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难选氧化锌矿硫化焙烧-浮选理论与技术研究

王聪兵  
【摘要】:我国氧化锌矿储量丰富,是重要的锌资源。目前,采用常规的选矿方法,对氧化锌矿的选别效果较差,尤其是难选低品位氧化锌矿,很多低品位氧化锌矿成为了“呆矿”。为了提高低品位氧化锌矿的利用率,本研究提出硫化焙烧-浮选的技术路线,即采用硫磺为硫化剂,通过硫化焙烧,氧化锌矿物表面得到硫化,转化为可浮性更好的硫化锌,再用传统的硫化矿浮选法回收锌。本论文的研究对象为云南兰坪氧化铅锌矿,原矿锌品位为7.84%,锌的氧化率达55.13%,氧化程度较高。本论文主要意义及结论如下:(1)通过热力学分析,研究了氧化锌硫化转化的反应规律,查明了有利于氧化锌硫化转化的热力学条件。研究发现,氧化锌在一定温度下能够和硫磺发生硫化反应生成硫化锌,温度的升高有利于氧化锌的硫化转化。向反应体系中引入碳质能够提高硫化剂的利用率,减少有害气体SO_2的生成,有利于硫化锌的生成。对氧化锌矿中的主要脉石矿物在焙烧过程中可能发生的反应进行热力学分析。分析发现,脉石矿并不干扰氧化锌的硫化,氧化锌矿在焙烧过程中能够被选择性硫化。(2)氧化锌矿硫化焙烧-浮选试验表明,硫磺添加量、温度、还原剂添加量、焙烧时间、磨矿细度都对焙烧产物的浮选行为有重要影响。最佳的焙烧条件为:硫磺添加量1%、温度650℃、还原剂添加量1%、焙烧时间60min、磨矿细度-74μm占85%,在此条件下,焙烧产物通过粗选能获得锌品位为28.81%,锌回收率86.83%的精矿,进一步优化浮选条件,经过闭路试验,得到了锌品位和回收率分别为32.05%和91.29%的精矿,浮选指标较好,证明焙烧产物可浮性较好。(3)通过XRD、SEM-EDS和EPMA等分析测试方法发现,原矿焙烧前,有用矿物和脉石矿物共生关系复杂,不利于浮选分离;焙烧后,浮选产物中,锌以硫化锌的形式得到了富集,且硫化锌晶体成型较好,晶粒粗大,晶体表面的硫化效果较好,锌和硫的含量和理想闪锌矿接近,这些条件有利于锌和脉石矿物的浮选分离。(4)基于氧化锌的晶体结构,通过密度泛函理论计算模拟氧化锌硫化反应的过程,从微观层面研究了氧化锌硫化反应的机理。S_2在氧化锌晶体表面的吸附能为-2.27eV,是一个自发的过程。氧化锌在硫化反应的过程中,氧原子是主要的活性原子,且在反应过程中氧原子的2p轨道起主要作用。S_2在ZnO表面的吸附能引起氧化锌晶体表面的几何结构和原子电子特性的显著改变,首先会使Zn-O键发生解离,同时S_2中的两个硫原子反生歧化反应,分别与锌原子和氧原子结合生成ZnS和SO_2。综上所述,硫化焙烧可以实现氧化锌矿物表面的高效硫化,焙烧产物浮选效果明显提高。简化浮选流程的同时提高选矿指标,实现低品位氧化锌矿的有效利用。本研究取得的试验和理论成果,进一步揭示和丰富了氧化锌硫化焙烧的反应机理,具有重要的参考价值和指导意义。


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