某硫化銅鎳礦選礦過(guò)程產(chǎn)品工藝礦物學(xué)研究

陳 偉 張富強(qiáng)

(金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅 金昌 737100)

鎳金屬因其良好的磁性、耐腐蝕性和延展性在航空、機(jī)械、醫(yī)療、軍工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。我國(guó)鎳礦石主要以銅鎳硫化礦床為主，主要集中分布在甘肅、新疆、云南、陜西等地[1]。硫化銅鎳礦由于嵌布粒度不均、易粉碎和氧化，蛇紋石、滑石、綠泥石等主要脈石礦物易進(jìn)入精礦，其主要的處理途徑就是采用浮選的方式進(jìn)行富集[2]。

近年來(lái)，研究者們針對(duì)硫化銅鎳礦進(jìn)行了不同程度的工藝礦物學(xué)研究[3-9]。如李艷峰等[3]重點(diǎn)對(duì)金川二礦區(qū)富礦礦石中鎳黃鐵礦和墨銅礦等影響選礦工藝的礦物進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，針對(duì)其礦物工藝特性，提出了階段磨礦，階段分選高、低品位精礦提高工藝指標(biāo)的有效措施。徐鶯等[4]對(duì)金川銅鎳礦貧礦石選礦產(chǎn)品進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，指出將滑石提前選別可有效降低鎳精礦中氧化鎂的含量，硫化銅鎳礦伴生有少量的貴金屬礦物。唐志中等[5]對(duì)伴生的金、鉑、鈀的相態(tài)進(jìn)行了分析。但到目前為止，針對(duì)硫化銅鎳礦進(jìn)行的系統(tǒng)工藝礦物研究成果還是20世紀(jì)80年代所做的工作，雖然20世紀(jì)90年代和2 000年以后也進(jìn)行了部分工藝礦物研究，但這些資料已不能滿足選礦工藝技術(shù)提高的需求。選礦工藝礦物學(xué)研究是礦產(chǎn)資源利用過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6]，礦產(chǎn)資源如果不能在選礦過(guò)程中得到有效回收，其再利用的難度將大幅度增加，而工藝礦物學(xué)的研究成果則為選礦工藝研究指明了方向，是工藝研究取得突破性進(jìn)展的前提[7-9]。因此，本文將結(jié)合某生產(chǎn)礦種進(jìn)行系統(tǒng)的選礦工藝礦物學(xué)研究。研究結(jié)果可為進(jìn)一步提高選礦經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)提供技術(shù)支撐。

1 原礦性質(zhì)

某硫化銅鎳礦選礦廠日處理能力14 000 t，選別流程采用的是兩段磨礦、兩段分選閉路流程。一段磨礦采用兩次球磨—旋流器分級(jí)閉路循環(huán)回路，磨礦細(xì)度平均在68%(-74 μm含量)，兩次精選得到一段精礦，平均產(chǎn)率為9%左右。二段磨礦采用一次球磨—旋流器分級(jí)閉路循環(huán)回路，磨礦細(xì)度平均在80%(-74 μm含量)，二次精選得到二段精礦，平均產(chǎn)率約為5%。兩次掃選后得到尾礦。

根據(jù)目前采用的工藝流程，對(duì)一、二段原礦，一、二段精礦和尾礦中主要的金屬元素和指標(biāo)進(jìn)行分析，包括Ni、Cu、Fe、S、Co和MgO的化學(xué)分析，結(jié)果見表1。需要說(shuō)明的是，本文所提及的一、二段原礦是指一段粗選入選礦石和二段粗選入選礦石，下同。

表1 硫化銅鎳礦選礦產(chǎn)品主要元素的化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Chemical analysis results of main elements in beneficiation products of copper nickel sulfide ore /%

由表1數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可知，經(jīng)過(guò)一段浮選富集，約70%的鎳和67%的銅被富集，進(jìn)入二段浮選的鎳銅品位僅為原礦的30%左右；二段浮選提取的鎳、銅分別約占原礦的14%和10%，如果將二段作業(yè)作為一個(gè)獨(dú)立的浮選工藝看，鎳回收率約49%、銅回收率約29%。

