1、Series No.560February 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第560 期2023 年第 2 期收稿日期 2022-10-28基金项目 国家自然科学基金面上项目(编号:52174239)。作者简介 张 谦(1997),女,硕士研究生。通信作者 印万忠(1970),男,教授,博士研究生导师。粉煤灰地质聚合法团聚细粒级铜矿石及其耐酸机理研究张 谦 印万忠(福州大学紫金地质与矿业学院,福建 福州 350108)摘 要 为了解决低品位铜矿石经高压辊磨机破碎后细粒级含量增加对后续直接堆浸产生的偏析问题,提出了粉煤灰地质聚合细粒级铜矿石的方法。该方法利用自制转鼓对高压辊磨机
2、破碎后的细粒级(-1.7mm)铜矿石在粉煤灰地质聚合反应的基础上进行制团,进而考察粉煤灰添加量、水添加量、碱激发剂用量及其中硅酸钠含量对团聚体粒度和耐酸性质的影响。采用 XRD、FTIR 分析测试技术对矿石团聚和耐酸机理进行了分析。结果表明:通过加入粉煤灰可以提高团聚体的耐酸性,且增加粉煤灰添加量可使团聚体的耐酸性得到提升,在粉煤灰添加量为 6%时耐酸性最好;增加碱激发剂用量以及水添加量都有利于团聚体的成团粒度,并提高其耐酸性;碱激发剂中硅酸钠含量越高团聚体的耐酸性越好。关键词 粉煤灰 低品位铜矿石 地质聚合反应 制团 中图分类号TD926.4 文献标志码A 文章编号1001-1250(202
3、3)-02-254-06DOI 10.19614/ki.jsks.202302035Study on Fine-Grained Copper Ore Agglomerated by Fly Ash Geological Polymerization Method and Its Acid Resistance MechanismZHANG Qian YIN Wanzhong(Zijin School of Geology and Mining,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China)Abstract The increase in fine-grained
4、content of low-grade copper ore after crushing by high pressure roller mill will cause segregation of subsequent direct heap leaching.In order to solve this problem,a method for the geological polymerization of fine-grained copper ore by fly ash was proposed.In this method,the fine-grained(-1.7mm)co
5、pper ore crushed by the high pressure roller mill was agglomerated by self-made bowl on the basis of the geological polymerization reaction of fly ash,and the effects of fly ash addition,water addition,alkali initiator dosage and sodium silicate content on the particle size and acid resist-ance prop
6、erties of aggregates were investigated.XRD and FTIR analysis and testing techniques were used to analyze the mecha-nism of ore agglomeration and acid resistance.The results show that the acid resistance of the agglomerate can be improved by adding fly ash,and with the increase of fly ash addition,th
7、e acid resistance of the agglomerate is also improved,and the acid re-sistance is the best when the fly ash addition amount is 6%.The increase of alkali initiator dosage and water addition are con-ducive to the improvement of agglomerate size and acid resistance.The higher the content of sodium sili
8、cate in the alkali initia-tor,the better the acid resistance of the agglomerate.Keywords fly ash,low-grade copper ore,geopolymerization reaction,agglomeration 相比于传统的破碎方式,经高压辊磨机破碎后的矿石具有丰富的微裂纹且矿物解离更加充分1-2,在堆浸过程中浸出液能和矿石中的有用成分充分接触从而提高其浸出率。TANG 等2研究了紫金山金矿石经高压辊破碎后矿石内部产生的微裂纹对金浸出的影响,得出高压辊磨机破碎后的矿石在-1.5 mm、6.
