前言

微波是指波长在1~1 000 mm，频率在0.3~300 GHz的电磁波。在选矿领域，常利用微波辅助技术来改善矿物的分选特性，其机理主要是通过把电磁能转化为热能，使物料得以加热。在这一过程中，加热反应效果很大程度上与极化分子有重要关联。这是因为在微波加热的情况下，在微波电磁中的极化分子随着微波电磁场的交替变化产生高频振荡，进而产生热量^[1]，不同物料对微波能量的吸收能力不同，这一特性将有利于矿物间的分选与分离。

S.W. Kingman等^[2]研究了微波辅助磨矿对矿物分选指标的影响，指出微波辅助磨矿过程中，矿石可磨度、有用矿物的单体解离度及分选指标的提高，主要与特定类型矿种的存在、特定类型矿种的矿粒大小及其嵌布状况有关。K.E. Waters等^[3]研究了微波辐射对硫化铁矿物磁性的影响，在1.9 kW的微波场下辐射120 s，硫化铁矿物的比磁化率明显增强，原因在于矿物表面生成了具有较强磁性的新矿物组分。Vorster^[4]等对块状硫化铜矿和硫化铜锌矿分别微波辐射90 s后进行磨矿和浮选，结果表明，磨矿的邦德功指数可降低70%左右，磨矿后有用矿物的单体解离度大大提高，浮选过程中，矿物的上浮率明显提高。Omran等^[5-6]研究微波功率、微波加热时间对高磷鲕状铁矿助磨的影响；磨矿试验结果显示，产品-0.125 mm含量从46.6%增加至59.76%。对比试验显示，微波热处理比传统热处理产生更多的裂隙、裂纹，并且微波热处理所消耗的能量也比传统热处理消耗的能量少。

锡是我国优势金属资源，锡石多金属硫化矿是我国特色锡矿资源，在选矿生产中存在锡石过磨和硫化矿欠磨的突出矛盾，影响锡的金属回收率和硫化矿精矿质量。考虑到该类矿石的矿物组成复杂，涉及硫化矿、氧化矿和脉石等众多矿物成分，且不同矿物成分存在较大的吸波特性差异，因此，本文从利用微波选择性加热潜力出发，研究了锡石多金属硫化矿的微波吸收效果及其微波辅助加热预处理对磨矿结果的影响，考察了矿石微波加热预处理前后磨矿产品的粒度分布、金属分布和可磨度等指标的变化，旨在探索锡石多金属硫化矿的微波加热辅助磨矿新途径。

1 试验 1.1 试验样品

试验原料取自广西河池车河选矿厂重选跳汰精矿仓。经烘干、混匀、筛分、分样，其粒度组成如表 1所示。试验样各粒级中的金属品位和金属分布率如表 2所示，试验样的化学成分分析结果如表 3所示。

由表 1可知，经烘干、混匀、筛分、分样后，-3.2+3 mm粒级的产率为19.08%；-3+2 mm粒级的产率为43.12%；-2+1.5 mm粒级的产率为29.54%；-1+0.425 mm粒级的产率为8.08%；-0.425 mm粒级的产率为0.18%。

由表 2可知，Fe在-2+1 mm粒级含量较低，在其他粒级含量基本一样；Sn在-1 mm粒级含量较大，但分布率小；Pb、Sb分布规律相似，粗粒中含量大，细粒中含量小；Zn在-1 mm粒级中含量和分布率小，在其他粒级相近。

由表 3可知，试样中金属矿物主要为黄铁矿，脉石矿物主要为石英、碳酸盐、氧化铝等。

1.2 试验设备

试验仪器设备如表 4所示。其中，微波加热预处理设备为自行设计的QW-6HO六边形微波炉，由微波炉和吸收净化尾气装置组成(图 1)。磨矿为湿磨，湿磨试验球磨机为圆锥型，体积为6.25 L，最大给矿粒度3 mm。

