某低品位硫化鎳銅礦工藝礦物學(xué)研究

彭再華 朱賢文

(1.中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2.西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司，西藏 昌都 854000；3.西部礦業(yè)集團(tuán)科技發(fā)展有限公司，西寧 810006；4.青海省有色礦產(chǎn)資源工程技術(shù)研究中心，西寧 810006；5.青海省高原礦物加工工程與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810006)

我國(guó)的鎳礦資源以硫化銅鎳礦為主，常用浮選法回收硫化鎳礦[1，2]，在浮選生產(chǎn)中存在銅鎳分離困難[3]、易浮、易泥化含鎂硅酸鹽脈石礦物難抑制[4-6]和原生硫化礦物易被氧化、過(guò)粉碎[7]等問(wèn)題。某鎳銅礦隨著不斷被深部開(kāi)采，礦石逐漸趨于“貧細(xì)雜”，給該礦產(chǎn)資源的綜合利用造成一定困難。本文對(duì)該鎳銅礦的化學(xué)成分、礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及礦物的嵌布特征等進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究，查找影響有用礦物回收的工藝礦物學(xué)因素，為該礦石的高效回收提供技術(shù)支撐[8，9]。

1 礦石多元素成分及物相

1.1 多元素成分

礦石的多元素化學(xué)成分見(jiàn)表1。由表1可知，礦石中有價(jià)金屬主要是Ni，品位為0.38%，伴生元素Cu品位為0.09%，Co品位為0.01%，Au品位為0.10 g/t，Ag品位為0.69 g/t，可考慮綜合回收。脈石類SiO2含量較高，其次為MgO和Al2O3，推測(cè)應(yīng)含有較多的鋁硅酸鹽、鎂鋁硅酸鹽等。

表1 礦石的多元素分析結(jié)果

1.2 鎳、銅物相

原礦中主金屬鎳、銅的化學(xué)物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，該礦石中氧化鎳占比為1.14%，賦存于硅酸鹽及硫酸鹽中的鎳占比為14.86%，氧化鎳為由于氧化作用殘留于磁性鐵中的鎳，硅酸鎳為以離子狀態(tài)被某些硅酸鹽礦物吸附或與其鈣鎂離子置換形成的含鎳硅酸鹽礦物，硫酸鎳為水溶性鎳，如碧礬、含鎂碧礬等，這三類礦物均為氧化作用的產(chǎn)物，難以浮選回收；氧化相及結(jié)合相的銅占比為2.76%，銅氧化率低，對(duì)銅的浮選回收有利。

表2 Ni、Cu的化學(xué)物相分析結(jié)果

1.3 礦物組成

通過(guò)能譜分析、X-ray衍射分析、光學(xué)顯微鏡鑒定，查明該礦石主要礦物組成，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，該礦石中，金屬礦物以鎳、銅、鐵硫化礦物為主，包括鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、少量黃鐵礦、紅砷鎳礦、針鎳礦等。脈石礦物主要有長(zhǎng)石、黑云母、輝石、鎂閃石、滑石、綠泥石、石英等，脈石礦物中片狀及纖狀礦物較多。

表3 礦石的礦物成分及含量

2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石的構(gòu)造

在本文中，礦石構(gòu)造主要是指鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦等金屬礦物及其集合體與硅酸鹽脈石礦物之間的空間分布關(guān)系，為礦石在選冶工業(yè)中的利用提供技術(shù)依據(jù)。

1)浸染狀構(gòu)造

磁黃鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦等金屬硫化物呈粒度較均勻的細(xì)粒集合體，或形成不連續(xù)細(xì)脈，較密集且均勻分布于礦石中，是該礦石中相對(duì)較富硫礦石重要構(gòu)造之一(圖1、圖2)。

圖1 細(xì)粒浸染狀構(gòu)造

圖2 脈狀浸染構(gòu)造

2)斑雜狀構(gòu)造

鎳黃鐵礦、黃銅礦等金屬硫化物形成不規(guī)則它形粒狀集合體，粒度不一，較均勻地分布于礦石中，是該礦石中較普遍存在的構(gòu)造，但以貧硫礦石較多，富硫礦石很少(圖3、圖4)。

圖3 斑雜狀構(gòu)造(富礦石)

圖4 斑雜狀構(gòu)造(貧礦石)

3)星點(diǎn)狀構(gòu)造

磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、鎳黃鐵礦呈細(xì)小粒狀，或不規(guī)則他形集合體，零星分布于礦石中，是該礦石中最普遍的構(gòu)造形式之一(圖5)。

