非洲某高鈣鎂銅鈷礦工藝礦物學研究

王亞運， 郭素紅， 于傳兵(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

1 前言

全球大約有一半的鈷資源分布于非洲，其中主要分布于剛果(金)、贊比亞等地區(qū)[1]。而我國的鈷資源較少，目前已探明的鈷資源僅占全球的1%左右[2-3]。鈷具有熔點高、機械性能強等特點，被廣泛應用于航空航天等領域，是國家的一種戰(zhàn)略資源[4-5]。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對鈷的需求量也逐漸增加。中國的鈷資源主要是依靠從國外進口，2007年對外依存度達90%，到2015年對外依存度更甚超過95%，是對外依存度較高的有色金屬之一[6]。中國進口的鈷礦資源中絕大部分是來自非洲的銅鈷礦。

因此，為了實現(xiàn)高效開發(fā)利用鈷資源，確定合理的選礦工藝，本文以非洲某高鈣鎂銅鈷礦為研究對象，采用化學多元素分析、顯微鏡、掃描電鏡-能譜分析等方法對該銅鈷礦進行了工藝礦物學研究[7-8]。

2 礦石性質

2.1 化學組成

銅鈷礦原礦的化學多元素分析結果見表1。

由表1可知，原礦中的有價元素銅含量為5.40%，伴生元素鈷含量為0.062%，鈷含量相對較低。原礦中鎂、鈣含量分別為8.55%和7.05%，鈣鎂含量較高。

2.2 銅和鈷的物相分析

礦石的銅物相分析結果見表2，鈷物相分析結果見表3。

由銅物相分析結果可知，礦石中銅主要以硫化銅形式存在，銅在其中的分布率為93.25%；其次以碳酸銅及自由氧化銅形式存在，銅在其中的分布率為4.49%；少量以鐵、硅結合銅形式存在，銅在其中的分布率為1.94%；微量以金屬銅及硫酸銅形式存在，銅在其中的分布率分別為0.20%及0.12%。

表1 銅鈷礦化學多元素結果

表2 銅物相分析結果

表3 鈷物相分析結果

由鈷物相分析結果可知，礦石中鈷主要以硫化鈷形式存在，鈷在其中的分布率為75.81%；其次以碳酸鈷形式存在，鈷在其中的分布率為19.35%，少量以氧化鈷的形式存在，鈷在其中的分布率為4.84%。

2.3 礦物組成及含量

礦石的X-射線衍射分析結果如圖1所示，主要礦物組成及含量見表4。

①—石英; ②—白云石; ③—綠泥石; ④—黃銅礦; ⑤—斑銅礦; ⑥—金云母; ⑦—滑石圖1 礦石的X-射線衍射圖

X-射線衍射分析結果表明，礦石中金屬礦物主要為黃銅礦及斑銅礦，脈石礦物主要為白云石及石英，其次為綠泥石、金云母及滑石等。

主要礦物組成及含量分析結果表明，礦石中銅礦物主要為黃銅礦及斑銅礦，其次為藍輝銅礦、輝銅礦、銅藍及孔雀石，另有少量黑銅礦、赤銅礦、藍銅礦及硫銅鈷礦，以及微量自然銅。鈷礦物主要為硫銅鈷礦及輝砷鈷礦。其他金屬礦物主要為磁鐵礦，其次為赤鐵礦、褐鐵礦、金紅石，偶見黃鐵礦等。脈石礦物主要為白云石及石英，其次為綠泥石、金云母、滑石、塊滑石，以及很少量高嶺石、蛇紋石、長石、方解石等。

表4 礦石的礦物組成及相對含量

3 礦石性質主要礦物的嵌布特征

3.1 黃銅礦

黃銅礦是礦石中最主要的銅礦物，主要呈不規(guī)則狀嵌布于脈石礦物粒間或裂隙，具體如圖2所示。黃銅礦嵌布粒度以粗、中粒為主，少量黃銅礦呈細?；蛭⒘＝居诿}石礦物中。大部分黃銅礦與其他金屬礦物共生關系不甚密切，部分黃銅礦與斑銅礦簡單共生以粗粒集合體產(chǎn)出，具體如圖3所示，有時被斑銅礦沿邊緣或裂隙交代產(chǎn)出。有時可見黃銅礦與硫銅鈷礦緊密共生，黃銅礦呈細脈充填于硫銅鈷礦裂隙，或硫銅鈷礦呈細粒狀包裹于黃銅礦中，有時還可見輝砷鈷礦呈細粒狀包裹于黃銅礦中。

