無堿等可浮工藝分選秘魯某金銅鐵多金屬礦石

譚欣，肖巧斌，劉書杰

1.北京礦冶科技集團有限公司 礦物加工科學與技術(shù)國家重點試驗室，北京 102628；2.北京科技大學 土木與資源工程學院，北京 100081

含多種金屬的復合鐵礦石在世界各國的鐵礦資源儲量中占有很大的比例。我國有1/3以上的鐵礦資源伴生有一種或幾種可供綜合利用的有價組分。它不僅是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的重要礦物原料，也為發(fā)展有色金屬、稀有金屬、非金屬和建筑材料工業(yè)開辟了資源，有些礦區(qū)，其伴生組分的經(jīng)濟價值超過了鐵礦的價值。實踐證明，大力加強復合鐵礦石的綜合利用，對礦產(chǎn)資源評價、礦產(chǎn)保護和合理利用、提高礦山技術(shù)經(jīng)濟效益、消除環(huán)境污染等方面都有極其重要的意義。有些國家由于對礦石進行了全部綜合利用的研究，出現(xiàn)了無尾礦的選礦廠。俄羅斯科拉半島的科夫多爾采選聯(lián)合企業(yè)，從復合鐵礦中生產(chǎn)出鐵、磷灰石和鋯石等精礦，并從選礦尾礦中生產(chǎn)出鎂橄欖石精礦和碳酸鹽產(chǎn)品。鎂橄欖石精礦可用于耐火材料和熔化鎂磷酸鹽的生產(chǎn)，碳酸鹽產(chǎn)品可用于生產(chǎn)水泥和處理霞石原料時作熔劑以及酸性土壤的肥料等。美國密蘇里州皮·里奇 (Pea Ridge)選礦廠，礦石的主要礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦、鏡鐵礦、磷灰石及黃鐵礦，脈石礦物主要為石英。礦石平均含鐵50% (含磁性鐵44%)。根據(jù)礦石性質(zhì)，采用三段磨礦—磁選鐵精礦—浮選黃鐵礦、磷灰石精礦— (圓錐選礦機與細篩閉路) 重選赤鐵礦精礦和浮選超級鐵精礦的聯(lián)合工藝流程，得到含鐵69%的鐵精礦，含鐵71.5% (SiO2為0.15%) 的超純鐵精礦，含鐵62% (-44 μm粒級占88%) 的鐵精礦、黃鐵礦精礦、磷灰石精礦以及石英精礦，從而較好地綜合利用了這一復合鐵礦資源[1]。某鋅鐵礦石可回收利用的金屬元素主要為Zn和Fe，并伴生可綜合回收的Ag和Cd，但礦石性質(zhì)復雜，主要有用礦物閃鋅礦和磁鐵礦嵌布粒度細，與脈石礦物解離困難，研究結(jié)果表明：在-74 μm占85%的磨礦細度和-38 μm占70%的粗精礦再磨細度下，以石灰為調(diào)整劑、硫酸銅為活化劑、丁黃藥為捕收劑，原礦經(jīng)1粗2掃4精閉路浮選，獲得鋅品位為49.15%、鋅回收率為91.01%的鋅精礦，Ag、Cd富集于鋅精礦中，品位分別為162 g/t、0.25%，回收率分別為58.12%、92.58%；浮選尾礦經(jīng)弱磁粗選—粗精礦再磨至-43 μm占82%后經(jīng)過2次弱磁精選，得到鐵品位為63.18%、鐵回收率為56.09%的鐵精礦[2]。對河北某含鈷硫磁鐵礦石的研究結(jié)果表明：原礦磨細至-74 μm占65%后經(jīng)弱磁選獲得鐵品位為66.85%、硫含量為0.28%、鐵回收率為87.85%的鐵精礦；磁選尾礦經(jīng)鈷硫混合浮選，獲得鈷含量為0.29%、硫含量為39.37%，鈷、硫回收率分別為66.89%、71.55%的鈷硫精礦[3]。首鋼秘魯鐵礦公司鐵礦石中伴生銅、鈷、鉛、鋅和鎳等有色金屬硫化礦物。多個研究機構(gòu)對回收這些鐵礦石中的伴生有價元素進行了各種選礦試驗研究工作。試驗結(jié)果都表明從選鐵尾礦中回收銅鈷硫等有色金屬的方法，是先浮選回收其中的銅鈷硫再用磁選回收鐵精礦的原則流程。選鐵尾礦經(jīng)過細磨以后先混合浮選回收銅鈷硫，再進行銅硫分離浮選，能夠分選出品位25%～28%甚至更高的銅精礦，回收率一般在75%以上；硫鈷精礦中鈷品位在0.3%～0.6%，硫品位可以達到45%以上，硫、鈷回收率都在70%以上；對于選鐵尾礦中可回收的磁鐵礦，采用磁選法回收得到磁鐵礦精礦[4]。

