，浮选就开始应用于矿业生产。一百多年来，特别是泡沫 浮选应用后的近八十年，浮选工艺及其理论有了很大的发展，形成了各种独特 5 武汉理工大学硕士学位论文 技术内容和各种用途的浮选工艺。从对硫化矿浮选发展有重要影响和重大意义 的角度来考察硫化矿浮选工艺的历史，可以认为经历了三个阶段1 1 4 j ： 1 、1 8 6 0 1 9 2 5 年，早期的全油浮选【1 5 1 和表层浮选【1 6 1 ；主要是利用矿物天 然可浮性及亲油性的差异进行浮选，通过对所使用的油料的品种及其用量进行 调节，以达到矿物浮选分离目的。早期的浮选技术仅用来处理表面未氧化、颗 粒易浮和较简单的硫化矿，并且选厂的规模有限。 2 、1 9 2 5 年黄药和1 9 2 6 年黑药应用于浮选以后，使硫化矿浮选效果显着提 高，这是矿业发展史上最重要的科技成果之一旧，具有划时代的意义。它们的 应用标志着有机合成捕收剂开始应用于硫化矿的工业浮选，使硫化矿的浮选进 入了捕收剂泡沫浮选阶段。捕收剂、起泡剂和现代浮选机的使用，使浮选工艺 进入新的发展阶段，出现了捕收剂泡沫浮选技术，一直广泛沿用到今天。 随着黄药类捕收剂的使用，硫化矿捕收剂泡沫浮选理论的研究也相应发 展，并出现了很多重要的理论和假说，其中最有影响的包括t a g g a r t 的化学反 应的溶度积控制理论【1 8 】、，g a u d i n 1 9 w a r ka n dc o o k i 驯的“离子交换吸附”假说 和c o o k 2 1 】的“分子吸附”假说。上述假说成为了硫化矿浮选的经典理论，也 是3 0 ，5 0 年代硫化矿浮选研究的最重要的成就。 常规泡沫浮选主要调控的参数主要包括各类药剂浓度( c ) 以及相互之间 的配比和矿浆p h 值。根据实验研究所得到的接触曲线( 见图1 1 ) ，以及对接 触曲线进行理论分析得到的临界p h 值和巴尔斯基关系，反映了不同硫化矿的 黄药捕收剂泡沫浮选有不同的临界p h 值，临界p h 值随捕收剂黄药浓度的改 变而改变。这即是著名的b a r s k y 关系式 2 2 1 ： r y 一1 士士一k ，k 为常数 ( 1 - 3 ) 【o h 一】 它的意义在于反映了黄药离子和氢氧根离子在硫化矿物表面的竞争吸附 结果。经典硫化矿浮选理论认为，黄药类捕收剂泡沫浮选的根本特征是在特定 的表面活性剂( 黄药为代表) 作用下，控制浮选矿浆的p h 值，以及捕收剂、 调整剂浓度，使硫化矿表面疏水或亲水，从而达到浮选分离的目的。 六十年代以来，除继续以黄药类和黑药类药剂为主要捕收剂分选硫化矿以 外，陆续出现了硫氮酯、黄原酸酯等一系列高效捕收剂，它们属于非离子型极 性捕收制矧。这类药剂具有用量小，捕收能力强，特别是选择性高，兼具多种 功能的特点，从而使浮选药剂更为简单，分选效率较高，药剂用量也只为黄药 类捕收剂的1 3 0 到1 3 。 常规泡沫浮选可处理的矿石范围大大增加，可以处理细粒和比较复杂的硫 化矿，其回收率较高，分离也有一定的选择性。随着硫化矿原矿逐渐贫、细、 6 武汉理下大学硕士学位论文 杂，常规泡洙浮选对复杂、难选、w 浮性栩近的矿稽分离也越来越力不从心， 浮逡滚程窝药麴睾l 浚氇交褥蘧来越笈杂，选矿药耗搿盏蹭离，分逸效率缀鼹控 制，此时单靠开发新药剂，调整药荆浓度和矿浆的p h 值，已越来越不能适应 矿露经囊懿嶷位 弼。 