云南某硫化锑矿石选矿试验研究

何名飞 汤优优 贾 敏 李国俊 魏顺涛 盘文周

(1.广东省科学院资源利用与稀土开发研究所,广东 广州 510650;2.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室,广东广州 510650;3.广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室,广东 广州 510650;4.云南木利锑业有限公司,云南 广南 663304)

锑是一种战略稀有金属,在合金、阻燃剂、军工、半导体等领域应用广泛[1-3]。中国是开发利用金属锑较早的国家之一,拥有着丰富的锑矿产资源,锑储量和产量均位居世界第一[4-6],国内大型锑矿山有云南木利、湖南锡矿山、广西大厂等[7-8]。

云南某锑选矿厂现处理矿石为矿床上层矿石,属于氧硫混合锑矿石,氧化率超过60%。矿石中氧化锑矿物为黄锑矿、锑华、锑钙石和锑铁矿,硫化锑矿物为辉锑矿。目前,选厂采用手选、X 射线分选、重介质选别、跳汰、浮选、摇床重选和悬振重选等方法梯级回收锑矿物。入选原矿锑平均品位3%,可获得锑回收率约80%的较好指标。但该工艺复杂,流程长,选矿成本较高。随着近年来矿山探矿深度的增加,入选矿石性质发生重大变化,矿层中深部矿石以硫化矿为主,氧化率低于10%。因此,该矿山亟须开展硫化锑矿选矿试验研究,对现有工艺流程进行相应改造,以适应未来原矿性质变化,保证矿山正常生产。

硫化锑矿石选别多采用浮选工艺,选择硝酸铅为锑矿物活化剂、丁基黄药为捕收剂、松醇油为起泡剂[9-12]。浮选工艺处理硫化锑矿具有流程简单、锑回收率高、选矿成本低等优点[13-15]。基于此,本试验针对云南某中深部的硫化矿石开展浮选试验研究,以期为选厂工艺流程优化、选矿指标提升和生产成本降低等提供重要的技术参数。

1 试样性质

1.1 化学成分及矿物组成

矿石取自云南某锑矿山,经破碎、混匀、缩分获得试验原料。试样化学多元素及矿物组成分析结果分别见表1、表2。

表1 试样化学多元素分析结果Table 1 Results of multi-element analysis of the samples%

表2 试样矿物组成及含量Table 2 Main mineral composition and its content of the samples%

由表1 及表2 可知,试样中主要有价元素为锑,品位为2.16%,其他元素未达到利用标准;试样中金属硫化物主要为辉锑矿、黄铁矿,脉石矿物主要为石英、绢云母和方解石等。

1.2 锑物相分析

试样锑物相分析结果如表3所示。分析可知,矿石中锑主要以硫化物的形式存在,分布率为95.85%,锑的氧化率较低,仅为4.15%。

表3 矿石锑物相分析结果Table 3 Results of antimony phase analysis of the ores%

1.3 嵌布粒度分析

选取块矿磨制成光片,显微镜下测定主要锑矿物辉锑矿的嵌布粒度,结果见表4。分析可知,矿石中辉锑矿的嵌布粒度较粗,粒度范围较宽,主要分布在0.02～2.56 mm 粒级。

表4 辉锑矿嵌布粒度分析结果Table 4 Results of embedded particle size analysis of stibnite

1.4 锑矿物解离度测定结果

采用显微镜测定锑矿物在不同磨矿细度下的解离度及连生关系,结果见表5。

表5 不同磨矿细度下锑矿物的解离度测定结果Table 5 Results of mineral dissociation of antimony mineral under different grinding fineness

由表5 可知,当磨矿细度为-0.074 mm 占64.85%、74.56%和79.73%时,锑矿物的单体解离度分别为86.91%、92.05%和93.40%。辉锑矿主要与石英脉石连生,与黄铁矿连生不紧密。

1.5 主要矿物嵌布特征

(1)辉锑矿。辉锑矿是本样品中主要含锑矿物。辉锑矿属等轴晶系,常呈长柱状晶形,具有晶面纵纹,集合体通常呈块状或放射状;本矿石中辉锑矿平均含Sb 71.54%,嵌布粒度较粗,常见辉锑矿与石英等脉石矿物连生,少数辉锑矿呈细粒形式包裹在石英、方解石、绢云母等脉石中。

