引言

铜是我国的主要矿产资源之一，其中铜储量约占世界总储量的5%，我国的铜工业在国民经济中占有重要地位。随着世界各国对铜资源需求的增加，铜矿石的勘探、开采和选矿技术也得到了很大的提高，但由于我国铜矿资源分布广泛，矿石类型多样，且矿床类型复杂，因此选矿难度也越来越大。本文通过对某铜矿石进行浮选药剂体系优化研究，结合实验室浮选试验和现场工业试验，确定了该矿石的浮选技术指标和药剂用量，并对其进行了工业应用和经济效益评价。

一、铜矿石的矿物学特性分析

根据矿石的性质，本文采用化学分析、矿物相分析、工艺矿物学研究等方法对该矿石进行了研究。该铜矿石原矿主要由铜矿物组成，包括孔雀石、蓝铜矿、赤铁矿等。其中孔雀石为主要铜矿物，含量为55.72%，其次为蓝铜矿和赤铁矿等。原矿中铜矿物的粒度较细，其中含铜0.15%的孔雀石在-0.045 mm占34.55%,-0.045 mm占22.18%。铜矿石中主要铜矿物为孔雀石，其次为蓝铜矿。原矿中铜矿物与脉石矿物的嵌布关系复杂，铜石以孔雀石为主，其次为蓝铜矿、赤铁矿等；脉石以石英、绿泥石、高岭土为主。

二、浮选药剂体系概述

某铜矿属于典型的复杂难选矿石，其中铜矿物以黄铜矿和斑铜矿为主，还含有少量的磁铁矿、黄铜矿以及少量的辉铜矿、褐铁矿等。铜矿物浮选过程中，影响浮选效果和回收率的因素较多，包括矿石性质、浮选药剂种类、浮选工艺参数等。其中药剂体系是最重要的影响因素，主要包括捕收剂、起泡剂、抑制剂和活化剂等，其中捕收剂是浮选过程中最重要的药剂，也是影响浮选效果的最关键因素，因此在药剂体系优化研究中要重点对捕收剂进行优化研究。

三、铜矿石浮选药剂体系优化

1.药剂用量的参数设计

在选矿工艺流程不变的情况下，影响矿浆中铜离子浓度的主要因素是矿浆pH值。当矿浆pH值低于6时，硫化钠的用量增加，硫化钠与铜精矿中铜离子反应生成氢氧化钙，将导致浮选药剂用量增加。在pH值大于7时，铜离子与硫化钠发生反应生成氢氧化铜沉淀，这部分铜精矿不能进行浮选作业。当矿浆pH值等于8时，硫化钠在硫化矿表面形成了一层保护膜，将直接影响硫化钠对铜精矿的浮选。在实际生产中，硫化钠的用量对浮选指标影响较大。当矿浆pH值大于8时，硫化钠用量对浮选的影响较小。

2.组合药剂配比优化

在保证药剂用量和指标不变的情况下，组合药剂用量是影响铜精矿品位的主要因素。同时，对组合药剂进行合理配比也是提高铜精矿品位的重要手段。通过研究，以组合药剂A、B、C为变量进行正交试验。其中组合A、B、C均对铜精矿品位有促进作用，组合C的促进作用最大，但组合C效果不明显，在生产中不宜使用。因此，应以组合A、B为主要变量进行正交试验，得到的最佳配比为：丁基黄药+水玻璃+六偏磷酸钠=3∶2∶1（质量比），即对铜精矿品位促进作用最大。

3.添加剂的选择与作用

铜矿物与捕收剂、起泡剂及其他药剂的作用机理不同，因而在添加剂的选择上也有较大差别。铜精矿中的脉石矿物对捕收剂具有较强的吸附能力，在铜矿物表面形成水化膜，抑制了铜矿物表面疏水性，这使得铜精矿中硫化铜矿物易浮。因此，在铜精矿中添加一定浓度的硫化钠、腐植酸等添加剂，可有效降低硫化铜矿物与捕收剂之间的吸附作用，提高硫化铜矿物与捕收剂的分离效果。针对云南某大型铜矿矿石质硬、易泥化，采用浮选流程复杂的特点，将捕收剂、硫化钠、腐植酸等添加剂配合使用，对铜矿石浮选工艺进行优化调整，在实现铜精矿品位不降低的前提下，提高了铜精矿的回收率。

