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磨矿过程对硫化铜镍矿石浮选的影响.pdf
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1、:56:doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2024.02.009有色金属(选矿部分)磨矿过程对硫化铜镍矿石浮选的影响2024年第2 期陈康康1,宋振国1,2 3,冯艳3,陈国举3,杨洪3,刘立彦(1.矿冶科技集团有限公司,北京10 0 16 0;2.矿物加工科学与技术国家重点实验室,北京10 2 6 2 8;3.镍钻资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌7 37 10 0)摘要:磨矿过程对硫化铜镍矿石浮选存在影响,对相关研究进行了总结。研究表明,磨矿介质的尺寸、外形、配比、材质,磨矿环境等相关参数主要通过影响磨矿产品的粒度组成及磨矿过程中的电化学反应影响硫化铜镍矿石的浮选
2、。特定外形、尺寸、配比的磨矿介质可影响矿石中硫化矿物及脉石矿物的粉碎行为,结合矿石力学性质进行特定调控,可提升磨矿效率,改善磨矿产品中硫化矿物及脉石矿物的粒度分布,提升浮选指标;磨矿介质的材质主要通过影响磨矿过程的电化学反应影响矿物的浮选,由于原电池效应,铸铁等活性介质磨矿时会产生大量亲水化合物,覆盖于硫化矿物表面阻碍其上浮,改用不锈钢等惰性介质可避免这一点,同时降低介质损耗,此外,铸铁等介质产生的铁离子等可能会活化脉石矿物,进一步恶化浮选指标;不同气氛下磨矿也会影响矿物浮选,在氮气气氛下磨矿时,磨矿介质发生的电化学反应微弱,产生的亲水化合物较少,硫化矿物一般可获得比空气气氛下磨矿更高的回收率
3、,而氧气气氛下磨矿则会降低矿物可浮性;干磨湿磨等磨矿方式差异也会通过影响硫化矿物表面组成等方式影响其可浮性。总的来说,磨矿过程对硫化铜镍矿石的浮选影响是多方面的,在对相关参数进行调整时,应结合具体的矿石性质开展详细的试验研究,以获得良好的浮选指标。关键词:硫化铜镍矿石;磨矿过程;浮选中图分类号:TD921+,4Effect of Grinding Process on Flotation of Copper-Nickel Sulfide OreCHEN Kangkang-2,SONG Zhenguol2.3,FENG Yan,CHEN Guoju,YANG Hong,LIU Liyan*(1.
4、BGRIMM Technology Group,Beijing 100160,China;2.State Key Laboratory of Mineral Processing,Beijing 102628,China;3.State Key Laboratory of Nickle and Cobalt Resources Comprehensive Utilization,Jinchang 737100,Abstract:The influence of grinding process on the flotation of copper-nickel sulfide ore wass
5、ummarized.The results showed that the size,shape,ratio,material of grinding media,grindingenvironment and other related parameters mainly affected the flotation of copper-nickel sulfide ore byaffecting the particle size composition of the grinding products and the electrochemical reaction in thegrin
6、ding process.The grinding media with specific shape,size and proportion can affect the grindingbehavior of sulfide minerals and gangue minerals in the ore,and the grinding efficiency can be improved byspecific regulation and control combined with the mechanical properties of the ore,the particle siz
