浮選—磁選聯(lián)合工藝處理新疆某銅鎳礦

唐劭禹,許陽芳,楊磊,高翔

新疆有色金屬研究所，新疆 烏魯木齊 830000

硫化銅鎳礦石的富集方法主要有優(yōu)先浮選法和混合浮選法[1]，但單獨采用優(yōu)先浮選銅時，銅精礦中鎳品位較高。采用混合浮選可以高效回收原礦中的銅和鎳，精礦產品中同時含有較高品位的銅和鎳，導致精礦冶煉成本高。強磁選工藝會造成鎳的大量損失[2]。

王朝等人[3]以2次粗選4次精選3次掃選銅鎳混合浮選工藝應用于新疆瑞倫某銅鎳硫化礦石，原礦含Cu 0.14%、Ni 0.51%，最終獲得含Cu 26.12%、Ni 0.55%、Cu回收率76.49%的銅精礦。劉超等人[4]針對某銅鎳礦石銅鎳品位低、銅鎳礦物嵌布粒度微細等特征，采用預先脫除脈石—銅鎳混合浮選流程,通過對含Ni 0.51%、Cu 0.20%和Co 0.02%的原礦進行全流程浮選閉路試驗，獲得含Ni 7.78%、Cu 2.91%和Co 0.24%，回收率分別為Ni 72.98%、Cu 66.57%和Co 51.29%的銅鎳混合精礦。

因此，研究一種新型高效的銅鎳綜合回收流程對提高新疆某銅鎳礦石的綜合利用率、提高銅精礦品級和降低銅鎳冶煉成本將會起到至關重要的作用。

1 原礦性質

1.1 原礦化學組成

新疆某低品位銅鎳礦石主要化學成分分析結果見表1。銅和鎳物相分析結果分別見表2和表3。

表1 原礦化學成分分析結果 /%

表2 原礦銅化學物相分析結果 /%

表3 原礦鎳化學物相分析結果 /%

由表1可知，原礦樣中應考慮回收的主要金屬元素分別為Cu 0.98%、Ni 0.64%。主要脈石礦物SiO2含量為35.41%，Al2O3含量為10.86%，MgO含量為9.30%。

由表2和表3可知，原礦中銅主要以原生硫化銅為主要賦存狀態(tài)，其中水溶相主要為硫酸銅包括膽礬和水膽礬，氧化相主要為結合相，此兩相的銅均不可回收。鎳主要以硫化物形式存在，鎳的氧化相和硅酸鹽相主要來源于鎳金屬氧化物與含鎳硅酸鹽礦物，礦物表面均難以與捕收劑結合，不易上浮，水溶性鎳多為可溶性鎳鹽礦物。

1.2 原礦礦物組成

通過能譜分析、XRD分析和光學顯微鏡鑒定，查明該礦石由20多種礦物組成，各主要礦物(組)的相對含量見表4，主要金屬礦物的單體解離度及連生關系見表5和表6。

表4 原礦礦物的相對含量 /%

表5 原礦主要金屬礦物的單體解離度 /%

由表4可知，銅礦物主要以黃銅礦為主，鎳礦物主要分布于鎳黃鐵礦中，同時具有磁性的金屬礦物有磁黃鐵礦、鈦鐵礦和赤鐵礦。主要的脈石礦物以硅酸鹽礦物為主，以輝石、長石和黑云母較多，其次為橄欖石和綠泥石等。

由表5和表6可知，鎳黃鐵礦和黃銅礦在粒度為-0.074 mm時均已達到較高的單體解離度，二者主要以獨立礦物集合體形式分布于原礦中，少有相互連共生體存在，多與磁黃鐵礦連共生分布。

表6 原礦中金屬硫化物連生關系 /%

2 試驗研究方法

2.1 工藝礦物學研究方法

采用Quanta 650E型工藝礦物自動定量分析儀(MLA)分析礦物組成、含量、粒度分布、礦物嵌布粒度分布、目標礦物單體解離度、目標礦物與其他礦物連生程度及分布等工藝礦物學參數(shù)。

X-射線衍射(XRD)用于定性分析樣品中存在的物相種類及測量晶體的晶格參數(shù)。采用X’Pert3 Powder型X-射線衍射儀，產商：(荷蘭) 帕納科/PANalytical。測試條件：Cu靶Kα，測試時使用管電壓為40 kV，管電流300 mA，對樣品衍射速度為5°/min，掃描范圍2θ為5～80°。

