剛果（金）某銅鈷礦選冶聯(lián)合工藝實踐

劉國晨

(低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室，紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建 上杭 364200)

一直以來，難選冶礦產(chǎn)資源未能得到經(jīng)濟有效開發(fā)，最大瓶頸在于對相關(guān)工藝及設(shè)備創(chuàng)新性優(yōu)化不足。剛果（金）某銅鈷礦為高泥質(zhì)硫氧混合型銅礦，氧化礦與硫化礦礦石間斷共生，品位區(qū)間大，同時附帶鈷礦體，直接加大了綜合回收利用難度[1]。考慮到單一選冶工藝由于技術(shù)及經(jīng)濟等原因，難以工業(yè)化應(yīng)用，多種選別工藝聯(lián)合開發(fā)、協(xié)同優(yōu)化才是實現(xiàn)難選氧化銅礦高效回收的重要手段[2-4]。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦多元素分析

原礦綜合樣來源于近期生產(chǎn)巖芯樣，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦多元素分析結(jié)果/%Table 1 Multi-element analysis results of the run-of-mine ore

由表1可知，該礦石銅綜合品位4.46%，是可回收的主要有價金屬；鈷品位0.18%，伴生鈷金屬也可以考慮濕法回收；礦石含硫量較低，僅為0.16% 。主要脈石礦物是石英等硅酸鹽類礦物。

1.2 礦石礦物組成

工藝礦物學(xué)研究表明，礦石中銅礦物主要以孔雀石、輝銅礦、硅孔雀石和假孔雀石為主，其次為含銅鈷的混合物；脈石礦物以石英、鎂鋁硅酸鹽為主，絹云母、滑石、鉀長石次之。鈷礦物及含鈷礦物主要為水鈷礦和銅鈷硬錳礦。

1.3 銅的物相分析

銅物相分析結(jié)果見表2。

表2 銅物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of copper phase

結(jié)果表明，原礦樣的礦石氧化率高達91.96%，屬于典型的以孔雀石為主的高品位氧化銅礦，同時存在部分輝銅礦。類似這種硫氧混合型銅礦，回收利用難度大。

2 工藝開發(fā)實踐

2.1 選礦回收

該礦石整體屬于高泥質(zhì)硫氧混合型銅礦，主要特點在于：原礦硫品位低、氧化率高、嵌布粒度細、易泥化等，再加上礦石性質(zhì)復(fù)雜多變，常規(guī)藥劑及工藝很難對其進行有效回收，選礦回收率長期低于70%。

為開發(fā)利用該類礦石，公司在建設(shè)初期聯(lián)合多家研究機構(gòu)持續(xù)進行技術(shù)攻關(guān)，大量創(chuàng)新思路經(jīng)過實驗室反復(fù)探索，并一步步在工業(yè)上得到驗證，為礦石選礦回收流程的最終開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。

（1）SAB碎磨流程

鑒于原礦石的高氧化率，加上剛果（金）當?shù)赜昙緯r間漫長，含泥量大。采用傳統(tǒng)的三段一閉路碎礦工藝，很容易造成設(shè)備堵塞，影響正常生產(chǎn)[5]。SMC實驗結(jié)果表明：礦石硬度屬于中軟范圍，因此可采用原礦石“粗碎+半自磨+球磨”的SAB碎磨流程，頑石則直接返回半自磨。該工藝具有流程簡單、粉塵污染少、對礦石適應(yīng)性強等特點，是踐行“多碎少磨”的理想碎磨流程[6]。

（2）“先硫后氧，先浮易選氧化礦，再浮難選氧化礦”分步浮選工藝

硫化銅的浮選采用常規(guī)的一段粗選，粗精礦再磨再選流程，這是已在實際生產(chǎn)中長期得到證實的有效回收方法[7-8]。

關(guān)于氧化礦段的浮選，為避免藥劑作用下形成的硫化薄膜從礦物表面脫落，影響氧化礦回收。經(jīng)過實驗反復(fù)驗證，創(chuàng)造性地提出將硫化鈉多點階段性添加，能收早收，顯著提高了氧化銅粗精礦的回收率[9-11]。具體流程為：采用一段快浮、一段粗選合并獲得高品位的氧化銅精礦I（品位25%左右），再通過掃精選獲得相對低品位的氧化銅精礦II（品位12%左右）。

經(jīng)過以上探索，最終開發(fā)了先硫后氧開路粗掃選，硫化銅粗精礦再磨再選，氧化礦段先浮易選氧化礦后再浮難選氧化礦，中礦閉路精選的分步浮選流程。實踐證明，該工藝流程處理原礦石是合理的，既有效回收了硫化銅礦物，又提高了氧化銅精礦品質(zhì)，真正做到了礦石的高效選礦回收。

