硫化金鉱の浮選を主とする場合、どのように選鉱プロセスを設計すべきか？プロセスフロー、薬剤制度、設備構成の完全解説
硫化金鉱の浮選を主とする選鉱プロセスはどのように設計すべきか？プロセスフロー、薬剤制度、設備構成の完全解説
硫化金鉱は、岩金鉱の中で最も主流な種類である。金は黄鉄鉱、毒砂、黄銅鉱などの硫化鉱物中に含有されており、金と硫化物とは密接な関係にある。この種の鉱石の選鉱ロジックは極めて明確である。すなわち、金は硫化物に付着しているため、硫化物を浮上させれば、金が濃縮される。したがって、浮選が主軸となります。中国では岩石金鉱の約80％が浮選法を用いて金を選鉱していますが、これには理由があります。
しかし、「浮選を主とする」ことは、「浮選機を1台設置すればそれで済む」ということとは同義ではありません。硫化金鉱の浮選プロセス設計には、粉砕細度、薬剤制度、浮選段数、精鉱の処理先の4つの側面が密接に絡み合っています。本稿では、この一連のプロセスをどのように設計すべきかを詳しく解説します。
一、まず確認：あなたの硫化金鉱石は浮選を主とする処理に適しているか
浮選を主とする処理が適用される前提は、金と硫化物が明確に共生関係にあり、かつ硫化物自体が浮選可能であることです。具体的には以下の3点を判断します：
第一に、金を含む鉱物の種類です。
黄鉄鉱、砒砂、黄銅鉱に金が含まれる鉱石は、いずれも浮選の典型的な対象である。金は担体鉱物とともに浮上し、精鉱は製錬またはシアン化処理に送られます。もし金が主に遊離状態で存在し、脈石が単純で、干渉元素を含まない場合は、直接全泥シアン化処理を行う方がむしろ効率的です。この場合、浮選は必須の選択肢ではありません。
第二に、金の粒度分布である。
微細粒の金含有鉱石や、金と硫化物が密接に結合している鉱石の場合、浮選により金を硫化物精鉱に濃縮することができ、全泥シアン化処理の際に大量の脈石が浸出槽を占有したり、薬剤を消費したりすることを回避できる。粒度が粗すぎる遊離金の場合は、粉砕回路での重選による早期回収を検討する必要がある。
第三に、干渉元素の状況である。
ヒ素を含む鉱石では、ヒ素鉱を抑制するか、ヒ素・金精鉱を単独で浮選する必要がある。炭素を含む鉱石では、炭素質物質による「金奪取」効果を抑制する必要がある。多金属共生鉱石については、優先浮選を行うか混合浮選を行うかを検討する必要がある。これらは薬剤制度やプロセス構造を直接決定する。
判断の根拠はただ一つである：代表的な鉱石試料を用いて浮選のオープン回路／クローズド回路試験を行い、回収率と精鉱品位のデータで結果を証明することである。試験を行わずに近隣の鉱山の薬剤リストをそのまま流用することは、浮選効果が低いことのよくある原因である。
二、粉砕細度：浮選における第一の変数
粉砕細度は、金含有鉱物の単体解離度を決定し、浮選回収率における第一の変数である。
細度不足の場合
金含有硫化物と脈石が分離されず、連生鉱体の浮選性が悪く、金が尾鉱として流出する；
粉砕が過度
硫化物が過度に粉砕されて泥化すると、浮選の選択性が低下し、薬剤消費量が増加し、精鉱品位を十分に確保できなくなる。
金含有硫化鉱の粉砕細度は、粉砕試験と浮選試験を組み合わせて決定する必要があり、通常は金含有硫化鉱が十分に解離しつつ、大量の二次鉱泥を発生させない点をバランス点とする。粗粒分散型の鉱石には、段階粉砕・段階選別を採用できる。すなわち、粗粉砕後にまず浮選で尾鉱を分離し、粗精鉱を再粉砕・再選別することで、過粉砕を低減する。
