某銅鈷礦選礦試驗研究

江皇義 石海蘭

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司，深圳 518027)

有色金屬是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的重要物質，隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對銅、鈷這類有色金屬的需求量越來越大[1，2]。多數(shù)鈷資源伴生于鐵、銅、鎳等元素的礦物中，國內的鈷資源主要有以下四種存在形式：銅鈷礦石、鐵鈷礦石、銅鎳鈷礦石、鈷土礦石，不同的礦種需要用不同的選礦方法。近年來由于非洲礦業(yè)的飛速發(fā)展，非洲大陸所富含的銅鈷礦被持續(xù)開發(fā)，銅鈷礦選礦技術引起了國內外學者的關注[3-7]。

本研究針對某銅鈷礦礦石，重點研究內容為銅鈷分離，在進行必要的條件試驗后，進行了閉路試驗，開發(fā)出“銅快速浮選—銅硫混合浮選—再磨—浮選分離”工藝，成功回收了礦石中的有價元素銅、鈷，獲得兩種銅精礦以及富鈷硫精礦產品，為相關研究提供借鑒。

1 礦石性質

對該銅鈷礦進行全元素分析見表1；兩種主要有用礦物的化學物相見表2、3；主要礦物的組成分析見表4。

表1 銅鈷礦全元素分析結果

表2 銅鈷礦中銅的化學物相分析結果

表3 銅鈷礦中鈷的化學物相分析結果

表4 銅鈷礦主要礦物組成定量

由表1～4可知，礦石中的主要有用金屬為銅，含量0.85%，其次為鈷，含量0.10%，同時伴生有一定的貴金屬金銀，可綜合回收。

結合化學分析、XRD分析、SEM分析、光學顯微鏡分析等可知，黃銅礦為該銅鈷礦中最主要的含銅礦物；其次，礦石中還含有部分斑銅礦(Cu5FeS4)以及少量的輝銅礦(Cu2S)；該銅鈷礦中伴生有部分金，其載體礦物主要包括黃銅礦、毒砂、黃鐵礦；鈷毒砂和鐵硫砷鈷礦為主要的含鈷礦物，其次為輝砷鈷礦，另有部分以類質同象形式賦存于毒砂及黃鐵礦中；礦石中金屬脈石礦物主要是毒砂和黃鐵礦，石英為礦石的主要非金屬脈石，另有少量的云母、長石、白云石、綠泥石等易泥化的非金屬礦物，具體礦物組成見表4所示。

該銅鈷礦中的銅幾乎都是獨立的含銅礦物，幾乎所有的銅都賦存于黃銅礦之中，占97.62%；此外還有少量銅為氧化銅，占2.38%。黃銅礦常常呈不規(guī)則狀分布在脈石中，部分呈微細粒浸染于脈石礦物中，少量呈脈狀分布。此外，黃銅礦與黃鐵礦、毒砂、鈷毒砂、鐵硫砷鈷礦等關系密切。毒砂是該銅鈷礦中主要的含鈷礦物，這些含鈷礦物包括了鈷毒砂、鐵硫砷鈷礦以及輝砷鈷礦，它們常緊密共生在一起，其集合體常呈不規(guī)則粒狀嵌布在脈石中。

2 試驗方法

取固定量的原礦(1 kg)，磨礦至合適細度后，置于浮選機中添加藥劑進行浮選，浮選機轉速為1 751 r/min，試驗流程如圖1所示，每次試驗后，烘干精礦及尾礦產品，稱重、制樣、化驗主要元素。

圖1 試驗流程

3 選礦試驗

試驗工藝流程采用“銅快速浮選—銅硫混合浮選—再磨—浮選分離”原則工藝流程，在銅快速浮選階段主要目的是回收部分解離度高的含銅礦物，余下的含銅礦物通過混合浮選再分離浮選獲得產品。

3.1 捕收劑種類對浮選指標的影響

試驗首先進行了捕收劑種類試驗，磨礦時添加500 g/t用量的石灰，磨至-0.074 mm含量占70%細度，磨礦后添加不同類型的捕收劑90 g/t、起泡劑MIBC 20 g/t進行浮選，浮選時長5 min。捕收劑種類試驗結果見圖2。

圖2 捕收劑種類試驗結果

由圖2可知，選擇性捕收劑EP、BK901可獲得較高品位粗精礦，丁基黃藥、戊基黃藥可獲得較高銅鈷回收率。根據(jù)礦石特點及國內常用藥劑，采用選擇性捕收劑EP快速浮選產出高品位銅粗精礦，采用捕收劑丁基黃藥進行銅硫混合浮選。

3.2 粗選磨礦細度對浮選指標的影響

為了確定合適的粗選細度，進行磨礦細度試驗。磨礦時添加500 g/t用量的石灰，磨礦后進行一次快速浮選，兩次粗選作業(yè)，所有粗精礦合并?？焖俑∵x添加捕收劑EP 15 g/t、起泡劑MIBC 15 g/t，浮選時間1 min；粗選作業(yè)一添加硫酸銅100 g/t、丁基黃藥100 g/t、MIBC 10 g/t，浮選時間5 min；粗選作業(yè)二添加丁基黃藥20 g/t、MIBC 5 g/t，浮選時間4 min。粗選磨礦細度試驗的結果見圖3。

圖3 粗選磨礦細度試驗結果

由圖3可知，當粗選磨礦細度提高時，粗精礦中銅的回收率幾乎不變，鈷回收率略有提高；粗精礦銅品位略有下降，鈷品位幾乎不變?？紤]到磨礦能耗，選擇磨礦細度為-0.074 mm含量占65%。

