贵州某重晶石矿石选矿实验研究.pdf

贵州某重晶石矿石选矿实验研究徐妍博，邓伟，杨耀辉（中国地质科学院矿产综合利用研究所，自然资源部战略性矿产综合利用工程技术创新中心，四川成都610041）摘要：这是一篇矿物加工工程领域的文章。重晶石是一种重要的非金属矿物，具有比重大、无毒、无磁性、易吸收射线等特点，主要用于石油天然气钻井泥浆加重剂、制备含钡化工产品和钡合金，我国是重晶石的主要出口国。本文对贵州某地低品位重晶石进行选矿实验研究，用碳酸钠作调整剂、水玻璃作抑制剂、十二烷基硫酸钠作捕收剂，经过“一粗一扫二精”的闭路流程实验，取得了 BaSO4品位 90.38%、回收率 91.78%的重晶石精矿，实验技术指标良好，精矿达到化工用重晶石一等品要求。本研究成果可为重晶石资源的开发利用提供重要的技术支撑和参考。关键词：矿物加工工程；重晶石；浮选；工艺流程doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.04.021中图分类号:TD955文献标志码:A文章编号:1000-6532（2023）04013806重晶石是一种重要的非金属矿物，具有比重大、无毒、无磁性、易吸收射线等特点，主要用于石油天然气钻井泥浆加重剂、制备含钡化工产品和钡合金1-3。我国是重晶石的主要出口国，其在南方分布较为集中，其中贵州省储量最大，湖南、广西、陕西等地也有分布4-5。重晶石的选矿方法主要有手选、重选、磁选和浮选等几种方法，然而成矿过程中常与其它金属矿和非金属矿紧密伴生，如石英、萤石、白云石等6。因此，手选往往不能满足工业需求，从重晶石原矿性质和选矿发展趋势看，浮选已成为目前选别重晶石的主要方法7。重晶石的浮选中，浮选药剂对浮选分离起到至关重要的作用。重晶石浮选常用捕收剂有氧化石蜡皂、油酸钠、十二烷基硫酸钠和十二烷基磺酸钠等8。本文以贵州某低品位重晶石矿为研究对象，研究其选别工艺及药剂制度，以期为同类型重晶石资源的开发利用提供参考和技术支撑。1原料性质试样化学多元素分析结果见表 1，矿物组成及含量见表 2。由表 1、2 可知，矿石中 BaSO4品位为 67.42%，为低品位重晶石矿9。杂质元素主要为 SiO2、CaO、CaF2，其他元素含量较低。重晶石和方解石等矿物紧密交织，交代结构发育，解离难度较高，且本身硬度较低，容易泥化。表1原矿化学多元素分析结果/%Table1Chemicalmulti-elementanalysisresultsofraworeBaSO4CaF2SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O5V2O567.422.0811.770.690.457.660.890.200.161.160.13表2矿石的矿物含量/%Table2Mineralcontentsofore重晶石石英方解石白云石磷灰石萤石石膏伊利石褐铁矿黄铁矿、方铅矿等66.910.79.15.42.61.90.50.50.51.0收稿日期:2023-06-13基金项目:中国地质调查局地质大调查项目（DD20230039）；四川省重点研发项目（2022YFS0455）；国家重点研发计划青年科学家项目（2021YFC2900800）作者简介:徐妍博（1997-），女，硕士，研究实习员，主要从事战略性矿产综合利用技术研究。通信作者:邓伟（1983-），男，博士，高级工程师，主要从事选矿工艺技术及综合利用研究。矿产综合利用138MultipurposeUtilizationofMineralResources2023 年2实验研究2.1实验设备及流程本次实验的主要设备有 XMQ-24090A 锥形球磨机，XFD型 3、1.5、1.0、0.75 和 0.5L 不同规格浮选机等。实验流程见图 1。精矿尾矿原矿磨矿水玻璃2粗选5碳酸钠2十二烷基硫酸钠2图1粗选条件实验流程Fig.1Processofroughingconditiontest2.2浮选条件实验2.2.1磨矿细度实验本矿石中重晶石和方解石等矿物紧密交织，交代结构发育，解离难度较高，且容易泥化，因此要特别注意磨矿制度的选择。为此，首先进行了磨矿细度实验。实验固定碳酸钠 2000g/t、水玻璃 1000g/t、十二烷基硫酸钠 1500g/t，变更磨矿细度，实验结果见图 2。758085909510060708090100品位/%0.074 mm 含量/%品位5060708090100回收率回收率/%图2磨矿细度实验结果Fig.2Resultsofgrindingfinenesstest由图 2 可知，随着磨矿细度的增加，粗精矿重晶石回收率逐渐增加，但增加幅度不大，总体均在 95%左右。精矿品位随磨矿细度的增加而升高，磨至-0.074mm 占 85.0%以后略有降低。从精矿品位、回收率综合考虑，以-0.074mm85.0%条件下指标最好，此时粗精矿 BaSO4品位达 84.02%。因此，确定粗选磨矿细度为-0.074mm85%。2.2.2pH 值条件实验矿浆 pH 值对浮选作用具有显著影响，本文用 Na2CO3作为重晶石浮选的调整剂，调节矿浆的 pH 值。实验固定条件：磨矿细度-0.074mm85%，水玻璃 1000g/t、十二烷基硫酸钠 1500g/t。变更碳酸钠用量进行实验，pH 值与 BaSO4品位、回收率的关系结果见图 3。