（3）其他創(chuàng)新優(yōu)化實踐

為進一步提升選礦指標，生產(chǎn)實踐中為消除礦泥對氧化礦浮選的影響，對選硫尾礦進行預(yù)先脫泥后浮選氧化礦，細泥中的銅則入濕法浸出回收，有效提高了氧化銅精礦品位及回收率指標[12]。礦物學(xué)研究表明：浮選尾礦中仍含用部分弱磁性載銅礦物，如硅孔雀石及水鈷礦等?；诖死碚撝笇?dǎo)，增加尾礦磁選工藝，銅回收率提高近3%。同時附帶實現(xiàn)了富集鈷金屬的目的，為后續(xù)獲得合格銅鈷磁選精礦產(chǎn)品，并供入濕法浸出提供了可能，確保了鈷的回收。最終開發(fā)的選礦流程見圖1。

圖1 選礦工藝流程Fig .1 Flowsheet of mineral processing

該流程充分考慮了礦石的可浮性原理，對相關(guān)設(shè)備及工藝進行了持續(xù)性創(chuàng)新優(yōu)化，工藝指標能夠穩(wěn)定實現(xiàn)。目前選礦日處理礦石量達到7000 t/d；銅回收率85%，不同品級銅產(chǎn)品分別供應(yīng)礦山火法冶煉及濕法浸出系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了選冶聯(lián)合開發(fā)的效果。

2.2 火法冶煉

選礦廠達產(chǎn)初期，所產(chǎn)高品位氧化銅精礦Ⅰ外售價值低，火法冶煉作為工藝設(shè)備簡單、能較快實現(xiàn)經(jīng)濟效益的傳統(tǒng)冶金工藝[13]，在當時也是較適合快速處理高品位氧精礦的首選。

氧化銅精礦I、石灰石、焦炭以一定的配料比例進入鼓風(fēng)爐，以焦炭、石灰石及銅精礦的順序依次均勻進行布料?；旌狭辖?jīng)預(yù)熱區(qū)、燒結(jié)區(qū)及焦點區(qū)后，通過高溫還原反應(yīng)產(chǎn)出金屬銅、冰銅及爐渣。三類產(chǎn)品因密度不同在爐缸內(nèi)得以分層：金屬銅和冰銅積累到一定量后由銅口流至銅模中澆鑄成銅塊，冷卻后經(jīng)敲打分離出粗銅及冰銅產(chǎn)品；渣則由渣口放出，再經(jīng)水淬后送堆場存放；鼓風(fēng)爐煙塵則進入煙氣處理系統(tǒng)，經(jīng)三段收塵分離后的含銅煙塵供給濕法系統(tǒng)，煙氣則經(jīng)過脫硫達標后由外排煙筒排放[14-15]。具體工藝流程見圖2。

圖2 火法冶煉工藝流程Fig.2 Flowsheet of pyrometallurgy

2.3 濕法工藝

鑒于選礦廠低品位氧化銅精礦II外售難，選礦回收細泥中的銅藥耗大，磁精礦中含有鈷金屬等現(xiàn)實問題，遵循處理成本和經(jīng)濟效益最大化原則，通過大量實驗和指標論證，最終確定了選礦廠氧化銅精礦II、細泥及磁精礦混合入濕法系統(tǒng)的選冶聯(lián)合工藝；萃取后的低銅萃余液則經(jīng)沉鈷新技術(shù)回收附屬鈷金屬[16-18]。具體工藝見圖3。

圖3 濕法系統(tǒng)工藝流程Fig .3 Flowsheet of hydrometallurgy

2.3.1 氧化礦備料工藝流程

氧化礦原礦石經(jīng)一段顎式破碎機后，產(chǎn)品粒度-100 mm；再由皮帶輸入雙層圓振動篩進行篩分，篩下-15 mm產(chǎn)品進入粉礦倉，篩上產(chǎn)品則返回圓錐破碎機進行二段破碎，二段產(chǎn)品送至篩分作業(yè)，形成閉路破碎。

粉礦倉下設(shè)圓盤給料機將礦送入球磨機，后者與旋流器組形成一段閉路磨礦，磨礦細度-0.074 mm 65%。為減少下游入酸浸水量，旋流器溢流自流到高效濃縮機進行濃密，同時配入選礦廠混合精礦（氧化銅精礦Ⅱ、細泥、磁精礦），底流泵送至壓濾脫水作業(yè)，溢流水則進入浸前回水池供磨礦循環(huán)使用。

2.3.2 酸浸系統(tǒng)