全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)用于測試礦樣中各種常量和微量元屬的定性及定量分析。型號為Optima 4300DV，美國PerkinElmer公司。波長范圍：165～782 nm，光譜分辨率：0.006 nm(200 nm處)。

2.2 選礦試驗方法

因黃銅礦與鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦可浮性相近，為了降低銅精礦產品中的鎳損失，且實現(xiàn)銅鎳金屬的綜合回收，浮選采用優(yōu)先浮選—混合浮選聯(lián)合工藝。優(yōu)先浮選直接得到鎳含量較低的銅精礦，混合浮選用于降低尾礦中的銅鎳損失并得到用于冶煉低冰鎳的銅鎳混合精礦。浮選以單因素條件法進行試驗研究，分別探究磨礦條件、藥劑種類、藥劑用量及礦漿堿度對各浮選產物的影響，最終得到高品級銅精礦和冶煉成本相對較低的銅鎳混合精礦。

強磁選方法用于從銅精礦中分離出磁性礦物磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦，其目的在于進一步降低銅精礦中的鎳損失。強磁選機型號為XCSQ-50×70濕式磁選機，攪拌速率為400 r/min，給礦流速為10-4m3/s。弱磁選機采用XCSQ弱磁選機，轉速60 r/min。

3 選礦試驗結果

3.1 銅優(yōu)先浮選試驗結果

3.1.1 磨礦細度試驗

選擇磨礦細度為-0.074 mm分別占70.6%、75.4%、81.2%和90.6%，助磨劑采用碳酸鈉，用量為4 700 g/t。以水玻璃和CMC作為抑制劑，用量分別為300 g/t和125 g/t。捕收劑采用YS850和丁基黃藥-丁銨黑藥組合捕收劑。試驗流程及藥劑制度見圖1，試驗結果見圖2。

圖1 磨礦細度試驗流程

圖2 磨礦細度試驗結果

由圖2可知，隨著磨礦細度的增大，銅鎳回收率上升，但同時銅的品位也隨之下降，結合工藝礦物學銅鎳的粒度分布以及單體解離檢測的結果表明，選擇較細的磨礦細度有利于提高銅鎳分選效率。磨礦細度選擇-0.074 mm含量在81.2%較為合適。

3.1.2 捕收劑種類試驗

由于銅礦物與鎳礦物有較為接近的可浮性，相關常規(guī)藥劑的應用研究較多，本節(jié)試驗主要對比工業(yè)實踐捕收性能較好的Z-200和新型捕收劑YS850對優(yōu)先選銅的選擇性和捕收效果。Z-200化學成分為O-異丙基-N-乙基硫逐氨基甲酸，YS850為新疆有色金屬研究所自主研發(fā)藥劑。為探究兩種捕收劑優(yōu)先選銅時對銅的捕收性能，在銅粗選段只添加捕收劑并加入一段掃選，流程一次粗選一次掃選一次精選。試驗流程見圖3，試驗結果見表7。

圖3 捕收劑種類試驗流程

表7 捕收劑種類試驗結果 /%

由表7可知，采用YS850捕收劑，銅精礦銅品位9.98%，銅回收率為80.06%，鎳回收率36.38%。在Z-200作為捕收劑的情況下，銅精礦銅品位10.04%，銅回收率58.83%，鎳回收率16.92%。YS850表現(xiàn)出更好的捕收性，Z-200具有良好的銅選擇性，為確保全流程粗選段的銅回收率，后期試驗粗選段采用捕收性能較好的YS850作為捕收劑。

3.1.3 抑制劑種類試驗

為了降低銅精礦中鎳損失率，本節(jié)試驗探究不同抑制劑對含鎳礦物的抑制效果，選取六偏磷酸鈉、3010和JS作為試驗抑制劑，3010與JS均為新疆有色金屬研究所生產的黃鐵礦和鎳黃鐵礦抑制劑。試驗流程及藥劑制度見圖4，試驗結果見表8。