7.08.07.58.59.09.5 10.0 10.5 11.0 11.560708090100品位/%pH品位60708090100回收率回收率/%图3pH 值条件实验结果Fig.3ResultsofpHconditiontest从实验现象及图 3 结果可以看出，随着 pH 值升高，粗选精矿产率及 BaSO4回收率逐渐提高，pH 值从 7.9 升至 9.3 时，回收率增加幅度较大，pH 值超过 9.3 以后，回收率提高幅度较小，在 pH值 10.1 时，BaSO4产率最高，达 97.01%；随着 pH值升高，粗选精矿 BaSO4品位略有降低，但降低幅度不大。根据 pH 值条件实验结果，确定粗选pH 值10.1，此时 Na2CO3用量为 2000g/t。2.2.3水玻璃用量实验本文使用水玻璃作为脉石矿物抑制剂，实验固定磨矿细度-0.074mm85%、碳酸钠 2000g/t、十二烷基硫酸钠 1500g/t 进行水玻璃用量实验，实验结果见图 4。根据图 4 结果可知，随着水玻璃用量的增加，粗选精矿产率及 BaSO4回收率逐渐提高，精矿品位变化不明显，当水玻璃用量超过 1000g/t后，精矿回收率增加幅度较小，综合考虑药剂成本及指标，确定粗选水玻璃用量为 1000g/t。2.2.4捕收剂种类筛选实验本文对比了三种重晶石常用捕收剂氧化石蜡皂、十二烷基硫酸钠和油酸钠对此矿石的浮选效第 4 期2023 年 8 月徐妍博等：贵州某重晶石矿石选矿实验研究139果。实验固定磨矿细度-0.074mm85%、碳酸钠2000g/t、水玻璃 2000g/t、捕收剂 1000g/t 进行捕收剂种类筛选实验，实验结果见图 5。4000200600800 1000 1200 1400 160060708090100品位/%水玻璃用量/(g/t)品位60708090100回收率回收率/%图4水玻璃用量实验结果Fig.4Resultsofwaterglassdosagetest77.2176.2873.2692.6696.1895.32氧化石蜡皂 十二烷基硫酸钠油酸钠5060708090100%捕收剂种类品位回收率图5捕收剂种类筛选实验结果Fig.5Resultsofselectionofcollectortypestest由图 5 可知，氧化石蜡皂作捕收剂时，获得粗精矿 BaSO4品位较高，但回收率较低；十二烷基硫酸钠和油酸钠作捕收剂，回收率均较高，但油酸钠捕收剂获得精矿品位较低。因此，选择十二烷基硫酸钠作为此重晶石的捕收剂。2.2.5捕收剂用量实验实验固定磨矿细度-0.074mm85%、碳酸钠2000g/t、水玻璃 1000g/t，进行十二烷基硫酸钠用量实验，实验结果见图 6。根据图 6 结果得知，随着捕收剂十二烷基硫酸钠用量的增加，粗精矿产率逐渐减少，精矿BaSO4品位增加，回收率增加。一般情况下，大部分矿石都是随着捕收剂用量的增加，精矿产率增加，精矿品位降低，而此处相反。在该重晶石选别过程中，捕收剂用量越大，矿化程度越好，泡沫越密实。当十二烷基硫酸钠用量超过 2000g/t后，继续增加用量，粗选精矿产率又进一步升高，虽然精矿回收率有所增加，但是精矿品位降低明显，综合考虑药剂成本及指标，粗选捕收剂用量确定为 2000g/t。100050015002000250060708090100品位/%十二烷基硫酸钠用量/(g/t)品位60708090100回收率回收率/%图6十二烷基硫酸钠用量实验结果Fig.6Resultsofsodiumdodecylsulfatedosagetest2.2.6精选条件实验实验固定磨矿细度-0.074mm85%、碳酸钠2000g/t、水玻璃 1000g/t，十二烷基硫酸钠用量2000g/t 粗选，并用所得粗精矿进行精选条件实验，实验流程见图 7，实验结果见表 3。药量用量单位:g/t(相对于原矿)原矿0.074 mm 85%碳酸钠 2000碳酸钠(变量)2水玻璃 100022水玻璃(变量)2碳酸钠(变量)232水玻璃(变量)2十二烷基硫酸钠 2000粗选精选 I精选 II精矿中矿 1尾矿中矿 226图7精选条件实验流程Fig.7Processofcleaningconditiontest精选条件实验进行了空白精选与逐渐加大碳酸钠、水玻璃用量条件，由表 3 可知，精矿作业产率与作业回收率变化不大，精矿品位略有变化，相比之下，以加碳酸钠（1000+500）g/t，水玻璃（500+250）g/t 条件指标较好，因此选择此条件进行开路实验。140矿产综合利用2023年表3精选条件实验结果Table3Testresultsofcleaningcondition药剂条件/（g/t）产品名称作业产率/%BaSO4品位/%BaSO4作业回收率/%精选：空白精选：空白精精矿78.1587.1580.62中矿210.1184.9310.16中矿111.7466.299.22粗精矿100.0084.48100.00精选：Na2CO31000水玻璃500精选：Na2CO3500水玻璃250精精矿78.6090.7282.36中矿212.8681.1712.06中矿18.5456.585.58粗精矿100.0086.58100.00精选：Na2CO31500水玻璃1000精选：Na2CO31000水玻璃500精精矿76.3089.479.66中矿217.1283.0216.60中矿16.5846.653.74粗精矿100.0085.63100.002.3浮选开路及闭路实验2.3.1浮选开路实验综合上述条件实验确定的各段选别作业最佳药剂制度，并根据实验情况及以往经验，增加一段空白扫选作业，进行了“一粗、一扫、二精”的全流程开路实验，结果见表 4。