A Barite Ore Beneficiation Test in Guizhou
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摘要: 这是一篇矿物加工工程领域的文章。重晶石是一种重要的非金属矿物，具有比重大、无毒、无磁性、易吸收射线等特点，主要用于石油天然气钻井泥浆加重剂、制备含钡化工产品和钡合金，我国是重晶石的主要出口国。本文对贵州某地低品位重晶石进行选矿实验研究，用碳酸钠作调整剂、水玻璃作抑制剂、十二烷基硫酸钠作捕收剂，经过“一粗一扫二精”的闭路流程实验，取得了BaSO4品位90.38%、回收率91.78%的重晶石精矿，实验技术指标良好，精矿达到化工用重晶石一等品要求。本研究成果可为重晶石资源的开发利用提供重要的技术支撑和参考。Abstract: This is an essay in the field of mineral processing engineering. Barite is an important non-metallic mineral with the characteristics of large proportion, non-toxic, non-magnetic, easy to absorb rays, etc. It is mainly used for oil and gas drilling mud weighting agent, preparation of barium-containing chemical products and barium alloys. China is a major exporter of barite. This paper conducts beneficiation test research on low-grade barite ore from Guizhou, China. After the closed-circuit test of “one roughing, one scavenging and two cleaning”, sodium carbonate as regulator, water glass as inhibitor and sodium dodecyl sulfate as collector, a barite concentrate with a BaSO4 grade of 90.38% and a recovery of 91.78% has been obtained. The test technical indicators are good, and the concentrate meets the requirements of the first grade chemical barite. The research results can provide important technical support and reference for the development and utilization of barite resources.
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Keywords:
- Mineral processing engineering /
- Barite /
- Flotation /
- Technological process
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重晶石是一种重要的非金属矿物，具有比重大、无毒、无磁性、易吸收射线等特点，主要用于石油天然气钻井泥浆加重剂、制备含钡化工产品和钡合金[1-3]。我国是重晶石的主要出口国，其在南方分布较为集中，其中贵州省储量最大，湖南、广西、陕西等地也有分布[4- 5]。重晶石的选矿方法主要有手选、重选、磁选和浮选等几种方法，然而成矿过程中常与其它金属矿和非金属矿紧密伴生，如石英、萤石、白云石等[6]。因此，手选往往不能满足工业需求，从重晶石原矿性质和选矿发展趋势看，浮选已成为目前选别重晶石的主要方法[7]。重晶石的浮选中，浮选药剂对浮选分离起到至关重要的作用。重晶石浮选常用捕收剂有氧化石蜡皂、油酸钠、十二烷基硫酸钠和十二烷基磺酸钠等[8]。
本文以贵州某低品位重晶石矿为研究对象，研究其选别工艺及药剂制度，以期为同类型重晶石资源的开发利用提供参考和技术支撑。
1. 原料性质
试样化学多元素分析结果见表1，矿物组成及含量见表2。由表1、2可知，矿石中BaSO4品位为67.42%，为低品位重晶石矿[9]。杂质元素主要为SiO2、CaO、CaF2，其他元素含量较低。重晶石和方解石等矿物紧密交织，交代结构发育，解离难度较高，且本身硬度较低，容易泥化。
表 1 原矿化学多元素分析结果/%Table 1. Chemical multi-element analysis results of raw oreBaSO4 CaF2 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 V2O5 67.42 2.08 11.77 0.69 0.45 7.66 0.89 0.20 0.16 1.16 0.13 表 2 矿石的矿物含量/%Table 2. Mineral contents of ore重晶石 石英 方解石 白云石 磷灰石 萤石 石膏 伊利石 褐铁矿 黄铁矿、方铅矿等 66.9 10.7 9.1 5.4 2.6 1.9 0.5 0.5 0.5 1.0 2. 实验研究