粉砕・分級には、ボールミルとスパイラル分級機またはハイドロサイクロンを用いた閉回路を採用し、規格内の微粉を浮選へ送り、粗砂は再粉砕へ戻す。「多砕少磨」の原則に従い、破砕工程で多くの作業を行い、粉砕工程での電力消費を抑える。
三、薬品制度：浮選効果の中核となる変数
薬剤制度は浮選の選択性を決定づけるものであり、硫化金鉱の浮選プロセス設計において最も重要な要素である。薬剤は以下の4種類に分類される：
1. pH調整剤。
通常、石灰または炭酸ナトリウムを使用し、スラリーのpHを調整して鉱物表面の電荷および薬剤の作用に影響を与える。石灰には、黄鉄鉱を抑制し、泡を安定させる作用もあり、使用量は試験によって決定する必要がある——過剰になると、金を含む硫化物そのものを抑制してしまう。
2. 活性化剤／抑制剤。
活性化剤（硫酸銅など）は、抑制されている硫化物を活性化するために使用され、抑制剤は脈石鉱物、砒砂、または炭素質物質を抑制するために使用される。ヒ素を含む鉱石では、毒砂を抑制するか、ヒ素・金精鉱を単独で浮選する必要がある。炭素を含む鉱石では、炭素質物質による金の奪取効果を抑制する必要がある。抑制剤の選択と使用量は、精鉱の品位を直接決定する。
3. 捕集剤。
硫化鉱中の金回収には、硫化鉱に対する捕集力が強いキサンチン系（エチル、ブチル、イソペンチルキサンチン）または硫窒素系が第一選択となる。単一の捕収剤では回収率と選択性の両立が困難な場合、主捕収剤＋補助捕収剤の組み合わせを採用する。チオフェノール系で回収率を確保しつつ、少量のエステル系または中性油系を併用することで、微細粒金や連生体の捕収能力を高める。組み合わせの比率は、浮選試験を通じて決定しなければならない。
4. 発泡剤。
松アルコール油、MIBCなどは、泡の構造と安定性に影響を与える。泡が脆すぎると精鉱が脱落しやすく、粘りすぎると脈石が混入して品位が低下する。
薬剤の添加ポイントと添加順序も同様に重要である：pH調整剤を先に添加し、十分に作用させてから捕収剤と発泡剤を添加する。粗選、掃選、精選における薬剤の配分には段階的な調整が必要であり、掃選では回収率を維持するために捕収剤を追加し、精選では品位を維持するために薬剤を少量添加するか、あるいは添加しない。薬剤制度は、オープンサーキット／クローズドサーキットの浮選試験を通じて最適化しなければならず、定型的な手法を安易に適用してはならない。
四、プロセス構成：粗選、掃選、精選の組み合わせ
硫化金鉱の浮選プロセス構成は、一般的に「粗選1段、精選2段、掃選2段」から「粗選1段、精選3段、掃選3段」までが一般的であり、具体的な段数は鉱石の浮選性と品位要件に基づいて決定される：
- 粗選：回収率を確保し、金を含む硫化物を可能な限り浮上させる。
- 掃選：粗選尾鉱中の連生鉱および微細粒の金を回収する。掃選の回数が尾鉱の品位を決定する；
- 精選：精鉱の品位を向上させる。精選回数が多すぎると回収率が低下し、少なすぎると品位が十分に上がらない；
- 中間鉱の戻し：中間鉱（精選尾鉱、掃選精鉱）の戻し先を合理的に設定し、浮遊性の低い連生体がプロセス内で循環・蓄積してプロセスの不安定化を招くのを防ぐ。
多金属共生鉱の場合、優先浮選（銅を先に浮選し、次に硫黄を浮選するなど）または混合浮選（銅と硫黄を同時に浮選し、精鉱を再分離）のいずれかを選択する必要がある。これは各鉱物の含有量、浮遊性の違い、および製錬要件によって決まるため、試験による比較を通じて決定する必要がある。
