杨昌龙开题报告(12[1].13)

分类号 密级UDC 编号江西理工大学开 题 报 告论文题名 龙桥铁矿磁尾中铜硫矿物的综合回收工艺研究申 请 学 位 级 别工程硕士专 业 名 称矿物加工工程 研 究 生 姓 名 杨昌龙 导师姓名、职称叶雪均 教授二 一 年 十二 月11、课题来源龙桥铁矿是以磁铁矿为主，并伴生有铜、硫的大型矿山，根据矿石性质，总体流程采先用磁选回收铁矿物，对回收铁矿物之后的尾矿进行浓缩，采用浮选对铜硫进行回收。目前磁选后尾矿含铜、硫分别在 0.25%、6.5% 左右，公司自 2006 年开始对磁选后尾矿进行铜硫的综合回收，工艺流程采用常规的“混合分离”流程，即先混合浮选铜硫，然后对铜硫混合精矿进行再磨（-320 目占 80%） ，最后进行铜硫分离，从生产上来看，现场指标一直难以达到较好的改善和稳定。所以确定此课题主要意义如下：(1)、充分回收铜硫矿物，达到资源的综合回收利用；(2)、降低浮尾中硫的含量，为后期公司开展尾矿制砖工程减少除硫防污方面的投资；(3)、在常规“混合分离”浮选工艺的基础上，开展新的工艺流程研究，并在龙桥铁矿得以应用；2、文献综述2.1 黄铜矿与黄铁矿资源概况2.1.1 黄铜矿资 源 概 况铜矿（chalcopyrite)是 一种铜铁硫化物矿物。化学式：cufes 2，常含微量的金、银等。正方晶系，晶体相对少见，为四面体状；多呈不规则粒状及致密块状集合体，也有肾状、葡萄状集合体。黄铜黄色，时有斑状锖色。条痕为微带绿的黑色。黄铜矿是一种较常2见的铜矿物，几乎可形成于不同的环境下。但主要是热液作用和接触交代作用的产物，常可形成具一定规模的矿床。产地遍布世界各地。黄铜矿是分布最广的铜矿物,是炼铜的最主要矿物原料。中国商代或更早就已由黄铜矿等铜矿物炼铜。黄铜矿呈黄铜色，金属光泽；粉末呈绿黑色。摩斯硬度 3.54，比重 4.14.3。常呈致密块状或分散粒状产于多种类型铜矿床中。黄铜矿在地表易风化成孔雀石和蓝铜矿。中国的主要产地集中在长江中下游地区、川滇地区、山西南部中条山地区、甘肃的河西走廊以及西藏高原等。其中以江西德兴、西藏玉龙等铜矿最著名。世界其他主要产地有西班牙的里奥廷托，美国亚利桑那州的克拉马祖、犹他州的宾厄姆、蒙大那州的比尤特，墨西哥的卡纳内阿，智利的丘基卡马塔等。2.1.2 黄铁矿资 源 概 况黄铁矿（FeS 2）又称硫铁矿，硫理论品位为 53.45%，铁理论品位为46.55%。黄铁矿属等轴晶系，常见晶形为立方体及五角十二面体。颜色多为浅黄铜色，表面常带有褐色、黄褐色，细粉状黄铁矿集合体常呈绿黑色。硬度 6.06.5，比重 4.95.2，性脆，条痕为褐黑或绿黑色，强金属光泽，不透明，具弱导电性，具热电性，有的变种具检波性，断口参差不齐，偶见贝壳状断口。其常与铜、铅、锌、锡、金、银等形成多金属硫化矿床。在制硫酸时的主要有害组分有：砷、氟、铅、锌、碳、钙、镁、碳酸盐等。作为化工生产的重要原料黄铁矿精矿中含砷量有严格的要求。由于含砷矿物毒砂(FeAsS，砷黄铁矿) 常与黄铁矿紧密共生，它们的某些物理化学性质相似，致使硫砷分离成为选矿工作的难题。中国硫铁矿资源特别丰富，分布3广泛，加之中国石油多为低硫油，酸性天然气仅分布在四川威远一带的气田中，因此中国硫源的开发与世界以油、气中硫和自然硫为硫源有较大差别，中国一直以硫铁矿为主要开发对象，近期内不会有根本性变化。