3.2 斑銅礦

斑銅礦也是礦石中主要的銅礦物之一，主要呈不規(guī)則狀嵌布于脈石礦物粒間或裂隙，具體如圖4所示。斑銅礦常被輝銅礦、藍輝銅礦及銅藍交代，有時交代黃銅礦以集合體產(chǎn)出。斑銅礦嵌布粒度以中粒為主，少量斑銅礦呈微細粒浸染于脈石礦物中。輝銅礦、藍輝銅礦等交代斑銅礦會使其在磨礦過程中易過粉碎，影響銅的回收率。斑銅礦中有時包裹硫銅鈷礦或輝砷鈷礦，斑銅礦有時呈細粒包裹于磁鐵礦中。

圖4 斑銅礦呈不規(guī)則狀嵌布于脈石礦物粒間或裂隙 (顯微鏡 反光)

3.3 硫銅鈷礦

硫銅鈷礦是礦石中主要的鈷礦物之一，主要呈細粒產(chǎn)出，部分嵌布于脈石礦物裂隙，或包裹于脈石礦物中，有時與黃銅礦、斑銅礦共生關系密切，多呈細粒包裹于黃銅礦或斑銅礦中，具體如圖5所示。

圖5 硫銅鈷礦呈微細粒包裹于脈石礦物 (顯微鏡 反光)

3.4 輝砷鈷礦

輝砷鈷礦也是礦石中主要的鈷礦物之一，主要呈細粒、微粒產(chǎn)出，部分嵌布于脈石礦物裂隙，或包裹于脈石礦物中，部分嵌布于黃銅礦與脈石礦物粒間或包裹于黃銅礦、斑銅礦中，具體如圖6所示。

圖6 細粒輝砷鈷礦包裹于脈石礦物中 (顯微鏡 反光)

3.5 磁鐵礦

磁鐵礦是礦石中主要的鐵礦物，含量較低，主要呈半自形晶-它形晶粒狀嵌布于脈石礦物裂隙或粒間，具體如圖7所示。粒度以中、粗粒為主，邊緣有時被氧化為赤鐵礦，少量磁鐵礦呈細粒狀集合體嵌布于脈石礦物中。大部分磁鐵礦與硫化礦物共生不密切，部分磁鐵礦與黃銅礦等硫化礦物呈簡單的共生關系產(chǎn)出，有時可見磁鐵礦中包裹細粒黃銅礦或斑銅礦。磁鐵礦產(chǎn)出粒度相對較粗。

圖7 磁鐵礦呈半自形晶-它形晶粒狀嵌布于脈石礦物裂隙或粒間 (顯微鏡 反光)

4 主要礦物的粒度統(tǒng)計分析及單體解離特性

4.1 主要礦物的粒度統(tǒng)計

礦石中硫化銅礦物集合體、硫銅鈷礦、輝砷鈷礦及磁鐵礦的嵌布粒度的統(tǒng)計結果見表5和表6。

表5 重要礦物的嵌布粒度統(tǒng)計結果

表6 重要礦物的嵌布粒度統(tǒng)計分析結果 %

由表5及表6可知，硫化銅礦物集合體呈粗、中、細粒不均勻分布，以中粒為主，0.074mm粒級以上的分布率為73.57%，這部分為易解離易選硫化銅礦物。硫銅鈷礦及輝砷鈷礦均以細粒為主產(chǎn)出，0.074mm粒級以上的分布率分別為32.36%、16.95%。磁鐵礦呈粗、中、細粒不均勻分布，以中粒為主，0.074mm粒級以上的分布率為72.48%。從粒度分布來看，礦石中輝銅礦等硫化銅礦物集合體與硫銅鈷礦、輝砷鈷礦嵌布粒度差別很大，選擇合適的磨礦細度，兼顧銅、鈷回收率是選礦的難點。

