某難選銅鎳硫化礦選礦試驗研究

李俊旺，呼振峰，張云海

(礦冶科技集團有限公司，礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，北京 102628)

隨著易選銅鎳硫化礦資源的不斷開發(fā)，銅鎳礦石日趨貧、細、雜，對選礦工作提出了更高的要求[1-2]。面對銅鎳礦產(chǎn)資源普遍存在的品位越來越低[3-5]、礦物嵌布特征復(fù)雜[6]、脈石礦物蝕變嚴重[7]等難題，傳統(tǒng)的銅鎳選礦工藝和藥劑對該類資源的分選效果不理想，銅鎳精礦質(zhì)量差，選礦回收率低。目前，浮選是處理銅鎳硫化礦的主要方法，常用的浮選流程有優(yōu)先浮選、混合浮選、脫泥-浮選、階段磨選等。在浮選藥劑方面，通常根據(jù)礦石性質(zhì)組合應(yīng)用捕收劑和調(diào)整劑，發(fā)揮不同藥劑間的協(xié)同作用。對于難選銅鎳硫化礦，單一的選礦方法往往指標不理想。因此，通過聯(lián)合應(yīng)用重選、磁選、浸出等方法，實現(xiàn)各工藝間的優(yōu)勢互補，開發(fā)難選銅鎳硫化礦選礦環(huán)保高效新藥劑[8]、經(jīng)濟和適用性強的新工藝[9-11]，提高選礦技術(shù)指標具有重要的意義。

本文以吉林省某難選銅鎳硫化礦為研究對象，在工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，通過詳細的磨礦細度、調(diào)整劑種類、捕收劑種類及粗精礦再磨細度試驗研究，確定了適宜該礦石特性的選礦工藝流程及藥劑制度，獲得了較好的選礦技術(shù)指標，從而為該資源的開發(fā)利用提供一定的技術(shù)支持。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦主要成分分析

原礦中主要成分分析結(jié)果見表1。由表1可知，原礦中可供選礦富集回收的主要元素是銅和鎳，含量分別為0.23%和0.42%。脈石組分主要是SiO2，其次為MgO，含量分別為41.66%、19.33%，二者合計含量為60.99%。

表1 原礦主要成分分析結(jié)果Table 1 The composition analysis results of the ore 單位：%

1.2 主要元素的物相分析

原礦中銅、鎳的物相分析結(jié)果見表2。由表2可知，原礦中銅、鎳的賦存形式相對較為復(fù)雜。其中，呈黃銅礦等產(chǎn)出的硫化銅占88.26%，而以孔雀石、硅孔雀石等形式存在的自由氧化銅和結(jié)合氧化銅均占有一定的比例，合計分布率為11.74%。對鎳而言，呈鎳黃鐵礦產(chǎn)出的硫化鎳占81.67%，氧化鎳和硅酸鎳均占有一定的比例，分布率分別為4.52%、13.81%。

表2 銅、鎳的物相分析結(jié)果Table 2 The results of chemical phase analysis ofcopper and nickel 單位：%

1.3 主要礦物組成

經(jīng)鏡下鑒定、掃描電鏡分析和MLA測定綜合研究表明，礦石中金屬礦物組成相對簡單，銅礦物絕大部分為黃銅礦，偶見銅藍、墨銅礦；鎳礦物主要為鎳黃鐵礦，偶見紫硫鎳礦；其他金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦，偶見方鉛礦等。脈石礦物主要有橄欖石、輝石、斜長石、透閃石等。

1.4 主要礦物的嵌布特征

礦石中黃銅礦(圖1(a))、鎳黃鐵礦(圖1(b))的嵌布粒度總體較細，部分與磁黃鐵礦、黃鐵礦的共生緊密，尤其是鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦共生密切(圖1(c))。礦物粒度主要集中在0.2～2.0 mm之間，極少量硫化物如黃鐵礦、磁黃鐵礦等粒度較大，達到5 mm。而主要含鎳礦物鎳黃鐵礦粒度較細，多分布于磁黃鐵礦邊緣、構(gòu)造裂縫中(圖1(d))。

圖1 原礦顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Microscopic photos of raw ore

1.5 選礦工藝難點分析

礦物學(xué)研究表明，該銅鎳礦呈典型的浸染狀構(gòu)造，影響銅鎳回收的主要礦物學(xué)因素是礦石中黃銅礦、鎳黃鐵礦的產(chǎn)出形式較為復(fù)雜、嵌布粒度較細、形態(tài)不甚規(guī)則。因此，為合理開發(fā)該難選銅鎳硫化礦，如何既能解決礦石中銅鎳礦物的良好解離，同時又避免易浮脈石對分選過程造成影響，實現(xiàn)銅鎳礦物與脈石礦物之間的浮選分離，是該銅鎳礦石選礦工藝技術(shù)研究的難點。