7、edistribution of the sulfide minerals and the gangue minerals in the grinding products was improved,and theflotation index was improved.The material of the grinding medium mainly affected the flotation of mineralsby affecting the electrochemical reaction in the grinding process.Due to the galvanic e
8、ffect,a large numberof hydrophilic compounds will be produced in the grinding with active media such as cast iron,which willcover the surface of sulfide minerals and hinder their flotation.Using inert media such as stainless steel canavoid this and reduce the wear loss.In addition,iron ions produced
9、 by cast iron and other media may文献标志码:AGansu,China)文章编号:16 7 1-9492(2 0 2 4)0 2-0 0 5 6-0 6收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 7基金项目:镍钻资源综合利用国家重点实验室开放基金项目(GZSYS-KY-2020-012)作者简介:陈康康(1995 一),男,河南开封人,硕士,工程师,主要从事有色金属矿及难处理资源的选矿工艺研究。通信作者:宋振国(198 2 一),男,山东莱芜人,博士,正高级工程师,主要从事有色金属矿及难处理资源的选矿工艺研究。2024年第2 期activate gangue mine
10、rals and further deteriorate the flotation index.Grinding in different atmospheres canalso affect mineral flotation.In nitrogen atmosphere,the electrochemical reaction of grinding medium wasweak,and less hydrophilic compounds were produced.Sulfide minerals can generally obtain higher recoverythan gr
11、inding in air atmosphere,while grinding in oxygen atmosphere will reduce the floatability ofminerals.The difference of grinding methods such as dry grinding and wet grinding can also affect thefloatability of sulfide minerals by affecting their surface composition.In general,the grinding process had
12、various effects on the flotation of copper-nickel sulfide ore.When the relevant parameters were adjusted,detailed experimental study should be carried out in combination with the specific ore properties to obtaingood flotation index.Key words:Cu-Ni sulfide ore;grinding process;flotation铜和镍是人类工业中极为重要
