剛果（金）某氧化銅礦908 V絮凝劑實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)試驗(yàn)研究

田全寶，蘭 川，王桂樓，鄭 偉，李 旭，楊思敏，劉仡豐

（北方礦業(yè)有限責(zé)任公司，北京 100053）

剛果（金）銅鈷礦資源豐富，地下埋藏著品位較高的氧化銅鈷礦，其鈷產(chǎn)量占世界首位，剛果（金）-贊比亞銅鈷礦帶為世界第三大銅鈷礦帶，兩國(guó)銅產(chǎn)量之和僅次于美國(guó)和智利，位居世界第三［1-2］。隨著銅鈷礦資源的逐漸開(kāi)采，入選礦石品位也越來(lái)越低，為進(jìn)一步降低企業(yè)生產(chǎn)成本，以剛果（金）某氧化銅礦為原料，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室絮凝沉降試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)，并對(duì)其影響力進(jìn)行了初步的探究。

1 絮凝理論

1.1 絮凝劑

絮凝劑按化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑，有機(jī)絮凝劑主要產(chǎn)品為聚丙烯酰胺（PAM）系列［3］。聚丙烯酰胺，其由丙烯酰胺均聚而成，是一種水溶性線性高分子聚合物，分子式-［CH2-CH（CONH2）］n-，無(wú)毒、無(wú)腐蝕性的白色細(xì)小顆粒，具有良好的絮凝性，一般分為陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性型和非離子型［4］。銅濕法冶金行業(yè)一般選用非離子或陰離子聚丙烯酰胺，要求分子量≥1 200萬(wàn)，其分子鏈中含有一定量極性基因，能吸附溶液中懸浮的礦物顆粒，使離子間架橋形成大顆粒絮凝物［5］。

1.2 絮凝沉降機(jī)理

礦漿固液分離過(guò)程中，一般通過(guò)凝聚作用和絮凝作用來(lái)破壞分散體系的穩(wěn)定性。凝聚作用是加入無(wú)機(jī)電解質(zhì)通過(guò)電性中和作用來(lái)解除布朗運(yùn)動(dòng)，使微粒能夠接觸而聚集在一起。絮凝作用是加入帶有許多能吸附微粒的有效官能團(tuán)的鏈狀高分子聚合物，在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過(guò)活性基團(tuán)與微細(xì)礦物顆粒發(fā)生吸附橋連的過(guò)程，從而將礦物微粒通過(guò)吸附架橋作用連接形成大顆粒絮團(tuán)，增加絮團(tuán)自身的重力，并在重力作用下加速懸浮液中粒子的沉降速度，提高溶液的澄清效果［6］。

2 實(shí)驗(yàn)室絮凝沉降試驗(yàn)

以剛果（金）某氧化銅鈷礦礦漿為原料，使用625 V和908 V絮凝劑開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室絮凝沉降試驗(yàn)，探究絮凝劑種類(lèi)、礦漿濃度、絮凝劑用量等對(duì)礦漿沉降速度和上清液澄清度的影響，為工業(yè)試驗(yàn)提供參考。

2.1 絮凝劑種類(lèi)

本次試驗(yàn)選用625 V和908 V兩種同類(lèi)型絮凝劑產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，625 V應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，908 V為試驗(yàn)產(chǎn)品，其參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 絮凝劑產(chǎn)品特性

2.2 試驗(yàn)器材及原料

電子天平、濃度壺、取樣桶、pH計(jì)、數(shù)顯恒速攪拌器、1 L量筒、2 L燒杯、移液管、5 mL注射器、50 mL量筒、玻璃棒、計(jì)時(shí)器等。

625 V和908 V絮凝劑配制濃度2.0‰；原礦礦漿濃度15%，編號(hào)ML-1-1；浸出礦漿濃度17%，終點(diǎn)pH 1.50，編號(hào)ML-2-1；濃度8%的浸出礦漿，終點(diǎn)pH 1.50，編號(hào)ML-2-2；908 V絮凝劑用量試驗(yàn)，浸出礦漿濃度20%，終點(diǎn)pH 1.50，編號(hào)ML-2-3。

2.3 原礦礦漿絮凝沉降試驗(yàn)

原礦礦漿濃度15%，終點(diǎn)pH 1.50，絮凝劑濃度2.0‰，絮凝劑用量80.0 g／t，探究625 V、908 V絮凝劑下礦漿沉降效果。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同絮凝劑下原礦礦漿分層沉降界面變化

由圖1可知，908 V、625 V絮凝劑沉降速度分別為21.64 m／h、17.38 m／h，908 V沉降速度更快、分層界線更清晰、上清液更清澈，最先完成沉降。開(kāi)始沉降瞬間，礦粒在重力作用下，625 V、908 V絮團(tuán)以加速度沉降。沉降過(guò)程中，水的阻力逐漸增大，使絮凝沉降加速度逐漸減小，直到水的阻力與礦粒重力相等時(shí)，沉降加速度消失，沉降速度最慢［7］。

2.4 浸出礦漿絮凝沉降試驗(yàn)