(2)黄铁矿。本样品中黄铁矿是含量较高的硫化物。其粗细不均,多见呈粗粒自形—半自形晶嵌布于石英等脉石矿物中,与辉锑矿连生关系不紧密。

(3)石英。石英是本样品中主要的矿物之一。本矿石中石英为α-石英,大部分石英为自形粒状,部分石英与绢云母连生,部分石英与黄铁矿连生,部分石英与绢云母等矿物胶结。

(4)绢云母。该样品中绢云母呈微细粒鳞片状集合体,是石英颗粒间胶结物的主要成分,少数绢云母与铁白云石连生紧密。

2 试验结果与讨论

2.1 石灰的影响试验

采用“1 粗1 扫”流程,在磨矿细度0.074 mm 占74.56%的条件下,粗选阶段依次加入500 g/t 硝酸铅、400 g/t 丁基黄药、40 g/t 松醇油,考察石灰的添加(pH=10)对锑粗精矿指标的影响,试验结果见表6。试验所得锑粗精矿为粗选精矿和扫选精矿合并产品,扫选捕收剂和松醇油用量为粗选用量的一半,后续不再特别说明。

表6 石灰的添加对锑粗精矿指标的影响Table 6 Addition of lime on indexes of antimony roughing concentrate%

由表6 可知,碱性矿浆体系不利于辉锑矿上浮,锑浮选回收率较低,仅为51.26%;未添加石灰时,锑品位及浮选回收率均较优,分别为11.29% 和94.15%。因而后续试验不添加石灰。

2.2 活化剂种类试验

硫化锑矿浮选过程中,通常需要添加活化剂对辉锑矿进行活化,合适的活化剂种类是保证较好锑浮选指标的关键。相关文献报道[12],Cu2+、Fe2+、Pb2+、Mn2+等金属离子对辉锑矿均具有活化作用,故本试验选择硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锰、硝酸铅药剂作为活化剂进行对比试验。采用“1 粗1 扫”流程,在磨矿细度0.074 mm 占74.56%、丁基黄药400 g/t、松醇油40 g/t 的粗选条件下,考察活化剂种类对锑粗精矿指标的影响,结果见表7。

表7 活化剂种类对锑粗精矿指标的影响Table 7 Activators types on indexes of antimony roughing concentrate

由表7 可知,硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锰对锑的活化效果均较差,锑浮选回收率低于50%,而硝酸铅对锑矿物活化能力强,锑浮选回收率大于94%,故后续试验活化剂选用硝酸铅。

2.3 硝酸铅用量试验

采用“1 粗1 扫”流程,在磨矿细度0.074 mm 占74.56%、丁基黄药400 g/t、松醇油40 g/t 的粗选条件下,考察硝酸铅用量对锑粗精矿指标的影响,结果见图1。

图1 硝酸铅用量对锑粗精矿指标的影响Fig.1 Results of lead nitrate dosage on indexes of antimony roughing concentrate

由图1 可知,随着硝酸铅用量的增加,锑粗精矿锑品位先升高后降低,而锑回收率增大。综合考虑,确定适宜的硝酸铅用量为400 g/t。

2.4 捕收剂种类试验

硫化锑矿浮选常用的捕收剂有黄原酸盐、硫代硫酸盐、硫氨酯类以及硫氮类。本试验分别采用丁铵黑药、乙硫氮、异戊基黄药、丁基黄药、M7 捕收剂(丁黄药与异戊基黄药按质量比1∶1 比例进行复配)为捕收剂进行对比试验。采用“1 粗1 扫”流程,在磨矿细度0.074 mm 占74.56%、硝酸铅400 g/t、松醇油40 g/t 的粗选条件下,考察捕收剂种类对锑粗精矿指标的影响,结果见表8。

表8 捕收剂种类对锑粗精矿指标的影响Table 8 Collectors types on indexes of antimony roughing concentrate

由表8 可知,丁铵黑药捕收能力较弱,锑粗精矿锑品位较低,锑回收率不高;乙硫氮与丁基黄药选择性较好,但捕收能力不及M7 药剂;异戊基黄药选择性与捕收能力均差于M7 药剂;采用M7 药剂为锑矿物捕收剂时,锑粗精矿锑品位为14.34%,锑回收率达94.14%。综合考虑,后续试验捕收剂选用M7。

2.5 M7 粗选用量试验

采用“1 粗1 扫”流程,在磨矿细度0.074 mm 占74.56%、硝酸铅400 g/t、松醇油40 g/t 的粗选条件下,考察M7 粗选用量对锑粗精矿指标的影响,结果见图2。