为满足农业对化肥及其他部门的需要， “六五” 、 “七五”期间，新建和扩建了广东云浮、内蒙古炭窑口、安徽向山、四川周家、湖南七宝山、城步及山西阳泉等一批大、中型矿山，硫铁矿生产能力大大增加。目前，已形成广东、四川、安徽、内蒙古、山西五大硫铁矿生产基地，其中生产能力为 300 万 t/a 的广东云浮硫铁矿是中国最大的硫铁矿矿山。2.2 铜硫矿物的性质及可浮性2.2.1 硫 化 铜 矿 物 的 可 浮 性硫化铜矿物主要有黄铜矿(CuFeS 2)、辉铜矿(Cu 2S)、斑铜矿(CuFeS 4)、铜蓝(CuS)、黝铜矿(Cu 12Sb4S13)等，这几种硫化铜矿物的可浮性有以下几条规律 3：(1)石灰氰化物等代表着高碱度抑制工艺的抑制剂，对不含铁的铜矿物的抑制作用不明显；(2)石灰氰化物等代表着高碱度抑制工艺的抑制剂，对含铁的铜矿物产生很强的抑制作用；(3)黄药类捕收剂阴离子，主要与阳离子 Cu2+起化学吸附，所以当以黄药作为捕收剂时，几种铜矿物可浮性的大小顺序为：辉铜矿铜蓝斑铜矿黄铜矿；(4)结晶粒度、嵌布粒度和原生、次生等因素对矿物的可浮性都有影响，4一般来说结晶及嵌布粒度过细的难浮，次生铜易氧化比原生铜矿难浮。在上述的几种硫化铜矿物中，最主要的铜矿物是黄铜矿和辉铜矿，在我国以黄铜矿为主。铜硫分离主要是针对黄铜矿进行研究的，X 射线和俄歇电子能谱研究发现黄铜矿表面一接触氧就与氧发生作用，光电子能谱(ESCA)研究发现在黄铜矿表面氧只与铁结合，有的研究还发现黄铜矿中的铁呈高自旋价态。黄铜矿在中性及弱碱性介质中表面疏水性较好，在强碱性介质中也会和黄铁矿一样表面形成氢氧化铁的亲水薄膜，使其表面疏水性降低。浮选黄铜矿最常用的捕收剂是黄药、黑药、硫氮等，在 pH 4-12 范围内黄铜矿都具有良好的可浮性。电化学研究及红外线光谱测定都表明黄药在黄铜矿表面吸附的是双黄药和黄原酸铜，其中双黄药为主要疏水物质。A马拉比尼等，研究了几种对硫化铜具有选择性的捕收剂 MBO，这类捕收剂主要有一个混合的脂肪族和芳香族结构以及一些能与铜形成螯合物的官能团，使其疏水。黄铜矿具有良好的无捕收剂浮选特性和硫诱导无捕收剂浮选特性，LuRer 和 Yoon 考查了六种不同产地的黄铜矿无捕收剂浮选特性 52表明不同产地的黄铜矿无捕收剂浮选特性有区别，无捕收剂浮选只有在氧化环境中才有效；孙水裕等人53详细讨论了黄铜矿的自诱导机理，认为黄铜矿表面中性硫的生成是黄铜矿无捕收剂浮选的原因。2.2.2 黄 铁 矿 的 性 质 与 可 浮 性黄铁矿属于易浮矿物，许多研究表明：黄铁矿的矿床成因、化学组成和晶体构造对其可浮性有很大影响。今泉常正 5研究了取自同一矿床不同地段的黄铁矿的可浮性，发现在酸性介质中，硫铁比大的黄铁矿可浮性好；在碱性介质中硫铁比小的黄铁矿可浮性好，5他认为造成这种差别的主要原因是由于黄铁矿内部电子浓度不同及矿物表面电性不同而引起的。彭明生 6等研究了黄铁矿的稳定性和其成分与电子结构的关系，表明黄铁矿在多种稳定场中存在是因为 Fe2+的电子构型 t2:为低自旋，它进入硫离子组成的八面体场中获得了较大的晶体场稳定能及附加吸附能，因此可形成黄铁矿并稳定在于各种不同的地质条件下。