非洲某锌铜矿铜锌分离药剂优化试验.pdf

122doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2024.03.015有色金属（选矿部分）非洲某锌铜矿铜锌分离药剂优化试验2024年第3期刘泽瑞1，罗鹏?,丁鸣援1,吴（1.广西大学化学化工学院，南宁530 0 0 4；2.飞瑞华创科技研发（广西）有限公司，南宁530 0 0 4)迪1，莫广得1，陈建华1摘要：非洲某锌铜矿含锌3.91%、铜0.8 6%，因此铜锌分离是回收铜的关键。为了解决大量使用焦亚硫酸钠（SMBS)作为抑制剂造成的尾矿酸性废水等问题，以非洲某锌铜矿为试验对象，使用6 31取代原项目生产中的捕收剂TLQ2，得到精矿铜品位为1.7 7%、锌品位为9.0 3%、铜回收率为8 8.7 5%、锌回收率为59.33%，具有最佳的选择性，其最佳用量为40 g/t；使用GX4331取代SMBS作为抑制剂，得到精矿铜品位为8.8 6%、锌品位为9.19%、铜回收率为8 3.8 5%、锌回收率为9.7 6%，且矿浆pH值也从4.44提高到了6.17,各项指标均优于SMBS,其最佳用量为10 0 0 g/t。闭路试验结果表明，使用6 31和GX4331得到的铜精矿铜品位为2 2.46%、铜回收率为6 2.0 3%、锌品位为2.7 6%、锌回收率为0.8 7%，各项指标均优于使用TLQ2和SMBS。在保证浮选指标的前提下，实现了铜和锌的高效分离，提升了尾矿废水的pH值，不仅保障了关键设备的使用年限，也有望缓解酸性废水对矿区生态的影响。关键词：浮选；铜锌分离；药剂优化；闭路试验中图分类号：TD923文献标志码：A文章编号：16 7 1-9492(2 0 2 4)0 3-0 12 2-0 6Optimization Tests of Copper and Zinc Separation Reagents of a Zinc-Copper Mine in AfricaLIU Zerui,LUO Peng,DING Mingyuan,WU Di,MO Guangde,CHEN Jianhua(1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China;2.Florrea Huachuang Technology Research and Development(Guangxi)Co.,Ltd.,Nanning 530004,China)Abstract:The ore of a zinc-copper mine in Africa contains 3.91%zinc and 0.86%copper,and thuscopper-zinc separation is key to recovering copper.In order to solve the problems such as acidic tailingswastewater caused by the extensive use of sodium metabisulfite(SMBS)as a depressant.In this study,theore was used as the test object,and 631 was used to replace TLQ2 as the collector,resulting in aconcentrate with copper grade of 1.77%,zinc grade of 9.03%,copper recovery of 88.75%,zinc recoveryof 59.33%,with the best selectivity and the optimal dosage of 40 g/t.Using GX4331 to replace SMBS asthe depressant,a concentrate was obtained with copper grade of 8.86%,zinc grade of 9.19%,copperrecovery of 83.85%,zinc recovery of 9.76%,and pulp pH value increased from 4.44 to 6.17.All flotationindexes were better than using SMBS,and the optimal dosage was 1 000 g/t.The locked-cycle test resultsshowed that using 