1、作者简介：焦鑫（ 1993-），男，汉族，江西省南昌市进贤县人，硕士研究生，主要从事矿物加工工程浮选理论与工艺研究；通讯联系人：戈保梁， E-mail: . 陕西某低品位钼矿石微波预处理研究 焦鑫， 戈保梁， 翟德平， 聂琪 （昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093） 摘要： 原矿品位越来越低导致选厂效益日渐低下，是当今选矿企业面临的 形势 之一，从而人们不得不考虑降低成本来提高经济效益。在选矿厂中最值得研究的就是在磨矿阶段节能降耗，绿色生产。微波助磨是现阶段广受选矿工作者青睐的技术。本文针对 陕西某低品位钼矿石的工艺特征，采用微波预处理，探讨了该矿石微波处理前后矿石的各种变化
2、及采用微波助磨的可能性。研究表明，微波的处理能使矿石的矿物间产生裂纹、强度降低 ，使得矿物更易磨碎，且不影响矿石的可浮性。 关键词 ：低品位钼矿；微波预处理；磨矿；浮选 中图分类号： TD952 Study on Microwave Pre-treatment of a ShanXi Low-grade Molybdenum Ore JIAO Xin， GE Bao-liang, ZHAI De-ping , NIE Qi （ Faculty of Land and Resource Engineering , Kunming University of Science and Technol
3、ogy ,Yunnan ,Kunming 650093） Abstract: Its a current situation mineral processing enterprises have to face that its profit is getting lower and lower owing to the decreasing grade of the raw ore. So, people have to consider improving economic benefit by reducing its cost. Energy saving and green pro
4、duction in grinding stage is a part that deserves to be studied in a mineral processing plant. Microwave-assisted grinding is a technology that wins good graces of mineral processing research workers at present. According to the process mineralogy characteristic of a low-grade molybdenum ore in Shan
5、Xi, this paper investigates on the various changes of the ore after microwave pre-treatment and show the possibility of microwave-assisted grinding treatment. The results show that microwave treatment can generate cracks among minerals to decrease the mineral strength, thus making the minerals easie
6、r to grind without changing its floatability. Key words: low-grade molybdenum ore; microwave pre-treatment; grinding; flotation 前言 作为不可或缺的资源之一，钼在人类社会发展的过程中占有重要地位。然而，随着钼矿的开发与利用，新矿勘探难度加大，钼矿床贫、细、杂化加剧，钼资源紧缺问题日趋严重 1，低品位钼矿的开发利用也日趋紧迫。但是，利用低品位矿石所面临的问题是成本高效益低。因此 ，人们首要考虑降低成本以提高经济效益。在选矿厂中，磨矿的成本占选厂成本的一半以上，故而降低磨