2.1 实验设备及流程
本次实验的主要设备有XMQ-Ф240×90A锥形球磨机，XFD 型3、1.5、1.0、0.75和0.5 L不同规格浮选机等。实验流程见图1。
2.2 浮选条件实验
2.2.1 磨矿细度实验
本矿石中重晶石和方解石等矿物紧密交织，交代结构发育，解离难度较高，且容易泥化，因此要特别注意磨矿制度的选择。为此，首先进行了磨矿细度实验。实验固定碳酸钠2000 g/t、水玻璃1000 g/t、十二烷基硫酸钠1500 g/t，变更磨矿细度，实验结果见图2。
由图2可知，随着磨矿细度的增加，粗精矿重晶石回收率逐渐增加，但增加幅度不大，总体均在95%左右。精矿品位随磨矿细度的增加而升高，磨至-0.074 mm占85.0%以后略有降低。从精矿品位、回收率综合考虑，以-0.074 mm 85.0%条件下指标最好，此时粗精矿BaSO4品位达84.02%。因此，确定粗选磨矿细度为-0.074 mm 85%。
2.2.2 pH值条件实验
矿浆pH值对浮选作用具有显著影响，本文用Na2CO3作为重晶石浮选的调整剂，调节矿浆的pH值。实验固定条件：磨矿细度-0.074 mm 85%，水玻璃1000 g/t、十二烷基硫酸钠1500 g/t。变更碳酸钠用量进行实验，pH值与BaSO4品位、回收率的关系结果见图3。
从实验现象及图3结果可以看出，随着pH值升高，粗选精矿产率及BaSO4回收率逐渐提高，pH值从7.9升至9.3时，回收率增加幅度较大，pH值超过9.3以后，回收率提高幅度较小，在pH值10.1时，BaSO4产率最高，达97.01%；随着pH值升高，粗选精矿BaSO4品位略有降低，但降低幅度不大。根据pH值条件实验结果，确定粗选pH值 10.1，此时Na2CO3用量为2000 g/t。
2.2.3 水玻璃用量实验
本文使用水玻璃作为脉石矿物抑制剂，实验固定磨矿细度-0.074 mm 85%、碳酸钠2000 g/t、十二烷基硫酸钠1500 g/t进行水玻璃用量实验，实验结果见图4。
根据图4结果可知，随着水玻璃用量的增加，粗选精矿产率及BaSO4回收率逐渐提高，精矿品位变化不明显，当水玻璃用量超过1000 g/t后，精矿回收率增加幅度较小，综合考虑药剂成本及指标，确定粗选水玻璃用量为1000 g/t。
2.2.4 捕收剂种类筛选实验
本文对比了三种重晶石常用捕收剂氧化石蜡皂、十二烷基硫酸钠和油酸钠对此矿石的浮选效果。实验固定磨矿细度-0.074 mm 85%、碳酸钠2000 g/t、水玻璃2000 g/t、捕收剂1000 g/t进行捕收剂种类筛选实验，实验结果见图5。
由图5可知，氧化石蜡皂作捕收剂时，获得粗精矿BaSO4品位较高，但回收率较低；十二烷基硫酸钠和油酸钠作捕收剂，回收率均较高，但油酸钠捕收剂获得精矿品位较低。因此，选择十二烷基硫酸钠作为此重晶石的捕收剂。
2.2.5 捕收剂用量实验
实验固定磨矿细度-0.074 mm 85%、碳酸钠2000 g/t、水玻璃1000 g/t，进行十二烷基硫酸钠用量实验，实验结果见图6。
根据图6结果得知，随着捕收剂十二烷基硫酸钠用量的增加，粗精矿产率逐渐减少，精矿BaSO4品位增加，回收率增加。一般情况下，大部分矿石都是随着捕收剂用量的增加，精矿产率增加，精矿品位降低，而此处相反。在该重晶石选别过程中，捕收剂用量越大，矿化程度越好，泡沫越密实。当十二烷基硫酸钠用量超过2000 g/t后，继续增加用量，粗选精矿产率又进一步升高，虽然精矿回收率有所增加，但是精矿品位降低明显，综合考虑药剂成本及指标，粗选捕收剂用量确定为2000 g/t。
2.2.6 精选条件实验
实验固定磨矿细度-0.074 mm 85%、碳酸钠2000 g/t、水玻璃1000 g/t，十二烷基硫酸钠用量2000 g/t粗选，并用所得粗精矿进行精选条件实验，实验流程见图7，实验结果见表3。
精选条件实验进行了空白精选与逐渐加大碳酸钠、水玻璃用量条件，由表3可知，精矿作业产率与作业回收率变化不大，精矿品位略有变化，相比之下，以加碳酸钠（1000+500）g/t，水玻璃（500+250）g/t条件指标较好，因此选择此条件进行开路实验。
表 3 精选条件实验结果Table 3. Test results of cleaning condition药剂条件/（g/t） 产品名称 作业产率/% BaSO4品位/% BaSO4作业回收率/% 精选Ⅰ：空白
精选Ⅱ：空白精Ⅱ精矿 78.15 87.15 80.62 中矿2 10.11 84.93 10.16 中矿1 11.74 66.29 9.22 粗精矿 100.00 84.48 100.00 精选Ⅰ：Na2CO31000
水玻璃500
精选Ⅱ：Na2CO3500
水玻璃250精Ⅱ精矿 78.60 90.72 82.36 中矿2 12.86 81.17 12.06 中矿1 8.54 56.58 5.58 粗精矿 100.00 86.58 100.00 精选Ⅰ：Na2CO31500
水玻璃1000
精选Ⅱ：Na2CO31000
水玻璃500精Ⅱ精矿 76.30 89.4 79.66 中矿2 17.12 83.02 16.60 中矿1 6.58 46.65 3.74 粗精矿 100.00 85.63 100.00 2.3 浮选开路及闭路实验