浮選設備のパラメータ調整：浮選機の通気量、インペラの回転数、槽の深さは、スラリーの懸濁状態や泡の状態に影響を与える。設備の選定においては、SF型自吸式浮選機は粗選・掃選の初期段階に適しており（別途のスラリー吸引設備が不要）、XCF/KYF型通気式は大型の直流槽構成に適している。BF型、JJF型は処理量と通気量の要件に合わせて選定する。これらを組み合わせて、粗選・掃選・精選のユニットを構成することができる。
五、浮選精鉱の処理先：製錬かシアン化処理か
浮選は単なる濃縮手段に過ぎず、精鉱の行き先がライン全体の完成度を決定する：
ルート1：精鉱を製錬へ送る。
金精鉱を製錬所に直接販売する。プロセスが最も短く、投資も最小限で済み、精鉱の品位が高く、輸送条件が良好なプロジェクトに適している。濃密機やフィルタープレスを併用して脱水を行い、精鉱のフィルターケーキが輸送要件を満たす必要がある。
ルート2：精鉱のシアン化処理。
精鉱を再粉砕した後、シアン化浸出（CIL/CIP）を行い、金を回収する。精鉱にヒ素や炭素が含まれており前処理が必要な場合、あるいは現地で合質金を生産したいプロジェクトに適しています。全鉱石シアン化処理と比較して、精鉱シアン化処理の処理量は大幅に削減され、浸出槽や脱吸・電解設備の規模が小さく、投資も抑えられるため、硫化金鉱山で一般的な「浮選＋シアン化」の複合プロセスです。
プロセス3：精鉱の前処理後のシアン化処理。
ヒ素や炭素を含み処理が困難な精鉱については、まず独自の薬剤、焙焼、加圧酸化、または生物酸化によって包接を解き、その後シアン化処理を行う。浮選の価値がここで最も十分に発揮される――前処理が必要な大量の原鉱を少量の精鉱に減らすことで、前処理への投資と処理コストを大幅に削減できる。
鉱石中に粗粒の遊離金と微粒の金含有硫化物が共存する場合、粉砕回路に遠心選鉱機を組み込んで粗粒金を早期に回収し、「重選＋浮選（＋シアン化）」の複合プロセスを形成することも可能です。これにより、粗粒金を「早期に多く回収」し、過度の粉砕による損失を回避できます。
六、プラント設備構成一覧
硫化金鉱の浮選を主とする完全な生産ライン（1日処理量200～500トンを例とする）：
破砕・粉砕工程：
振動フィーダー → ジョークラッシャー（粗破砕）→ コーンクラッシャー（中・細破砕）→ 円振動スクリーン → ボールミル（第1段：グリッド型＋第2段：オーバーフロー型）→ スパイラル分級機／ハイドロサイクロンによる閉回路。
スラリー調整・薬剤添加工程：
撹拌槽でのスラリー調整 → 薬剤調製・添加システム（pH調整剤、活性化剤、抑制剤、捕集剤、発泡剤を各ポイントで添加）。
浮選工程：
浮選機ユニット（粗選、掃選、精選。試験に基づき段数を決定）→ 中鉱返送ポンプ → 精鉱槽。
精鉱脱水工程：
濃密機 → プレート・フレーム式フィルタープレス（精鉱フィルターケーキは外部販売またはシアン化処理工程へ送られる）。
尾鉱処理工程：
尾鉱濃密機 → フィルタープレス（尾鉱の乾式排出）→ 還水システム。
設備構成における3つの重要な判断基準：
第一に、プロセスと設備を同一のチームが統括すること。浮選段数と薬剤処方が決定されて初めて、浮選機の仕様やユニット構成を決定できる。プロセス設計と設備製造が切り離されると、「図面のパラメータと設備の性能が一致しない」という問題が生じる。