表4浮选开路实验结果Table4Resultsofflotationopencircuittest产品名称产率/%BaSO4品位/%BaSO4回收率/%重晶石精矿54.8291.3673.83中矿213.3258.3611.46中矿18.7880.5210.42扫选中矿4.8228.302.01尾矿18.268.462.28原矿100.0067.83100.00由表 4 可知，原矿在磨矿细度-0.074mm85%的条件下，经过一次粗选、一次扫选、两次精选的浮选开路流程实验，可获得 BaSO4品位 91.36%的浮选重晶石精矿，精矿开路回收率为 73.83%。2.3.2浮选闭路实验在浮选开路实验的基础上，开展了“一粗、一扫、二精”的闭路实验，实验流程见图 8，实验结果见表 5。由表5 可知，闭路实验获得了精矿产率68.96%、BaSO4品位 90.38%、回收率 91.78%的重晶石精矿，实验技术指标良好。2.4产品检查为了更好地了解选矿产品中矿物的选别情况，对选矿最终精矿和尾矿分别进行了化学多元素分析和矿物成分分析等。药量用量单位:g/t(相对于原矿)原矿0.074 mm 85%碳酸钠 19002水玻璃 9002碳酸钠 10002水玻璃 5002碳酸钠 50022水玻璃 250精矿尾矿扫选2十二烷基硫酸钠 1900粗选精选一精选二2632图8浮选闭路实验流程Fig.8Processofflotationclosedcircuittest表5浮选闭路实验结果Table5Resultsofflotationclosedcircuittest产品名称产率/%BaSO4品位/%BaSO4回收率/%精矿68.9690.3891.78尾矿31.0417.998.22原矿100.0067.91100.002.4.1精矿产品检查精矿化学多元素分析结果见表 6。由表 6 可知，该精矿达到了化工用重晶石一等品要求（BaSO488%、SiO25%）HG/T3588-1999，该精矿水溶性碱土金属含量达到了钻井液用重晶石粉一级品要求，但精矿比重较低，达不到要求。第 4 期2023 年 8 月徐妍博等：贵州某重晶石矿石选矿实验研究141表6精矿化学多元素分析结果/%Table6Chemicalmulti-elementanalysisresultsofconcentrateBaSO4CaF2SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O5V2O5水溶性碱土金属（以钙计）/（mg/kg）比重90.550.342.300.280.151.940.200.0720.160.280.0351603.95通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）和 X 射线衍射分析（XRD）对精矿的矿物组成进行了详细分析，其主要矿物组成及含量见表 7。表7重晶石精矿的矿物组成Table7Mineralcompositionofbariteconcentrate重晶石石英方解石和白云石其他（萤石、磷灰石、褐铁矿等）90.52.26.31.0由表 7 可知，精矿中主要为重晶石，重晶石含量达到 90.5%，偶见方解石和白云石。精矿产品检查结果表明，精矿纯度较高，杂质矿物含量较低，有效实现了重晶石的富集。2.4.2尾矿产品检查尾矿化学多元素分析结果见表 8。对浮选尾矿进行 AMICS 矿物自动分析测定，其主要矿物组成及含量见表 9。由表 8、9 可知，尾矿中主要元素为 Si、Ca，尾矿中主要矿物为方解石、白云石和石英，重晶石含量较低，选别工艺较好的分离了有用矿物和脉石矿物。表8尾矿化学多元素分析结果/%Table8Chemicalmulti-elementanalysisresultsoftailingsBaSO4CaF2SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgOK2O Na2O P2O5V2O518.02 5.42 33.73 2.371.61 18.06 2.20 0.45 0.18 3.98 0.34表9尾矿矿物组成/%Table9Mineralcompositionoftailings重晶石石英方解石和白云石磷灰石萤石其他17.731.535.09.55.31.03结论（1）本矿石中 BaSO4品位为 67.42%，杂质元素主要为 SiO2、CaO、CaF2。重晶石矿物含量为 66.9%，主要脉石矿物为石英、方解石、白云石、磷灰石等，重晶石和方解石等矿物紧密交织，交代结构发育，解离难度较高，且本身硬度较低，容易泥化。（2）浮选条件实验探索出的最优条件为：磨矿细度-0.074mm85%、调整剂 Na2CO32000g/t、抑制剂水玻璃 1000g/t、捕收剂十二烷基硫酸钠2000g/t，并基于此条件，进行了开路实验，“一粗一扫二精”的开路流程可获得 BaSO4品位 91.36%的浮选重晶石精矿，精矿开路回收率为 73.83%。（3）经过“一粗一扫二精”的闭路流程实验，取得了 BaSO4品位 90.38%、回收率 91.78%的重晶石精矿，实验技术指标良好。实验流程结构简单、易于实施。实验获得的精矿达到了化工用重晶石一等品要求（BaSO488%、SiO25%）。参考文献:1高扬,刘全军,宋建文.陕西某沉积型重晶石矿浮选工艺研究J.