CN104321146A - 用于控制含黄铁矿硫化物矿石浮选过程的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于控制硫化物矿石浮选过程的方法和设备，该浮选过程包括在由石灰产生的碱性环境中将硫化物矿物与黄铁矿分离。该方法包括测量该矿石的含水浆料的钼电极电位，和基于测得的钼电极电位来调节石灰添加，以将该浆料的钼电极电位保持在预选范围内。该设备包括用于测量钼电极电位的装置(6)，和用于基于测得的该浆料的钼电极电位来控制向该浆料的石灰添加的控制单元(7)。

Description

用于控制含黄铁矿硫化物矿石浮选过程的方法和设备
发明领域
本发明涉及用于控制硫化物矿石浮选过程的方法，该浮选过程包括在由石灰产生的碱性环境中将硫化物矿物与黄铁矿分离。本发明还涉及用于控制该浮选过程的设备。
发明背景
浮选过程包括通过调节石灰(СаО)剂量将硫化物矿物与黄铁矿分离，其是全世界浓缩设备中最常用的过程之一。该过程例如用于铜、铜-锌、铜-镍、铜-钼和复合矿石的选矿。
各浮选过程具有最佳的电化学状态，其产生最佳的冶金性能。在浮选实践中，已知基于借助铂电极对矿石含水浆料的电化学电位(Eh)的测量来控制硫化剂(例如Na2S)进料的方法。这种方法的例子公开于例如专利文献US 4011072 A和US 3883421 A。这些方法涉及浮选过程，目标在于使铜矿物的氧化形式硫化。这种方法不能直接应用于将硫化物矿物与黄铁矿浮选分离，因为那些方法中施用的Na2S将导致黄铁矿浮选的活化。
在硫化物矿物与黄铁矿的选择性浮选中添加石灰通常基于从该浆料的氢离子浓度来控制，或者基于该浆料的电导率来控制。尽管将硫化物矿物与黄铁矿分离重要性高，但是没有在工业条件中这种浮选控制系统的可靠实施的例子。其原因将在下面进行讨论。
具有高碱性浆料的玻璃电极的低敏感性是问题之一。含黄铁矿硫化物矿石的选择性浮选通常在约12.0-12.2的pH值进行。
电极表面由Са(ОН)2薄膜和被加工矿石的矿物颗粒结垢是另一个问题。已经试图以机械方式或者通过用水或酸清洗来清洁电极表面。这些程序使测量传感器的设计明显复杂化。并且，它们仍然不能保证黄铁矿分离过程的可靠操作。
依靠用浆料流对传感器表面自然剥离来消除传感器结垢不具有可行性，因为在这种处理中玻璃电极会破裂。
高传感器阻抗(超过1000莫姆)需要具有高电阻输入和使连接电缆和连接器免受安装在浮选建筑中的电机的电磁场影响的保护的专门离子计，以及采取措施阻止潮湿、蒸气和蒸汽冷凝进入传感器借其安装在浆料中的固定装置。
玻璃电极对浆料中氧化还原电位的变化没有反应。
在对Cu-Zn矿石选矿的浓缩设备中进行的专门研究确认，在将铜矿物与黄铁矿分离期间使用由pH值传感器的常规过程控制是不可靠的。将直接安装在浮选池中的工业传感器的测量结果与安装在测试流通式试管的pH值传感器的测量结果进行比较。安装在浮选池中的传感器的趋势首先证实pH值的逐步增加，其次证实pH值控制系统总体上的失败。因此，存在着直接安装在浮选池中的pH值传感器向过程控制操作人员误报的风险。
当对处理复合矿石的另一工业浓缩设备的操作进行分析时，已经发现了硫化物矿物与黄铁矿分离期间基于pH值对浮选过程进行控制的不稳定和低效率。
控制硫化物矿物与黄铁矿浮选分离的第二种工业上实施的方式是根据浆料电导率值来调节CaO剂量。考虑到浮选浆料的离子组成的特殊性，该方法具有多种缺点。除了CaO的残余浓度之外，浆料的电导率还受到加入浆料中的ZnSO4电解质剂量相当大的影响，其广泛使用，特别是当处理含Zn矿石时，以及受到其他试剂的任何剂量相当大的影响。除了Н+和ОН-离子，浆料电导率还受到被加工矿石的可溶性组分和循环水的组成的影响，所述循环水可能含有Na+、K+、Cl-、S2-、SO3 2-、S2O3 2-、S4O6 2-、SO4 2-和许多其他离子。可以在工业浓缩设备中观察到浆料电导率与电化学电位之间短时间内的密切相关性，但是这种相关性在几天内几乎跌至零。