7、矿成本是提高选厂效益的关键。降低磨矿能耗的方法很多，比如添加助磨剂，进行合理装球和配球等。微波助磨技术是一项新的技术，目前研究的不多。 本实验采用微 波技术，在矿石预处理阶段对矿石进行 辐射处理 ，探讨微波预处理后矿石的结构和力学性质的变化及对该矿石采用助磨的可能性。由于微波加热的特点以及各矿石的介电常数不同，导致对于微波吸收能力不同 ， 同时微波加热的密闭、高效快速，使得辉钼矿新生表面氧化程度相对较低，提高矿物的可浮性，并在降低了碎磨的成本同时，提高了钼精矿品位和回收率。 1 矿石工艺矿物学研究 1.1 矿石性质 矿样采自陕西东部某地，能代表矿区矿石的基本性质。 矿石 多元素分析及辉钼矿嵌布
8、粒度见表 1、表 2。从 表 1 的分析结果可见矿石中可供回收的主要有价元素 是 Mo、 Cu,其含量分别为 0.10 %、 0.02 %；需要选矿排除或降低的组分主要有 SiO2 、 Al2 O3 、 CaO、 Fe、 S等。矿石中金属矿物有辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、方铅矿、闪锌矿等，非金属矿物有石英、长石、云母等。该矿为典型的低品位硫化铜钼矿。 表 1 矿石多元素分析 Table1 Multi-element analysis of the mineral 元素 Mo Cu S Fe TiO2 Zn Pb Mn CaO MgO P 含量 （ %） 0.10 0.02 2.12 8.0
9、3 0.430 0.034 0.060 0.18 1.14 3.06 0.26 元素 SiO2 Al2O3 Cr2O3 含量 （ %） 35.550 11.03 0.030 从表 2 可以看出其嵌布粒度较细，粒度范围在 0 mm 0.592 mm 之间，大于 0.074 mm的较少，大多集中于 0 mm 0.074 mm 范围内，其中 0 mm 0.026 mm 范围内分布最多，约占50 %左右。而辉钼矿细磨存在过磨现象，矿石易泥化，因此，碎磨使得辉钼矿单体解离度较高，且泥化较少，这是需要注意的问题。 表 2 辉钼矿嵌布粒度 Table2 Dissemination size of molyb
10、denite 矿石类型 粒度范围 (mm) 粒级含量（ %） 粒度类型 细粒 (0.0262mm) 中粒(0.0262mm0.074mm) 粗粒 (0.074mm) 安山玢岩 角岩化 0 0.418 54.749 33.261 11.990 中细粒 绢云母化 0 0.592 47.759 33.131 19.110 绿泥石化 0 0.418 54.116 32.958 12.926 黑云母化 0 0.296 66.842 26.486 6.672 1.2 辉钼矿氧化 分析 图 1 为升温速率为 20 min，辉钼矿加热的热重差热分析图。由图可知，全程为三个阶段，第一段为 20-120 ，是物料
11、干燥阶段，水分挥发，并脱离体系，此阶段吸收热量。之后空气中的氧向物料扩散，物料吸附氧分子，扩散和吸附速率均与温度有关。第三阶段为 450 600 ， 氧气与 MoS2 发生反应，生成三氧化钼，这一阶段放出大量的热，并失JSOOMOSM 1.9952oo 232272 二硫化钼的相对分子质量为 160，三氧化钼的相对分子质量为 144，该反应为失重反应。辉钼矿的氧化反应在 450 以上，因而本实验设定矿样加热预处理最高温度控制在过 450 以内。 图 1 升温速率为 20 min 下的差热差重分析 Figure1 Differential thermal reanalysis under the
12、 heating rate of 20 per minute 2 实验 2.1 实验方法 矿石最大粒度为 40 mm，在实验室经 破 碎后，得到了粒度小于 2 mm 的试样 300 千克，可以满足实验室小型浮选试验的需要。用移锥法混匀后，用四分法缩分出化验样、实验样和备样。取实验样，用马弗炉对实验样加热，对多个温度下预处理矿石进行磨矿细度 对比 实验，产品进行粒度分析。将经过不同强度微波加热预处理的实验样，进行磨矿细度 对比 试验，产品进行粒度分析。用扫描电镜观测，对比微波处理前后矿石同一区域的微观结构变化。将矿石进行微波预处理，通过点荷载强度试验，对比矿石预 处理前后的力学性质。将粗磨原矿与