13、的两种金属,在合金、电池、催化剂、电子工业、航空航天等领域起到不可或缺的作用1-2。两种元素在元素周期表上相邻,在成矿时也常常共生,会以镍黄铁矿、黄铜矿等硫化矿物的形式分布于包括蛇纹石、滑石等在内的镁硅酸盐矿物组成的基性、超基性岩体中形成硫化铜镍矿床。世界上约有一半的镍资源来自于此类矿床3,也是国内铜镍金属的重要来源4-6 。目前硫化铜镍矿石主要以浮选法处理。浮选是利用矿物颗粒表面物理化学性质差异实现分选门,进行浮选作业时,有用矿物和脉石矿物充分解离是实现分离的基础,因此,浮选作业前必须对矿石进行细磨。在磨矿过程中,目的矿物和脉石矿物均被粉碎,新的表面大量生成,同时矿物颗粒、磨矿介质等均释放各
14、种组分进人矿浆并在表面吸附,最终形成特定粒度组成、特定表面性质的磨矿产品,而浮选即在此基础上进行,因此,磨矿过程对后续浮选作业有着举足轻重的影响。一方面,磨矿产品的粒度组成决定了矿物的解离程度和浮选特性;另一方面,矿物颗粒和磨矿介质自身及彼此之间也会发生复杂的反应,而磨矿气氛、干磨/湿磨等环境因素亦会导致矿物表面性质、矿浆化学特性等的改变,最终影响矿石的浮选效果。在这一过程中,磨矿介质的几何特征及配比、磨矿介质材质、磨矿气氛及干磨/湿磨等环境因素会对磨矿过程产生影响,并在浮选指标上得到反映。本文综述了近年来部分相关研究成果,以期为调控磨矿操作参数、优化选厂浮选指标提供一定的参考。1磨矿介质几何
15、尺寸及配比对铜镍矿石浮选的影响矿物单体解离是实现硫化铜镍矿物充分回收的前提,因此必须将矿石破碎至合适的细度。由于成陈康康等:磨矿过程对硫化铜镍矿石浮选的影响57矿特性,硫化铜镍矿石中含有大量镁硅酸盐脉石,其力学性质与硫化矿物差异较大,普遍较软易磨细,而矿浆中细粒级硅酸盐脉石对硫化矿物浮选的影响已广为人知。以硫化铜镍矿石中常见的蛇纹石为例,一方面,作为细粒级的矿泥其本身容易消耗药剂,或者随着机械夹杂进入精矿降低精矿品位8 ;另一方面,在矿浆中其表面的羟基优先溶解,从而导致表面呈正电性,而磨矿完成后矿浆处于弱碱性环境,此时硫化矿物荷负电,在静电力作用下,蛇纹石颗粒可罩盖在硫化矿物表面,降低精矿品位
16、,严重时甚至可以阻止捕收剂吸附,进而降低浮选回收率9-10 1。还应注意到,不只是蛇纹石过磨会影响硫化矿物浮选,硫化矿物本身粒度过细时其可浮性也有所下降,因此,为保证较好的硫化矿物浮选效果,必须提高磨矿选择性,促进硫化矿物解离,并尽可能减少矿物过粉碎。近年来,相关研究主要集中在根据矿石中不同矿物的力学性能,对磨矿介质的尺寸、形状等几何特征及不同尺寸介质的配比等进行优化,从而改善磨矿产品粒度组成,提升浮选指标11。在对磨矿介质的尺寸及配比等参数进行调整时,必须充分考虑矿石的力学性质,在广泛的试验基础上确定合适的介质尺寸及比例。肖庆飞等12 对金川一选厂磨矿过程展开研究,基于矿石力学性质测试结果,
17、通过优化所用磨矿钢球的尺寸及配比,增强磨矿产品的选择性解离,使磨机产品粒度组成更趋合理,磨矿细度提高了8.6 8 个百分点,在不改变浮选流程的情况下,镍回收率提高2.5 3个百分点,铜回收率提高了4.9 9 个百分点,精矿中铜镍品均有所提高,氧化镁含量降低。张谦等13 以喀拉通克铜镍矿为研究对象,根据矿石力学性质计算合适的钢球配比,优化了磨矿产品粒度组成,将磨矿技术效率提高了3.35 个百分点。除介质尺寸外,有研究表明,介质的几何外形也会影响磨矿效果41。曾桂忠58等15 以金川铜镍矿为研究对象,认为金川矿石中矿物力学性质差异大,需采用具有选择性保护细粒作用,破碎力精确的磨矿介质,采用短柱形铸
18、铁段代替钢球作为磨矿介质进行工业试验,获得的磨矿产品中合格粒级产品产率增加,矿石过粉碎明显减少,获得精矿产品铜镍回收率均升高,氧化镁含量降低。石贵明等16 1在对某镍矿磨矿系统进行优化时,以不同尺寸的短圆柱形介质取代钢球,旋流器溢流中的合格粒级含量提高4个百分点,浮选试验镍回收率提高了1.4个百分点,获得了更好的浮选指标。除影响产品的粒度组成外,介质的尺寸及配比还会影响磨矿过程的电化学反应,改变矿物表面物理化学特征,进而对浮选造成影响。陈哲等研究了磨矿介质的尺寸对铜锌矿物的影响,结果表明,当磨矿介质尺寸较小时,矿物与磨矿介质之间的电化学反应更为剧烈,可在矿物表面检出更多的铁氧化物,导致目的矿物
19、浮选效果下降17 。2磨矿介质材质对铜镍矿石浮选的影响在磨矿过程中,磨矿介质自身会磨损18 ,磨损部分进入矿浆后又将改变矿石颗粒的表面性质与矿浆的化学性质。不同材质的介质发生的反应不同,最终导致不同的浮选效果。以铁介质为例,其和硫化矿物之间的电化学反应已为较多研究所证实。一般认为,在使用铁介质磨矿时,磨矿介质和硫化矿物之间发生电化学反应,磨矿介质作为反应的阳极被氧化,消耗矿浆中的溶解氧,降低矿浆电位,并产生大量的铁氧化物等19。例如,AHNJ等2 0 研究了黄铜矿和钢球之间的电化学反应,研究表明,钢球作为阳极被氧化,并证实当黄铜矿存在时,磨矿介质可溶出更多的铁,在浮选时这些铁的氢氧化物覆盖在黄