1.3 试验方法

将一定质量试样装入圆形刚玉莫来石坩埚中，放入微波炉内，关好炉门，开启转盘(转数为9.5 r·min^-1)。设定好微波功率和微波处理时间，开启微波加热，微波停止后立即将试样取出冷却。采用自然冷却和水冷却两种冷却方式。自然冷却是指直接取出试样置于微波腔体外，自然冷却至室温；水冷却为试样取出后，马上投入室温水中冷却，后烘干制样。

探讨微波加热预处理物料后冷却方式、微波加热预处理物料质量、微波加热预处理时间对磨矿的影响。

2 试验结果与讨论 2.1 预处理物料冷却方式的影响

微波加热预处理后的试样采用自然冷却和水冷却，之后进行磨矿试验。微波加热预处理试样质量为500 g，微波功率P=6 kW。

经过初步试验可知，磨矿时间过长粗粒少，磨矿产品粒级相差无几，细粒含量相近，磨矿时间过短微波助磨各粒级差异性暴露不明显，因此，初步确定湿磨磨矿的时间为5 min(以下若无特别说明，湿磨时均采用同样的磨矿时间)。未处理样品、微波加热预处理后自然冷却的样品、微波加热预处理后水冷却的样品的磨矿试验结果如表 5所示。

从表 5可以看出，总体上微波加热预处理后，磨矿产品粗粒级含量显著下降，中级粒级和细粒级含量明显增加，且水冷却后磨矿产品粒度变化更为显著，说明微波加热预处理水冷却后更有利于促进矿石硬度降低，使粗粒减小比自然冷却更加明显，细粒级增加也比较明显。

表 6~表 9分别为未处理原矿、微波加热预处理自然冷却、微波加热预处理水冷却磨矿后各粒级中Fe、Pb、Sn和Zn的品位以及在磨矿产品中各粒级的分布率。

从表 6~表 9可以看出：(1)-3.2+2 mm和-2+1 mm两个粗粒级中Fe的品位和分布率都显著降低；-0.15+0.074 mm、-0.15+0.074 mm和-0.038 mm三个细粒中Fe品位和分布率都显著增加，说明微波加热预处理后，含Fe矿物在磨矿过程中发生优先破碎特征显著；(2)-3.2+2mm和-2 +1 mm两个粗粒级中Pb品位和分布率显著下降，-0.15+0.074 mm、-0.15+0.074 mm和-0.038 mm三个细粒中Pb品位变化不明显，但分布率显著增加，特别是-0.038 mm粒级分布率显著增加，说明粗粒级由于脆性增加，磨矿过程中细粒级中各种矿物总量大，因此，Pb的品位变化不明显；(3)粗粒级中Zn的品位和分布率下降。-3.2+2 mm和-2+1 mm两个粗粒级中Sn的品位和分布率显著下降，中间粒级和细粒中Sn品位有所增加，而中间粒级分布率显著增加，细粒增加幅度相对较小，说明微波加热预处理后锡石加速磨细，含Sn矿物发生了优先破碎，但效果相对较弱。

总体上，微波加热预处理后，粗粒级金属分布率显著减小，中间粒级和细粒级金属分布率明显增加，含铁矿物在磨矿过程中优先破碎特征明显，而含Sn、Pb、Zn矿物优先破碎特征相对较弱。

2.2 微波加热物料质量的影响

试验中，微波功率为6 kW，处理时间为60 s，微波每次预处理质量为250~2 000 g不等，之后采用水冷却处理。之后将微波加热预处理后的试样混匀缩分成500 g，将缩分好样品装入球磨机进行湿磨磨矿试验，磨矿产品粒度分布结果如表 10所示。