图2 M7 粗选用量对锑粗精矿指标的影响Fig.2 Results of M7 roughing dosage on indexes of antimony roughing concentrate

由图2 可知,随着捕收剂M7 粗选用量的增加,锑粗精矿锑回收率不断增加,而锑品位逐渐下降。综合考虑,确定适宜的M7 粗选用量为200 g/t。

2.6 磨矿细度试验

采用“1 粗1 扫”流程,在硝酸铅400 g/t、M7 200 g/t、松醇油40 g/t 的粗选条件下,考察磨矿细度对锑粗精矿指标的影响,结果见图3。

图3 磨矿细度对锑粗精矿指标的影响Fig.3 Results of grinding fineness on indexes of antimony roughing concentrate

由图3 可知,随着磨矿细度的增加,锑粗精矿中锑回收率逐渐增加,但当磨矿细度-0.074 mm 含量大于74.56%时,锑粗精矿锑品位下降明显,而锑回收率提升不大。因此,本试验适宜的磨矿细度为-0.074 mm 占74.56%。

2.7 分散剂种类试验

由于试样中绢云母和碳酸盐矿物在磨矿过程中易泥化,会对锑粗精矿浮选指标造成不利影响。因此,本试验采用“1 粗1 扫”流程,在磨矿细度-0.074 mm 占74.56%、硝酸铅400 g/t、M7 200 g/t、松醇油40 g/t 的粗选条件下,考察分散剂(水玻璃、六偏磷酸钠、氟硅酸钠)的添加对锑粗精矿浮选指标的影响,结果见表9。

表9 分散剂种类对锑粗精矿指标的影响Table 9 Dispersants types on indexes of antimony roughing concentrate

由表9 可知,添加水玻璃与氟硅酸钠分散效果不明显。相比于不添加分散剂指标,加入200 g/t 六偏磷酸钠后,锑粗精矿锑品位与回收率均有所提高。故采用六偏磷酸钠为本试验矿浆分散剂。

2.8 精选开路试验

在上述条件试验的基础上,进行了精选开路试验,具体开路试验流程和条件见图4,试验结果见表10。

图4 开路试验流程Fig.4 Flowsheet of open-circuit tests

表10 开路试验结果Table 10 Results of open-circuit tests%

由表10 可知,采用“1 粗2 扫”,锑累计回收率达到94.41%;锑粗精矿精选3 次,锑精矿锑品位可达到43.99%、锑回收率78.26%。

2.9 闭路试验

在开路试验的基础上,考查药剂累计、中矿矿物分配对浮选的影响,进行了锑硫混合浮选工艺流程闭路试验,具体闭路试验流程和条件见图5,试验结果见表11。

图5 闭路试验流程Fig.5 Flowsheet of closed-circuit tests

表11 闭路试验结果Table 11 Results of closed-circuit tests%

由表11 可知,在磨矿细度为-0.074 mm 占74.46%的条件下,采用锑硫混合浮选流程,闭路试验可得到锑品位为35.30%、锑回收率为93.52%的锑精矿。

3 结论

(1)该硫化锑矿石中主要有价元素锑品位为2.16%,锑主要以硫化物的形式存在,氧化率仅为4.15%;锑矿物主要为辉锑矿,少量锑铁矿和锑钙石,微量的黄锑矿和硫锑铅矿,硫化物主要为黄铁矿;脉石矿物以石英、绢云母和方解石为主。

(2)矿石中辉锑矿的嵌布粒度较粗,主要分布在0.02～2.56 mm 粒级;辉锑矿主要与石英脉石连生,与黄铁矿连生不紧密;当磨矿细度为-0.074 mm 占74.56%时,锑矿物的单体解离度大于90%。

(3)在磨矿细度-0.074 mm 占74.56%的条件下,以六偏磷酸钠为分散剂、硝酸铅为活化剂、M7 为捕收剂、松醇油为起泡剂,采用“1 粗3 精2 扫”的闭路浮选流程,可获得锑品位为35.30%、锑回收率为93.52%的锑精矿。

(4)该混合浮选工艺锑精矿品位易受原矿中黄铁矿矿物含量的影响,通过石灰抑制黄铁矿发现,碱性矿浆会破坏硝酸铅活化辉锑矿浮选体系,导致辉锑矿不能有效活化上浮;下一步将开展强化锑硫分离基础研究,进一步提高锑精矿品位。