20、铜矿表面,降低黄铜矿的浮选回收率。何发钰2 1 对比了不同介质磨矿的情形,发现铁介质磨矿时硫化矿物可浮性变差,并认为铁介质磨矿产生的还原性环境不利于硫化矿物的适度氧化。不同种类的铁介质之间,由于成分不同导致电化学反应活性存在差异,其在磨矿时发生电化学反应的种类和程度不同,最终也将导致浮选效果的差别。铸铁等电化学活性较强的材质其电化学反应更为剧烈,会产生更多的亲水性铁氧化物,不锈钢等介质则反应较为轻微。陈哲等2 2 1对比了使用不锈钢球和铸铁球磨矿条件时铜锌矿物浮选的差别,发现由于铸铁球发生的电化学反应更为剧烈,向矿浆中释有色金属(选矿部分)放更多的铁离子,并最终抑制了矿物的浮选。HUANG等2
21、 3 研究了低碳钢和不同铬含量的铁介质磨矿时对斑铜矿浮选的影响,结果表明,斑铜矿在磨矿时作为阴极受到保护,而磨矿介质则作为阳极被氧化,其中低碳钢氧化最为剧烈,产生的大量铁氧化物导致斑铜矿回收率降低,而随着磨矿介质中铬含量增加,磨矿介质的氧化程度下降,产生的亲水性铁氧化物量下降,斑铜矿浮选回收率随之升高。以上研究表明,活性较强的铁介质释放的铁氧化物抑制硫化矿物上浮。但在部分实际矿石试验中却发现,此类铁介质磨矿可获得比惰性介质更好的效果。宋振国等2 4I以Nkomati 铜镍矿石为研究对象,对比了低碳钢球和不锈钢球磨矿时浮选效果的差异,结果表明,低碳钢磨矿时矿浆电位和溶解氧含量均较低,但是铜和镍的
22、金属回收率却较高。EKMEKCI等研究了低碳钢和不锈钢两种磨矿介质对Merensky矿石浮选过程中泡沫稳定性的影响2 5 ,表明低碳钢作为磨矿介质时可以获得更高的泡沫稳定性和回收率。这些结果表明,铁介质磨矿可能通过影响泡沫状态、贫连生体的上浮等提高了浮选指标,因为在实际浮选过程中,除硫化矿物外,硫化铜镍矿石中还含有大量的硅酸盐脉石,而铁介质磨矿对相关矿物浮选的影响也已有较多研究2 6 ,如呼振峰等2 7 研究了磨矿介质对硅酸盐矿物浮选的影响,结果表明,铁介质磨矿产生的铁离子可以吸附在长石、石英等脉石矿物表面,从而活化其浮选。除常用的铁介质外,锆球、纳米陶瓷球、氧化铝球等非铁介质对浮选的影响也已
23、经有了较多研究2 8-2 9。硫化矿物之间的电化学反应是铁磨矿介质的损耗的重要原因18.30-31,因此使用非铁介质磨矿往往意味着更低的介质损耗,如祝小红等2 9 研究了铜精矿磨矿时不同磨矿介质的损耗情况,发现氧化铝球磨矿可使磨矿介质损耗量下降8 3.2 1%,有利于进一步降低磨矿成本。有研究表明,非铁介质往往可获得更好的磨矿效果,同时又可降低磨矿能耗,祝小红等2 9 在对铜粗精矿进行再磨时使用氧化铝球代替钢球进行磨矿发现,氧化铝球可以取得更好的磨矿效果,产品中合格粒级的含量提升。柯圣钊等341在处理武山铜矿中矿时,对比了氧化铝球与金属球的磨矿效果,发现氧化铝球磨矿时过粉碎较低,并可获得较好的
24、浮选效果。非铁介质磨矿对新生成的矿物表面性质存在影2024年第2 期2024年第2 期响,相比于铁介质磨矿时可获得不同的氧化状态和几何形貌,往往意味着可获得更加疏水的表面,从而获得更好的浮选效果。宋磊等35 研究了黄铁矿在氧化锆球和普通铸铁球作为磨矿介质时的表面差异,在扫描电镜下观察了表面的形貌差异,使用XPS分析了表面的物质组成差异,结果表明,氧化锆球磨矿后,黄铁矿表面相对铁球磨矿更加光滑平整,表面的疏水性更强,黄铁矿可获得更高的回收率和更快的浮选速率。3磨矿环境对铜镍矿石浮选的影响磨矿过程中,磨矿气氛、干磨/湿磨等不同的环境因素可通过影响介质、矿物自身及彼此之间发生的化学反应,进而影响浮选
25、。有研究表明,磨矿气氛对铜镍矿浮选存在影响,不同气氛下磨矿获得的浮选结果不同。一般认为,当在氧气气氛下磨矿时,磨矿介质和硫化矿物之间的电化学反应得到加强,而氮气等惰性气氛下磨矿则会抑制其电化学反应。YELLOJI等36 使用电化学手段研究钢球和黄铜矿之间的电化学反应时,发现氧气气氛下的电化学反应比氮气气氛下更为剧烈,氧气气氛下无论是铁介质单独存在还是与黄铜矿共存都会溶解出比氮气气氛下更多的铁,意味着氧气气氛下钢球的氧化更为剧烈。何发钰等19.2 1研究对比了黄铁矿分别使用铁球、不锈钢球、瓷球三种磨矿介质分别在氮气和空气气氛下进行磨矿得到矿浆的浮选表现,发现铁球作为磨矿介质时氮气下回收率高于空气
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