2.4.1 濃度17%浸出礦漿絮凝沉降試驗(yàn)

浸出礦漿濃度17%，終點(diǎn)pH 1.50，絮凝劑濃度2.0‰，絮凝劑用量70.60 g／t，探究625 V、908 V絮凝劑下浸出礦漿沉降效果，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同絮凝劑下濃度17%浸出礦漿分層沉降界面變化

由圖2可知，在沉降過(guò)程中，908 V沉降速度更快、上清液更清澈、分層更清晰、礦粒絮團(tuán)顆粒更大。在底層壓縮區(qū)，908 V礦粒絮團(tuán)松散間隙大、泥層厚度高。625 V形成的絮團(tuán)較小、礦粒均勻細(xì)小、礦粒之間裂隙較少。一般來(lái)說(shuō)高分子絮凝劑分子量越大，其分子鏈越長(zhǎng)，沉降速度越快，底層壓縮區(qū)礦粒包含水分越多，礦漿裂隙也較多，礦粒間更松散蓬松，特性粘度越大，絮凝效果也越明顯［8-9］。

2.4.2 濃度8%浸出礦漿絮凝沉降試驗(yàn)

浸出礦漿濃度8%，終點(diǎn)pH 1.50，絮凝劑濃度2.0‰，絮凝劑用量70.60 g／t，

在相同條件下探究不同絮凝劑下浸出礦漿沉降效果。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同絮凝劑下濃度8%浸出礦漿分層沉降界面變化

由圖3可知，在沉降過(guò)程中，908 V沉降速度快、分層清晰、上清液澄清度高，625 V沉降速度較慢、分層界線模糊，上清液澄清度較差。

綜上所述，908 V絮凝劑沉降速度快、分層清晰、上清液澄清度高。濃度8%浸出礦漿沉降速度快，17%濃度浸出礦漿沉降速度較慢，因礦漿濃度越小，礦粒沉降時(shí)可以減少相互間的碰撞和干擾，沉降以自由沉降為主。濃度越大，除水的阻力外，還有礦粒沉降時(shí)互相干擾、碰撞摩擦而產(chǎn)生相互間的機(jī)械阻力，致使?jié)舛仍酱蟪两邓俣仍铰?0］。

2.5 908 V絮凝劑用量沉降試驗(yàn)

浸出礦漿濃度20%，終點(diǎn)pH 1.50，908 V絮凝劑濃度2.0‰，在以上條件下，控制絮凝劑用量10、20、30、40 g／t時(shí)探究浸出礦漿絮凝沉降效果。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同絮凝劑用量下浸出礦漿分層沉降界面變化

由圖4可知，在10～30 g／t范圍內(nèi)，絮凝劑用量越大礦漿沉降速度越快，形成絮團(tuán)顆粒越多。當(dāng)絮凝劑用量在40 g／t時(shí)，浸出礦漿絮凝沉降速度最快，過(guò)量絮凝劑在上清液中形成懸浮液。因此，絮凝劑用量為30 g／t時(shí)上清液最清澈。

3 絮凝劑工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室絮凝沉降試驗(yàn)表明，從絮凝劑溶解性、礦漿沉降速度及上清液澄清度來(lái)看，908 V絮凝劑性能優(yōu)于625 V絮凝劑?，F(xiàn)將908 V和625 V絮凝劑應(yīng)用于磨浸系統(tǒng)工業(yè)試驗(yàn)。

3.1 絮凝劑消耗

不同型號(hào)絮凝劑在工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)的單耗見(jiàn)表2，由表2可知，每噸礦絮凝劑用量908 V合計(jì)單耗較625 V降低34.21%。908 V絮凝劑生產(chǎn)單耗低、經(jīng)濟(jì)性更好。在制備過(guò)程中908 V絮凝劑溶解性更好，在配制終點(diǎn)908 V絮凝劑溶液結(jié)塊少。

表2 不同型號(hào)絮凝劑在工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)的單耗

3.2 絮凝劑對(duì)原礦濃密機(jī)的影響

不同絮凝劑對(duì)原礦濃密機(jī)運(yùn)行參數(shù)的影響見(jiàn)表3。

表3 不同絮凝劑對(duì)原礦濃密機(jī)運(yùn)行參數(shù)的影響%

由表3可知，908 V絮凝劑造成原礦濃密機(jī)扭矩升高12.50%，泥層壓力升高3.44%，底流濃度升高11.81%。相對(duì)625 V絮凝劑，908 V絮凝劑可以使原礦濃密機(jī)運(yùn)行扭矩、泥層壓力和底流濃度升高。

