黄铜矿浮选体系晶态_无定形...氧化硅的流变特性与夹带行为_王磊.pdf

黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅的流变特性与夹带行为王磊1)，李孟乐1,2)，邹玉超1,2)，廖寅飞1)，马子龙1)，桂夏辉1)1)中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心，徐州2211162)中国矿业大学化工学院，徐州221116通信作者，王磊，E-mail:;桂夏辉，E-mail:摘要硅酸盐类脉石夹带是制约贫杂难选矿高效浮选分离的难题之一.借助分批浮选试验、流变学测试、冷冻扫描电镜测试、颗粒沉降试验，探究了黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅的流变特性与夹带行为.结果显示，随着脉石中无定形二氧化硅含量的增加，矿浆表观黏度呈指数型增大，黄铜矿回收率持续降低，脉石回收率先升高后降低.脉石回收率发生变化是脉石夹带率、水回收率共同作用的结果：在黏度低增长区，脉石夹带率上移对脉石回收率升高起主导作用，而在黏度中、高增长区，水回收率减少是脉石回收率由升转降的主要原因.总脉石夹带率和各粒级脉石夹带率均随无定形二氧化硅含量增加而升高，且各粒级脉石夹带率呈现出明显差异性，细粒脉石夹带率增幅最大.冷冻扫描电镜与沉降试验表明，无定形二氧化硅与石英颗粒形成了聚集体结构，导致矿浆体系黏度增大，因而脉石颗粒沉降减缓、泡沫排液“洗涤”脉石作用弱化，单位泡沫水中的脉石质量增大，脉石夹带率升高.关键词浮选；夹带；无定形二氧化硅；流变性；夹带率分类号TD952Rheological properties and entrainment behavior of quartz/amorphous silica inchalcopyriteflotationWANG Lei1)，LI Meng-le1,2)，ZOU Yu-chao1,2)，LIAO Yin-fei1)，MA Zi-long1)，GUI Xia-hui1)1)NationalEngineeringResearchCentreofCoalPreparationandPurification,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China2)SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,ChinaCorrespondingauthor,WANGLei,E-mail:;GUIXia-hui,E-mail:ABSTRACTOwingtotheglobalconsumptionofhigh-gradeores,largeamountsoflow-gradeandcomplexoresarebeingprocessednowadays.Theentrainmentofganguemineralsintheores,especiallysilicategangueminerals,hasbecomeanonignorableissuethatcansignificantlyinfluencemineralflotationperformance.Amorphoussilicahasbeenreportedtoexistwidelyinvariousoredeposits,buthowitaffectsmineralflotationremainspoorlyunderstood.Thisstudyinvestigatedtherheologicalpropertiesandentrainmentbehaviorsofquartz/amorphoussilicagangueincopperflotationthroughbatchflotationtests,rheologymeasurements,cryo-SEManalysis,andparticlesettlementtests.Resultsindicateanexponentialincreaseinthepulpviscosityastheamorphoussilicacontentinthegangueincreased.These also led to distinct recoveries of chalcopyrite and gangue minerals in flotation:the chalcopyrite recovery keptdecreasing,whereastheentrainmentrecoveryofganguemineralsincreasedinitiallyandthendecreased.Thechangeintheentrainedganguerecoverywasfoundtobeaconsequenceofthereducedwaterrecoveryandtheincreaseddegreeofentrainmentforthegangue.Inarangewhereintheviscositygrowthwaslow,theincreaseddegreeofentrainmentforthegangueprevailedoverthedecreasedwater收稿日期:20220628基金项目:国家自然科学基金资助项目（51804307）工程科学学报，第45卷，第8期：12721280，2023年8月ChineseJournalofEngineering,Vol.45,No.8:12721280,August2023https:/doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.28.001;http:/recovery,ultimatelyleadingtoanincreaseintheganguerecovery.However,whenthepulpviscositydrasticallyincreased,thedecreasedwaterrecoverywasfoundtobedominantinchangingtheganguerecovery,andthustheganguerecoverydecreased.Further,theeffectofamorphoussilicaonthedegreeofentrainmentfortheganguewasinvestigatedonasize-by-sizebasis.Agreatdifferencewasfoundinthedegreeofentrainmentfortheganguemineralparticlesofthesamesizefraction.However,fineganguemineralparticlesexperiencedthegreatestincreaseintheirentrainmentdegree.Therefore,thedegreeofentrainmentfortheganguewassize-dependentandsubjecttothepresenceofamorphoussilica.Theresultsofcryo-SEMandsettlingtestsindicatethatquartz/amorphoussilicaparticleaggregateswere formed when amorphous silica particles were present in the flotation system,and these aggregates had a relatively lowsedimentationrate.Itwasinferredthatformedgangueaggregatesincreasedthepulpviscosity,whichreducedthewaterdrainageinthefrothandthesedimentationrateofgangueparticles,subsequentlyincreasingthemassofthegangueinaunitmassofwaterand,thus,thedegreeofentrainment.KEYWORDSflotation；entrainment；amorphoussilica；rheologicalproperty；degreeofentrainment铜是国民经济建设的重要战略矿产资源，随着高品位铜矿资源的日益消耗，选别复杂难选铜矿已成为世界铜资源开发利用的重要内容.据统计，20 世纪初所产出铜矿石品位约在 1.5%4.0%之间，但截至 2010 年全球入选的铜矿石平均品位已大幅降至 0.62%，且预期未来仍会持续降低1.浮选法是选别铜矿的有效手段，然而复杂低品位铜矿浮选过程中，细杂的脉石矿物容易发生无选择性的夹带行为，造成精矿品位恶化且难以控制，严重影响着选矿厂的生产效率与经济效益2.针对浮选脉石夹带，国内外研究学者在夹带影响因素、作用机理、模型预测、夹带调控等方面进行了大量研究27，研究对象多为硅酸盐脉石810.硅酸盐矿物在自然界分布广、种类多，其中二氧化硅是各类铜矿石选矿过程中最为常见的主要脉石矿物.二氧化硅在自然界的存在形式有结晶形和无定形，基本结构都是硅氧四面体，硅、氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形成无定形二氧化硅.石英是典型的晶态二氧化硅，当前对它的夹带研究也最为深入，浮选作业中常用它评估整个体系的脉石夹带程度11.诸多铜金属矿床中也存在一定比例的无定形二氧化硅脉石矿物，但在以往二氧化硅夹带研究中很少被涉及1213.近年来研究表明，无定形二氧化硅能够改变流体流变性质，造成精矿品位变化13.由此可知，即使入选原矿中含有少量无定形二氧化硅，在浮选循环过程中难以排出并产生积累后势必会对浮选作业造成严重影响，所以阐明黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅流变特性及夹带行为，对指导工业实践和丰富夹带理论均有重要意义.本文借助分批浮选试验、流变学测试、冷冻扫描电镜测试、颗粒沉降试验，系统探究了黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅混合脉石的流变特性与夹带行为，并对脉石夹带行为的黏度效应展开分析，研究成果有望为浮选过程二氧化硅脉石矿物的夹带调控提供理论依据.1试验1.1样品和药剂浮选入料为黄铜矿、石英、无定形二氧化硅组成的人工混合矿，样品纯度（激光剥蚀等离子体质谱仪（NWR213-7900）测定）及购置信息如表 1所示.图 1 为黄铜矿、石英、无定形二氧化硅矿物的 X 射线衍射图谱，可以看出石英和非晶态二氧化硅脉石矿物在晶体结构上存在明显差异性.50m脉石是夹带的主体矿物2，所以本研究矿物粒度P80（质量分数为 80%的物料过筛的筛孔尺寸）选为 50m.三种矿物分别磨矿处理使其粒度分布相似.使用颚式破碎机将块状黄铜矿破碎至 3mm 以下，混匀、缩分至每份样品 15g，装袋冷冻保存防止发生氧化.浮选前将 15g 黄铜矿样品用水配置成质量分数为 38%的矿浆，在棒磨机中进行湿磨.石英、无定形二氧化硅矿物分别混匀、缩分至每份样品 200g，使用棒磨机干磨，通过调整磨棒数量、控制磨矿时间达到试验粒度要求.15g 黄铜矿与 600g 脉石矿物配制成质量分数约为 30%、铜品位为 0.85%的浮选原矿.图 2 为黄铜矿、石英、无定形二氧化硅磨矿后的粒度组成.表 2 为浮选试验所用药剂，捕收剂为乙基黄原酸钠，起泡剂为甲基异丁基甲醇，pH 调整剂为碳酸钠溶液.其中，乙基黄原酸钠配制成质量分数为 1%的溶液使用，碳酸钠配制成质量分数为5%溶液使用.1.2试验方法1.2.1浮选试验浮选试验使用 1.5L 机械搅拌式浮选机，捕收王磊等：黄铜矿浮选体系晶态/无定形二氧化硅的流变特性与夹带行为1273剂用量为 50gt1，起泡剂用量为 25gt1，浮选机叶轮转速为 2000radmin1，充气量为 4.8Lmin1，矿浆 pH 值为