圖5 星點(diǎn)狀構(gòu)造

2.2 礦石的結(jié)構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)主要指光學(xué)顯微鏡下所能辨別的鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、鈦鐵礦等金屬硫化礦物、金屬氧化礦物的形態(tài)特征，及其與脈石礦物的嵌布關(guān)系為重點(diǎn)進(jìn)行描述，為礦石的有效利用提供依據(jù)。

1)他形結(jié)構(gòu)

鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦等硫化物多為他形晶粒，常形成不規(guī)則集合體，分布于脈石礦物中或粒間。

2)中細(xì)粒結(jié)構(gòu)

細(xì)小的鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦及其集合體，粒度約0.01 mm。鈦鐵礦或氧化鈦大多粒度分布在0.01～0.5 mm。

3)不等粒結(jié)構(gòu)

礦石中金屬硫化物及其集合體粒度大小不一，相差懸殊，細(xì)小集合體粒度約0.01 mm，粗大集合體可達(dá)約2.4 mm。

4)柱狀或短脈狀填充結(jié)構(gòu)

硫化物相對(duì)較富集的礦石中，普遍可見(jiàn)黃銅礦、硫化物-磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃鐵礦填充礦石微裂隙或脈石礦物顆粒解理裂隙，形成板柱狀、短脈狀或葉片狀分布。

5)共生邊結(jié)構(gòu)

大多鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦共生，黃銅礦與磁黃鐵礦共生，少量鎳黃鐵礦與黃銅礦共生，或三種硫化物共生，其接觸邊界緊密光滑，具有共生邊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

6)自形—半自形晶粒結(jié)構(gòu)

礦石中鈦鐵礦、金紅石、磷灰石、榍石、紅砷鎳礦、輝砷鎳礦多以自形晶?；虬胱孕尉Я５男蝿?shì)存在。

3 主要礦物的嵌布特征

3.1 鎳礦物

礦石中獨(dú)立的鎳礦物主要為硫化物，包括鎳黃鐵礦、紅砷鎳礦、針鎳礦、輝砷鎳礦，此外，磁黃鐵礦、黃鐵礦、滑石中均分散有微量鎳。鎳黃鐵礦含Ni在32%～38%，平均含Ni 34.46%，Ni/Fe摩爾比在1.0～1.4，波動(dòng)較大。紅砷鎳礦平均含Ni 45.31%、As 53.92%。針鎳礦含鎳52.61%，輝砷鎳礦含Ni 31.72%、Co 3.74%。

由于磁黃鐵礦中鎳黃鐵礦的熔離現(xiàn)象，磁黃鐵礦與鎳黃不能達(dá)到完全的分離，為確定磨礦后磁黃鐵礦的含鎳量，磨礦后，分離-37 μm樣品得到的磁黃鐵礦“單”礦物，含Ni約2.6%。部分黃鐵礦中分散有類質(zhì)同相的鎳元素，從能譜分析數(shù)據(jù)看，黃鐵礦平均含Ni 0.72%。此外，脈石礦物中的鎂閃石、綠泥石、滑石等均含有0～0.8%的Ni元素，分離磨礦后得到的微細(xì)粒泥樣品，化學(xué)分析其含Ni 0.21%。主要獨(dú)立鎳礦物的X-ray能譜分析結(jié)果見(jiàn)圖6～9。

圖6 鎳黃鐵礦的X-ray能譜圖

圖7 紅砷鎳礦的X-ray能譜圖

圖8 針鎳礦的X-ray能譜圖

圖9 輝砷鎳礦的X-ray能譜圖

礦石中鎳黃鐵礦是鎳元素的主要賦存礦物形式，多為他形，常形成不規(guī)則集合體分布。鎳黃鐵礦粒度大小不一，最大集合體粒度可達(dá)0.5 mm，大多分布在0.01～0.5 mm。從集合體形態(tài)和結(jié)構(gòu)看，似為多期成礦。部分鎳黃鐵礦集合體為粒狀或似粒狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密(圖10、圖11)，與脈石接觸邊界整齊，部分為不規(guī)則集合體，邊界清晰但不規(guī)整，多分布于較硬質(zhì)脈石的間隙中(圖12、圖13)，較易與脈石完全分離；部分粒狀或似粒狀鎳黃鐵礦集合體內(nèi)部孔隙發(fā)育，或形成不規(guī)則集合體分布，邊界參差(圖14)，或沿脈石解理和裂理貫入分布，邊界較規(guī)整，部分集合體由于微裂隙和解理發(fā)育，使集合體較碎裂(圖15、圖16)，不易與脈石完全分離，易形成包裹和半包裹連生體。