3.3 絮凝劑對(duì)浸出及CCD濃密機(jī)的影響

3.3.1 絮凝劑對(duì)浸出CCD濃密機(jī)扭矩的影響

不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機(jī)運(yùn)行扭矩見(jiàn)表4。

表4 不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機(jī)運(yùn)行扭矩%

由表4可知，相對(duì)于625 V絮凝劑，908 V絮凝劑使浸出濃密機(jī)扭矩升高8.03%，CCD1扭矩升高2.43%，CCD2扭矩升高2.11%，CCD3扭矩升高4.23%，CCD4扭矩升高1.95%?？傮w來(lái)看，908 V絮凝劑工業(yè)應(yīng)用可造成浸出及CCD濃密機(jī)扭矩升高。濃密機(jī)底部濃縮沉積層是一個(gè)多孔的絮凝體，有足夠的厚度和重量，起到濃縮和過(guò)濾的作用，908 V絮凝劑絮團(tuán)間包裹的水分較多，礦粒間隙大、泥層厚度高，濃密機(jī)耙架刮板運(yùn)行阻力大，影響濃密機(jī)運(yùn)行扭矩［8］。

3.3.2 絮凝劑對(duì)浸出CCD濃密機(jī)底流濃度的影響

不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機(jī)底流濃度見(jiàn)表5。

表5 不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機(jī)底流濃度 %

由表5可知，相比625 V絮凝劑，908 V絮凝劑可以使浸出濃密機(jī)底流濃度降低5.09%，CCD1底流濃度降低6.49%，CCD2底流濃度降低3.40%，CCD3底流濃度降低4.32%，CCD4底流濃度降低6.47%。從總體來(lái)看，908 V絮凝劑可造成浸出及CCD濃密機(jī)底流濃度降低。908 V絮凝劑分子量較大，其分子鏈長(zhǎng)，其通過(guò)吸附架橋作用形成的絮團(tuán)重力和體積大，絮團(tuán)間和絮團(tuán)內(nèi)包裹的水分多，因此底層壓縮區(qū)的礦漿濃度會(huì)降低。

3.3.3 絮凝劑對(duì)浸出CCD濃密機(jī)泥層壓力的影響

不同絮凝劑下浸出CCD濃密機(jī)泥層壓力見(jiàn)表6。

表6 不同絮凝劑下浸出CCD濃密機(jī)泥層壓力 %

由表6可知，相比于625 V絮凝劑，908 V絮凝劑使浸出濃密機(jī)泥層壓力上升1.99%，CCD1和CCD2濃密機(jī)泥層壓力分別上升0.80%和0.25%，CCD3無(wú)變化，CCD4濃密機(jī)壓力降低7.28%。從總體來(lái)看，625 V、908 V絮凝劑對(duì)浸出及CCD濃密機(jī)泥層壓力無(wú)明顯影響。

3.4 絮凝劑對(duì)浸出CCD金屬回收率的影響

不同絮凝劑下浸出CCD的洗滌效率見(jiàn)表7。

由表7可知，相比于625 V絮凝劑，908 V絮凝劑工業(yè)應(yīng)用造成CCD濃密機(jī)Cu、Co洗滌效率分別降低2.59%、1.89%，Cu、Co金屬總回收率分別降低2.95%、12.21%，Cu、Co損失金屬量分別升高46.09%、5.81%。908 V絮凝劑可以使CCD濃密機(jī)Cu、Co洗滌效率降低，洗滌損失金屬量增加，磨浸系統(tǒng)Cu、Co金屬總回收率降低。

4 結(jié) 論

1.908 V絮凝劑具有溶解性好、結(jié)塊少、沉降速度快、澄清度高、分層清晰、絮團(tuán)顆粒大，在沉降終點(diǎn)底層壓縮區(qū)礦粒松散、間隙大等特點(diǎn)。

2.礦漿濃度是影響絮凝沉降效果的重要因素之一。在絮凝劑用量相同的情況下，礦漿濃度越低沉降速度越快，濃度8%的礦漿沉降效果優(yōu)于濃度17%的礦漿。

3.絮凝劑用量對(duì)絮凝沉降效果有重要的影響。在相同試驗(yàn)條件下，絮凝劑用量越多沉降速度越快，用量達(dá)到40 g／t以上，在沉降終點(diǎn)過(guò)量的絮凝劑在上清液形成懸浮液，上清液澄清度不夠清亮。

4.工業(yè)試驗(yàn)對(duì)濃密機(jī)的影響，相對(duì)于625 V絮凝劑，908 V 絮凝劑造成原礦濃密機(jī)扭矩升高12.5%，底流濃度升高11.81%，泥層壓力升高3.44%?？傮w來(lái)看，908 V絮凝劑可以使原礦濃密機(jī)運(yùn)行扭矩、泥層壓力和底流濃度升高。908 V絮凝劑可造成浸出及CCD濃密機(jī)運(yùn)行扭矩升高、底流濃度降低，對(duì)泥層壓力的影響不明顯。

5.工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)金屬總回收率的影響，908 V絮凝劑具有單耗低，較625 V 絮凝劑單耗降低34.21%。908 V絮凝劑工業(yè)試驗(yàn)期間發(fā)生濃密機(jī)扭矩偏高、濃密機(jī)底流礦漿濃度偏低現(xiàn)象，增加濃密機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，造成浸出及CCD濃密機(jī)底流通量被迫提高，影響選冶系統(tǒng)整體水平衡，CCD濃密機(jī)Cu、Co洗滌效率降低，洗滌損失金屬量增加，磨浸系統(tǒng)Cu、Co金屬總回收率降低。