劉國英，郭文軍

(中鋼集團(tuán)天津地質(zhì)研究院有限公司，天津 300181)

0 引言

生物選礦相對于傳統(tǒng)的選礦技術(shù)，具有工藝簡單、反應(yīng)溫和、能耗低等特點(diǎn)，而且對環(huán)境友好，具有極大的發(fā)展?jié)摿屠脙r(jià)值[1]。生物藥劑用于金礦浮選的工藝作為一項(xiàng)領(lǐng)先新技術(shù)、新工藝，對金礦中微細(xì)粒金的浮選效果非常好，可有效地提高金礦的浮選回收率，可有力地促進(jìn)礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高，并使有限的礦產(chǎn)資源得到更充分的利用；生物藥劑用于金礦的浮選生產(chǎn)可以減少或避免使用傳統(tǒng)化學(xué)選礦試劑帶來的環(huán)境污染，有利于礦山環(huán)境的保護(hù)。本文研究的主要目的在于開發(fā)出生物浮選藥劑替代傳統(tǒng)的化學(xué)試劑，切實(shí)提高金的回收率，有效減少環(huán)境污染。

1 礦石特征

本試驗(yàn)所用礦石為河南靈寶某金礦，由我院地質(zhì)人員專門到礦區(qū)進(jìn)行采取，采樣地點(diǎn)位于豫陜交界的靈寶縣境內(nèi)，區(qū)域上處于小秦嶺金礦成礦帶的南礦帶。

(1)原礦礦物組成。原礦礦石主要金屬礦物為黃鐵礦，其次為黃銅礦、鐵氫氧化物、方鉛礦、閃鋅礦和個(gè)別斑銅礦；脈石礦物主要為石英、方解石、長石、絹云母、黑云母、綠泥石，還有少量普通角閃石、黑金紅石和黏土礦物。

(2)原礦多元素分析。原礦多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

(3)礦石粒級(jí)分析。原礦礦石粒級(jí)分析結(jié)果見表2。

表2 礦石粒級(jí)分析結(jié)果

(4)礦物組成及粒級(jí)分布。原礦礦石礦物組成及其描述在雙目顯微鏡下完成，并按各粒級(jí)分別統(tǒng)計(jì)，詳細(xì)結(jié)果見表3。

表3 樣品各粒級(jí)礦物成分

(5)礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、熔蝕結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、充填或填隙結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造。

(6)礦石類型。依據(jù)礦石礦物成分將礦石類型劃分為4種：石英-黃鐵礦型、石英-多金屬硫化物型、黃鐵絹英巖型、黃鐵鉀化硅化蝕變巖型，前兩種是礦物的主要礦石類型。

(7)金和銀的載體礦物。金和銀可賦存于黃鐵礦中，也可能呈自由狀態(tài)賦存在黃鐵礦顆粒間，或黃鐵礦和石英顆粒間。為進(jìn)一步確定金和銀的載體礦物，劃分了第一礦化階段的粗粒黃鐵礦顆粒組，第二礦化階段的石英和其他硅酸鹽礦物、方解石連生體礦物(無黃鐵礦)顆粒組，以及硫化物和石英、黑云母和碳酸鹽連生體的礦物顆粒組?；瘜W(xué)分析結(jié)果見表4。

表4 第一礦化階段與第二礦化階段中的金、銀含量

2 生物藥劑的篩選

生物藥劑與礦物可以發(fā)生直接或間接作用，直接作用機(jī)理包括生物在礦物顆粒上固定，而間接作用是指生物藥劑作為表面活性劑，使得礦物表面性質(zhì)發(fā)生變化從而絮凝或分級(jí)[2]。 用于生物浮選的生物藥劑可以是微生物本身，可以是微生物代謝后的產(chǎn)物——生物表面活性劑，可以是純生物制劑，也可以是能夠生物降解的化學(xué)藥劑。微生物雖然能夠作為生物表面活性劑的菌種，但是菌種的篩選以及如何提高表面活性劑的產(chǎn)率都存在很多問題，并且從細(xì)菌生長物中分離相關(guān)代謝物的成本也很高。因此，本次試驗(yàn)主要從純生物藥劑和可生物降解的化學(xué)藥劑兩個(gè)方面進(jìn)行了篩選工作。