3.3 銅鈷分離試驗

在對粗選進行必要的優(yōu)化后，獲得銅鈷混合粗精礦，對銅鈷混合礦進行分離試驗。由礦石性質可見，該銅鈷礦的主要含鈷礦物為鈷毒砂及鐵硫砷鈷礦，同時銅礦物的嵌布粒度細，與鈷礦物的連生關系密切，分離困難，找到合適的銅鈷分離方法是本小節(jié)的主要目的，也是該礦石開發(fā)利用的主要難點。

3.3.1 再磨細度對浮選指標的影響

為了使銅鈷礦物充分解離以更好地進行分離作業(yè)，試驗首先考察銅鈷粗精礦的再磨細度。在磨機中添加500 g/t石灰，磨礦細度為變量，添加捕收劑EP 2 g/t、起泡劑MIBC 2 g/t進行試驗，試驗結果見圖4。

圖4 再磨細度試驗結果

由圖4可知，通過提高再磨細度，銅鈷分離粗精礦的銅品位是呈上升趨勢的，但由于細粒級礦物回收難度大，回收率先提高再降低，因此選用-0.045 mm含量占89%的再磨細度進行銅鈷分離試驗。

3.3.2 石灰用量對浮選指標的影響

由礦石性質可知，該礦石中鈷的主要載體礦物為毒砂及黃鐵礦，而石灰是黃鐵礦最普遍的抑制劑。為了考察石灰對銅鈷分離的作用效果，進行石灰用量試驗。在磨機中添加變量的石灰，再磨細度-0.045 mm含量占89%，添加2 g/t的捕收劑EP、2 g/t的起泡劑MIBC，進行銅鈷分離石灰用量的試驗，結果見圖5。

圖5 銅鈷分離石灰用量的試驗結果

由圖5可知，當增加石灰用量時，銅鈷分離所得的粗精礦中銅品位呈上升趨勢，銅回收率呈降低趨勢。當石灰用量達到800 g/t時，銅的回收率有較大幅度地下降，而不添加石灰時銅精礦品位較低，因此選用300～500 g/t的石灰用量較為合適。

3.3.3 腐殖酸鈉用量對浮選指標的影響

為了進一步抑制含鈷礦物，考察抑制劑腐殖酸鈉的效果，進行了腐殖酸鈉用量試驗。再磨過程中添加300 g/t石灰到磨機中，再磨的細度控制在-0.045 mm粒級含量占89%，添加變量的腐殖酸鈉、捕收劑EP 2 g/t、起泡劑MIBC 2 g/t進行腐殖酸鈉用量試驗，腐殖酸鈉用量試驗的結果見圖6。

圖6 銅鈷分離腐殖酸鈉用量試驗結果

由圖6可知，添加腐殖酸鈉能有效抑制含鈷礦物的上浮，粗精礦銅品位逐步提高，但是回收率有明顯下降。當添加量達到20 g/t時，雖然精礦銅品位有明顯上升，但銅回收率有較大幅度下降，因此添加5～10 g/t的腐殖酸鈉較為合適。

3.4 全流程閉路試驗

綜合考慮以上主要因素，同時對其他條件進行了部分優(yōu)化，按照圖7流程進行銅鈷礦部分優(yōu)先—銅鈷混浮再分離的閉路試驗，閉路試驗的結果見表5。

表5 銅鈷礦閉路試驗結果

圖7 銅鈷礦閉路試驗流程圖

由表5可知，使用該流程，能夠獲得品位合格的銅精礦，絕大多數(shù)銅得到了回收，總銅回收率達84.82%。

采用該工藝流程，鈷主要在硫精礦產品中富集，其鈷品位和回收率都較高。顯微鏡下考查表明，硫精礦產品中的礦物主要為毒砂-輝砷鈷礦系列礦物及黃鐵礦。硫精礦產品中毒砂-輝砷鈷礦系列礦物及黃鐵礦的顆粒主要分布在0.002～0.074 mm，大部分以單體形式產出，其次與黃銅礦及脈石礦物連生產出；損失于其中的黃銅礦主要呈兩種狀態(tài)產出，一種是呈細脈、細網脈及細粒與毒砂-輝砷鈷礦系列礦物及黃鐵礦連生產出，連生體中黃銅礦產出粒度一般在0.005～0.020 mm，另一種以細粒、微細粒單體形式產出，單體黃銅礦粒度一般小于0.010 mm；硫精礦產品中脈石礦物主要與毒砂-輝砷鈷礦系列礦物、黃鐵礦及黃銅礦連生產出，其次以細粒單體形式產出，對硫精礦的品位影響不大。在下一步的工作中，通過對硫精礦產品的選礦或冶金試驗研究，可以實現(xiàn)對鈷的有效回收，并獲得較高的鈷回收率。

伴生元素金主要富集在硫精礦產品和銅精礦2中。適當降低銅精礦2品位，可以將黃鐵礦選到銅精礦中實現(xiàn)金的富集，但由于部分金賦存在毒砂中，降低銅精礦品位后砷對銅精礦質量影響會較大，需根據(jù)實際市場情況綜合考慮。

4 結論

1)某銅鈷礦石中銅品位0.85%，鈷品位0.10%，為主要可回收元素。

2)樣品中的銅主要賦存于黃銅礦(CuFeS2)中，占97.62%；毒砂是礦石中主要的含鈷礦物，鈷毒砂、鐵硫砷鈷礦及輝砷鈷礦是礦石中主要的鈷礦物。

3)在通過條件試驗確定關鍵因素后，進行了閉路試驗，獲得試驗指標為總銅精礦銅品位23.29%，銅回收率84.82%。硫(鈷)精礦鈷品位2.64%，鈷回收率63.07%。

4)礦石中的鈷主要富集于硫精礦產品，可進一步對其進行選礦或冶金試驗研究，以獲得更好地回收利用。