非金属矿,2017,40(4):73-5.GAO Y,LIU Q J,SONG J W.A study on the flotationtechnology of a sedimentary barite ore in ShaanxiJ.Non-MetallicMines,2017,40(4):73-5.2蒋海勇,张发明,陈志杰,等.酸化水玻璃对重晶石与白云石浮选分离行为的影响J.矿产综合利用,2022(2):121-6.JIANGHY,ZHANGFM,CHENZJ,etal.Theeffectofacidized sodium silicate on flotationseparation behavior ofbarite and dolomiteJ.Multipurpose Utilization of MineralResources,2022(2):121-6.3薛爱芬,胡兴航,王秋林,等.硫酸氧钛水解法制备重晶石/二氧化钛复合粉J.矿产综合利用,2022(5):135-9.XUE A F,HU X H,WANG Q L,et al.Preparation ofbarite/titanium dioxide composite powder by hydrolysis oftitanium oxysulfateJ.Multipurpose Utilization of MineralResources,2022(5):135-9.4童义隆,罗惠华,舒超,等.贵州重晶石与方解石常温浮选分离实验研究J.矿产综合利用,2020(1):54-8.TONGYL,LUOHH,SHUC,etal.Researchonflotationtestof separation of barite and calcite from Guizhou at normaltemperatureJ.MultipurposeUtilizationofMineralResources,2020(1):54-8.5刘棋勇,赖杨.贵州务川双河重晶石-萤石矿成矿地质特征及成因分析J.矿产综合利用,2022(1):25-31+41.LIU Q Y,LAI Y.Discussion on metallogenic geologicalcharacteristicsandgenesisofshuanghebarite-fluoritedepositinWuchuan,GuizhouProvinceJ.MultipurposeUtilizationofMineralResources,2022(1):25-31+41.6崔瑞,王旭,魏骞,等.湖北某重晶石-萤石型矿综合利用研究J.矿产综合利用,2019(2):70-74+82.CUI R,WANG X,WEI Q,et al.Study on comprehensiveutilization of a barite-fluorite ore in Hubei ProvinceJ.Multipurpose Utilization of Mineral Resources,2019(2):70-74+82.7陈思雨,刘四清,陈章鸿.我国重晶石选矿与提纯研究现状及展望J.矿产保护与利用,2020,40(6):33-40.142矿产综合利用2023年CHEN S Y,LIU S Q,CHEN Z H.Present situation andoutlook of barite flotation and purification in ChinaJ.Conservation and Utilization of Mineral Resources,2020,40(6):33-40.8王珏.重晶石与重晶石矿中含钙含硅矿物浮选行为研究D.贵阳:贵州大学,2019.WANGJ.Thecalcium-siliceousmineralsinbariteandbariteores Study on flotation behavior D.Guiyang:GuizhouUniversity,2019.9惠博,邓伟,王越.贵州老文溪重晶石矿工艺矿物学J.矿产综合利用,2019(4):91-3.HUIB,DENGW,WANGY.ProcessmineralogyresearchonLaowenxi barite ore in Guizhou ProvinceJ.MultipurposeUtilizationofMineralResources,2019(4):91-3.A Barite Ore Beneficiation Test in GuizhouXuYanbo,DengWei,YangYaohui(InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResources,CAGS,TechnologyInnovationCenterforComprehensiveUtilizationofStrategicMineralsResources,MinistryofNaturalResources,Chengdu,Sichuan,China)Abstract:Thisisanessayinthefieldofmineralprocessingengineering.Bariteisanimportantnon-metallicmineralwiththecharacteristicsoflargeproportion,non-toxic,non-magnetic,easytoabsorbrays,etc.Itismainly