在一个芬兰的工业浓缩设备中，为了控制电导分析仪的操作，在实验室中每天每3-4小时对工业浆料进行手动浆料pH值控制。
基于对残余CaO浓度进行电导测定监控的控制方法不能消除传感器元件由Са(ОН)2薄膜和被加工矿石的矿物颗粒结垢。
黄原酸盐经常在硫化物矿石浮选中用作收集剂。包括靠石灰来沉降黄铁矿的浮选方法的实施能够阻止黄原酸根离子氧化为二黄原酸盐(dixanthogenide)，其是黄铁矿收集剂：
2Х-→Х2+2е-    (1)
换言之，黄铁矿沉降过程也依赖于浆料的电化学电位，其值应当以使反应(1)向左侧移动为目标。当实施现有的黄铁矿分离过程控制时，不考虑该事实，在实践中其仅通过基于用于pH值测量的选择性玻璃电极控制浆料中Н+离子浓度来实现。这可以认为是现有硫化物矿物与黄铁矿分离方法的主要技术缺陷。实践中该事实也已经得到证实。在工业浓缩设备中不同的操作阶段期间，pH值为相同的“最佳值”12.0-12.5，记录了不同高度的电化学电位值。发现更高的电化学电位得到更高的黄铁矿可浮选性和浮选选择性的破坏。
本发明的目标是克服现有技术中面对的问题。
更具体地，本发明的目标是改进浮选过程中的条件控制，该浮选过程包括在由添加石灰产生的碱性环境中选择性分离硫化物矿物与黄铁矿。
概述
根据本发明，一种用于控制硫化物矿石浮选过程的方法，该浮选过程包括在由石灰产生的碱性环境中将硫化物矿物与黄铁矿分离，该方法包括测量该矿石的含水浆料的钼电极电位，和基于测得的钼电极电位来调节石灰添加，以将该浆料的钼电极电位保持在预选范围内。
优选地，钼电极和参比电极(Ag/AgCl)位于将浆料在流动中的位置，例如在进料管线中或者在浮选池的强力搅拌区域。这阻止了电极表面由Ca(OH)2薄膜和被加工浆料的矿物颗粒结垢。
通过使用低电阻电极，优选电阻低于1.0欧姆的电极，可以增加电测量的可靠性。
钼电极电位的最佳范围(其在自动控制回路中用作预选范围)可以在各情况中以实验方式确定。
根据本发明，一种用于控制硫化物矿石浮选过程的设备，该浮选过程包括在由石灰产生的碱性环境中将硫化物矿物与黄铁矿分离，该设备包括用于测量含水浆料的钼电极电位的装置，和用于基于测得的钼电极电位来控制石灰添加以将该浆料的钼电极电位保持在预选范围内的装置。
优选地，用于控制石灰添加的装置包括用于将测得的钼电极电位与该预选范围进行比较的装置，和用于当测得的钼电极电位偏离该预选范围时改变向该浆料的石灰进料速率的装置。
附图说明
下面参照附图对本发明的原理进行解释，其中：
图1根据本发明的用于浮选过程的控制系统的示意图。
图2的图描绘了作为以pH值和钼电极电位函数的三维尾矿铅损。
图3的图描绘了作为钼电极电位函数的铜精矿等级和尾矿铜损。
图4的图描绘了作为钼电极电位和pH值函数的最终铜精矿等级，形式为等值线。
发明详述
源自在硫化物矿物与黄铁矿分离中的浮选过程的物理化学性质，新控制方法包括基于从矿石浆料测量的钼电极电位来调节石灰剂量。使用金属氧化物电极来控制pH值的可行性由电化学理论而公知，但是在本文中之前却没有得到应用。
钼电极电位的形成通过电化学反应来确定：
МоО2+Н2О＝МоО3+2Н++2е-    (2)
由于Н+离子参与反应(2),钼电极电位同时控制pH值和浆料的氧化还原电位。
氧化还原电位测量指示溶液的还原/氧化电位。氧化还原电位通过将氧化还原电极与参比电极对比测量电极电位来获得。通常，在测量中使用铂电极。但是，在浆料组成方面铂电极非常不稳定；例如，铂电极受到浆料中氧和氢浓度的影响。铂电极对二价铁离子(其经常出现在矿石浆料中)非常敏感。铂电极性能的不稳定与它的制造方法相关：铂中存在来自其他金属的原子杂质、电极杂质、它的表面加工方法。
