凝灰岩矿泥影响氧化铜矿浮选过程的机理

熊　堃，左可胜，郑贵山

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054)

凝灰岩矿泥影响氧化铜矿浮选过程的机理

熊堃，左可胜，郑贵山

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054)

摘要：凝灰岩型氧化铜矿浮选过程中，矿泥对浮选过程产生严重影响。采用SEM-EDS对矿泥、浮选精矿和尾矿的形貌及矿物组成进行表征，测量矿泥比表面积，药剂吸附量，研究矿泥对捕收剂的吸附特性。结果表明：凝灰岩矿泥表面为鳞片、薄片状，比表面积大，对捕收剂吸附活性高。提高矿浆温度，取消起泡剂，氧化铜矿浮选效果得到改善。一粗两精三扫、中矿顺序返回的闭路流程能够获得品位21.40%、回收率86.25%的铜精矿。

关键词：氧化铜；凝灰岩；矿泥；浮选过程；机理

矿泥的影响是导致氧化铜矿浮选过程中铜精矿品位和回收率不高的原因之一，特别是凝灰岩型矿泥，其比表面积大，吸附活性强，捕收剂耗量大，浮选过程难以控制而影响回收率[1]。凝灰岩氧化铜矿的矿泥含量高且粒度细微，造成矿石严重泥化及矿物颗粒间互相聚团和罩盖，吸附大量捕收剂[2-3]，导致有用矿物虽已单体解离，但未能有效回收。东川汤丹氧化铜矿浮选指标不高，正是因为-20μm的微细粒级含量高，降低了氧化矿物的浮选效果所致[4]。针对含泥难选氧化铜矿石多采用预先脱泥和硫化浮选工艺流程[5]，避免了矿泥的不良影响。矿泥对氧化铜矿浮选过程的影响，当前主要是从宏观上研究如何消除矿泥对氧化铜矿浮选的影响。Connor等[6]研究温度对矿物浮选的影响，认为矿浆温度影响矿浆粘度，提高矿浆温度会降低矿浆粘度和泡沫水回收率，从而降低矿泥的上浮率。目前，处理含粘土矿物的铜矿是将其与斑岩铜矿进行混合，而并非单独处理，很少研究粘土矿物是如何影响铜矿浮选过程的。

本文系统地研究了凝灰岩矿泥工艺矿物学特性，查明凝灰岩矿泥影响氧化铜矿浮选过程的微观机理，开发回收铜资源的工艺流程，为凝灰岩型氧化铜矿石的有效分选技术提供理论基础。

1实验

1.1矿样与试剂

试验所用矿石为新疆滴水氧化铜矿，矿石多元素分析及铜物相分析结果如表1和表2，矿石X射线衍射分析如图1所示。结果表明：矿石含铜品位1.17%，主要有用矿物为赤铜矿、孔雀石及少量硅孔雀石，脉石矿物主要为石英、方解石、绿泥石、白云母。该矿石氧化率93.15%，其中游离氧化铜占82.91%，结合氧化铜占10.24%。在-74μm占85%的磨矿细度下，-20μm矿泥含量高达65%。氧化铜矿性质分析表明，该矿石属于凝灰岩型高含泥氧化铜矿。

实验用矿泥为原矿在-74μm占85%的磨矿细度条件下，通过重力沉降法进行分级获得。石英和方解石块矿采自新疆滴水铜矿矿区，经过破碎、磨矿、重力沉降分级获得-20μm的微细颗粒作为与矿泥对比试验的试料。

所用浮选药剂异戊基黄药、硫酸铵、硫化钠、水玻璃、羧甲基纤维素均为分析纯。

表1　矿石多元素分析结果

表2　铜物相分析结果

图1　原矿XRD图

1.2实验方法

新疆滴水氧化铜矿矿石采用硫化浮选法，经闭路浮选得到精矿和尾矿，通过荷兰Philips公司的XL30ESEM-TM型场发射环境扫描电子显微镜观察浮选产品形貌，并结合GENESIS能谱仪分析微区表面的化学成分。采用美国Quantachrome公司的Autosorb 1 MP型气体吸附仪测定样品的比表面积；矿泥表面对捕收剂的吸附量采用SP752型紫外分光光度计进行测量，根据标准曲线应用插值法得到药剂浓度，采用残余浓度法计算即可得到药剂在矿物表面的吸附量。