圖4 銅優(yōu)先浮選中抑制劑種類試驗流程

表8 銅優(yōu)先浮選中抑制劑種類試驗結果 /%

表8結果顯示，采用六偏磷酸鈉為抑制劑時，銅精礦中鎳損失率最低，但銅回收率僅有23.39%，說明六偏磷酸鈉對銅鎳礦物均有較強的抑制作用；3010抑制劑對銅鎳分離具有一定的效果，但銅精礦中鎳損失率達9.17%；采用JS抑制劑銅精礦品位20.41%，銅回收率達81.45%，同時鎳品位0.76%，鎳損失4.78%。以上試驗結果表明，選用JS抑制劑對銅鎳分離效果最好。

3.1.4 抑制劑用量試驗

探究JS用量對選礦產品指標的影響，試驗流程及藥劑制度見圖4，試驗結果見圖5。

圖5 JS抑制劑用量試驗結果

由圖5可知，隨著JS用量的增加，銅精礦中銅品位逐步提高，銅回收率逐漸降低，銅精礦中鎳損失率逐步減少，說明JS用量越大，對鎳礦物的抑制效果越強，當其用量達到100 g/t時，銅精礦銅品位達24.05%，鎳品位0.54%，銅回收率降至53.66%，繼續(xù)增大JS用量至120 g/t，得到銅品位25.94%、鎳品位0.34%、銅回收率40.17%的銅精礦。結果表明，當JS用量為100 g/t時，繼續(xù)增加用量雖然能進一步降低銅精礦中的鎳含量，但是會導致銅的大量損失。后續(xù)試驗JS抑制劑用量選擇100 g/t。

3.2 銅精礦磁選試驗

由以上試驗結果可知，銅優(yōu)先浮選可將銅精礦中的鎳降至0.6%以內。但工藝礦物學研究結果表明，黃銅礦、鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦的單體解離度較好，均在82.6%以上，且黃銅礦與鎳黃鐵礦的連生比例僅在1.6%左右，在該粒度條件下浮選過程易發(fā)生氣泡夾帶鎳礦物上浮。又因黃銅礦和鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦可浮性差別較小。通過銅精礦再磨以及調整藥劑制度進一步降低銅精礦中鎳含量可能作用不大，因銅精礦中存在有較多的鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦，故擬定采用磁選工藝進一步降低銅精礦中的鎳含量。

3.2.1 磁選流程對比試驗

探究了先浮選后磁選和先磁選后浮選對銅精礦選礦結果的影響。磁場磁感應強度為960 kA/m試驗流程見圖6，試驗結果見表9。

圖6 磁選流程對比試驗流程

由表9可知，銅優(yōu)先浮選獲得的銅精礦鎳品位為0.65%，經一次浮選精選和一次磁選后銅精礦銅品位25.07%，鎳品位降至0.18%，銅回收率達53.26%，鎳的損失率僅為0.32%，這說明采用磁選是能夠進一步降低銅精礦中的鎳含量。結果顯示，在磁場磁感應強度為960 kA/m條件下，先浮選后磁選流程獲得的銅精礦指標較為理想。此時獲得的磁選尾礦(中礦1+中礦2)的產率為2.11%，銅和鎳品位分別為10.98%和1.10%，銅和鎳的回收率分別為24.50%和3.71%，可與銅鎳混合浮選精礦合并作為生產低冰鎳的給料。

表9 磁選流程對比試驗結果 /%

3.2.2 磁場磁感應強度試驗

探究不同磁場磁感應強度條件下，獲得的銅精礦回收率和鎳含量，試驗流程見圖6，試驗結果見圖7。

圖7 磁場強度試驗結果

由圖7可知，隨著磁場磁感應強度的增加，精礦銅品位提高，銅回收率降低，鎳品位隨之降低，這是因為鎳黃鐵礦與黃銅礦實現(xiàn)進一步分離，且黃銅礦比磁化系數(shù)為(57.81～52.60)×10-9m3/kg，在高磁場磁感應強度條件下易損失于磁性礦物中。當磁場磁感應強度提高至1 200 kA/m時，銅精礦中的鎳含量沒有呈現(xiàn)繼續(xù)降低趨勢，且銅回收率降低至40%以下。所以選擇最佳磁場磁感應強度為960 kA/m。最終得到銅品位25.07%、鎳品位0.18%、銅回收率為53.26%的銅精礦。