2.3.1 浮选开路实验
综合上述条件实验确定的各段选别作业最佳药剂制度，并根据实验情况及以往经验，增加一段空白扫选作业，进行了“一粗、一扫、二精”的全流程开路实验，结果见表4。
表 4 浮选开路实验结果Table 4. Results of flotation open circuit test产品名称 产率/% BaSO4品位/% BaSO4回收率/% 重晶石精矿 54.82 91.36 73.83 中矿2 13.32 58.36 11.46 中矿1 8.78 80.52 10.42 扫选中矿 4.82 28.30 2.01 尾矿 18.26 8.46 2.28 原矿 100.00 67.83 100.00 由表4可知，原矿在磨矿细度-0.074 mm 85%的条件下，经过一次粗选、一次扫选、两次精选的浮选开路流程实验，可获得BaSO4品位91.36%的浮选重晶石精矿，精矿开路回收率为73.83%。
2.3.2 浮选闭路实验
在浮选开路实验的基础上，开展了“一粗、一扫、二精”的闭路实验，实验流程见图8，实验结果见表5。
表 5 浮选闭路实验结果Table 5. Results of flotation closed circuit test产品名称 产率/% BaSO4品位/% BaSO4回收率/% 精矿 68.96 90.38 91.78 尾矿 31.04 17.99 8.22 原矿 100.00 67.91 100.00 由表5可知，闭路实验获得了精矿产率68.96%、BaSO4品位90.38%、回收率91.78%的重晶石精矿，实验技术指标良好。
2.4 产品检查
为了更好地了解选矿产品中矿物的选别情况，对选矿最终精矿和尾矿分别进行了化学多元素分析和矿物成分分析等。
2.4.1 精矿产品检查
精矿化学多元素分析结果见表6。
表 6 精矿化学多元素分析结果/%Table 6. Chemical multi-element analysis results of concentrateBaSO4 CaF2 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 V2O5 水溶性碱土金属（以钙计）/（mg/kg） 比重 90.55 0.34 2.30 0.28 0.15 1.94 0.20 0.072 0.16 0.28 0.035 160 3.95 由表6可知，该精矿达到了化工用重晶石一等品要求（BaSO4≥88%、SiO2≤5%）HG/T 3588-1999，该精矿水溶性碱土金属含量达到了钻井液用重晶石粉一级品要求，但精矿比重较低，达不到要求。
通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）和X射线衍射分析（XRD）对精矿的矿物组成进行了详细分析，其主要矿物组成及含量见表7。
表 7 重晶石精矿的矿物组成Table 7. Mineral composition of barite concentrate重晶石 石英 方解石和白云石 其他（萤石、
磷灰石、褐铁矿等）90.5 2.2 6.3 1.0 由表7可知，精矿中主要为重晶石，重晶石含量达到90.5%，偶见方解石和白云石。精矿产品检查结果表明，精矿纯度较高，杂质矿物含量较低，有效实现了重晶石的富集。
2.4.2 尾矿产品检查
尾矿化学多元素分析结果见表8。
表 8 尾矿化学多元素分析结果/%Table 8. Chemical multi-element analysis results of tailingsBaSO4 CaF2 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 V2O5 18.02 5.42 33.73 2.37 1.61 18.06 2.20 0.45 0.18 3.98 0.34 对浮选尾矿进行AMICS矿物自动分析测定，其主要矿物组成及含量见表9。由表8、9可知，尾矿中主要元素为Si、Ca，尾矿中主要矿物为方解石、白云石和石英，重晶石含量较低，选别工艺较好的分离了有用矿物和脉石矿物。
表 9 尾矿矿物组成/%Table 9. Mineral composition of tailings重晶石 石英 方解石和白云石 磷灰石 萤石 其他 17.7 31.5 35.0 9.5 5.3 1.0 3. 结 论
（1）本矿石中BaSO4品位为67.42%，杂质元素主要为SiO2、CaO、CaF2。重晶石矿物含量为66.9%，主要脉石矿物为石英、方解石、白云石、磷灰石等，重晶石和方解石等矿物紧密交织，交代结构发育，解离难度较高，且本身硬度较低，容易泥化。
（2）浮选条件实验探索出的最优条件为：磨矿细度-0.074 mm 85%、调整剂Na2CO3 2000 g/t、抑制剂水玻璃1000 g/t、捕收剂十二烷基硫酸钠2000 g/t，并基于此条件，进行了开路实验，“一粗一扫二精”的开路流程可获得BaSO4品位91.36%的浮选重晶石精矿，精矿开路回收率为73.83%。
（3）经过“一粗一扫二精”的闭路流程实验，取得了BaSO4品位90.38%、回收率91.78%的重晶石精矿，实验技术指标良好。实验流程结构简单、易于实施。实验获得的精矿达到了化工用重晶石一等品要求（BaSO4≥88%、SiO2≤5%）。
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表 1 原矿化学多元素分析结果/%