來自濕法破磨及選廠混合精礦的底流漿經(jīng)壓濾系統(tǒng)固液分離；濾餅經(jīng)萃余液調(diào)漿后泵送入酸浸系統(tǒng)。酸浸采用順流連續(xù)浸出方式，浸出終點pH值控制在1.5～2.0[19-20]。浸出礦漿進入濃密機濃縮，溢流自流入高銅料液池，底流經(jīng)5級CCD逆流洗滌，洗滌后底流經(jīng)石灰調(diào)漿泵入尾礦庫，溢流則進入低銅料液池。

2.3.3 萃取電積

料液泵送至萃取系統(tǒng)，經(jīng)過四級萃取以后，低銅萃余液部分送至沉鈷車間，部分返回攪拌浸出；高銅萃余液則泵送至攪拌浸出。

除油后的富銅電解液經(jīng)泵輸送至電解槽，電解液含Cu 45 g/L。電積采用不銹鋼永久陰極，電積周期一般為7 d，陰極銅洗滌后經(jīng)自動剝板機剝板產(chǎn)出。

2.3.4 除鐵沉鈷

低銅萃余液泵入除鐵鋁錳攪拌槽，除鐵后再經(jīng)中和沉銅，沉銅礦漿經(jīng)濃密后底流泵送至酸浸系統(tǒng)進行浸出，溢流液泵入一段沉鈷攪拌槽，礦漿經(jīng)濃密、壓濾、洗滌，溢流液自流入二段沉鈷攪拌槽，底流泵送至一段鈷渣壓濾機進行壓濾，經(jīng)閃蒸干燥生產(chǎn)氫氧化鈷成品。

二段沉鈷礦漿再經(jīng)壓濾后，二段鈷渣漿化返回除鐵攪拌槽進一步回收鈷；沉鈷濾液則自流入沉鎂，礦漿泵送至鎂渣壓濾機進行固液分離，壓濾渣轉(zhuǎn)運至尾礦壩，沉鎂溢流溶液泵送至堿性回水池進行回用。

3 選冶工藝協(xié)同優(yōu)化，銅鈷資源高效回收

綜上，根據(jù)自身礦體種類及礦石性質(zhì)，踐行最適合的就是較好的創(chuàng)新，該礦山持續(xù)依靠科技創(chuàng)新，突破常規(guī)思維，對各工藝環(huán)節(jié)進行協(xié)同優(yōu)化，從而實現(xiàn)了選冶聯(lián)合工藝高效回收銅鈷資源的目的。

礦石經(jīng)選礦采用SAB破磨，“先硫后氧、先浮選易選氧化礦、再浮選難選氧化礦”的分段浮選工藝，同時輔以選硫尾礦脫泥、浮選尾礦磁選等創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計。產(chǎn)品中的高品位氧精礦I入火法冶煉，產(chǎn)出粗銅、冰銅及煙灰等產(chǎn)品；混合精礦（氧化銅精礦I、細泥、磁精礦）則配入濕法系統(tǒng)，在含鈷氧化礦原礦石經(jīng)碎磨分級后，合并供入酸浸系統(tǒng)，經(jīng)萃取電積，產(chǎn)出陰極銅，同時，低銅萃余液經(jīng)沉銅除鐵鎂后回收鈷金屬，產(chǎn)出氫氧化鈷，實現(xiàn)銅鈷分選回收。各環(huán)節(jié)充分發(fā)揮了選冶聯(lián)合工藝優(yōu)勢，通過協(xié)同效應(yīng)，銅鈷礦資源得到了最大化回收利用。

4 結(jié)論

（1）剛果（金）某銅鈷礦銅綜合品位4.46 %，鈷品位0.18%。主要銅礦物有孔雀石、輝銅礦、硅孔雀石和假孔雀石等，部分載銅礦物存在弱磁性；鈷礦物主要是水鈷礦和銅鈷硬錳礦；脈石礦物則以石英、鎂鋁硅酸鹽、滑石為主。該礦氧化率高，達到91.96%，且易泥化，礦石整體屬于高泥質(zhì)硫氧混合型銅礦，回收利用難度大。

（2）礦山因礦體種類及礦石性質(zhì)的多樣，工藝流程開發(fā)復(fù)雜，建有選礦廠、冶煉廠及濕法廠，但各工藝間協(xié)同優(yōu)化，持續(xù)依靠科技創(chuàng)新，開發(fā)出一套最適合本區(qū)域礦石高效回收利用的技術(shù)

（3）采用選冶聯(lián)合工藝，選礦、冶煉銅回收率分別穩(wěn)定在85%、97%左右，濕法銅回收率91%，鈷回收率75%。礦山年產(chǎn)銅10萬t、鈷3000 t，礦石資源得到了高效回收利用，實現(xiàn)高效益。