一 蠹 毽 爱 一 舞 蓼 螺 甏i - t 麓纯矿糖筏捌港溶浮建瓣= 乙釜= 麓f 磷荣簸浓魔与豁莽p h 的关系 3 、电位调控浮选技术，5 0 年代朱6 0 年代初，入们开始注意和认识到氧在 硫化矿浮选中的重饕作用，发展成了硫化矿浮选电化学这一研究领域。即：用 现代电化学理论和测试方法，研究氧在硫仡矿浮选中的重要作用，研究发现程 硫化矿一液糨界面上的涉及到电荷传递的反应。发现硫化矿的浮选题一系歹i j 氧 化还原反应的综合缩采。予楚在研制高效药剩的同时，入们也开始敬革硫化矿 浮逡工艺，提出电位调控浮选技术。特别是近十几年来，人们对硫化矿浮选过 程滟电讫学梳理认谈逐步深入，电像调控浮选的愚慧逐步形成，使褥电位调控 浮选技术的歼发和应用显得尤为重鬻。因此，有专家预言，电位调控浮选技术 有磷毹成为= 十一畿纪硫纯矿浮选瀚主导技术。 电化学调控浮选的实质是利用矿浆电位、矿浆p h 值和药剂浓度的匹配， 调繁移控麓傻虢纯矿表齑巯承亿帮亲东诬，麸两达弼矿耪静浮选或分离。箕主 要的控制参数有矿浆电位、药剂浓度和矿浆p h 值。这种技术药剂配方简单， 减少或不蔫药蘩，选择性赢，可敬囊；瑰复杂镶粒骧傀矿豹分逡攀| ，阏瓣霉淤穴 幅度地减少环境污染。根据有关研究表明，对黄铜矿、方铅矿、黄铁矿和辉铜 矿这些矿物瓣电纯孥灞控臻狡裁浮逸舔有一定兹毫像蔻壅( 菇囤1 - 2 繇示 ， 超出电位范围，浮选都受到了抑制，从而硫化矿，液相的界面电位决定着硫化 矿纺豹浮逡籁季牵裁，嚣筵，霹瑷逶建毫纯学调控夔宏魏律蠲毙莱令犷辏豹电霞 控制在某个范围，使得矿物电极疏水或亲水，达到浮选或抑制的目的【2 6 1 。 7 武汉理1 = 大学硕+ 学圣童论文 零 簪 萋 誊 宅援毫使，铡 凰l 电位与硫化矿浮逡觏收率的关系 1 5 国内外对提高选铜技术指标的应用研究 1 5 浮选药剂的巍溺臻究 从上世纪2 0 世纪初，硫化矿物浮选的蕊要性在工业上日赧体现出来，在 浮游选矿发展的初期，最初只有几种矿物油和焦油作浮选药剂使用，药剂简单， 能分选的矿物种类也不多。等到黄药、黑药、氰化物等药剂发现和工业生产应 用簌，复杂硫化矿躲分选就遮速发展起来，随黄工业生产的嚣黉，器静魄较特 效懿蘩裁遣在不錾羹羹磷露l 瘸应震。在最逶戆曩卡年里，藏铯矿物浮逡臻| | 芟裁无 论农使用范围，品种、数嚣以及质量，还魑在药剂豹筛选、合成，作用祝理方 面均取得了长足的进展。从上世纪八、九十年代以来，科研工作者就以提高效 率、降低药耗、增加经济效益、减少环境污染为出发点，加强了对传统的黄药、 黑药、胶类和脂肪酸等毅裁的改性，以及对新型、高效、无毒( 或低毒 、低 裁零蘩裁豹磅究窝开发；舅# 1 - ，湿会臻药纛泼荛浮选莼裁聚究豹童滚方囊之一 印l ，有关研究表嚷，有效、适宜的混合爝药爨有一定的性能置补作用和协同效 成，在一定程度上能提高矿物选别的效果。 中南大学开发的新型硫化铜特效捕收剂m c 2 自2 0 0 3 年越融经取代了大 部分的黄药；刘兴镜等逡用j t - 2 3 5 捕收裁岛黄药混合使用( 1 ：1 ) ，提高锕凰 羧率o 5 6 ，蘧回收搴5 3 6 。德兴铜矿所采惩熬俟逮浮选工艺虢楚在舞助效戆 搪收裁a p 、b j 才褥驭实现。