2结果与讨论

2.1矿泥对氧化铜矿浮选过程的影响

考虑到浮选过程中添加一定用量的分散剂能削弱矿泥的不利影响[7]，因此，在探索试验和闭路浮选试验中，均进行了分散剂种类及单独与组合使用试验。结果表明，在浮选过程中添加分散剂水玻璃和羧甲基纤维素，均不能使矿浆的分散状态得到改善，因此取消了分散剂的使用。浮选试验采用硫酸铵为活化剂、硫化钠作硫化剂、异戊基黄药为捕收剂、松醇油为起泡剂，浮选时间8min，试验中矿浆温度始10℃左右，按图2所示的闭路流程进行试验。结果如表3，铜精矿回收率为54.59%，铜品位为16.12%。

表3　氧化铜矿闭路循环浮选试验结果

图2　浮选试验流程图

表3中闭路试验结果表明，随着中矿的不断返回，铜精矿品位不断下降，尾矿品位不断升高，回收率增加非常缓慢。闭路浮选目的是将中矿返回浮选回路，以增加精矿回收率。结果显示闭路精矿铜回收率提高较小，反而精矿品位显著下降。为查明原因，对闭路浮选精矿和尾矿进行扫描电镜分析，结果如图3所示。从图3(a)和图3(b)可以看出，精矿中主要包含粒度小于10μm的超微细粒级矿泥，其中少量粒度大于40μm的粗颗粒经放大后观察，也属于超微细粒级矿泥的絮凝体；由图3(c)和图3(d)可以看出，尾矿颗粒粒度偏大，互凝现象并不显著，说明浮选过程中矿泥含量大，容易造成矿泥无选择性吸附和团聚[8]而进入精矿。

图3　铜精矿和尾矿的SEM图

另外，从闭路浮选循环次数的增加的过程来看，中矿沉降速度缓慢，沉清时间从第一次循环的5min增加到第四循环的30min。以上结果均表明一个事实，矿泥通过中矿不断进入精矿，造成中矿循环量加大，精矿品位急速下降，而回收率增加甚微。因此，为有效回收该氧化铜矿，对微细矿泥的性质进行了全面的研究，揭示凝灰岩矿泥影响氧化铜矿浮选过程的机理。

2.2凝灰岩矿泥的表面形貌及化学组成

-20μm凝灰岩矿泥的SEM结果如图4所示。结果表明，矿泥粒度组成极不均匀，粒径为几个微米的颗粒含量很高，有的还形成单独的薄层、薄片形态，集合体呈鳞片状、土状。图4(b)是将矿泥颗粒放大后的SEM图，显示无论颗粒大小，其表面都呈鳞片状发育，鳞片状结构较发达的颗粒形貌，薄片厚度几乎小到纳米数量级，增加矿粒比表面积。

图4　凝灰岩矿泥的SEM图

凝灰岩矿泥表面的能谱结果表明，该凝灰岩矿泥表面元素主要是硅和氧元素，为石英脉石矿物，其表面还含有大量铝、钙、镁、铁、钾、钠等元素，说明石英已被绢云母、绿泥石和白云母等取代而成假像，它们以鳞片状分布于石英颗粒边缘，或呈毡状或微小针状和鳞片状独立分布。

2.3凝灰岩矿泥对捕收剂的吸附性能

矿泥、石英和方解石经CILAS-1064激光粒度测试仪分析，90%的矿泥粒度为8μm，95%的石英和方解石粒度分别为8μm和10μm。氮气吸附法对氧化铜矿泥、石英和方解石的比表面积进行了测试如表4。由表4可知，虽然3种矿物的粒度分别基本接近，但3者的比表面积却相差很大，矿泥比表面积22.25m2/g，石英和方解石的比表面积分别为0.1003m2/g和0.1365m2/g。凝灰岩矿泥比表面积超过石英和方解石两个数量级，说明凝灰岩矿泥具有极高的比表面积，这与矿泥微细、鳞片状结构发达的形貌是相符的。

表4　凝灰岩矿泥、石英、方解石的比表面积

-20μm凝灰岩矿泥、石英和方解石对异戊基黄药的吸附量测试结果表明，异戊基黄药在凝灰岩矿泥表面的吸附量为1.132mg/g，而石英、方解石表面的吸附量极低，仪器精度范围内未能有效测出，说明异戊基黄药在凝灰岩矿泥表面发生了显著吸附。以上结果与凝灰岩矿泥的特有形貌是一致的，由于石英被绢云母、绿泥石和白云母等取代而成假像，并以鳞片状分布于石英颗粒边缘，或呈毡状或微小针状和鳞片状独立分布，造成捕收剂在矿泥表面的强烈吸附。由此可见，凝灰岩矿泥比表面积大，对浮选药剂吸附活性强，造成了浮选捕收剂用量高，浮选过程难以控制和回收率低等问题。

