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白金會(huì)員
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我國(guó)可供開(kāi)發(fā)利用的礦產(chǎn)資源趨向貧、細(xì)、雜，其中不少金礦、銀礦、鉬礦、銅礦、鎳礦、鉛鋅礦和鐵礦的嵌布粒度極細(xì)。例如：山西太鋼袁家村鐵礦，要達(dá)到90%礦物解離，磨礦細(xì)度需達(dá)到-38μm 95%；湖南祁東鐵礦、洞口鐵礦磨礦細(xì)度需達(dá)-38μm 98%或更細(xì)；而待開(kāi)發(fā)的高磷赤鐵礦，嵌布粒度更是達(dá)到了25μm。由于這類礦物嵌布粒度細(xì)，達(dá)到解離粒度時(shí)球磨能耗會(huì)急劇增加，而且細(xì)粒礦物具有很高的比表面積，在磁選過(guò)程容易發(fā)生磁絮凝，而在浮選過(guò)程則需消耗更多的藥劑，因此，在最粗粒度下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦物的解離非常重要。選擇合適應(yīng)力模式和應(yīng)變強(qiáng)度的細(xì)磨磨礦設(shè)備，可以強(qiáng)化微細(xì)粒礦物的選擇性解離，在相同磨礦粒度下提高目標(biāo)礦物的單體解離度，并顯著降低磨礦能耗。
一、微細(xì)粒礦物的選擇性解離強(qiáng)化分選技術(shù)現(xiàn)狀
（一）傳統(tǒng)臥式球磨機(jī)的改進(jìn)及優(yōu)化
我國(guó)昆明理工大學(xué)段希祥教授等圍繞傳統(tǒng)臥式球磨機(jī)設(shè)備改進(jìn)及其磨礦工藝優(yōu)化，開(kāi)展了一系列粗粒級(jí)選擇性磨礦理論及技術(shù)研究，旨在利用礦物破碎速率差異，使目標(biāo)礦物在某些粒級(jí)范圍富集，從而提高礦物的技術(shù)指標(biāo)，并取得了一系列成果。
通過(guò)對(duì)介質(zhì)球配比、直徑、材質(zhì)、形狀、磨機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)出料結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制，有效地提高了選廠的技術(shù)指標(biāo)。提出了球徑半理論公式，并進(jìn)行不斷修正，使得球徑半理論公式在粗磨、中磨、細(xì)磨作業(yè)中都能精確地計(jì)算球徑，為選廠選擇鋼球尺寸提供了依據(jù)；通過(guò)完善精確的裝補(bǔ)球方法，改善了磨礦及選別過(guò)程，磨機(jī)生產(chǎn)率顯著提高，磨礦電耗及球耗顯著下降，有用礦物單體解離度明顯提高(5%～6%)，特別是精礦品位及回收率雙雙提高。用鑄鐵段代替鋼球，減少礦物過(guò)粉碎，使產(chǎn)品粒度分布均勻。
相關(guān)研究者針對(duì)鋁土礦、鉬礦、銅礦、錫礦、鐵礦等金屬礦產(chǎn)，開(kāi)展了一系列的選擇性磨礦研究工作，在粗粒選礦中取得了一定成果。但由于受傳統(tǒng)臥式球磨機(jī)結(jié)構(gòu)限制，只適合粗粒礦物的解離。在磨礦設(shè)備中，球磨機(jī)選擇性破碎／解離作用較差。因此，在球磨機(jī)選擇性磨礦／解離基礎(chǔ)上，采用新型細(xì)磨／超細(xì)磨磨礦設(shè)備強(qiáng)化細(xì)粒礦物的解離至關(guān)重要。
（二）細(xì)磨／超細(xì)磨技術(shù)及其對(duì)礦物選擇性解離的強(qiáng)化
從能量角度，當(dāng)磨礦粒度為20～40μm時(shí)，塔磨機(jī)（立式螺旋攪拌磨機(jī)）為最適宜的磨礦設(shè)備。實(shí)際上，塔磨機(jī)的適宜粒度范圍為20～65μm。國(guó)外，塔磨技術(shù)主要由美國(guó)美卓(Metso)公司提供，其生產(chǎn)的塔磨機(jī)(Towermill，現(xiàn)已更名為Vertimill)實(shí)現(xiàn)了礦業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，用于獲得P80為15～30μm的礦物再磨回路；國(guó)內(nèi)，長(zhǎng)沙礦冶研究院經(jīng)長(zhǎng)期積累開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效微細(xì)粒球磨機(jī)－立式螺旋攪拌球磨機(jī)，并實(shí)現(xiàn)了系列化、大型化，形成了攪拌細(xì)磨關(guān)鍵技術(shù)。