铮宏等翻髑耨篷豹t - 2 k 猜投荆与传统黄药工艺 相比，用于德兴铜矿可分别提高铜、金回收率1 5 3 和2 4 5 ；用于永平铜矿 提简铜精矿中铜、金、锻回收1 9 5 、4 1 7 和6 0 8 。北京矿冶研究总院研制 的瓴化铜矿螯合型浮选捕收剂b j 6 0 ，粗选试验表明：采用脚6 0 为捕收剂浮 s 武汉理工大学硕士学位论文 选含铜为2 1 4 的氧化矿，与以丁黄药为捕收剂对比，铜的回收率提高了 1 0 5 ，且铜精矿品位也有提高。刘述中等研究的用新型的7 3 0 e 起泡剂对汤丹 铜矿的氧化铜矿、高结合率氧化铜矿和碳质斑岩铜矿三种矿样进行实验研究， 研究结果显示7 3 0 e 新型起泡剂与2 。油相比，回收率分别提高了3 2 6 、1 4 5 和2 8 4 ：处理铜录山低品位、高含泥、高结合率、高氧化率的难选氧化铜矿 石的工业试验研究表明：与使用梦油起泡剂相比，铜精矿中c u 、a u 、a g 的品 位分别提高了5 4 1 、4 7 8 9 t 、2 5 3 e , t ，相应的回收率分别提高了7 7 、4 0 3 、 6 9 6 1 2 s 。 1 5 2 选矿设备的应用研究 铜矿选别技术的发展离不开设备的支持，由于铜矿石的品位相对较低，矿 石的处理量比较大，因此大型、节能型、高效能的选别设备是提高精矿品位和 回收率，提高铜矿山经济效益的一种有效途径。在过去的几年中，浮选机的体 积一直朝更大的方向发展，如奥托昆普公司开发出体积为3 0 0 m 3 的箱式浮选 机，d o r r - o l i v e r e i m c o 开发出2 5 0 m 3 的温姆科斯码特的自吸式浮选机，该机 显示出粗矿粒浮选回收率比小型浮选机要高的明显优势。国外目i j i 使用的最大 半自磨机直径超过1 2 m ，国内目前使用的最大规格的磨机有冬瓜山铜矿使用的 中8 5 m 4 m 自磨机以及5 5 m 8 m 球磨机；金川集团公司e p 5 5 m 8 5 的溢 流型球磨机也投入生产应用。 阿根廷布雷拉选矿厂1 9 9 7 年9 月投产使用的芬兰奥托昆普浮选机，其槽 容积达1 0 0 m 3 ；加拿大奥皮斯卡选矿厂用的马克斯韦尔( m a xw e l l ) m x 1 4 型 浮选机，其槽容积达5 7 m 3 。其特点是：功率为一般浮选机的3 5 - - 4 0 ，维修 费用为其的2 0 2 5 ，占地面积和安装费均为其的3 0 一3 5 。大型浮选机的 应用使金属回收率提高2 8 ，同时，选矿成本也有不同程度的降低。芬兰 奥托昆普公司的s k 粗粒闪速浮选机的应用。该机可处理磨矿回路中水力旋流 器的底流，这种粗浮选可回收6 0 金属，浮选粗粒产品可增大最终精矿的粒度， 改善精矿过滤特性，减少过磨，从而降低了有价金属在细粒级中的损失，降低 能耗1 5 2 5 k w h t 。瑞典艾蒂克铜选矿厂安装了6 台s k - 2 4 0 浮选机，使铜、 金回收率分别提高了2 和5 。此外，随着浮选柱气泡发生方式、结构的变革 与成功应用，以及固有的分选精度高，细粒级回收范围广、能耗低和单机占地 面积小等特点，浮选柱在选矿的应用也有了良好的前景。如在智利埃斯康迪达 ( l a e s c o n d i d a ) 铜矿的应用，经过3 年扩建，铜回收指标由8 9 提高到9 1 ； 在智利特尼恩特( e lt e n i e n t e ) 选铜尾矿处理工程的应用，最终铜精矿品位达 2 1 ，铜回收率为1 5 1 8 ，可提高整个选厂铜回收率0 9 1 。 