13、经微波预处理的矿样分别进行辉钼矿粗选浮选实验，将浮选产品分别过滤，烘干，称重，缩分制样后送检。对比未进行预处理的矿石浮选结果，并确定最优矿物微波预处理加热强度。 2.2 磨矿实验 2.2.1 马弗炉加热预处理后矿石的可磨性 前苏联学者研究了预热和冷却的方法磨碎各种矿石的过程 2。热处理结果使矿石沿颗粒的解理面解离，继之磨碎，效果很好，预加热温度为 400 800 。而由于 Mo 精矿闪速焙烧的温度控制在 650 左右 3。而辉钼矿在有氧加热条件下，加热至 450 左右时，会开始与氧气反应氧化物 4。因此，将未经过马弗炉加热的原矿样和分别用马弗炉加热到 250 、350 和 450 的原矿样进行
14、磨矿对比实验，时间分别为 2 min、 4 min、 6 min、 8 min 和10 min。实验结果见图 2。 图 2 马弗炉加热预处理磨矿对比实验 Figure 2 Contrast experiments of muffle pre-treatment on grinding 由图 2 可知，马弗炉加热后的磨矿效果虽然在整体上也随着加热时间的略有增加，但是增加幅度不大，相对于耗能，马弗炉 加热预处理效果并不是很好。可见，马弗炉的加热预处理对于该矿样并不适用。 2.2.2 微波加热预处理后矿石的可磨性 利用微波技术并选择合适的预处理工艺参数，能够有效降低矿石的强度并改善矿物解离的能力，对
15、矿物破碎和磨细过程的节能降耗具有重要的指导意义 5。同样，将未经过微波加热的原矿样和分别用工业微波炉加热到 250 、 350 和 450 的原矿样进行磨矿对比实验。实验结果见图 3。 与图 2 实验结果相对比，马弗炉的加热预处理效果远远不及微波加热预处理后的磨矿效果。其原因在于微波加热主要是通过微波在物料内部的能 量耗散来直接加热物料，与马弗炉由表及里的热传导加热方式不同，具有选择性加热、加热速度快且热损失小的特点。 6 矿石 受到微波辐射 时， 脉石与有用矿物之间产生温度梯度 ，从而使得它们之间产生热应力而出现裂纹， 导致 矿石抗压强度下降，在磨矿时更 易磨碎 。对于选厂而言，在不改变当前
16、碎磨工艺及设备的条件下，采用经过微波预处理后的矿石有着更好的磨矿效果。由图 3 结果，并 考虑到选矿厂生产成本问题以及在选厂生产过程中还要进行粗精矿再磨的实际情况，本实验矿样确定磨矿时间为 4 min。 图 3 微波加热预处理磨矿实验 Figure 3 Grinding experiments by microwave preheating 2.3 矿样预处理前后矿石力学性质 通过矿石点荷载强度试验，分析原矿样以及经过微波加热预处理后的矿样矿石强度变化情况。实验结果见表 3。 表 3 微波加热矿石力学参数 Table3 Mechanical parameters of the mineral
17、by microwave heating 含钼 安山 玢岩 加热温度 加热时间 原始状态 (0min) 1min 3min 5min 单轴抗压强度 (MPa) 单轴抗拉强度 (MPa) 单轴抗压强度 (MPa) 单轴抗拉强度 (MPa) 单轴抗压强度 (MPa) 单轴抗拉强度 (MPa) 单轴抗压强度 (MPa) 单轴抗拉强度 (MPa) 250 62.4 9.3 55.3 8.4 49.8 7.5 46.8 6.6 350 52.4 7.7 48.1 7.0 46.0 6.2 450 49.1 7.0 45.9 6.5 44.3 6.0 原矿 1kg 磨矿浓度 33.3% 捕收剂 搅拌 2
18、起泡剂 搅拌 2 粗选 3 粗精选 1 30 搅拌 2 粗精矿 中矿 尾矿 从表 3 可以看出，利用微波加热后的矿石强度随着温度和加热时间的 增加 而 减弱，温度越高、加热时间越长矿石的减弱程度越大。 2.4 微波预处理前后矿石微观结构变化 利用 SEM（扫描电镜）分析矿样，分析样品为原矿样。如图 4，分别是同一区域内，原矿样（ a）及经过微波加热处理到 350 后水淬处理后的原矿样（ b）的 SEM 分析结果。可以看到，在脉石和有用矿物之间的晶粒边界上产生了裂纹。 经 微波辐射后不同组分间产生的温度梯度导致晶粒间产生热应力，随着热应力的增大，晶粒间产生了微裂纹。在水淬处理后使得这些裂纹难以复