2.1 傳統(tǒng)選礦試驗(yàn)

為了與傳統(tǒng)選礦試驗(yàn)做出對比，本次試驗(yàn)參考了選廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)前期選礦試驗(yàn)結(jié)果，選礦流程選擇一段粗選一段掃選，磨礦細(xì)度為-200目含量占80%，傳統(tǒng)選礦試驗(yàn)使用丁黃藥和丁胺黑藥復(fù)合用藥作為捕收劑[3]，選礦試驗(yàn)流程見圖1(以下試驗(yàn)流程均相同)，選礦試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖1 選礦試驗(yàn)流程

2.2 純生物藥劑的篩選試驗(yàn)

2.2.1 腸衣類水解產(chǎn)物

腸衣的主要成分是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)水解的最終產(chǎn)物是氨基酸，大約有20余種。本次試驗(yàn)中的腸衣類水解產(chǎn)物是指把腸衣用堿溶液水解后的產(chǎn)物。從表5、表6的試驗(yàn)結(jié)果來看，加入腸衣類水解產(chǎn)物與單一使用丁胺黑藥的試驗(yàn)效果相比，粗精礦回收率提高了0.64%，尾礦品位下降了0.03×10-6，影響效果并不明顯，且不能單一使用。

表5 傳統(tǒng)選礦試驗(yàn)結(jié)果

表6 生物藥劑全部替代丁黃藥試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 明膠類水解產(chǎn)物

明膠的主要成分為氨基酸，是分子量分布很寬的多肽分子混合物，其分子結(jié)構(gòu)上有大量的羥基，另外還有許多羧基和氨基，這使得明膠具有極強(qiáng)的親水性。本次試驗(yàn)中明膠編號(hào)為Y-5，其系列水解產(chǎn)品的區(qū)別在于水解過程中加入的堿濃度不同，水浴溫度不同，所以水解產(chǎn)物不同。

在不添加丁黃藥和丁胺黑藥的情況下，僅添加明膠水解產(chǎn)品和2#油，目的是考查明膠在不同條件下的水解產(chǎn)物對金礦的浮選作用，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。結(jié)果表明，單一使用明膠水解產(chǎn)品，粗精礦中金的回收率可以達(dá)到45%左右。

圖2 Y-5水解條件試驗(yàn)曲線

2.3 可生物降解的化學(xué)藥劑的篩選試驗(yàn)

生物降解是指通過細(xì)菌或其他微生物的酶系活動(dòng)分解有機(jī)物質(zhì)的過程，生物降解一般指微生物的分解作用，有可能是微生物的有氧呼吸，有可能是微生物的無氧呼吸。生物降解有機(jī)化合物的難易程度首先決定于生物本身的特性，同時(shí)也與有機(jī)物結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。結(jié)構(gòu)簡單的有機(jī)物一般先降解，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一般后降解[4]。本項(xiàng)目試驗(yàn)中我們篩選到的效果較好的可生物降解的化學(xué)藥劑有H-3、H-4、H-7、H-9。

2.3.1 H-3

H-3無毒，有苦味，不溶于水，可溶于堿性溶液，可生物降解。本次試驗(yàn)主要對H-3-1用量、礦漿pH值以及與其他藥劑的復(fù)合作用做了詳細(xì)考查，試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 H-3用量曲線

圖4 pH值條件曲線

當(dāng)pH=8，H-3-1用量為10×10-6/5×10-6時(shí)，粗精礦的回收率為93.08%，尾礦品位為w(Au)=0.25×10-6，效果較好。這說明H-3-1對金礦的捕收效果顯著，加入少量的H-3-1即可回收大部分的金礦。

2.3.2 H-4

H-4主要用作陰離子型表面活性劑，是高級(jí)清洗劑、去污劑、高級(jí)洗滌劑主要原料。本次試驗(yàn)主要對H-4用量做了考查，試驗(yàn)結(jié)果見表7。在不添加其他捕收劑的條件下，H-4可以回收73.91%的金，說明該藥劑對金礦有一定的捕收性能，且價(jià)格較低，如果能找到合適的藥劑復(fù)合使用，提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果會(huì)更好。