3.3 銅優(yōu)先浮選尾礦銅鎳混合浮選試驗

3.3.1 捕收劑種類試驗

為了降低優(yōu)先浮選尾礦中的銅鎳損失并得到用于冶煉低冰鎳的銅鎳混合精礦，進行了銅鎳混合浮選試驗，探究不同捕收劑組合使用方案對混合浮選指標的影響，試驗流程見圖8，試驗結果見表10。

圖8 混合浮選試驗流程

表10 混合浮選試驗結果 /%

由表10可知，從回收率結果得知，三種組合捕收劑對銅礦物的捕收性能相差不大，對鎳礦物的捕收效果丁基黑藥和YS850組合最佳，銅總回收率94.56%、鎳總回收率91.67%，且一次粗選就能得到鎳品位較高的銅鎳混合精礦Ⅰ。捕收劑采用丁銨黑藥和YS850組合。

3.3.2 硫酸銅用量試驗

以銅鎳混合精礦Ⅰ中銅、鎳品位和回收率為判斷依據(jù)，探究活化劑硫酸銅用量對銅、鎳礦物回收效果的影響。試驗流程見圖8，試驗結果見圖9。

圖9 硫酸銅用量試驗結果

由圖9可知，隨硫酸銅用量的增加，混合精礦Ⅰ中的銅和鎳的回收率均呈上升趨勢，品位均波動較小。當硫酸銅用量增加至300 g/t時，銅、鎳回收率開始下降，說明硫酸銅過量，對礦漿中的硫化礦物起到了抑制作用。所以硫酸銅最佳用量為300 g/t。

3.4 全流程閉路試驗

在條件試驗及開路試驗基礎上，采用銅優(yōu)先浮選—銅優(yōu)先浮選銅精礦磁選—銅優(yōu)先浮選尾礦銅鎳混合浮選聯(lián)合流程，其目的在于增加用于生產低冰鎳的銅鎳混合精礦，以降低尾礦銅鎳損失。全流程閉路試驗流程見圖10，試驗結果見表11。

圖10 閉路工藝流程

表11 閉路試驗結果 /%

由表11可知，閉路試驗獲得了銅精礦銅品位26.80%、回收率52.08%、含鎳0.19%和銅品位2.53%、鎳品位3.57%、銅和鎳回收率分別為38.69%和81.55%的銅鎳混合精礦。全流程銅總回收率90.77%，鎳總回收率82.10%。精礦產品ICP多元素分析，結果分別見表12和表13。

表12 銅精礦ICP多元素分析結果 /%

表13 銅鎳混合精礦ICP多元素分析結果

由表12可知，銅精礦Cu含量為26.43%，As含量小于0.2%，Pb和Zn總含量未超過5%，MgO含量小于3%，屬二級品銅精礦。

由表13可知，銅鎳混合精礦，達到低冰鎳冶煉入料要求，銅鎳混合精礦進入電爐冶煉形成低冰鎳，低冰鎳經轉爐吹煉轉變成人造高冰鎳礦石，用于再磨再選，或直接作為產品出售。

4 結論

(1)新疆某地銅鎳礦石含銅0.98%，含鎳0.64%，均以硫化相賦存于礦石中，脈石礦物以硅酸鹽礦物為主，以輝石、長石和黑云母較多，其次為橄欖石和綠泥石等。礦石中鎳銅礦物多以獨立的礦物集合體形式賦存，鎳銅礦物緊密共生形成的硫化物集合體占比低，這兩種礦物均與磁黃鐵礦共生緊密。

(2)采用銅優(yōu)先浮選—銅優(yōu)先浮選銅精礦磁選—銅優(yōu)先浮選尾礦銅鎳混合浮選聯(lián)合流程，最終得到Cu品位25.43%、回收率52.08%、Ni品位0.19%、MgO含量2.32%的銅精礦，鎳品位3.57%、鎳回收率81.55%、含銅2.53%的銅鎳混合精礦；全流程銅總回收率90.77%，鎳總回收率82.10%。

(3)目前銅鎳礦石選礦工藝多為銅鎳混合浮選，該新型高效的銅鎳綜合回收流程提高了新疆某銅鎳礦的綜合利用率和銅精礦品級，降低后續(xù)銅鎳冶煉成本，對工業(yè)生產有著重要意義。