目前，該技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)鉬礦選礦行業(yè)粗精礦再磨的關(guān)鍵技術(shù)，并已推廣至鉛鋅、銅、銅鉬、黃金、鐵礦等選礦領(lǐng)域應(yīng)用。另外，澳大利亞超達(dá)公司(Xstrata)生產(chǎn)的艾薩臥式攪拌磨機(jī)(Isamill)，自1994年開(kāi)發(fā)成功以來(lái)，已經(jīng)成功應(yīng)用于鉛鋅、銅、鉬、金、鉑族金屬等礦石細(xì)磨，磨機(jī)最大功率達(dá)3.0MW，主要應(yīng)用于P80為7～20μm精礦、中礦、尾礦再磨回路。
為了利用礦石中礦物界面及不同礦物之間的結(jié)構(gòu)性質(zhì)差異，在相對(duì)較粗粒度下實(shí)現(xiàn)礦物的選擇性解離，提高礦物分選效果并大幅度降低能耗，一些研究者做出了諸多工作，并取得了一些成果。
Andreatidis在比較球磨和攪拌磨對(duì)礦物破碎和解離的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，礦物的解離情況視礦物種類而變化。當(dāng)球磨相對(duì)簡(jiǎn)單的鋅粗精礦時(shí)，顆粒尺寸－解離關(guān)系與磨機(jī)類型無(wú)關(guān)，然而，當(dāng)將低品位中粒徑的粗精礦球磨至P80 8μm時(shí)，攪拌磨礦物的解離度高于球磨機(jī)，在-10μm粒級(jí)SiO2和閃鋅礦的解離度都有提高，這歸因于攪拌磨的低能研磨，促使閃鋅礦表面的SiO2脫離。艾薩磨則通過(guò)選擇性地磨碎粗顆粒，從而提高礦物解離度。Jennifer在對(duì)閃鋅礦粗精礦再磨時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用攪拌磨顯著提高了石英的解離度，同時(shí)閃鋅礦的解離度也有一定提高。作者在采用長(zhǎng)沙礦冶研究院研制的立式攪拌磨對(duì)微細(xì)粒鐵礦再磨時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)攪拌磨主要選擇性地磨細(xì)石英，顯著提高石英的單體解離度，從而提高精礦的鐵品位。表1所示為攪拌磨進(jìn)出料及新生-500目的鐵品位及Fe/Si比。
表1 攪拌磨進(jìn)出料及新生-500目的鐵品位及Fe/Si比
（三）微波等預(yù)處理方法對(duì)礦物解離的強(qiáng)化
微波預(yù)處理是利用組成礦石的各種礦物在微波場(chǎng)中的升溫速率各不相同，相同條件下礦石中的不同礦物會(huì)被微波加熱到不同的溫度，在礦物邊界形成裂縫，從而強(qiáng)化礦物的邊界破碎。
Amankwah等對(duì)含石英、硅酸鹽、鐵氧化礦等的金礦進(jìn)行微波預(yù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，微波預(yù)處理提高了礦石的可磨度，其破碎強(qiáng)度和邦德功指數(shù)分別降低了31.2%和18.5%。同時(shí)，金也以較粗的粒度從脈石礦物中解離出來(lái)，從而使單體金的重選回收率提高了12%。
Harrisont等發(fā)現(xiàn)，斑銅礦、閃鋅礦、磁鐵礦、黃鐵礦等礦石經(jīng)微波／熱處理后比表面積增加，功指數(shù)降低。Kingman等對(duì)南非帕拉波拉(Palabora)銅礦實(shí)施微波預(yù)處理后，銅礦功指數(shù)的大大地降低，黃銅礦從脈石中分離出來(lái)，而其它礦物則留在了脈石基體中。SEM圖片示出了微波處理引發(fā)黃銅礦／脈石的邊界破碎。Walkiewiczt等采用3kW、2.45GHz對(duì)鐵礦進(jìn)行微波輻射（溫度840～940℃時(shí)），功指數(shù)減小10%～24%，SEM顯示沿礦物晶界穿過(guò)脈石基體發(fā)生破碎。
目前，微波預(yù)處理只限于實(shí)驗(yàn)室研究，在經(jīng)濟(jì)上還不可行。