从表 10表可以看出，微波加热预处理矿样质量对微波助磨效果显著。当微波加热预处理量少时，粗粒减少较为明显，中间粒级和细粒级增加显著。随着微波加热预处理量的增加，微波助磨的效果开始下降，粗粒减少比例变小，中间粒级和细粒级增加不再明显。原因可能是随着微波加热预处理质量的增加，吸收微波物质的总量也随之增加，单位吸波物质获得的微波能量减少，升温速率变小，并且吸波物质与不吸波物质之间的热传传导致使吸波物质热量损失大，致使产生的膨胀应变减小，热应力减小，最终导致矿石可磨性提高不明显。所以，想要提高微波加热预处理效果时，必须考虑微波加热预处理的量与微波加热时间匹配。

2.3 微波加热时间的影响

试验中，微波处理时间为0、10、20、40、60、80、100 s，其他条件同2.2。水冷却和自然冷却处理后的磨矿试验结果见表 11，锡石多金属硫化矿在微波加热预处理不同时间下表面温度分布情况如图 2所示。

从表 11和图 2可以看出:(1)微波加热预处理时间越长，物料加热的终点温度越高，微波加热预处理后磨矿的效果越好；(2)水冷处理对矿石可磨性提高效果比自然冷却效果好，随着微波加热预处理时间的增加，水冷却和自然冷却磨矿产品中的粗粒级均明显减少，细粒级明显增加；(3)随着微波加热预处理时间的增加，粒级-1+0.425 mm产率保持不变，说明新生成-1+0.425 mm粒级的量和-1+0.425 mm粒级被破碎产生下一粒级的量一样。微波加热预处理时间越长越有利于提高矿石的可磨性。

从图 2还可以看出，微波加热预处理后样品温度存在明显不均匀性，温度差异大，出现很多的高温热斑点和低温区域，亮斑的增大预示着样品中金属矿物逐步吸收微波升温，这说明微波选择性加热矿石中的矿物；而脉石矿物等则不吸收微波，不被微波加热，但由于热传导作用使其温度有所升高。随着微波加热时间增加，表面温度出现亮斑数逐渐增多，表面温度差异逐渐变大，当微波加热时间为80 s时，样品中出现局部烧结，但磨矿效果依然好于短时间微波加热预处理的磨矿效果。

表 12~表 15分别为微波加热预处理不同时间后水冷却磨矿产品中各粒级Fe、Pb、Zn和Sn的品位和分布率。

从表 12~表 15可以看出，微波加热预处理后水冷却磨矿产品粗粒级中金属品位和分布率都随着微波加热预处理时间增加而减小，在细粒级中的Fe、Sn品位和分布率则随着微波加热预处理时间增加而增大，而Pb和Zn在细粒中的品位基本不变，仅在细粒级金属分布率增加。细粒级中Pb、Zn的品位和分布率随微波加热时间变化不一致的原因可能是：脆硫锑铅矿含量小，细粒级中矿物总量大，Pb品位贡献不大，但随着细粒级产率增加金属分布率也增加；闪锌矿含量虽然比锡石大，但其吸波能力差，不会发生吸波变脆，而是随着矿石强度降低，发生相对弱的优先破碎，因此，Zn品位在细粒级基本不变，仅金属分布率增加。说明在试验的时间范围内，微波加热预处理时间长有利于增加细粒级中的金属分布率。

3 结论

锡石多金属硫化矿的主要矿石矿物的吸波能力存在显著差异，其中脆硫锑铅矿的吸波能力最强，其次是黄铁矿，再其次是锡石，闪锌矿和脉石矿物的吸波能力最差。微波加热预处理后，使磨矿产品的粗粒级含量显著下降，中间粒级含量略有增加，细粒级含量明显增加，中间粒级和细粒级中的有价金属分布率增加。在试验范围内，微波加热处理物料的质量越少，微波加热预处理时间越长，物料加热的终点温度越高，微波加热预处理助磨效果越好。物料加热预处理后采用水快速冷却后的磨矿效果比自然慢冷好。微波加热预处理后，含Fe矿物在磨矿过程中优先破碎特征最显著，而含Sn、Pb、Zn矿物优先破碎特征相对较弱。