19、原，最终使得矿石更容易磨碎。 （ a） （ b） 图 4 SEM 分析微波处理前后的矿样 Figure 4 SEM analysis of the untreated/treated mineral sample 2.5 浮选实验 为验证微波预处理对矿石的可浮性是否受到影响，现结合选矿厂现有的实际生产工艺，将未经预处理的矿石及微波预处理后矿石分别进行 Cu-Mo 混合浮选实验，考察粗精矿的浮选指标。以粗选条件试验原则流程（见图 5）为基础，在磨矿时间 4min，捕收剂煤油用量 200 g/t，起泡剂 2# 油用量 50 g/t 的药剂条件下，对原矿样和微波加热预处理（ 250 、 350 和
20、450 ）后的矿样分别进行粗选。试验结果见图 7。 图 5 粗选原则流程 Figure 5 The flowchart of rough selection processing 从图 6 可知，经过微波加热预处理之后，粗精矿中 Mo 的品位和回收率均比未经过微波处理的矿样的选别指标有所提高。该实验结果证实， 矿石经微波处理，温度达到 250 以上 后 ，产生的晶粒间裂隙，不仅 提高了矿石的晶粒间解离，使得矿物变得更易于磨细，而且，其浮选指标也随之有所提高。 综合图 3 微波预处理磨矿实验，以及生产现场一段粗磨细度为 55 %的实际情况，考虑当微波温度由 250 上升到 450 时，粗选选别指
21、标先上升后下降的原因是由于矿石 受到微波辐射 时， 脉石与有用矿物之间产生温度梯度 ，从而使得它们之间产生热应力而出现裂纹，但是微波 处理 时间过长，内部 矿物 之间温度趋于 相等 ， 对 矿石裂纹 的 进一步生成 是不利的 ，而矿石内部存在的少许低熔点相（如富 Al 相等）可能会 熔化 ，填充在的裂纹之间，使得裂纹愈合，从而 对 磨选效果 产 生影响 ，导致 浮选 指标有所下降。因此综合考虑能耗及后续浮选效果，微波预处理温度设定为 350 。 图 6 粗选实验结果 Figure 6 The results of roughing experiment 3 结论 1.微波预处理后，根据 SEM
22、 分析结果。可以发现，在脉石和有用矿物之间的晶粒边界上产生了裂纹，这些裂纹的产生使得矿石更容易磨碎。 2.通过微波预处理矿石实验， 矿石强度随着温度和加热时间的增加 而 减弱，温度越高、加热时间越长矿石的减弱程度越大。 3.矿石经过微波预处理后，在相同的磨矿时间内，随着微波加热温度的升 高，颗粒 0.074 mm 的含量由 70.25 %升高到 75.00 %，在 450的微波加热预处理后，颗粒 0.074 mm 的含量增加到 90.00 %。这表明微波预处理使矿石变得更易于磨细，也意味着更多细粒矿物能被解离出来，因而该矿石采用微波预处理的可能性是存在的。 4.微波加热预处理后续的可浮性浮选试
23、验结果表明， 采用捕收剂 NC，用量 200 g/t， 起泡剂 2#油，用量 50 g/t； 得到 浮选指标为： Mo 粗精矿品位 5.01 %，回收率 90.61 %，品位及回收率较未经微波预处理的浮选产品均有明显提高 。说明采用 微波处理该矿石不会降低矿石的可选性。 1 张成强，李洪潮，张颖新，等我国复杂难选钼矿资源选矿技术进展 J中国矿业， 2009， 18(10):64-66. 2 Fitzgibbon K E, Veasey T J. Thermally assisted liberation-a reviewJ. Minerals Engineering, 1990, 3(1-2): 181-185. 3 陈洁 , 李典军 , 刘大春 , 等 . 辉钼矿冶炼技术研究进展 J. 甘肃冶金 , 2009, 31(1): 25-28. 4 陈晓煜 . 微波氧化焙烧辉钼精矿制备三氧化钼研究 D. 昆明理工大学 , 2015. 5 李军 , 彭金辉 , 郭胜惠 , 等 . 钛铁矿的微波辅助磨细试验研究 J. 轻金属 , 2009 (11): 50-53. 6 Al-Harahsheh M, Kingman S W. Microwave-assisted leaching a reviewJ. Hydrometallurgy, 2004, 73(3): 189-203.