631 and GX4331 the copper concentrate had a copper grade of 22.46%with a copperrecovery of 62.03%,and zinc grade of 2.76%with a zinc recovery of 0.87%.All the indexes are betterthan using TLQ2 and SMBS.Under the premise of ensuring the flotation indexes,it is possible to realize aefficient separation of copper and zinc,and improve the pH value of tailings wastewater,not only ensuringthe service life of key equipment but also alleviating the impact of acid wastewater on the ecology of themining area.Key words:flotation;copper-zinc separation;reagent optimization;locked-cycle test收稿日期：2 0 2 2-12-2 1基金项目：国家自然科学基金资助项目（NSFC51874106，NSFC52 17 42 46）；区域创新发展联合基金资助项目（U20A20269）作者简介：刘泽瑞（1994一），男，山西临汾人，硕士研究生，主要从事矿物处理与加工研究。E-mail：2 8 7 3594330 q q.c o m通信作者：陈建华（197 1一），男，四川西昌人，教授，博士，主要研究方向为浮选理论与药剂开发。E-mail:2024年第3期铜是重要的有色金属资源，由于其优良的导电性、导热性、延展性、耐磨性以及耐腐蚀性等，被广泛应用于电力电子、机械制造、交通运输、建筑和国防工业等领域-41。2 0 2 1年，全球铜产量约为2 10 0 万t,中国占比约为8.6%5。但我国铜消费全球占比超过60%，导致我国铜产业链非常脆弱，其中矿产端原料供应短缺，对外依存度持续多年超过7 0%6。在需求持续保持高位，但国内资源基础薄弱和供应能力受限的情况下，铜资源供应仍将主要依靠国外 7-1。非洲某锌铜矿矿石中，含有3.91%锌、0.8 6%铜和42.19%硫，因此铜锌分离和铜硫分离是回收铜的关键。原项目生产中使用Dowfroth250作为起泡剂,TLQ2作为捕收剂，焦亚硫酸钠（SMBS)作为抑制剂来抑制黄铁矿与闪锌矿。在铜浮选回路中，经过一次粗选、两次扫选、两次精选得到最终的铜精矿，铜品位为2 2%、铜回收率为8 0%、锌品位为5.34%、锌回收率为3.2%。值得注意的是，该项目实际生产过程中，对抑制剂焦亚硫酸钠的需求量比较大，用量为2 50 0 g/t。这不仅导致生产成本的增加，同时由于焦亚硫酸钠的酸性性质，大量使用会造成关键设备，如调理池、精矿浓密机、洗涤机和管道成分Au含量0.44试验用矿样中黄铜矿和闪锌矿与其他矿物（黄铁矿、闪锌矿和硫化铜矿物）的伴生情况如表2 所示。黄铜矿主要与黄铁矿伴生，其次与闪锌矿伴生，Table 2 Association of chalcopyrite and sphalerite of the test sample矿物黄铜矿闪锌矿1.2试验方法1.2.1磨矿细度选择对非洲锌铜矿开展捕收剂以及抑制剂筛选研究，在不改变现场已有设备和工艺的前提下，对比TLQ2和新型捕收剂以及焦亚硫酸钠和新型抑制剂的效果，保持磨矿细度与现场一致，即粗磨后矿物的一0.0 7 4mm粒级占8 7%左右。1.2.2捕收剂和抑制剂选择试验在磨矿细度一0.0 7 4mm含量占8 7%，抑制剂焦亚硫酸钠用量为2 kg/t，捕收剂用量为40 g/t，起泡剂Dowfroth250用量为2 0 g/t的条件下进行粗刘泽瑞等：非洲某锌铜矿铜锌分离药剂优化试验现铜锌的高效分离。1矿石性质及试验方法1.1矿石性质试验用矿样来自南非某锌铜矿，从化学成分上看，该铜铅锌矿石是以铜、铅、锌、金和银五种有色金属为主的多金属矿石。其主要有价矿物是闪锌矿、原生硫化铜矿（黄铜矿）、方铅矿、次生硫化铜矿（铜蓝、辉铜矿和斑铜矿)和铜矿，而脉石矿物主要包括黄铁矿、磁黄铁矿（微量）、石英、云母和黏土（高岭石、白云石以及微量绿泥石和黑云母）铁氧化物（主要为赤铁矿和针铁矿，有少量磁铁矿和黄钾铁矾）、碳酸盐（主要是方解石）、长石（正长石、白云石和天青石）、毒砂以及辉银矿。