温度对矿物表面的吸附性能有重要影响，检测不同矿浆温度下矿泥表面异戊基黄药的吸附量，结果如图5所示。在8℃到32℃范围内，矿泥对异戊基黄药的吸附有明显差别，矿浆温度升高，矿泥对异戊基黄药的吸附量减少，降低矿泥的可浮性；同时，由于矿泥对异戊基黄药的吸附量减少，削减了矿泥对异戊基黄药的强竞争吸附，利于矿浆中氧化铜矿物对异戊基黄药的吸附。

2.4温度对凝灰岩型氧化铜矿浮选回收率的影响

凝灰岩型氧化铜矿浮选矿浆温度由10℃提高到40℃，其中捕收剂用量由1000g/t降至800g/t，其余药剂用量不变，采用图2所示的闭路流程进行浮选试验，结果见表5。结果表明，提高矿浆温度、取消起泡剂是改善氧化铜矿浮选效果的有效措施，闭路浮选能够顺利进行，矿泥对浮选过程影响得以明显改善。在浮选矿浆温度为26℃时，铜回收率86.25%，精矿品位21.40%。

图5　温度对矿泥吸附量的影响

表5　凝灰岩型氧化铜矿升温浮选闭路试验结果

通过对凝灰岩矿泥表面形貌、比表面积以及对异戊基黄药在矿泥表面吸附量的研究，表明矿泥比表面积大，对异戊基黄药的吸附活性很高。氧化铜矿浮选过程，矿泥吸附氧化铜矿的捕收剂，消耗捕收剂的同时，随气泡上浮进入精矿，降低精矿品位，也影响浮选回收率的提高。但是，矿浆温度升高，矿泥表面对捕收剂的吸附能力减弱，其可浮性将降低，同时矿浆溶液中的捕收剂浓度将提高，这对氧化铜矿的捕收和凝灰岩矿泥的抑制是有利的，因此，提高矿浆温度是改善凝灰岩型氧化铜矿浮选过程的措施之一。

3结论

1)凝灰岩氧化铜矿原生矿泥含量高，-74μm占85%磨矿细度下，-20μm矿泥高达65%。凝灰岩矿泥化学组成和矿物组成复杂，粒度细微，表面发育成鳞片、薄片状，比表面积比同粒级石英、方解石颗粒大两个数量级。随浮选闭路循环的增加，铜精矿品位显著下降，铜回收率增加甚微，对浮选过程产生了极为不利的影响。

2)凝灰岩矿泥对捕收剂异戊基黄药的吸附活性高，大量吸附异戊基黄药，影响氧化铜矿的回收。提高矿浆温度可以降低凝灰岩矿泥对异戊基黄药的吸附量，减少矿泥影响氧化铜矿的浮选过程。

3)通过提高矿浆温度，取消起泡剂，浮选过程得到明显改善，控制凝灰岩矿泥对氧化铜矿浮选过程的影响，闭路试验获得了铜精矿品位21.40%、回收率86.25%的技术指标。

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Mechanism of tuff slime on flotation process to copper oxide ore

XIONG Kun，ZUO Ke-sheng，ZHENG Gui-shan

(College of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an 710054，China)

Abstract:One of the major technological challenges to float tuff type copper oxide ore is the presence of slime.Slime has various effects on flotation processing.The structure and mineral composition of tuff slime，concentrate and tailings were discussed by means of SEM and EDS.The results of specific surface area and collector adsorption of tuff slim show that tuff slime exhibit rough surface and that extensive fissures are formed in a relatively open structure.It was found that tuff slime had a strong adsorption activity，which was attributed to its large surface area.Improving the slurry temperature and canceling the frother were found to have a beneficial effect on copper oxide ore flotation.The copper recovery and grade were 86.25% and 21.40% through one rougher-two cleanings-three scavenges closed-circuit flow sheet on optimum reagent condition.

Key words：copper oxide ore；tuff；slime；flotation process；mechanism

收稿日期：2015-03-18

基金项目：国家自然科学基金项目资助(编号：51204023)

作者简介：熊堃(1985-)，女，汉族，讲师，博士，主要研究方向为浮选理论与工艺。

中图分类号：TD952

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)01-0135-04