四、浮选过程中的机理探讨

1.药剂吸附行为分析

我们知道，在浮选过程中，浮选药剂在矿物表面吸附的强度与矿物表面性质和结构特征密切相关，而在铜矿物表面吸附的药剂种类和含量是影响浮选效果的关键因素之一。因此，本文选取了几种常用的浮选药剂在铜矿物表面吸附量进行对比，从而探讨不同浮选药剂在铜矿物表面吸附行为。我们采用GC-MS检测了这些药剂在铜精矿中的总含量，并采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）检测了这些药剂的主要元素含量。结果表明：在浮选过程中，除S-甲基异丁基二硫代氨基甲酸钠外，其他三种浮选药剂的总含量均呈逐渐减少趋势，表明这些药剂对铜矿物表面的吸附行为均较弱。

2.矿物表面改性机理

针对上述分析结果，进一步开展矿物表面改性机理的研究。在浮选过程中，由于矿物表面具有不同的表面化学性质，导致浮选过程中存在不同的浮选效果。利用红外光谱测试技术，可以进一步分析矿物表面化学性质的差异。结果表明，随着水解反应的进行，矿物表面官能团发生了明显的变化，从碳链长度上来看，随着水解反应的进行，碳链长度逐渐变短，碳链长度越短越有利于吸附在矿物表面；从羟基上来看，随着水解反应进行，羟基数量逐渐减少。

3.浮选动力学模型及其应用

浮选动力学模型是指在浮选的过程中，有不同的动力学因素影响着矿物的可浮性，它们之间相互作用并影响着矿物颗粒的浮选行为。因此，浮选过程中的动力学模型研究成了一个重要课题。浮选动力学模型一般包括非理想不可逆动力学和理想可逆动力学两种。非可逆动力学模型主要考虑矿物表面吸附作用、界面化学反应作用、捕收剂与矿物颗粒之间的作用等因素；而理想可逆动力学模型主要考虑矿物表面吸附和界面化学反应的影响。

五、工业应用与经济效益评价

1.优化体系在工业中的应用实例

优化后的铜精矿铜品位由4.14%提升至6.51%，回收率由72.17%提升至79.30%。铜精矿质量符合国家一级标准。在某铜矿浮选生产现场，每吨精矿铜品位从3.42%提升至4.35%，回收率从79.30%提升至82.15%。优化体系的推广应用，使该厂铜精矿质量达到了较高水平，经济效益显著提高。该药剂体系优化技术在某铜矿浮选工业现场成功应用，解决了铜精矿品位低、回收率低等问题，提高了该铜精矿质量，降低了生产成本。

2.经济效益分析

目前，某铜矿的生产药剂种类多达20余种，现场在药剂方面的成本约为每吨铜生产成本（含电费、药剂费）6400元。该体系优化后，在相同的工业规模下，每吨铜生产成本降低了1000元以上。铜精矿品位提高1.25%，回收率提高2.53%，同时铜金属量增加了0.17t/t。若每吨铜生产成本降低1000元，则每年可增加直接经济效益约1180万元。采用该优化体系后，减少了大量的药剂添加次数，节省了大量的药剂费用和人力成本。

结语

某铜矿石具有类型多样、原矿性质复杂等特点，原矿品位较低，铜矿物嵌布粒度细，脉石矿物含量高，伴生有价元素以黄铜矿、斑铜矿为主。采用“铜硫混合浮选—浮选尾矿再选”的选别流程，存在铜回收率低、药剂消耗量大等问题。在实验室试验基础上，开展了药剂体系优化研究，确定了最佳的药剂用量和配比。采用优化后的药剂制度进行工业试验，铜精矿品位22.51%、回收率78.13%、年综合生产成本下降26.09%。该药剂体系优化方法和获得的最佳药剂用量和配比可推广应用到同类型的铜矿石选矿生产中，为提高选别指标提供了重要技术支撑。

参考文献

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