9、70.15 mm 和+6.7 mm 粒级金的浸出率分别比相同粒级的颚式破碎机产品高 6.4、6.8 和 3.5 个百分点。KODALI 等3利用 X 射线微型计算机断层扫描技术研究了美国和南非两种难选金矿石中颗粒粒度与铜暴露度的关系,结果表明,铜暴露度会随着颗粒粒度的减小而增加,因此减小颗粒度可以提高矿石堆452浸时铜的浸出率,通过微型柱浸试验证实了上述结果。因此,矿石经过高压辊磨机破碎后堆浸比传统设备破碎后堆浸更有助于提高有价金属的浸出率,但将高压辊破碎后的产品直接堆浸会产生“离析现象”4。由于高压辊磨机破碎产品存在较多细粒级颗粒,喷淋导致细粒级颗粒随着溶浸液发生迁移,阻碍溶浸液在矿堆中的自
10、由流动,在矿堆内形成不透层,造成矿堆表面积水或形成死堆。因此为保证堆浸过程能够顺利进行,可以将高压辊破碎后的细粒级颗粒进行团聚后再堆浸,这样可大大改善矿堆的渗透性从而提高其堆浸效果5-8。但是传统的聚团方法由于采用硅酸盐水泥等胶凝材料,团聚体由于不耐酸而无法用于酸性或生物堆浸。故本文的主要目的是使细颗粒团聚的同时提高其团聚体耐酸性。作为重要固体废弃物之一的粉煤灰由于具备一定的吸附能力、较小的细度以及较高的比表面积,故常被应用于地质聚合反应。相关研究表明,粉煤灰基地质聚合材料中硅铝酸钠凝胶是其强度的主要来源9。童国庆等10通过试验表明粉煤灰玻璃体在碱性溶液的侵蚀破坏下会发生解聚缩聚反应生成NAS
11、H凝胶,这些凝胶填充于粉煤灰颗粒之间可使试样结构更加致密,增强其抗压强度以及耐酸性。因此本文将粉煤灰用于高压辊破碎后低品位细粒级铜矿石的制团过程,采用地质聚合方法制备出强度高并适宜酸性堆浸的细颗粒铜矿石团聚体,从而达到改善细粒矿石堆体的渗透性并实现粉煤灰固体废弃物综合利用的目的。1 试样与试剂试验所采用的铜矿石来自福建紫金山金铜矿,粉煤灰为二级粉煤灰,来自河南省巩义市豫联电厂,铜矿石与粉煤灰的 X 射线衍射图谱(XRD)及 X 射线荧光光谱分析(XRF)结果分别如图 1 及表 1 所示。试验所用试剂为分析纯硅酸钠及氢氧化钠,所用水为自来水。图 1 粉煤灰及低品位铜矿石的 XRD 图谱Fig.1
12、 XRD patterns of fly ash and low-grade copper oreD地开石;P黄铁矿;A明矾石;Q石英;M莫来石;Al刚玉表 1 粉煤灰及低品位铜矿石的 XRF 分析结果Table 1 XRF analysis results of fly ash and low-grade copper ore%原料各组分含量SiO2Al2O3SO3Fe2O3K2OTiO2CuOPbOZnOCaO铜矿石66.4112.8115.413.531.370.160.190.030.02粉煤灰42.6036.301.281.950.521.154.60 由图 1 可知:低品位铜矿石主
13、要矿物成分为石英、明矾石、地开石;粉煤灰中主要矿物成分为铝硅酸盐矿物莫来石、石英以及少量其他矿物。粉煤灰在1530衍射角范围内出现明显的丘状峰,说明该粉煤灰中含有一定量的非晶态玻璃相。由表 1 可知:铜矿石中 SiO2含量为 66.41%,Al2O3含量为12.81%,SO3含量为15.41%;粉煤灰中SiO2含量为 42.6%,Al2O3含量为 36.3%,CaO 含量为 4.6%,小于 10%,故属于 F 类粉煤灰。2 试验方法2.1 制团方法试验在自制高密度聚乙烯转鼓中进行,取-1.7 mm 的铜矿石 200 g,与粉煤灰混合均匀后均匀喷入碱激发剂溶液,并迅速转移至转鼓中,转鼓在 60
14、r/min 的转速下转动 3 min 后将团聚体在室温(1525)下固化 72 h,如图 2 所示。图 2 制团试验流程Fig.2 The process of agglomeration2.2 分析检测方法团聚体粒度组成的测定方法:筛孔直径分别为1.70、4.75、8.0、13.2、25 mm 的筛子进行人工筛分。团聚体耐酸性的测定方法:将团聚固化后的团聚体在 pH 值为 1 的硫酸溶液中浸泡 2 h 后,重新调整溶液的 pH 值为 1,继续浸泡 24 h 后过滤、烘干,用孔径为 1.7 mm 的筛子进行人工筛分,记录-1.7 mm 细颗粒矿石的重量。并用式(1)表示细粒级迁移率7:细粒级迁
15、移率=-1.7 mm 的细粒级矿石迁移出团聚体的重量团聚体中总重量-(-1.7 mm 矿石的重量)100%.(1)552 张 谦等:粉煤灰地质聚合法团聚细粒级铜矿石及其耐酸机理研究 2023 年第 2 期 团聚体强度的测定方法:选取类球形团聚体若干,采用万能材料试验机测量团聚体破裂时轴向最大的力,计算团聚体强度。3 试验结果与讨论3.1 粉煤灰添加量对团聚体性质的影响当碱激发剂用量(以碱激发剂占铜矿石和粉煤灰总质量的百分比表示)为 5%,硅酸钠在碱激发剂中含量(以硅酸钠质量占碱激发剂的质量比表示)为100%,水添加量(以水的质量占铜矿石和粉煤灰总质量的百分比表示)为 10%的条件下,粉煤灰添加
16、量(以粉煤灰质量占铜矿石和粉煤灰总质量的百分比表示)对团聚体粒度组成的影响如图 3 所示。图 3 粉煤灰添加量对团聚体粒度组成的影响Fig.3 Particle size composition of agglomerates with different dosage of fly ash 由图3 可知,当粉煤灰添加量小于2%时,随着粉煤灰的加入,团聚体中细粒级颗粒含量逐渐增加。当粉煤灰添加量大于 2%时,团聚体粗粒级颗粒含量逐渐增加,且趋于稳定。这说明,粉煤灰的添加量大于2%时有利于团聚体粒度的增大。粉煤灰添加量对团聚体在酸性溶液中细粒级迁移率(即稳定性)的影响如图 4 所示。图 4 粉煤灰添加量对团聚体细粒级迁移率的影响Fig.4 Fine-grained mobility of agglomerates with different dosage of fly ash图 4 表明,当粉煤灰的添加量从 0 增加到 1%时,团聚体的细粒级迁移率从 45.46%下降至 21.46%,表明粉煤灰的加入可以提高团聚体在酸性溶液中的稳定性。随着粉煤灰添加量的继续增加,团聚体的细粒级迁移率持