在用于含黄铁矿铜矿石的浮选系统中，首先将矿石与石灰(通常以水溶液形式添加以使黄铁矿沉降)一起破碎和研磨。然后在添加适合的铜收集剂和起沫剂之后，在初级浮选回路中处理矿石。由此获得的较粗铜精矿含有矿石中的大部分铜。然后通常在再研磨操作之后，使该较粗铜精矿经过几个阶段的清洗机浮选，以生产精制的铜精矿。该新的控制方法可以用浮选过程的任何阶段，该浮选过程用来在由石灰产生的碱性环境中将铜或任何其他有价值的硫化物矿物，例如Zn、Pb、Mo、Ni与黄铁矿分离。
根据本发明的浮选过程和控制系统的原理示于图1。经由浆料进料管线2将矿石含水浆料进料至浮选池1。经由石灰进料管线3将石灰或石灰乳添加至磨矿机(未示出)中、调节器(未示出)中和/或浮选池1中的该浆料。浮选的目标是将有价值的硫化物矿物与黄铁矿和脉石矿物分离，从而前者转化为精矿4，后者转化为尾矿5。
通过测量装置6来测量浆料的氧化还原电位，该测量装置6除其他部件外还包括钼电极和参比电极，优选为Ag/AgCl电极。两种电极均位于浆料进料管线2中或者浮选池1中。重要的是，电极位于浆料处于运动中的位置。
测量装置6提供测量信号，该信号传送至控制单元7。控制单元7将测得的钼电极电位与赋予钼电极电位的预选范围进行比较。如果测量值不在预选范围内，则控制单元7向驱动器8传送控制信号，控制石灰进料。
有利地，在控制系统中用作预选范围的钼电极电位的最佳范围应当在各情况中以实验方式确定。
下面参照具体实施例进一步描述本发明。但是，本发明的范围不限于这些实施例。
实施例1
能够用于在石灰环境中选择性浮选分离硫化物矿物与黄铁矿的三种不同控制方法的比较评价在工业浓缩设备中借助神经网络建模来进行。所讨论的浓缩设备对Cu-Zn矿石进行选矿。神经网络具有从复杂或不精确的数据读取含义的卓越能力，是用于提取图案和检测趋势(这对于人类或其他计算机技术而言太复杂而无法注意到)的可行工具。
被评价的三种方法包括基于以下来控制浮选过程中的条件：pH值控制、电导测定方法和氧化还原电位(Eh)。氧化还原电位和pH值的测量通过将各电极安装于统中的流通池来进行，系统安装于进料至较粗铜浮选的浆料流中。将这些结果与安装于相同过程位置的电导测定测量系统的结果进行比较。进行测试的时段期间，从Outotec自动化系统获得金属含量、区域负荷和试剂剂量的信息。
各过程控制方法选择性的神经网络建模结果示于表1-3。各表中，过程负荷提供了单位为矿石吨每小时的被观察过程阶段的负荷。进料中的Fe(或进料中的Cu、Zn、Pb、S)提供了进入的矿石中的铁含量(或铜、锌、铅、硫含量)。消耗的黄原酸盐(或消耗的ZnSO4、CaO)提供了磨矿机中消耗的黄原酸(或ZnSO4、CaO)量。
表1显示了用于pH值控制的神经网络模型，表2显示了用于电导测定方法的神经网络模型，表3显示了用于基于氧化还原电位(Eh)的控制系统的神经网络模型。
正如预期，采用基于pH值的过程控制的方法(表1)首先对CaO消耗和矿石的铜含量做出响应，最后对被加工矿石的组成中的其他变化做出响应。
采用基于电导测定方法的过程控制的方法(表2)首先对ZnSO4进料和对矿石的锌和铜含量做出响应。
基于氧化还原电位的过程控制(表3)首先对被加工原料的组成做出响应。这解释了当实施根据本发明的控制方法时，该参数最佳性的原因。
用于Eh参数的神经网络模型由于对被讨论场所的较佳适合性而值得注意。模型的相关性因素被评价为R＝0.947。对于基于pH值的浮选过程控制，模型适合性被评价为R＝0.657。当使用电导测定方法时，R值为0.889。
实施例2
在浮选控制中使用钼电极电位的最佳性进一步通过钼与pH电极的比较测试来确认。测试在处理多金属矿石的浓缩设备中进行。图2显示了期间输出功能—尾矿铅损((Pb))—相对于使用钼电极测量的浆料pH值和电化学电位的变化。从图2可以明显看出最佳钼电极电位的可用性，此时尾矿铅损最小，而pH值的情况不是这样。在所示的响应表面上，几乎没有pH值变化的影响，或者存在线性依赖需要pH值减小，以减少尾矿铅损，这种情况中黄铁矿可浮选性增加是必然的。
实施例3