used for oil and gas drilling mud weighting agent,preparation of barium-containing chemicalproducts and barium alloys.China is a major exporter of barite.This paper conducts beneficiation testresearchonlow-gradebariteorefromGuizhou,China.Aftertheclosed-circuittestof“oneroughing,onescavengingandtwocleaning”,sodiumcarbonateasregulator,waterglassasinhibitorandsodiumdodecylsulfateascollector,abariteconcentratewithaBaSO4gradeof90.38%andarecoveryof91.78%hasbeenobtained.Thetesttechnicalindicatorsaregood,andtheconcentratemeetstherequirementsofthefirstgradechemical barite.The research results can provide important technical support and reference for thedevelopmentandutilizationofbariteresources.Keywords:Mineralprocessingengineering;Barite;Flotation;Technologicalprocess(上接第 137 页)Aluminum Concentrate Prepared by Activated Roasting-SecondaryAlkaline Leaching Desilication of Pyrite TailingsFengXueru,LiuShuping,LiChao(InstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResources,CAGS,Chengdu,Sichuan,China)Abstract:Thisisanessayinthefieldofmetallurgicalengineering.ContentofaluminainpyritetailingsinthesouthwestChinaishigherthan46%,andthealuminaisofhighrecyclingvalue.However,SiO2withhighcontentandstablecrystalstructureexistsinaluminosilicatemineralsintailings,resultinginalowaluminosilicate ratio of Al2O3/SiO2(A/S)of tailings,which is only 1.72.To realize the separation ofaluminumandsilicon,andobtainaluminumconcentrateforrecyclingofthetailings,theSiO2withstablestructureistransformedintoamorphousSiO2byactivatedroasting.AndthenthecalcineisleachedtwicewithNaOHsolutionfordesilicatingtoobtainthealuminumconcentrate.Theresultsshowthatundertheoptimumconditionsofroastingtimeof35min,roastingtemperatureof1140,theconcentrationofNaOH140g/Linprimaryalkalineleaching,leachingtemperatureof110,leachingtimeof30min,theratioofliquidtosolid16,thealuminum-siliconratio(A/S)increasesto4.11.UndertheoptimumconditionsofNaOHconcentration140g/Linsecondaryalkalineleaching,leachingtemperature105,leachingtime30min,andleachingliquidtosolidratio10,thealuminum-siliconratio(A/S)of5.11isobtained,whichlaysagoodfoundationforcomprehensiveutilizationofthetailings.Keywords:Metallurgical engineering;Pyrite tailings;Aluminum concentrate;Activation roasting;Desilication第 4 期2023 年 8 月徐妍博等：贵州某重晶石矿石选矿实验研究143