1.6 試驗設(shè)備及藥劑

每次試驗稱取礦樣1 000 g，采用武漢探礦廠生產(chǎn)的XMQ-240×90錐形球磨機進行濕式磨礦，浮選試驗是在吉林探礦廠生產(chǎn)的XFD系列單槽和XFG系列掛槽浮選機上進行的。浮選藥劑中六偏磷酸鈉、碳酸鈉為分析純，水玻璃、羧甲基纖維素鈉(CMC)、乙基黃藥、丁基黃藥、戊基黃藥、BK303、2號油均為工業(yè)品。除起泡劑2號油采用原液添加外，其他藥劑均配成一定濃度的溶液添加，試驗用水為自來水。

2 試驗結(jié)果及分析

針對該難選銅鎳硫化礦礦石性質(zhì)，由于銅鎳礦物嵌布粒度微細，采用銅鎳混合浮選工藝進行分選。為了提高銅鎳浮選指標，本文重點對磨礦細度、高效銅鎳礦物捕收劑和脈石礦物分散抑制劑等進行了研究。

2.1 磨礦細度試驗

磨礦細度試驗流程及試驗條件見圖2，試驗結(jié)果見圖3。由圖2和圖3可知，隨著磨礦細度的提高，銅鎳混合粗精礦中銅和鎳的回收率隨著磨礦細度的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，而品位變化較小。當磨礦細度為-0.074 mm占70%時，銅和鎳的回收率較高，繼續(xù)增加磨礦細度回收率有所下降，可能是由于磨礦細度過細，產(chǎn)生大量的礦泥在銅鎳礦物表面形成罩蓋，影響了捕收劑在礦物表面的吸附，導(dǎo)致銅鎳礦物的可浮性下降。

圖2 磨礦細度試驗流程Fig.2 Flowsheet of grinding fineness test

圖3 磨礦細度試驗結(jié)果Fig.3 The results of grinding fineness test

為了進一步考查銅、鎳礦物的解離情況，對不同細度的磨礦產(chǎn)品進行了黃銅礦、鎳黃鐵礦的解離度測定，結(jié)果分別見表3和表4。

由表3和表4可以看出，隨著磨礦細度的提高，黃銅礦及鎳黃鐵礦的單體解離度逐漸增加。當磨礦細度為-0.074 mm占70%時，黃銅礦和鎳黃鐵礦單體解離度分別為67.52%和54.29%，均未得到充分解離。繼續(xù)增加磨礦細度，黃銅礦及鎳黃鐵礦的單體解離度提高較小。若考慮到與硫化礦物連生體部分及脈石的富連生體部分在浮選過程中易于進入相應(yīng)的精礦中，磨礦細度為-0.074 mm占70%時黃銅礦及鎳黃鐵礦的單體、硫化物連生體及脈石裸露富連生部分合計分別達到83.01%和79.62%。同時，礦石中黃鐵礦、磁黃鐵礦的含量相對較少，其浮游性能與鎳黃鐵礦相近，且與黃銅礦、鎳黃鐵礦共生密切。因此，可以考慮在適當?shù)哪サV細度下進行銅、鎳礦物的回收，并強化對裸露連生體部分的回收。

表3 不同磨礦細度產(chǎn)品中黃銅礦的解離特征Table 3 Dissociation characteristics of chalcopyrite in different grinding fineness products 單位：%

表4 不同磨礦細度產(chǎn)品中鎳黃鐵礦的解離特征Table 4 Dissociation characteristics of nickel pyrite in different grinding fineness products 單位：%

綜合考慮磨礦細度試驗結(jié)果、銅鎳礦物單體解離特征研究及選礦生產(chǎn)成本等因素，選擇磨礦細度為-0.074 mm占70%進行銅鎳礦物的回收。

2.2 調(diào)整劑種類試驗

在磨礦細度為-0.074 mm占70%，采用丁基黃藥為捕收劑，粗選Ⅰ和粗選Ⅱ用量分別為80 g/t和30 g/t的條件下，考察了水玻璃(500 g/t)、CMC(100 g/t)、碳酸鈉(500 g/t)和六偏磷酸鈉(100 g/t)等幾種調(diào)整劑對選礦指標的影響，試驗結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，采用水玻璃、CMC、碳酸鈉、六偏磷酸鈉作調(diào)整劑時，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的品位比較接近，但銅、鎳的回收率相差較大。當采用CMC(黏度約950 mPa·s)作調(diào)整劑時，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的回收率較高，特別是對鎳礦物的回收效果較好。因此，選擇CMC作銅鎳浮選的調(diào)整劑。