第二に、鉱石の特性に合わせてカスタマイズすること。 高シリカで摩耗性の高い鉱石の場合、破砕機のライナー、ボールミルのライナー、浮選機の流路部品を高クロム合金または耐摩耗性ゴムにアップグレードする。ヒ素や炭素を含む鉱石の処理プロセスには、前処理用の接続口をあらかじめ確保する。海外プロジェクトでは、ディーゼル発電機セットを配備し、ソフトスタートにより起動時の電流衝撃を低減する。
第三に、セット供給は寄せ集めよりも優れている。浮選機、撹拌槽、薬剤添加システム、濃密機が異なるメーカー製の場合、接続部やパラメータが一致せず、浮選の安定性に影響が出る。セット供給であればシステムの連携が保証され、問題が発生した際の責任の所在も明確になる。
七、浮選指標が不十分な場合のトラブルシューティング手順
現場での浮選効果が悪い場合は、以下の順序で原因を調査する：
- 鉱石の確認：鉱石の性質に変化がないか（酸化率、泥化、硫化物の種類）を確認し、鉱石サンプルを採取して再検査を行う；
- 粉砕工程の確認：細度が基準を満たしているか、分級効率が正常か、過粉砕や泥化が生じていないか；
- 薬品の確認：捕集剤の種類と使用量が適切か、添加ポイントと順序が合理的か、pHが安定しているか；
- プロセス確認：浮選段数、中間鉱の還流、脱泥が必要かどうか；
- 最後に設備を確認する：通気量、回転数、槽の状態。
的を絞った改良は、やみくもに設備を交換するよりも経済的である――「浮選効果が悪い」とされる多くの事例では、問題は粉砕の細度や薬剤の配合にあり、浮選機を交換しても根本的な問題は解決しない。
八、投資の参考とプロジェクト期間
投資概算：浮選ラインの設備構成はCIP/CILラインとは異なるため、価格はプロセス案に基づいて個別に算出する必要がある。CIP/CILの主要設備一式を参考とする（万米ドル、土木工事、据付、物流および副資材は含まない）：1日処理量100トンで約35～50万、200トンで約45～75万、300トンで約60～90万、500トンで約90～135万。「浮選＋精鉱シアン化」複合ラインへの投資額は、純粋な浮選ラインと全泥シアン化ラインの中間に位置し、具体的な金額は提案書に基づく見積もりに準じます。
プロジェクト期間：通常8～15ヶ月――プロセス設計および技術案7～15日 → エンジニアリング設計20～30日 → 設備製造60～120日 → 物流30～60日 → 据付・試運転60～150日。ヒ素・炭素を含む処理困難な鉱石については、試験および前処理工程を追加する必要があり、それに応じて工期が延長されます。
九、浮選を主体とし、「薬剤＋プロセス＋設備」の3点セットを組み合わせる
硫化金鉱の浮選を主とする方針は間違っていないが、浮選効果は次の3つの要素の連携にかかっている：解離を保証する粉砕細度、選択性を保証する薬剤制度、回収率と品位を保証するプロセス構造。この3つのうちどれか一つでも連携が途切れると、どんなに優れた浮選機であっても目標指標を達成することはできない。
正しい手順は以下の通りです：代表的な鉱石試料を採取 → 浮選のオープン回路／クローズド回路試験を行い、薬剤制度とプロセス段数を最適化 → 試験パラメータに基づいて浮選設備一式を構成 → 精鉱の処理先（製錬またはシアン化処理）を決定 → エンジニアが現場に常駐し、試運転を行いパラメータを最適化。
硫化金鉱を保有しており、浮選回収率や精鉱品位が思わしくない場合、あるいは浮選を主軸とした生産ラインの計画を進めている場合は、ぜひGoldProcessingPlantまでご連絡ください。鉱石試料の分析と浮選試験を行い、薬剤制度とプロセス構造の両面から突破口を見出します。