矿样主要化学成分分析结果见表1。表1主要化学成分分析结果Table 1(Chemical compositions of the test sampleAgCu25.500.86表2 黄铜矿与闪锌矿伴生情况与黄铁矿伴生与闪锌矿伴生994497一选，试验工艺流程见图1。在粗选条件完全相同的情况下分别使用表3所列几种捕收剂进行对比试验。药剂用量单位：g/t搅拌及浮选时间单位：min下同精矿图1选择试验工艺流程图Fig.1 Flowsheet of the selection test:123的严重腐蚀损耗，也导致尾矿废水酸度过高（pH=34),对矿区生态造成极大威胁 10-11因此，本试验以该锌铜矿为对象，在保证浮选指标的前提下，探索使用新型捕收剂和抑制剂，达到将尾矿废水pH值控制在6 7 的目的,以确保关键设备的使用年限，缓解酸性废水对矿区生态的影响，实/%ZnPb3.910.14而闪锌矿的主要伴生矿物也是黄铁矿，其次是硫化铜矿物。这也反映出铜锌分离和铜硫分离是回收该矿样中铜的关键。/%与硫化铜矿物伴生一34原矿-0.074mm占8 7%3*抑制剂3*捕收剂3*起泡剂尾矿Fe36.22S42.19:124Table3(Collectors for the selection test名称/代码TLQ2项目现场所用捕收剂，具体化学组成不详。将烷基二硫代磷酸钠、烷基一硫代磷酸钠和苯并噻唑631钠盐按6：3：1摩尔比混合所得。将烷基二硫代磷酸钠和烷基一硫代磷酸钠按7：3摩A2尔比混合所得。将烷基二硫代磷酸钠和烷基一硫代磷酸钠按3：7 摩A5尔比混合所得。将乙基硫氨酯（Z-200)和烯丙基硫氨酯按7：3摩尔比A8混合所得。将乙基硫氨酯（Z-200)和烯丙基硫氨酯按5：5摩尔比A9混合所得。抑制剂选择试验与捕收剂选择试验工艺保持一致（见图1)，捕收剂TLQ2用量为40 g/t，试验所使用的几种抑制剂如表4所示。表4试验用抑制剂Table 4Depressants for the selection test名称/代码SMBS焦亚硫酸钠（Na2S2Os）将OS204（一种无机抑制剂）、NaOH、Na H SO 3和GX4331ZnSO4按4：2：3：2 摩尔比混合所得。GX01氢氧化钠(NaOH)GX02亚硫酸氢钠（NaHSO3)GX11/37/46将NaHSO：和Na2S2O按不同摩尔比混合所得。GX112将OS204、Na H SO:和Na2S2O：按1：1：2 摩尔比混合所得。将OS204、Na H SO 3和Na2S2O：按1：1：4摩尔比混GX114合所得。2试验结果与讨论2.1捕收剂试验2.1.1#捕收剂种类试验捕收剂种类试验品位和回收率的结果如图2 所示。使用原项目生产中的捕收剂TLQ2得到精矿铜品位为1.37%、锌品位为8.50%、铜回收率为93.21%、锌回收率为8 4.44%。如图2（a）所示，使用其他五种新捕收剂6 31、A2、A 5、A 8、A 9,得到精矿品位与使用TLQ2时的品位差别不大，但使用631时,锌回收率为59.33%，有了显著的降低。因此，6 31被认为是能取代TLQ2的最佳捕收剂，所得到的精矿铜品位为1.7 7%、锌品位为9.0 3%、铜回收率为8 8.7 5%、锌回收率为59.33%，具有最好的选择性。有色金属（选矿部分）表3试验用捕收剂(a)10描述86421.3650TLQ2(b)10093.2184.4480上%/率X回60F40F描述20F0图2 捕收剂种类试验结果：(a)品位；(b)回收率Fig.2FResults of the collector selection test:(a)grade;(b)recovery2.1.2捕收剂用量试验图3所示为捕收剂用量试验结果。随着6 31的用量从2 0 g/t增加到40 g/t，铜和锌的品位都有了微小的下降，虽然锌的回收率上升了4.6 9个百分点，但铜的回收率也有了显著的提升，从48.8 9%升至8 1.6 6%。当6 31的用量进一步增加到6 0 g/t，锌和铜的品位和回收率都有了微弱的增加，但是随着用量继续增加至8 0 g/t，铜品位显著下降，锌的回收率也有了显著增加。综上所述，基于浮选指标和生产成本的考虑，选择6 31的最佳用量为40 g/t。此外，使用TLQ作为捕收剂，2 kg/t SMBS作为抑制剂，得到的精矿铜品位为8.19%、锌品位为15.02%、铜回收率为8 0.6 7%、锌回收率为16.40%，而使用6 31代替TLQ作为捕收剂，获得各项浮选指标更好的精矿产品（铜品位为8.92%、锌品位为11.0 8%、铜回收率为8 4.40%、锌回收率为13.19%），只需要1kg/tSMBS。