圖4 調(diào)整劑種類試驗結(jié)果Fig.4 The results of regulator flotation test

2.3 捕收劑種類試驗

在磨礦細度為-0.074 mm占70%，采用CMC為調(diào)整劑，粗選Ⅰ和粗選Ⅱ用量分別為100 g/t和50 g/t的條件下，考察了幾種不同的捕收劑對選礦指標的影響。試驗結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，采用不同種類的捕收劑時，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的回收率相差較大。其中，當采用BK303作捕收劑時，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的回收率較高，特別是對銅礦物的回收效果較好。BK303是礦冶科技集團有限公司開發(fā)的一種新型捕收劑，呈固體粉末狀，對銅、鎳礦物的捕收性能優(yōu)于黃藥捕收劑。因此，選擇BK303作銅鎳浮選的捕收劑。

圖5 捕收劑種類試驗結(jié)果Fig.5 The results of collector flotation test

2.4 粗精礦再磨細度試驗

礦石中銅鎳礦物嵌布粒度較細，粗精礦再磨不僅能實現(xiàn)銅鎳礦物的充分解離，而且可提高磨礦效率、降低能耗，有利于提高選礦指標。采用銅鎳混合浮選粗精礦為給礦，考察了再磨細度對浮選指標的影響，試驗結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，隨著銅鎳混合粗精礦再磨細度的提高，銅、鎳的品位逐漸上升，回收率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。當再磨細度為-0.045 mm占80%時，繼續(xù)增加再磨細度，銅、鎳的回收率下降比較明顯。因此，確定粗精礦再磨細度為-0.045 mm占80%。

圖6 粗精礦再磨細度試驗結(jié)果Fig.6 The results of regrinding fineness testfor coarse concentrate

2.5 閉路試驗

在條件試驗和開路試驗的基礎(chǔ)上，進行了閉路流程試驗。閉路試驗流程見圖7，試驗結(jié)果見表5。

圖7 閉路試驗流程Fig.7 The flowsheet of locked-cycle test

表5 閉路試驗結(jié)果Table 5 The results of locked-cycle test 單位：%

由表5可知，采用BK303新型高效捕收劑，CMC作脈石礦物抑制劑，通過“兩粗兩掃三精-粗精礦再磨-中礦順序返回”的工藝流程，閉路試驗獲得了銅品位3.29%、鎳品位5.32%，銅回收率81.78%、鎳回收率71.53%的銅鎳混合精礦，取得了較好的浮選指標。

選礦產(chǎn)品檢查結(jié)果表明，銅鎳混合精礦(圖8(a))中的鎳礦物主要是鎳黃鐵礦；銅礦物主要為黃銅礦。其他金屬礦物主要為磁黃鐵礦，其次為黃鐵礦、磁鐵礦等。鎳黃鐵礦、黃銅礦主要以單體形式存在，少量與磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、脈石礦物連生，粒度集中分布在0.015～0.050 mm。損失在尾礦中的鎳黃鐵礦、黃銅礦主要以與脈石礦物貧連生的形式存在(圖8(b))，多數(shù)被包裹在脈石礦物中，粒度主要分布在0.010 mm以下，這部分細粒硫化物難以浮選回收。

圖8 選礦產(chǎn)品鏡下檢查Fig.8 Microscope inspection of mineral processing products

3 結(jié) 論

1) 某銅鎳礦石銅品位為0.23%、鎳品位為0.42%，屬低品位硫化礦石。礦石中金屬礦物組成相對簡單，銅礦物絕大部分為黃銅礦，偶見銅藍、墨銅礦；鎳礦物主要為鎳黃鐵礦，偶見紫硫鎳礦；其他金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦，偶見方鉛礦等。脈石礦物主要有橄欖石、輝石、斜長石、透閃石等。

2) 根據(jù)礦石性質(zhì)，針對礦石中黃銅礦、鎳黃鐵礦的產(chǎn)出形式較為復(fù)雜、嵌布粒度較細、形態(tài)不甚規(guī)則的特點，采用BK303新型高效捕收劑，CMC作脈石礦物抑制劑，通過粗精礦再磨工藝，實現(xiàn)了銅鎳礦物的高效浮選回收。

3) 通過“兩粗兩掃三精-粗精礦再磨-中礦順序返回”的工藝流程，閉路試驗獲得了銅品位3.29%、鎳品位5.32%，銅回收率81.78%、鎳回收率71.53%的銅鎳混合精礦，對該類型難選銅鎳礦的開發(fā)利用具有一定的借鑒意義。