秘魯某金銅鐵多金屬礦為矽卡巖型(大冶式)鐵礦床，鐵礦石儲量為36億t，礦石平均含鐵40%，含硫2%，含銅0.1%和含金0.07 g/t。選廠設計年處理規(guī)模為4 000萬t礦石入磨量。先后委托國內(nèi)多家單位對該礦進行過選礦工藝試驗研究。但以往選礦試驗做的不系統(tǒng)，指標也不是很理想。原設計選礦工藝流程為銅硫混選—銅硫分離—混選尾礦磁選回收鐵，由于銅硫混選采用硫酸、硫酸銅等作活化劑、黃藥作捕收劑，導致銅硫分離難度較大，采用在高堿性(pH >13)礦漿條件下抑制被活化和捕收的硫礦物，石灰用量高達10～20 kg/t原礦。由于礦山當?shù)夭划a(chǎn)石灰，需要從200 km外的地方采購，采購和運輸藥劑成本均較高；另外，石灰用量過高也會對銅礦物甚至對金、銀等貴金屬產(chǎn)生抑制作用，不利于其回收，而且會造成浮選泡沫發(fā)黏，影響銅精礦品位；此外，大量石灰加之采用海水浮選還易造成浮選礦漿管道結(jié)垢堵塞。因此，針對前期選礦工藝設計流程及藥劑制度存在的問題，有必要開展選礦工藝優(yōu)化試驗研究。本文主要針對該礦4號礦體礦石為試樣開展選礦工藝優(yōu)化試驗研究，對影響該礦石浮選回收銅金的重要參數(shù)進行研究，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的工藝流程和技術(shù)參數(shù)，綜合回收礦石中鐵、銅和金等有價元素，并為現(xiàn)場流程改造提供依據(jù)。

1 試驗

1.1 試樣

試驗原料為秘魯某金銅鐵多金屬礦4號礦體的礦石。該礦石以鐵為主，伴生有銅、金和硫等有價元素。礦石中鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為赤(褐)鐵礦；銅礦物主要為黃銅礦，其次為少量斑銅礦和銅藍等；硫化鐵礦物主要為黃鐵礦，其次為磁黃鐵礦。脈石礦物主要有白云石、橄欖石、輝石和角閃石，此外還有少量石英、綠泥石和長石等礦物。由銅、硫的化學物相分析可知，礦石中銅主要以原生硫化銅形式存在，其次是次生硫化銅，二者合計分布率占94.87%。礦石中硫主要以硫化物形式存在，分布率占99.07%。試樣的主要元素化學成分分析見表1，銅、硫的化學物相分析結(jié)果見表2～3。

表1 試樣的主要化學成分分析結(jié)果 /%

表2 礦石中銅的化學物相分析結(jié)果 /%

表3 礦石中硫的化學物相分析結(jié)果 /%

1.2 藥劑與設備

試驗采用XMQ-240 × 90錐形球磨機進行磨礦，采用XFD系列單槽浮選機和XFG系列掛槽浮選機進行浮選，容積分別為1.5 L和0.35 L。試驗用水為北京自來水，試驗所用浮選藥劑硫酸、硫酸銅、水玻璃、BK509、異戊基黃藥、丁基黃藥、E-320、BK306均為工業(yè)純，其中BK509、BK306均為北京礦冶科技集團有限公司研發(fā)，BK509為硫化鐵礦物的抑制劑，BK306為硫化銅礦物的選擇性捕收劑。硫酸、硫酸銅、水玻璃、BK509、異戊基黃藥和丁基黃藥配成1%～10%的溶液加入，油類藥品BK306和E-320直接加入。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 驗證工藝試驗

對現(xiàn)場提供的磨礦細度、試驗流程(銅硫混選—銅硫分離—混選尾礦磁選回收鐵)及藥劑制度進行了驗證試驗，試驗流程及條件如圖1所示，試驗結(jié)果見表4。

圖1 驗證工藝閉路試驗流程及條件

表4 驗證工藝閉路試驗結(jié)果

由表4中可知，采用如圖1所示的驗證工藝流程及藥劑制度獲得了含銅17.61%、含金10.02 g/t、銅回收率58.17%、金回收率32.02%的銅精礦，含硫36.58%、硫回收率82.27%的硫精礦以及含鐵68.68%、鐵回收率90.54%的鐵精礦，鐵精礦含硫0.22%。