Table 1 Chemical multi-element analysis results of raw ore
BaSO4 CaF2 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 V2O5 67.42 2.08 11.77 0.69 0.45 7.66 0.89 0.20 0.16 1.16 0.13 
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表 2 矿石的矿物含量/%
Table 2 Mineral contents of ore
重晶石 石英 方解石 白云石 磷灰石 萤石 石膏 伊利石 褐铁矿 黄铁矿、方铅矿等 66.9 10.7 9.1 5.4 2.6 1.9 0.5 0.5 0.5 1.0
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表 3 精选条件实验结果
Table 3 Test results of cleaning condition
药剂条件/（g/t） 产品名称 作业产率/% BaSO4品位/% BaSO4作业回收率/% 精选Ⅰ：空白
精选Ⅱ：空白精Ⅱ精矿 78.15 87.15 80.62 中矿2 10.11 84.93 10.16 中矿1 11.74 66.29 9.22 粗精矿 100.00 84.48 100.00 精选Ⅰ：Na2CO31000
水玻璃500
精选Ⅱ：Na2CO3500
水玻璃250精Ⅱ精矿 78.60 90.72 82.36 中矿2 12.86 81.17 12.06 中矿1 8.54 56.58 5.58 粗精矿 100.00 86.58 100.00 精选Ⅰ：Na2CO31500
水玻璃1000
精选Ⅱ：Na2CO31000
水玻璃500精Ⅱ精矿 76.30 89.4 79.66 中矿2 17.12 83.02 16.60 中矿1 6.58 46.65 3.74 粗精矿 100.00 85.63 100.00
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表 4 浮选开路实验结果
Table 4 Results of flotation open circuit test
产品名称 产率/% BaSO4品位/% BaSO4回收率/% 重晶石精矿 54.82 91.36 73.83 中矿2 13.32 58.36 11.46 中矿1 8.78 80.52 10.42 扫选中矿 4.82 28.30 2.01 尾矿 18.26 8.46 2.28 原矿 100.00 67.83 100.00
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表 5 浮选闭路实验结果
Table 5 Results of flotation closed circuit test
产品名称 产率/% BaSO4品位/% BaSO4回收率/% 精矿 68.96 90.38 91.78 尾矿 31.04 17.99 8.22 原矿 100.00 67.91 100.00
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表 6 精矿化学多元素分析结果/%
Table 6 Chemical multi-element analysis results of concentrate
BaSO4 CaF2 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 V2O5 水溶性碱土金属（以钙计）/（mg/kg） 比重 90.55 0.34 2.30 0.28 0.15 1.94 0.20 0.072 0.16 0.28 0.035 160 3.95
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表 7 重晶石精矿的矿物组成
Table 7 Mineral composition of barite concentrate
重晶石 石英 方解石和白云石 其他（萤石、
磷灰石、褐铁矿等）90.5 2.2 6.3 1.0
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表 8 尾矿化学多元素分析结果/%
Table 8 Chemical multi-element analysis results of tailings
BaSO4 CaF2 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 V2O5 18.02 5.42 33.73 2.37 1.61 18.06 2.20 0.45 0.18 3.98 0.34
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表 9 尾矿矿物组成/%
Table 9 Mineral composition of tailings
重晶石 石英 方解石和白云石 磷灰石 萤石 其他 17.7 31.5 35.0 9.5 5.3 1.0
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