9 武汉理1 = 大学硕十学位论文 1 5 3 选矿工艺的应用研究 ( 1 ) 为了进一步提高选铜回收率，通过多年试验研究攻关，彭会清教授于 1 9 9 6 年提出了“中矿选择性分级再磨新工艺”，并获得了国家发明专利，该技 术在矿物加工领域首次提出了“中矿选择性分级再磨”和“磨浮大循环”两个 新概念，这在国内外均具有世界领先水平。该工艺打破了原常规磨矿、浮选作 业为两个独立作业的流程，不断循序渐进地对有用矿物进行磨矿浮选，直至达 到精矿品位所需的单体解离度为止。该工艺在江西铜业、安徽铜陵、大冶有色、 武汉钢铁等数十家大中型选矿厂获得了工业应用，工业生产实践表明，新工艺 浮选过程稳定，易于操作，选铜回收率均有较大程度地提高。 ( 2 ) 分支串流新工艺的应用对铜选矿技术发展起到很大的推动作用。德兴 铜矿工业试验表明，通过应用该工艺铜精矿品位提高2 7 4 个百分点，回收率提 高o 7 个百分点，浮选药剂耗量明显下降；宝山铜矿采用分支浮选后，铜钼混 合精矿不需集中精选，就可以进入铜钼分离系统，最终铜精矿按原铜精矿等级 标准( y b l l 2 8 2 ) 1 4 级品以上的品级率由3 3 1 8 提高到7 3 3 7 ，钼精矿一级 品率由4 8 4 8 上升到8 5 1 4 ；东川矿物局落雪选厂1 9 9 3 年6 月采用分支串流 浮选减少3 + 系统精选浮选机2 4 台，精选搅拌槽2 台，年节约电费1 5 5 7 万元， 节约药剂费用3 2 3 2 万元，增加金属回收率经济效益为6 4 5 8 万元。 ( 3 ) 北京矿冶研究总院提出了异步混合浮选新工艺，该工艺思路是：人为 地分步控制介质，选用选择性强或捕收力强的混合黄药，使矿物不同步地在各 自适宜条件下，充分地分步浮选，不同步的粗精矿分别再磨再选，实现了异步 混合浮选，有效地回收了有用金属。新工艺在泗洲选矿厂二期( 1 5 0 0 0 t d ) 连续 三个月工业生产指标与同期混合浮选生产指标相比，铜精矿品位提高了3 6 9 ， 铜回收率提高了3 1 8 ，金和铝回收率分别提高了4 1 0 和2 4 5 3 。 ( 4 ) 近1 0 年来铜金属溶浸开采也迈出了可喜步伐，取得了很大进展。德 兴铜矿在露天开采过程中留下了1 1 7 亿t 无入选价值0 2 5 以下低品位矿石， 含铜总量约1 2 0 万t ，相当一个中型铜矿。目前根据细菌堆浸一萃取一电积工艺 建起了年产电铜2 0 0 0 t ，年创产值4 0 0 0 万元的含铜废石堆浸工程。为进一步提 高技术经济指标，该项目被列为国家“九五”重点科技攻关项目，该项目的试 验成功将开创废石提铜的先河，同时，可延长矿山服务年限1 0 年以上。 1 6 课题研究的目的、意义及主要内容 本课题研究的目的和意义：通过大量的选矿试验研究，确定铜山口铜矿选 矿厂浮选的最佳药剂组合、工艺条件以及最佳选矿工艺流程，以便为该技术的 l o 武汉理t 大学硕士学位论文 推广应用奠定良好的基础；同时，也将全面提高矿山资源的综合利用率，实现 矿山企业经济效益的最佳化。 本课题研究主要内容：根据目前国内外硫化矿浮选体系的理论研究现状， 以及铜矿浮选新工艺研究进展，结合该矿山选矿工艺中存在的问题，本论文将 从工艺研究与理论研究相结合的角度来开展工作。 ( 1 ) 矿石工艺矿物学研究，通过研究矿石中的物质组成、矿物种类、赋 存数量、目的矿物与其它矿物的共生关系、嵌布特性等内容，来确定矿物分选 技术的理论依据。 ( 2 ) 矿石的选矿工艺研究，在矿石工艺矿物学研究的基础上，针对矿石 类型的特点，提出和制定适宜的选矿工艺流程，为达到最佳选矿技术经济指标 提供技术支持。 ( 3 ) 铜中矿充填对磨矿分级作业的试验研究，以及浮选作业条件对主要 矿物可浮性影响程度的试验研究。 ( 4 ) 矿物在磨矿、浮选体系中的电化学机理研究。 武汉理工大学硕十学伊论文 第2 章矿样工艺矿物学研究 2 1 矿样来源 本研究所用的矿样是按照一定的取样标准，取自于黄石鑫泰矿业公司的露 天采矿场，矿样具有一定的代表性。 黄石鑫泰矿业公司选矿厂以生产铜精矿为主，同时矿石中还伴生有硫、 钼、银、金等有益元素。原矿石经一段闭路磨矿，铜硫混合粗选，混精再磨再 分离，得到合格的铜精矿和硫精矿。 2 2 矿样制备 根据合同要求，黄石鑫泰矿业公司按照武汉理工大学的要求，负责取样并 对其代表性负责。原矿样破碎至2 m m 后，按照以下流程进行了矿样制备。 原矿 化学分析物相分析副样 图2 - 1 矿样制备、缩分工艺流程图 1 2 武汉理工大学硕十学位论文 2 3 矿石性质 该矿床位于鄂东折断东，大冶复式向斜南翼，灵乡侵入体与三迭系灰岩接 触交代形成的高中温热液交代矽卡岩型矿床，矿体主要赋存于三迭系中统白云 岩及下统大理岩与火成岩接触带及其层间。矿床的主要元素为铜，此外还伴生 有钼、硫、银、铼等，钼和硫可考虑综合回收利用，在精矿中银和铼可考虑综 合回收。该矿的矿石类型较多，组分比较复杂，金属矿物以硫化铜，硫化钼和 硫化铁为主要矿物，约占矿石总量的9 1 2 1 ，是选矿的主要回收对象；其次 尚有少量的次生硫化物和氧化物矿物，但氧化作用不很强烈，发育的深度较浅， 约占总量的8 7 9 。非金属矿物以碳酸盐矿物，硅酸盐矿物和硅氧矿物为主， 其他矿物少量 2 9 1 。 2 3 1 原矿多元素化学分析 将矿样送测试中心做x 荧光光谱分析，其原矿多元素分析结果见表2 - 1 。 表2 1原矿多元素化学分析结果 从表2 - 1 的分析结果表明，该矿样是以铜金属为主，同时伴生有硫、钼等 有益元素；硅、钙、镁、铝是矿石中主要的脉石矿物，其中氧化钙为碳酸盐矿 物，镁、铝为硅酸盐矿物，二氧化硅包含有硅氧矿物，是选矿的排除对象。 2 3 2 矿物组成及分析 通过镜下鉴定和x 射线衍射分析，所取的矿样中主要金属矿物有：黄铜矿、 磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿，含有微量的磁黄铁矿、白铁矿和铜蓝等。主要的脉 石矿物有：白云石、方解石、透辉石、石英、方柱石、绿泥石、黑云母，金云 母等。矿样中主要矿物的含量见表2 2 ，主要矿物显微照片见图2 2 一图2 1 3 。 表2 2矿样中的主要矿物含量 武汉理工大学硕士学位论文 图2 2 细粒黄铜矿( 黄色) 呈细脉状 分布于脉石中，x 1 3 0 反光 图2 4 不规则状黄铜矿( c 1 1 ) 部分 沿黄铁矿( p y ) 边缘交代，部分散 布在脉石中，x 1 8 0 反光 图2 - 6 微细粒黄铜矿( c h ) 部分沿 磁铁矿( m ) 边缘、粒问或孔洞交代， p y 一黄铁矿x