表7 H-4用量試驗(yàn)結(jié)果

2.3.3 H-7

H-7是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化合物，可與醇酸樹脂、丙烯酸樹脂等混合以制造涂料。本次試驗(yàn)對H-7-0用量做了考查，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，H-7-0在自然pH值條件下浮選效果較好，當(dāng)H-7-0用量為1000×10-6/500×10-6時(shí)粗精礦的回收率可以達(dá)到81.83%，但尾礦的品位較高，為w(Au)=0.64×10-6。

圖5 H-7-0用量曲線

2.3.4 H-9

H-9是人體必需的8種氨基酸之一，是用作營養(yǎng)強(qiáng)化劑、氨基酸輸液和復(fù)合氨基酸制劑的成分，所以可以生物降解。這里主要做了H-9用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。當(dāng)H-9用量為600×10-6/300×10-6時(shí)，捕收效果較好，粗精礦的回收率可以達(dá)到85.31%。

圖6 H-9用量曲線

2.4 生物藥劑H-3優(yōu)化試驗(yàn)

從前期的篩選試驗(yàn)結(jié)果來看，可以生物降解的化學(xué)藥劑H-3對金礦的捕收效果最好。雖然H-3的價(jià)格較高，但其用量很少就可以達(dá)到同樣的效果，而且對環(huán)境沒有污染，所以又對H-3做了部分優(yōu)化試驗(yàn)，以期望達(dá)到最佳的效果。主要對其水解產(chǎn)物進(jìn)行了對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，H-3加工處理產(chǎn)物H-3-2的捕收效果較好，粗精礦回收率在95%左右，尾礦品位降至w(Au)=0.14×10-6。

2.5 單一使用H-3、丁黃藥、丁胺黑藥對比試驗(yàn)

前期試驗(yàn)結(jié)果證明，H-3-2、丁黃藥、丁胺黑藥對靈寶金礦的捕收效果均較好，為了驗(yàn)證它們單一使用時(shí)的捕收效果，在其他條件相同的情況下，項(xiàng)目組分別做了對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。結(jié)果表明，可以生物降解的藥劑H-3-2效果最好，粗精礦回收率比丁黃藥提高了3.67%，比丁胺黑藥提高了1.98%；尾礦品位降低了0.04×10-6～0.09×10-6。而H-3-2藥劑用量僅為丁黃藥和丁胺黑藥的十分之一，大大降低了藥劑的用量，且無毒無污染，基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

表8 H-3-2與傳統(tǒng)捕收劑對比試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

通過一系列可行性選礦試驗(yàn)，生物藥劑在金礦浮選中的試驗(yàn)探索取得了一定成果，篩選出了腸衣類水解產(chǎn)物和明膠類水解產(chǎn)物2種純生物藥劑，篩選到效果較好的可以生物降解的化學(xué)藥劑共4種，其中H-3是篩選到的效果最好的可以生物降解的藥劑。當(dāng)H-3的加工處理產(chǎn)物H-3-2用量為10×10-6/5×10-6時(shí)，粗精礦的回收率可以達(dá)到95.19%，尾礦品位為w(Au)=0.14×10-6。與單一使用丁黃藥和單一使用丁胺黑藥相比，粗精礦回收率提高了2%～3%，尾礦品位降低了0.04×10-6～0.09×10-6。且其用量僅是丁黃藥和丁胺黑藥用量的十分之一，減少了化學(xué)藥劑的用量，且無毒無污染，可以生物降解，這避免了傳統(tǒng)化學(xué)選礦藥劑的使用帶來的環(huán)境污染，有利于礦山環(huán)境的保護(hù)，能促進(jìn)生物技術(shù)在礦業(yè)開發(fā)方面的推廣和使用，可以為礦業(yè)開發(fā)的進(jìn)步提供有力的技術(shù)支撐，可以為國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)做出積極的貢獻(xiàn)。