这表明，使用6 31作为新的捕收剂不仅具有更好的选择性，同时可以降低抑制剂SMBS的用量，大大降低生产成本。2024年第3期Cu品位Zn品位9.0258.7658.51.7763188.7591.9475.9859.33TLQ26318.8058.4451.4051.36A2A5捕收剂种类Cu回收率93.995.2789.58.90.6879.4567.67A2A5捕收剂种类7.8151.371.47A8A9Zn回收率A8A92024年第3期刘泽瑞等：非洲某锌铜矿铜锌分离药剂优化试验125(a)1212.155109.298%/64202090(b)807060%/率动回5048.89403020107.1120图3捕收剂用量试验结果：(a)品位;(b)回收率Fig.3Results of the collector dosage test:(a)grade;(b)recovery2.2抑制剂试验2.2.1抑制剂种类试验图4为抑制剂种类试验得到的品位和回收率结果，图5为抑制剂试验的矿浆pH值。如图4所示，使用原项目生产中的抑制剂SMBS得到精矿铜品位为8.19%、锌品位为15.0 2%、铜回收率为8 0.6 7%、锌回收率为16.40%，矿浆pH值为4.44。而使用亚硫酸氢钠时,矿浆pH值为4.11,低于使用SMBS时的矿浆pH值；使用GX114、G X46、G X37、G X11、18一Cu品位(a)11.885Zn品位11.69.115113040捕收剂用量/gtl)81.6681.72Cu回收率一Zn回收率17.211.812.013040捕收剂用量/gt)ICu品位16Zn品位149.3512010S8186.33864.0654215050S9L6S816988700608083.196070S8LZIS8SO9S064tIIX抑制剂种类1008098(b)S8:8L9:0880%/率动回604020800图4抑制剂种类试验结果：(a)品位；(b)回收率Fig.4Results of the depressant selection test:(a)grade;(b)recovery87.8476.17654.444S9927LXICu回收率Zn回收率83.72.83.57783.9983.43+918019L:64.11E01LX抑制剂种类4.934.721 4.8014.922XS4.85GX112,矿浆pH值分别为4.93、4.7 2、4.8 0、4.92、4.85，略高于使用SMBS时的矿浆pH值，但pH值的提升不明显；且使用GX114、G X11、G X112 时的锌回收率分别为12.2 5%、12.38%、12.11%，对比使用SMBS时，回收率虽有降低，但优势不明显。而使用硫代硫酸钠得到矿浆pH值为7.8 4,虽然矿浆碱性有了显著提升，但铜品位只有4.7 2%，远低于使用SMBS时的铜品位。因此，均衡考虑各项指标，GX4331是能取代SMBS的最佳抑制剂，所得到的精矿铜品位为8.8 6%、锌品位为9.19%、铜回收率为8 3.8 5%、锌回收率为9.7 6%，矿浆pH值为3210图5抑制剂种类试验矿浆pH值Fig.5Pulp pH value of the depressant selection test6.17,各项指标均优于SMBS。2.2.2抑制剂用量试验抑制剂用量试验结果如图6 所示。当GX43319tX5抑制剂LEXIIX12611.5(a)11.010.510.0%/V品9.59.08.58.00100(b)908070%/率回6050403020100图6抑制剂用量试验结果：(a)品位;(b)回收率Fig.6Results of the depressant dosage test:(a)grade;(b)recovery的用量为50 0 g/t时，得到的精矿铜品位为8.12%、锌品位为11.10%、铜回收率为8 3.8 0%、锌回收率为13.50%，此时得到的精矿锌品位和回收率较高。随着GX4331的用量从50 0 g/t增加到10 0 0 g/t，得到的精矿铜品位为8.7 7%、锌品位为9.0 6%、铜回收率为8 2.40%、锌回收率为9.30%，在铜的品位略微增加、铜的回收率损失不大的前提下，锌的品位和回收率都有了显著的降低。