1.1 鎳的化學(xué)物相

一、二段原礦，一、二段精礦和尾礦中鎳元素化學(xué)物相分析結(jié)果見表2。

表2 鎳的化學(xué)物相Table 2 Chemical phase of nickel /%

由表2可知，一段原礦鎳硫化率有90.13%，二段原礦鎳硫化率75.41%，經(jīng)過(guò)一段選別后，二段原礦中的氧化鎳和硅酸鹽有所富集；一、二段精礦中捕收富集的鎳均以硫化鎳為主，約占全鎳的95%和92%；尾礦中損失的鎳，硫化相占58%左右，氧化相和硅酸鹽相占40%左右，可利用浮選法回收的鎳品位僅有0.139%，再次被回收的機(jī)率很低。二段原礦和尾礦中硅酸鎳和氧化鎳均有所富集，說(shuō)明這兩種礦物形式存在的鎳是難以用硫化物浮選方法富集的。

1.2 銅的化學(xué)物相

一、二段原礦，一、二段精礦和尾礦中銅元素化學(xué)物相分析結(jié)果見表3。

表3 銅的化學(xué)物相Table 3 Chemical phase of copper /%

由表3可知，一段原礦中墨銅礦11.98%，二段原礦中墨銅礦41.55%，尾礦損失的銅中墨銅礦54.06%，一、二段精礦中富集捕收的銅中墨銅礦分別有0.73%和3.85%。二段原礦和尾礦中，墨銅礦均有較大量的富集，說(shuō)明這種銅硫化物是難以被浮選回收的。尾礦中可回收的銅品位(原生硫化銅+次生硫化銅)僅有0.076%，被再次回收的幾率較小。

2 精礦和尾礦工藝礦物學(xué)特征分析

2.1 精礦中鎳、氧化鎂在組成礦物中的分配

利用工藝礦物的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合單礦物的元素分析和化學(xué)物相分析數(shù)據(jù)計(jì)算了鎳、氧化鎂在礦物中的分配率，結(jié)果見表4～5。

由表4～5可知，一段精礦中的鎳主要以硫化礦物形式存在，含鎳量約占總鎳的96%，其中賦存于鎳黃鐵礦中的約94%、鎳銅微晶中的約2%；二段精礦中的鎳主要以硫化礦物形式存在，含鎳量約占總鎳的92%，其中賦存于鎳黃鐵礦中的約84%、鎳銅微晶中的約8%。一段精礦中的氧化鎂主要來(lái)自蛇紋石(約50%)、滑石和斜方輝石(約14%)、綠泥石(約12%)、透閃石和透輝石(約10%)、橄欖石(約6%)、輝石(約4%)、其它角閃石、碳酸鹽礦物等(約2%)，墨銅礦中氧化鎂僅占精礦氧化鎂的2%左右；二段精礦中的氧化鎂主要來(lái)自蛇紋石(約45%)、橄欖石(約16%)、滑石和斜方輝石(約15%)、綠泥石(約11%)、透閃石和透輝石(約8%)、輝石(約2%)、其它角閃石、碳酸鹽等(約3%)，墨銅礦中氧化鎂僅占精礦氧化鎂的1%左右。

表4 一、二段精礦鎳的分配Table 4 Distribution of nickel in primary or secondary concentrate /%

表5 一、二段精礦氧化鎂的分配Table 5 Distribution of MgO in primary or secondary concentrate /%

2.2 精礦中氧化鎂礦物的單體解離度

一、二段精礦硅酸鹽礦物組(蛇紋石+橄欖石+輝石)、蝕變礦物組(滑石+斜方輝石+綠泥石+透閃石+透輝石)的單體解離檢測(cè)結(jié)果見表6～7。

由表6～7可知，一段精礦中硅酸鹽礦物主要是蛇紋石、橄欖石和輝石，單體含量?jī)H40%左右，與硫化物的連生體約47%、與鐵氧化物的連生體約7%、與其它脈石礦物連生體約4%；蝕變礦物主要是滑石(斜方輝石)、透閃石(透輝石)、綠泥石，單體含量約79%，與硫化物連生體約11%、與鐵氧化物連生體約3%、與硅酸鹽礦物組的連生體約5%。二段精礦中硅酸鹽礦物主要為蛇紋石、橄欖石、輝石，單體約53%，與硫化物連生體約34%、與鐵氧連生體約8%、與其它脈石礦物連生體約4%；蝕變礦物組，主要是滑石(斜方輝石)、透閃石(透輝石)、綠泥石，單體含量約77%，與硫化物連生體約11%、與鐵氧化物連生體約3%、與硅酸鹽礦物組的連生體約7%。