陈述文等 7人对八种不同产地的黄铁矿的可浮性进行了研究认为，单纯用矿物的硫铁比来判断其可浮性有一定局限性，黄铁矿的可浮性还与其半导体性质、化学组成有关。在碱性介质中，温差电动势率大的型黄铁矿可浮性好，难以被 Na2S 和钙离子抑制；在酸性介质中，温差电动势率绝对值小的型和型黄铁矿可浮性好。原田种臣 8等在研究晶格参数与黄铁矿可浮性的关系时发现，在活化条件下，黄铁矿晶格参数大者，其可浮性好;在抑制条件下，晶格参数小者可浮性好。黄铁矿氧化不强烈时，其可浮性随氧化程度的增加而改善；而一旦氧化过度，其可浮性就显著下降。黄铁矿的表面状态，与矿浆 pH 有关 9，在酸性水溶液中，它表面可能产物如下：FeSFe 2+2S0+2e (1.1)元素硫可提高其表面疏水性；在碱性或中性水溶液中黄铁矿表面可发生氧化反应：FeS2+2H2OFe(OH) 2+S2+H+2e （1.2）FeS2+5H2OFe(OH) 2+S2O32-+8H+6e （1.3）6FeS2+10H2OFe(OH) 2+2SO42-+18H+14e （1.4）黄铁矿表面生成亲水 Fe(OH)2，可浮性降低。黄铁矿的捕收剂主要是黄药，其疏水产物为双黄药。有研究表明 10，黄铁矿在 pH 小于 6 的介质中最易浮，在 pH 为 67 间可浮性变差，凌竟宏等人研究表明 11这一现象和矿物处理方式有关，在碱性条件下，随着 pH 升高黄铁矿可浮性下降。被抑制的黄铁矿，可用硫酸降低 pH 进行活化，也可用 CuSO4、Na 2CO3或 CO2 活化；当表面氧化程度较高时，可被 Cu2+活化，当 FeS2 吸附捕收剂后受到 CaO 抑制较深时，在浮选时难活化，只有在酸性介质或经酸清洗过的黄铁矿才能被 CuSO4 活化 12。2.2 铜硫矿物浮选工艺研究现状2.2.1 铜 硫 矿 物 分 选 方 案铜硫浮选分离方案主要有 3 种：石灰法。在石灰造成的强碱性介质中抑制黄铁矿，多用于黄铁矿比较容易抑制的矿石。石灰+氰化物法。适用于黄铁矿活性较大，不易被石灰抑制的矿石。对抑制后的黄铁矿，可采用降低 pH 值及添加硫酸铜的办法来活化。加温法。用于难分离的铜硫混合矿石，加温可加速黄铁矿表面氧化，抑制黄铁矿 1。2.2.2 铜 硫 矿 物 分 选 流 程铜硫浮选的原则流程可归结为 5 种：1、直接分离浮选流程。适用于含硫高的块状含铜黄铁矿。矿石经细磨7之后，抑制黄铁矿浮出黄铜矿，尾矿即为硫精矿。2、优先浮选流程。当块状含铜黄铁矿中含硫较低，用直接分离浮选流程不能得出合格硫精矿时用此流程。先浮出黄铜矿，再浮选铜的尾矿得硫精矿。浸染状的铜硫矿石也可采用此流程。优先浮选铜时要控制抑制剂的用量，以节省浮选黄铁矿时的硫酸用量。3、混合优先浮选流程。适用于浸染状铜硫矿石。在磨矿粒度较粗、矿浆碱度较低的条件下，先浮出铜硫混合精矿，然后加入抑制剂进行混合精矿再磨，然后在高碱度矿浆中抑制黄铁矿、浮出铜精矿。4、泥砂分选流程。铜硫矿石经过磨矿后，如果矿砂部分含硫足够高，且大部分脉石富集在细泥中，用这一流程可减少矿泥对铜浮选的影响，同时有利于提高硫精矿的质量。5、选冶联合流程。适合于矿石氧化严重，含氧化铜较多的铜硫矿石。