当GX4331的用量继续Table 5Results of the locked-cycle tests before and after reagent optimization药剂优化产品名称精矿优化前：TLQ2作精1中为捕收剂，焦亚硫精2 中酸钠(SMBS)作为尾矿抑制剂给矿精矿优化后：6 31作为精1中捕收剂，GX4331作精2 中为抑制剂尾矿给矿有色金属（选矿部分）增加到150 0 g/t甚至2 0 0 0 g/t，虽然锌的品位和回11.1-Cu品位11.2Zn品位9.0559.118.778.468.1250083.813.55002024年第3期收率有了进一步的降低，但铜的回收率也明显受损，分别降为8 0.6 0%、7 8.8 0%。因此，综上所述，选择GX4331的最佳用量为10 0 0 g/t。2.3闭路试验在药剂选择试验及开路试验的基础上，进行了闭路试验，以确定最终的选别指标。闭路试验流程8.867如图7 所示，药剂优化前后的闭路试验结果如表5所示。由表5可知，药剂优化前，使用项目现场所用捕收剂TLQ2，抑制剂SMBS,得到的铜精矿铜品位1 0001500捕收剂用量/gtl)+Cu回收率一Zn回收率82.480.69.38.110001500捕收剂用量/gtl)表5药剂优化前后的闭路试验结果品位产率Cu2.2621.899.041.431.734.8786.980.16100.00.852.3522.468.101.351.455.3488.100.16100.00.852.00078.86.732.000为2 1.8 9%，铜回收率为58.2 8%，锌品位为3.11%，锌回收率为0.95%。而通过药剂选择试验，将捕收给矿?-0.074mm占8 7%3*SMBS/GX4331_2000/10002*TLQ2/63140/401*DF250.20粗选3精2精22精矿图7闭路试验流程图Fig.7Flowsheet of the locked-cycle testZnZn3.1158.289.7615.257.959.947.2316.537.38100.02.7662.038.1212.835.549.107.5516.037.46100.01*TLQ2/631 10/101*DF2505扫21*TLQ2/63110/101*DF2515扫22回收率Cu0.9511.951.8685.23100.00.878.821.0889.23100.0尾矿/%2024年第3期剂替换为6 31，抑制剂替换为GX4331，得到的铜精矿铜品位提升至2 2.46%，同时铜回收率也提升了约4个百分点，为6 2.0 3%，锌精矿品位为2.7 6%。可以得出，在铜的品位和回收率都略微提高的前提下，锌的回收率下降了4个百分点。浮选闭路试验铜精矿铜品位、铜回收率均满足选矿厂工艺指标需求。3结论本试验以非洲某锌铜矿为对象，为了缓解原项目生产中SMBS的大量使用造成的酸性尾矿废水问题，探讨使用了新型捕收剂和抑制剂来提高尾矿废水的pH值，以实现铜和锌的高效分离，同时保证浮选指标。本试验的主要结论如下：1)通过药剂制度优化，6 31是能取代TLQ2的最佳捕收剂，其最佳用量为40 g/t，G X4331是能取代SMBS的最佳抑制剂，其最佳用量为10 0 0 g/t。2)通过6 31取代TLQ2所得到的精矿铜品位为1.77%、锌品位为9.0 3%、铜回收率为8 8.7 5%、锌回收率为59.33%，具有最好的选择性。3)通过GX4331取代SMBS所得到的精矿铜品位为8.8 6%、锌品位为9.19%、铜回收率为83.85%、锌回收率为9.7 6%，且矿浆pH值从4.44提升到了6.17，各项指标均优于SMBS。4)药剂制度优化后，闭路试验得到的铜精矿铜品位为2 2.46%，回收率为6 2.0 3%。锌精矿品位为2.7 6%，回收率为0.8 7%。在改变药剂制度后，在铜矿品位及回收率略微提高的前提下，锌的回收率降低4个百分点，从而更好地实现了铜锌分离。参考文献1陈甲斌，霍文敏，冯丹丹，等.中国与美欧战略性（关键）矿产资源形势分析 J.中国国土资源经济，2 0 2 0，33(8):9-17.CHEN Jiabin,HUO Wenmin,FENG Dandan,et al.Analysis of strategic（c r it ic a l）m in e r a l r e s o u r c e ssituation in China and the U.S.and the EUJJ.NaturalResource Economics of China,2020,33(8):9-17.2SCHMITZ C J.The changing structure of the worldcoppermarket,1870-1939LJ.Journal of EuropeanEconomic 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