驗證工藝存在以下問題：(1)由于銅硫混選采用硫酸、硫酸銅作活化劑、黃藥作捕收劑，導致銅硫分離難度較大，需要在高堿性(pH >13)礦漿條件下抑制被活化和捕收的硫礦物，石灰用量高達11 kg/t原礦；(2)過高的石灰用量對銅礦物甚至是伴生貴金屬有抑制作用，導致銅、金的回收率不高，而且銅精礦品位也不高。此外，由于礦山當?shù)夭划a(chǎn)石灰，需要從200 km以外的地方采購，因此，運輸和采購藥劑成本均較高。本研究試樣為含銅鐵硫化物的鐵礦石。就銅、鐵硫化礦物而言，可供選擇的浮選方案主要有：(1)銅、硫順序優(yōu)先浮選[5]；(2)銅硫混浮再分離[6-7]。根據(jù)試樣的性質(zhì)，對于這種銅含量較低的含銅(金)鐵多金屬硫化物鐵礦石的分離，結(jié)合礦山當?shù)厥耶a(chǎn)地較遠(200 km以外)，試驗采用銅硫等可浮—銅硫分離—難選硫強化浮選—浮選尾礦磁選回收鐵的優(yōu)化工藝流程，即首先在無堿條件下銅硫等可浮，并進行銅硫分離回收銅、金；然后采用活化劑和強力捕收劑強化浮選脫除礦石中的難浮硫化物；最后通過磁選從浮選尾礦中回收鐵，綜合回收礦石中鐵、銅和金等有價元素。

2.2 選礦工藝優(yōu)化試驗研究

2.2.1 銅硫等可浮捕收劑種類試驗

為了選擇既經(jīng)濟又合理的銅選擇性捕收劑，按照如圖2所示流程在磨礦細度(-74 μm粒級)為85%、礦漿自然pH值為8.0、捕收劑用量為60 g/t的條件下改變銅硫等可浮捕收劑種類進行對比試驗。試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，捕收劑BK306對銅礦物具有較好的選擇性捕收作用。后續(xù)試驗暫定BK306作為銅硫等可浮的捕收劑。

圖2 銅硫等可浮選試驗流程

圖3 捕收劑種類對銅、硫等可浮選指標的影響

圖4 pH調(diào)整劑對銅、硫等可浮選指標的影響

2.2.2 銅硫等可浮粗選pH調(diào)整劑試驗

銅硫等可浮粗選pH調(diào)整劑條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，在磨礦細度(-74 μm粒級)為85%，BK306用量為60 g/t的條件下，分別以石灰和碳酸鈉作礦漿pH調(diào)整劑，對銅硫等可浮粗選的銅浮選指標沒有改善作用。因此，銅硫等可浮粗選暫不添加石灰和碳酸鈉。

2.2.3 銅硫等可浮粗選水玻璃用量試驗

銅硫等可浮粗選水玻璃用量條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，在磨礦細度(-74 μm粒級)為85%、BK306用量為60 g/t的條件下，粗選添加少量水玻璃有利于提高銅浮選指標。綜合考慮，水玻璃用量以500 g/t左右為宜。

圖5 水玻璃對銅、硫等可浮選指標的影響

2.2.4 銅硫等可浮粗選捕收劑BK306用量試驗

銅硫等可浮粗選捕收劑BK306用量條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 捕收劑BK306對銅、硫等可浮選指標的影響

由圖6可見，在磨礦細度(-74 μm粒級)為85%、水玻璃用量為500 g/t的條件下，隨著捕收劑BK306用量的增加，銅粗精礦的銅品位逐漸降低，而銅回收率、硫品位和硫回收率均逐漸增加。綜合考慮，粗選捕收劑BK306用量以90 g/t左右為宜。

2.2.5 銅硫等可浮磨礦細度驗證試驗

磨礦細度是很重要的一個選礦工藝參數(shù)，直接影響到銅、硫、鐵礦物的浮選分離效果。銅硫等可浮磨礦細度驗證條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如表5所示。由表5可見，在水玻璃用量為500 g/t、BK306用量為90 g/t的條件下，采用驗證工藝流程的磨礦細度(-74 μm粒級占85%)更有利于提高粗選銅回收率。

表5 磨礦細度對銅、硫等可浮選指標影響的結(jié)果

2.2.6 銅硫分離粗選石灰用量試驗

以銅硫等可浮粗選(I+II)的粗精礦經(jīng)一次混合精選后的銅硫混合精礦為給礦(下同)進行銅硫分離粗選石灰用量試驗，試驗流程如圖7所示，試驗結(jié)果見圖8。從圖8可知，隨著石灰用量的增加，銅精礦的銅品位逐漸增加，而銅作業(yè)回收率、硫品位和硫作業(yè)回收率均逐漸降低。綜合考慮，石灰用量暫以2 000 g/t為宜。