2.3 尾礦中鎳銅在組成礦物中的平衡分配

利用工藝礦物統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合單礦物的元素分析和化學(xué)物相分析計(jì)算鎳、銅元素在組成礦物中的分配，結(jié)果見表8～9。

表6 一段精礦主要脈石礦物組的單體解離度Table 6 Monomer dissociation degree of main gangue mineral group in the first stage concentrate /%

表7 二段精礦主要脈石礦物組的單體解離度Table 7 Monomer dissociation degree of main gangue mineral group of the second stage concentrate /%

表8 尾礦中鎳在各組成礦物中的分配Table 8 Distribution of nickel in tailings /%

表9 尾礦中銅在各組成礦物中的分配Table 9 Distribution of copper in tailings /%

由表8～9可知，尾礦中鎳主要以硫化礦物的形式存在。其含鎳量占總鎳量的54.21%，其中賦存于鎳黃鐵礦中的有47.47%、賦存于鎳銅微晶中的有6.74%；銅主要以硫化礦物的形式存在，其含銅量占總量的83.38%，其中賦存于黃銅礦中的有24.37%、鎳銅微晶中的有7.09%、墨銅礦中的有51.92%。

2.4 尾礦中鎳、銅、鐵硫化礦物和硫化物的單體解離度

尾礦中鎳黃鐵礦(紫硫鎳礦)、黃銅礦(方黃銅礦)、墨銅礦和磁黃鐵礦(黃鐵礦)、硫化物(鎳黃鐵礦+黃銅礦+磁黃鐵礦)的單體解離度檢測(cè)結(jié)果見表10。

表10 尾礦中主要金屬硫化物的單體解離度Table 10 Monomer dissociation degree of main metal sulfides in tailings /%

由表10可知，尾礦中硫化物的單體解離程度不高，僅54%左右，與墨銅礦連生體約3%，與鐵氧連生體約11%、與脈石連生體約32%。鎳黃鐵礦單體含量?jī)H55%左右，與硫化物連生體約5%、與鐵氧連生體約5%、與脈石連生體約35%。黃銅礦的單體含量?jī)H27%左右，與硫化物連生體約6%、與鐵氧連生體約4%、與脈石連生體約63%。磁黃鐵礦的單體含量約49%，與硫化物連生體約10%、與鐵氧連生體約14%、與脈石連生體約27%。墨銅礦的單體僅45%左右，與硫化物連生體約22%、與鐵氧連生體約17%、與脈石連生體約16%。

3 結(jié)論

1)礦石中鎳的主要賦存礦物是鎳黃鐵礦、微量的紫硫鎳礦和馬基諾礦。銅的主要賦存礦物是黃銅礦、墨銅礦，微量賦存于方黃銅礦(古巴礦)中。除鎳銅硫化物外，礦石中還分布有較多的鐵硫化礦物，如磁黃鐵礦和微量黃鐵礦。

2)入選原礦鎳硫化率90%、銅硫化率95%，約10%的鎳和5%的銅以氧化態(tài)存在，含有微量硫化相鎳、相對(duì)較多的硫化相銅分布于氫鎂硫鐵礦和墨銅礦中，難以浮選回收。

3)精礦中的氧化鎂主要來(lái)自蛇紋石、橄欖石、滑石、綠泥石、透閃石、透輝石，相對(duì)較粗顆粒與硫化物不能有效解離，微細(xì)粒脈石夾雜是精礦氧化鎂的主要原因。相對(duì)一段精礦而言，二段精礦捕收的單體脈石礦物較多?？刂葡鄬?duì)較粗粒級(jí)中氧化鎂的單體解離及單體礦物的上浮，控制微細(xì)粒氧化鎂礦物的夾雜捕收，是降低精礦氧化鎂的關(guān)鍵。