4.2 不同磨礦細度下重要礦物的單體解離特性

對不同磨礦細度下硫化銅礦物集合體、硫銅鈷礦與輝砷鈷礦的單體解離度進行測定，統(tǒng)計結果分別見表7、表8。

表7 硫化銅礦物集合體單體解離度測定結果 %

表8 硫銅鈷礦與輝砷鈷礦單體解離度測定結果 %

硫化銅礦物集合體單體解離度測定結果表明，硫化銅礦物集合體在磨礦細度為-0.074mm占65%時，單體解離度為84.13%，較為充分，未解離的硫化銅礦物主要與脈石連生產(chǎn)出，其次與磁鐵礦連生。

硫銅鈷礦與輝砷鈷礦單體解離度測定結果表明，硫銅鈷礦與輝砷鈷礦單體解離較差，在磨礦細度為-0.074mm占65%時，單體解離度為60.91%，單體以及與硫化銅礦物連生體分布率合計為75.64%，解離仍不充分，其余硫銅鈷礦或輝砷鈷礦主要與脈石連生產(chǎn)出，易損失于尾礦中，是影響鈷回收的主要因素之一。

5 影響銅鈷回收的工藝礦物學因素分析

5.1 影響銅回收的礦物學因素

(1)礦石中硫化相中銅占比為93.25%，其他相總和占比為6.55%，主要以孔雀石、黑銅礦、赤銅礦、藍銅礦等氧化銅形式存在，其次以鐵、硅結合銅形式存在，這部分銅在浮選過程中易損失于浮選尾礦。

(2)礦石中少量硫化銅礦物呈微細粒嵌布于脈石或磁鐵礦中，在磨礦過程中不易單體解離，浮選時不可避免將損失于浮選尾礦。

(3)礦石中鎂除了以白云石形式存在外，還有相當部分以鎂質層狀硅酸鹽礦物形式存在，主要為金云母，其次為少量滑石，在浮選過程中易富集于浮選精礦，造成銅精礦中鎂超標。

5.2 影響鈷回收的礦物學因素

(1)礦石中鈷的氧化率高，主要以碳酸鈷形式分布于白云石中，其次以氧化鈷形式分布于黑銅礦中，分布率合計為24.19%，這部分鈷在浮選過程中易損失于尾礦，是影響鈷浮選回收的主要因素。

(2)礦石中硫銅鈷礦及輝砷鈷礦含量低，且嵌布粒度以細粒為主，而硫化銅礦物含量高且嵌布粒度較粗，當硫化銅礦物已充分單體解離時，還有部分輝砷鈷礦與脈石呈貧連生體產(chǎn)出，是影響鈷浮選回收的另一主要因素。

(3)為了強化回收細粒輝砷鈷礦，一些鎂質硅酸鹽礦物，包括金云母及滑石，在浮選過程中易同步富集于浮選精礦，造成銅鈷精礦中鎂超標。

6 結論

(1) 礦石含銅5.40%，鈷0.062%，為主要回收元素，伴生元素鈷含量相對較低。礦石中鈣鎂含量較高，鎂、鈣含量分別為8.55%和7.05%。

(2) 礦石中銅礦物主要為黃銅礦及斑銅礦，鈷礦物主要為硫銅鈷礦及輝砷鈷礦。其他金屬礦物主要為磁鐵礦，脈石礦物主要為白云石及石英。

(3) 硫化銅礦物集合體呈粗、中、細粒不均勻分布，以中粒為主；硫銅鈷礦及輝砷鈷礦均以細粒為主產(chǎn)出，硫化銅礦物集合體與硫銅鈷礦、輝砷鈷礦的嵌布粒度差別很大。

(4) 礦石中鈷氧化率大于20%，是影響鈷回收的主要因素；礦石中鎂除了以白云石形式存在外，還有相當部分以鎂質層狀硅酸鹽礦物形式存在，主要為金云母，其次為少量滑石，在浮選過程中易富集于浮選精礦，造成銅精礦中鎂超標。

(5) 根據(jù)該礦石性質，在制定選礦工藝時需考慮硫化銅礦物、鈷礦物的嵌布粒度差別，礦石中鈷的較高氧化率對鈷回收的影響，含鎂礦物對浮選產(chǎn)品指標的影響，在保證精礦品質的情況下，同時實現(xiàn)銅和鈷較高的回收率。