将矿石粉碎到一定程度后进行选矿脱泥，矿泥经固液分离后，用海绵铁置换液相中的铜离子，或用离子交换萃取电积方法等回收液相中的铜离子，洗矿后的矿砂则用浮选方法处理 2。2.5 铜硫分离实践实际应用中，国内大部分铜矿企业在充分认识其矿石性质和在铜硫分离经验不断积累的基础上，探索出了适合自身发展的分选流程，具有代表性的有：德兴铜矿选矿厂铜硫分离工艺流程，先后经历过低碱度铜硫浮选工艺、异步混合浮选工艺和分步优先浮选新工艺。分步优先浮选新工艺的应用使铜精矿品位由原来的 24提高到 25以上，同时钼的富集比由原来的 30 倍左右提高到 45 倍以上，钼回收率由 50左右提高到 6065。建德铜矿选8矿厂矿石为铜、锌、硫复杂多金属硫化矿，分离难度大。采用硫酸锌与亚硫酸钠配合来抑制黄铁矿，优先浮选铜的工艺流程。选铜系统经单槽 1 次粗选、2 次扫选、2 次精选得铜精矿。其尾矿进入选硫系统，经 1 次粗选、1 次扫选、1 次精选得硫精矿，废弃最终尾矿。永平铜矿选矿厂矿石类型以黄铜矿黄铁矿型为主，其次为硫铁矿型矿石、含铜黑土及褐铁矿铁帽型矿石。由于矿石泥化严重，采用矿砂和矿泥分别进行处理。选矿工艺流程为铜硫混合浮选，然后采用石灰法抑硫浮铜，即混合优先浮选流程。丰山铜矿选矿厂主要矿石类型为含铜矽卡岩，少量为含铜花岗闪长斑岩、含铜大理岩和含铜绿泥石磁铁矿。该厂使用粗精矿再磨铜硫分离的浮选流程，添加混合捕收剂，降低pH 值，强化混合浮选，在铜硫分离浮选作业添加有助于金银回收的捕收剂，提高了铜金银的回收率。东乡铜矿选矿厂主要矿石类型有辉铜黄铁矿、黄铜黄铁矿、含铜胶状黄铁矿等。该厂所处理的矿石含泥多，含水分高，品位变化大。为适应矿石性质将原先的一段磨矿改为二段磨矿(粗精矿再磨、扫选精矿再磨或富尾矿再磨)。3、课题的研究内容和目标3.1 课题技术路线和方法及研究内容3.1.1 技 术 路 线 和 方 法欲采用的技术路线：(1)、优先浮选。该方案特点：简单易行，工艺成熟稳定，但考虑磁选后尾矿部分铜硫没有单体解离，若先磨后再浮则成本过高，若直接优先浮铜铜9精矿品位和回收率则不可兼得，必然造成一定的损失；(2)、混合浮选分离：该方案工艺成熟稳定，过程环节较、选矿成本高，但选别指标好。(3)、半优先混合浮选分离：选别直接，充分体现能收早收原则，更有利于提高铜硫回收率，缺点是原矿性质波动时，一定程度上会对最终精矿指标产生波动。3.1.2 课 题 研 究 内 容在现场生产稳定的时候，取有代表性的磁选尾矿样约 200Kg，进行实验室铜硫回收试验研究，主要包括以下内容：(1) 在实验室对现场所取磁选尾矿样进行原矿性质研究，包括化学多元素分析、铜、硫矿物铁物相分析等；(2)在实验室对现场所取磁选尾矿样进行不同工艺流程来回收铜、硫矿物的试验研究，比如优先浮选、混合浮选分离、半优先混合浮选分离等；(3)考察不同工艺流程所得最终铜精矿中金、银回收效果；(4)综合比较各流程所得指标优劣，确定适宜流程，力争在现场得到应用。3.2 课题研究目标（1）确定龙桥铁矿磁选尾矿中回收铜、硫矿物的适宜工艺流程及工艺参数；（2）初步指标：、优先浮选流程方案：10通过试验研究获得合格的铜、硫矿物精矿：铜精矿：含 Cu18%，回收率75%。硫精矿：含 S45% ，回收率80%。含 Cu0.25%、混合分离流程方案：通过试验研究获得合格的铜、