圖7 銅硫分離試驗流程

圖8 石灰對銅硫浮選分離指標的影響

2.2.7 銅硫分離粗選抑制劑BK509用量試驗

銅硫等可浮粗精礦銅硫分離粗選抑制劑BK509用量試驗流程如圖7所示，試驗結(jié)果見圖9。從圖9可知，隨著BK509用量的增加，銅精礦的銅品位逐漸增加，而銅作業(yè)回收率、硫品位和硫作業(yè)回收率均逐漸降低。綜合考慮，BK509用量以50～100 g/t為宜。

圖9 BK509抑制劑對銅硫浮選分離指標的影響

圖10 硫強化浮選試驗流程

2.2.8 硫強化浮選活化劑種類及用量試驗

按照如圖10所示流程改變硫強化浮選活化劑種類進行對比試驗，并進行活化劑用量試驗。試驗結(jié)果

1-Cu品位；2-S品位；3-Cu回收率；4-S回收率；下同

如圖11所示。從圖11(a)可知，硫酸和硫酸亞鐵均是硫強化浮選的有效活化劑。綜合考慮，后續(xù)試驗選擇硫酸作為硫強化浮選的活化劑。由圖11(b)可知，隨著硫酸用量的增加，硫精礦的硫品位和硫作業(yè)回收率均逐漸緩慢提高。綜合考慮，硫酸用量以2 000 g/t左右為宜。

2.2.9 硫強化浮選捕收劑種類及用量試驗

按照如圖10所示流程改變硫強化浮選捕收劑種類進行對比試驗。試驗結(jié)果如圖12所示。從圖12(a)可知，異戊基黃藥是硫強化浮選有效的捕收劑。由圖12(b)可知，當異戊基黃藥用量小于100 g/t時，硫精礦的硫作業(yè)回收率隨異戊基黃藥用量的增加而逐漸提高；當異戊基黃藥用量大于100 g/t以后，硫精礦的硫作業(yè)回收率變化不大。因此，異戊基黃藥用量以100 g/t左右為宜。

圖12 捕收劑種類(a)及用量(b)對硫強化浮選指標的影響

表6 全流程閉路試驗結(jié)果

圖13 優(yōu)化的選礦全流程閉路工藝流程

2.2.10 閉路試驗

采用銅硫等可浮—銅硫分離—硫強化浮選—浮選尾礦磁選回收鐵的優(yōu)化工藝流程及藥劑制度(圖13)，進行全流程閉路試驗，獲得含銅20.10%、含金15.29 g/t、銅回收率68.42%、金回收率49.07%的銅精礦，含硫30.78%、總硫回收率84.05%的硫精礦以及含鐵68.88%、鐵回收率90.57%的鐵精礦，鐵精礦含硫0.18%，如表6所示。

3 結(jié)論

(1)該礦石為原生鐵礦石，礦石中可供回收的主要有價元素為鐵、銅、金和硫。礦石含銅較低(0.12%)，以原生硫化銅為主，其次為次生硫化銅。原設計選礦工藝以硫酸、硫酸銅作活化劑、黃藥作捕收劑，混合浮選銅、鐵等硫化物,然后在高堿條件下進行銅硫分離，存在銅硫分離難度大、石灰用量大、藥劑成本較高、分選指標不理想等問題。通過采用銅硫等可浮—銅硫分離—難選硫強化浮選—浮選尾礦磁選回收鐵的優(yōu)化工藝，配合高選擇性的銅捕收劑和硫鐵礦抑制劑，實現(xiàn)了該鐵多金屬礦石中鐵、銅和金的高效綜合回收。閉路試驗獲得銅精礦銅品位20.10%、銅回收率68.42%，總硫精礦硫品位30.78%、總硫回收率84.05%，鐵精礦鐵品位68.88%、含硫0.18%、鐵回收率90.57%的較好指標。

(2)針對該礦石開發(fā)的新型銅捕收劑BK306具有優(yōu)良的捕收起泡性能，且添加方便，用量較少；新型硫鐵礦抑制劑BK509不僅可取代大量石灰，而且綠色無毒，用量少。由于優(yōu)化工藝采用低堿度條件下對銅、金礦物具有良好的選擇性捕收作用的捕收劑BK306和硫鐵礦抑制劑BK509，不僅可大幅度降低銅硫分離石灰用量，而且有利于伴生貴金屬特別是金富集到銅精礦中。與原工藝相比，優(yōu)化工藝的銅精礦銅品位高2.49個百分點、銅回收率高10.25個百分點，銅精礦中金品位高5.27 g/t、金回收率高17.05個百分點；硫精礦的硫回收率高1.78個百分點；鐵精礦的鐵品位和鐵回收率基本相當，但鐵精礦含硫更低(低0.04個百分點)，處理每噸原礦可節(jié)約藥劑成本3.56元。