张福亚，张建辉

（北矿机电科技有限责任公司，北京 100160）

世界原生铜产量的90%左右来自硫化矿，而黄铜矿在铜矿物中所占的比例最大，约占铜矿物的2/3，在我国众多的矿床工业类型中，铜硫共生矿床是较为常见的一种形式[1]，其中的磁黄铁矿等硫铁矿是其常见的伴生矿物[2]。从宏观上来说，磁黄铁矿在矿床中所占的比例、嵌布状态与黄铜矿的紧密结合程度决定了该矿石分选的难易程度[3]。当磁黄铁矿中铁原子出现亏损而被硫元素替代，同时又被介质中的铜离子活化时，其可浮性有了大幅度的提高，黄铜矿与磁黄铁矿的浮选分离难度增大，导致获得较高质量或回收率的铜精矿成为选矿界的一大难题[4]。磁黄铁矿一个重要特点是易氧化，据报道在相同条件下，磁黄铁矿的氧化速度是黄铁矿的20～100倍。蔡美芳等[5]从环保角度出发对磁黄铁矿的氧化机理进行了较全面的论述。表面氧化的一个直接结果是影响其分选行为。磁黄铁矿在一定限度内氧化生成FeSO4和Fe2(SO4)3时有单质硫产生，但泥化后其比表面积大，易严重氧化，从而在表面生成Fe(OH)3和FeO(OH)亲水层[6]，可浮性下降，矿浆中氧气被消耗则又会影响其他硫化矿的捕收[7]。在前人研究的基础上，本文尝试通过向矿浆中充入空气，来氧化磁黄铁矿的表面，进而降低其可浮性。同时确保了矿浆中有足够多的氧气能够参与黄药在黄铜矿表面的吸附过程，提高黄铜矿表面的疏水性。

1 试样和研究方法

1.1 实验矿样制备

原矿样取自云南文山某露天采场，将现场取来的矿样晾干后，破碎至-2 mm，利用“堆锥法”混匀、缩分，选择具有代表性的矿样进行化学分析和物相分析，剩余矿样留作实验样及备样，矿石主要化学成分、矿石中主要矿物的含量以及矿石中的铜物相分析见表1～3。

表1 矿石的主要化学成分/%Table 1 Main chemical composition of the ore

1.2 试剂与仪器

实验主要试剂：硫酸锌，松醇油均为化学纯，乙基黄药为工业级。

设备仪器： XFD型(3L)单槽浮选机，XMQ-240×90型球磨机，XTLZ-Φ260/Φ200型真空过滤机，101-4型电热恒温鼓风干燥箱，电子天平(ES-103HA)。

1.3 搅拌-浮选实验方案

为探索充气搅拌对黄铜矿与磁黄铁矿分离的影响，拟从一下几个方面展开研究，（1）加药顺序，依次为不充气条件下搅拌15 min、不充气条件下搅拌30 min、不加药充气0.2 m3/h条件下搅拌15 min、加药充气0.2 m3/h条件下搅拌15 min；（2）充气速率，依次为分别为0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 m3/h以及不充气条件；（3）搅拌时间，依次为0、15、15、25、35、15、55 min。实验的原则流程见图1。搅拌和浮选都在同一台XFD型(3L）浮选机上进行。通过浮选机上的气量阀门和流量计来控制搅拌过程中气量的大小。浮选完成后将精矿和尾矿分别烘干、制样和化验。

图1 实验流程Fig.1 Test flow chart

表2 矿石中主要矿物的含量/%Table 2 Content of the main minerals in the ore

表3 矿石中铜的化学物相分析结果Table 3 Results of chemical phase analysis of copper in the ore

2 实验结果

2.1 加药顺序对黄铜矿回收率的影响

按照1.3节所述的加药顺序变量和原则流程开展实验，计算黄铜矿回收率，所得结果见图2。

图2 不同搅拌条件下的黄铜矿回收率Fig.2 Recovery rate of chalcopyrite under different mixing conditions

通过图2可以发现，充气搅拌后黄铜矿回收率显著高于不充气的条件，不充气搅拌35 min时比不充气搅拌15 min时的回收率提高了约8个百分点，可能是随着搅拌时间延长，矿浆中不断地卷入空气所致。不加药充气搅拌15 min的回收率就高达68%，加药充气搅拌15 min的回收率高达70%。综上所述，充气条件下的回收率要显著高于不充气的条件，并且充气前加药比充气结束后加药的效果要稍好一些。

2.2 充气速率对黄铜矿回收率的影响

按照1.3节所述的搅拌时间变量和原则流程开展实验，加药顺序为先加药后充气搅拌，搅拌时间为35 min，实验结果见图3。

从图3可知，从不充气到充气量为0.05 m3/h，回收率就有显著提升，从66%提高到71%，并且随着充气速率的增加，黄铜矿的回收率逐渐上升，充气速率达到0.2 m3/h后回收率变化趋于平缓。可见充气对黄铜矿回收有明显的促进作用并且本实验中较佳的充气速率为0.2 m3/h。

图3 充气速率与黄铜矿回收率的关系Fig.3 Relationship between the inflation rate and the recovery rate of chalcopyrite

2.3 搅拌时间对黄铜矿回收率的影响

考查了6种不同搅拌时间对回收率的影响，固定充气速率为0.2 m3/h。

根据图4可知，随着搅拌时间的延长，黄铜矿的回收率逐渐提高，在搅拌时间为35 min时达到较大值，超过35 min后随着搅拌时间延长，回收率变化趋于平稳。可见对于充气搅拌预处理来说，搅拌时间有个较优值，超过该值后则搅拌效果不再有提升。本实验中较佳的充气搅拌时间为35 min。

图4 搅拌时间与黄铜矿回收率的关系Fig.4 Relationship between mixing time and the recovery rate of chalcopyrite

3 结 论

（1）磁黄铁矿属于容易氧化的矿物，矿浆中充入空气后能够将其有效氧化，进而降低其可浮性。并且先加药再充气搅拌的效果要好于先充气后加药。

（2）充气搅拌的搅拌时间和搅拌充气速率都有其较优值，超过较优值后充气搅拌对指标的改善效果将不再提高。

（3）磁黄铁矿属于易氧化矿物，其在矿浆中的氧化过程消耗了矿浆中的氧从而造成矿浆中没有足够的氧来参与黄药与黄铜矿的吸附过程，进而造成黄药不能有效吸附在黄铜矿表面。矿浆中充入空气后，空气中的氧参与了磁黄铁矿的表面氧化，从而保证了矿浆中有足够的氧来参与黄药在黄铜矿表面的吸附过程，进而提高了黄铜矿的回收率。

（4）先加药再搅拌的设计与工业上在搅拌槽中添加药剂的设计相一致，在工业上具备可实现性。搅拌时间和搅拌充气速率也可以在工业设备上进行调节，探索合适的放大方法，将充气搅拌的工艺实现工业化。所以当务之急是开发具备充气功能的调浆搅拌槽并推广至合适的工业现场。