除微波預(yù)處理外，加熱、冷凍、藥劑預(yù)處理也是目前研究常用提高礦物解離度預(yù)處理方法。
二、微細(xì)粒礦物解離度分析技術(shù)
解離度的測(cè)定一直是倍受關(guān)注的問(wèn)題，工藝礦物學(xué)上采用對(duì)磨片或薄片進(jìn)行圖像分析，從而定性／定量分析連生體顆粒的組成。傳統(tǒng)的普通光學(xué)圖像分析技術(shù)，在粗粒級(jí)礦物嵌布結(jié)構(gòu)研究與解離測(cè)定上非常有用，但在礦物嵌布粒度<20μm時(shí)，其精確程度大大降低。近年，利用掃描電鏡進(jìn)行解離度分析得到迅猛發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用，不僅使解離度測(cè)定實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，而且也使解離度測(cè)定的準(zhǔn)確性和可重現(xiàn)性得到了很大提高。
QEMSCAN (Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electronic Microscopy)由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)開(kāi)發(fā)研制，已商業(yè)化。此系統(tǒng)由Zeiss EVO50掃描電鏡、1～4個(gè)具有輕元素Gresham X－光探頭的能譜、其自主研制的掃描電鏡控制系統(tǒng)及能譜控制系統(tǒng)和軟件組成。可通過(guò)X－射線能譜及背散射電子圖像區(qū)分物相，并通過(guò)軟件自動(dòng)識(shí)別礦物。QEMCSCAN可以自動(dòng)測(cè)定解離度、礦物嵌布粒度、礦物相對(duì)含量、礦物嵌布復(fù)雜程度等工藝礦物學(xué)參數(shù)，同時(shí)可編程得到研究者感興趣的參數(shù)。
MLA (Mineral Liberation Analyser)是由澳大利亞昆士蘭大學(xué)礦物研究中心(Julius Kruttschnitt Mineral Research Center, JKMRC)的顧鷹博士開(kāi)發(fā)研制的，它由FEI掃描電鏡、1～2個(gè)EDAX能譜和軟件組成。得到的背散射電子圖像非常清晰，礦物鑒定的準(zhǔn)確可靠，并解決了X射線能譜分析可能在兩礦物之間產(chǎn)生虛假“邊界相”。能自動(dòng)處理數(shù)據(jù)和形成報(bào)告，效率很高。目前，國(guó)內(nèi)已有幾家研究機(jī)構(gòu)引進(jìn)該系統(tǒng)，并成功投入使用。
三、結(jié)語(yǔ)
（一）選擇性解離強(qiáng)化礦物分選技術(shù)已取得一定成果，通過(guò)對(duì)普通臥式球磨機(jī)介質(zhì)球配比、直徑、材質(zhì)、形狀、磨機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)出料結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化控制，有效地提高了目標(biāo)礦物的解離度，提高了選廠的技術(shù)指標(biāo)。但由于受臥式球磨機(jī)磨機(jī)結(jié)構(gòu)和應(yīng)力模式限制，很難推廣至微細(xì)粒礦物。
（二）攪拌磨機(jī)在微細(xì)粒礦物解離方面，不僅具備能效優(yōu)勢(shì)，而且能夠提高目標(biāo)礦物的單體解離度，將成為微細(xì)粒礦物再磨關(guān)鍵設(shè)備，有望在鋁土礦、微細(xì)粒鐵礦、銅鉬鉛鋅等礦產(chǎn)領(lǐng)域中廣泛推廣應(yīng)用。大處理量、高選擇性攪拌磨機(jī)的開(kāi)發(fā)，將成為日后的工作重點(diǎn)。
（三）微波預(yù)處理和藥劑處理，可促進(jìn)微細(xì)粒礦物的選擇性解離，從而提高其可磨度和解離度，并最終降低細(xì)磨磨礦成本。安全、經(jīng)濟(jì)的微波預(yù)處理技術(shù)及價(jià)低、適應(yīng)性強(qiáng)
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