在以下过程中测试根据本发明的方法：在铜浮选回路中的Cu-Zn黄铁矿工业浓缩设备中处理Cu-Zn黄铁矿矿石，其中将СаО进料至磨矿机。除СаО之外，还将ZnSO4进料至磨矿机用于闪锌矿沉降，并且使用黄原酸盐作为铜矿物的收集剂。钼电极电位与生产的铜精矿等级β(Cu)和回路尾矿铜损(Cu)的相关性示于图3。该图揭示了在-325mV左右区域的最佳钼电极电位，在此获得了最高铜精矿等级和最小尾矿铜损。当钼电极电位高于最佳值时，由于反应(1)平衡向右侧移动，过程参数自然地较低。根据本发明，高钼电极电位需要增加СаО添加。过程参数随着低钼电极电位也降低，这通过该区域中形成[Zn(OH)X2]-型配位化合物来解释。所述配合物的形成已经通过较粗铜浮选中的专门电化学测量得到确认。黄原酸盐离子形式的活性降低是区域尾矿铜损增大的一个原因。
在实施本发明方法中控制钼电极电位相对于控制pH值参数的优势进一步通过图4得到确认。该图显示了钼电极电位和рН值的协同系统中的平面，其中绘制了最终铜精矿等级的等值线。可以观察到清楚的铜精矿等级与钼电极电位变化的依赖关系。铜精矿等级与pH值的依赖关系弱得多。
实施例4
在以下过程中测试根据本发明的方法：在粗铜精矿清洁机回路中的工业浓缩设备中处理含黄铁矿铜矿石，其中将СаО进料至再磨机。
过程参数—生产的铜精矿等级β(Cu)和回路尾矿中的铜损(Cu)—与钼电极电位的相关性遵循与图3中类似的模式。发现钼电极电位的最佳值区域与在实施例3中发现的钼电极电位最佳值的区域接近。在该区域中的氢参数的控制测量对应于рН＝12.2。
上述结果指出，可以通过测量钼电极电位和通过基于测得的电极电位来调节石灰添加，以优化硫化物矿物与黄铁矿的选择性浮选。
明显地，基于矿石组成和其他过程条件的区别，不同浓缩设备中的最佳钼电极电位可以不同。这是钼电极电位的最佳范围应当对于各个别情况分别确定的原因。
对本领域技术人员显然的是，随着技术进展，本发明的基本思想可以以多种方式实施。因此，本发明及其实施方案不限于上述实施例；相反，它们可以在权利要求书的范围内变化。
表1
表2
表3

Claims (8)

1.一种用于控制硫化物矿石浮选过程的方法，该浮选过程包括在由石灰产生的碱性环境中将硫化物矿物与黄铁矿分离，该方法特征在于测量该矿石的含水浆料的钼电极电位，和基于测得的钼电极电位来调节石灰添加，以将该浆料的钼电极电位保持在预选范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当该浆料处于流动中时测量钼电极电位。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于使用低电阻钼电极，优选电阻低于1.0欧姆的电极。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于以实验方式确定用作该预选范围的钼电极电位的最佳范围。
5.一种用于控制硫化物矿石浮选过程的设备，该浮选过程包括在由石灰产生的碱性环境中将硫化物矿物与黄铁矿分离，特征在于该设备包括用于测量该矿石的含水浆料的钼电极电位的装置(6)，和用于基于测得的钼电极电位来控制石灰添加以将该浆料的钼电极电位保持在预选范围内的装置(7、8)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于用于测量该浆料的钼电极电位的装置(6)包括位于过程中该浆料处于流动中的位置的钼电极和参比电极。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于该钼电极是低电阻电极，优选电阻低于1.0欧姆的电极。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于用于控制石灰添加的装置包括用于将测得的钼电极电位与该预选范围进行比较的装置(7)，和用于当测得的钼电极电位偏离该预选范围时改变向该浆料的石灰进料速率的装置(8)。
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