圖10 鎳黃鐵礦集合體內(nèi)孔隙發(fā)育，沿脈石裂隙和周邊充填

圖11 黃銅礦、鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦構(gòu)造

圖12 鎳黃鐵礦充填于脈石粒間隙中，黃銅礦及磁黃鐵礦沿脈石解理方向定向填充

圖13 鎳黃鐵礦零星分布，集合體內(nèi)微裂隙可見(jiàn)脈石充填

圖14 金屬硫化物沿脈石孔隙、裂隙呈似定向分布

圖15 金屬硫化物集合體沿脈石解理充填呈葉片狀

圖16 鎳黃鐵礦-磁黃鐵礦集合體內(nèi)孔隙發(fā)育

3.2 銅礦物

礦石中銅主要以黃銅礦的礦物形式賦存。黃銅礦平均含Cu 32.53%，Cu/Fe摩爾比在0.93～0.97，較穩(wěn)定。黃銅礦的X-ray能譜分析譜圖見(jiàn)圖17。

圖17 黃銅礦的X-ray能譜圖

礦石中的銅主要以黃銅礦的礦物形式賦存，他形，常形成不規(guī)則集合體分布。從礦樣看，其粒度大小懸殊，最大集合體粒度可達(dá)5 mm，細(xì)小顆粒僅0.05 mm左右，大多分布于0.01～0.5 mm。礦石中黃銅礦集合體粒度最小約0.01 mm，最大可達(dá)1.8 mm，大多集中分布于0.01～0.03 mm，多為他形粒狀集合體，少量呈細(xì)窄脈狀或長(zhǎng)板狀。大多黃銅礦集合體結(jié)構(gòu)致密，部分呈單礦物集合體，粒度大小不一，或呈浸染狀分布(圖18)，或沿裂隙斷斷續(xù)續(xù)分布，在裂隙節(jié)點(diǎn)形成粗大的集合體顆粒(圖19、圖20)，或夾雜少量其它硫化物形成不連續(xù)的似平行脈狀穿插分布于礦石中(圖21)，少量黃銅礦集合體呈長(zhǎng)板狀或短脈狀沿脈石礦物顆粒解理裂隙填充(圖22)。但粒度細(xì)小的顆粒，沿礦石裂隙或脈石礦物解理裂隙充填黃銅礦，由于粒度和形態(tài)的問(wèn)題，易產(chǎn)生包裹或半包裹連生體。

圖18 黃銅礦單礦物集合體呈不等粒密集分布

圖19 黃銅礦集合體沿礦石裂隙充填，節(jié)點(diǎn)處粒狀集合體孔隙發(fā)育，包裹致密同質(zhì)殘?bào)w

圖20 黃銅礦為主的金屬硫化物沿礦石裂隙分布

圖21 大小不一的黃銅礦顆粒夾雜少量其它硫化物形成不連續(xù)脈狀分布

圖22 黃銅礦、磁黃鐵礦形成短脈狀或長(zhǎng)板狀沿脈石顆粒解理裂隙分布

4 結(jié)論

1)某鎳銅礦屬硫化型鎳銅礦石，Ni品位0.38%，硫化率84.00%，Cu品位0.09%，硫化率97.24%，銅氧化率低，對(duì)銅的浮選回收有利。Co品位0.01%，Au品位0.10 g/t，Ag品位0.69 g/t，可考慮綜合回收。

2)礦石中金屬硫化礦物主要為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦，其次為黃鐵礦、黃銅礦、少量及微量針鎳礦、閃鋅礦、紅砷鎳礦、輝砷鎳礦和方鉛礦。脈石礦物中片狀或纖狀礦物較多，在磨礦過(guò)程中易集中于相對(duì)較粗的粒級(jí)，且有部分含鎳滑石浮于礦漿表面，易進(jìn)入精礦。篩選對(duì)滑石等易浮脈石的抑制劑至關(guān)重要。

3)礦石中硫酸鎳為水溶性鎳，如碧礬、含鎂碧礬等，硅酸鎳為以離子狀態(tài)被某些硅酸鹽礦物吸附或與其鈣鎂離子置換形成的含鎳硅酸鹽礦物，氧化鎳為由于氧化作用殘留于磁性鐵中的鎳，這三類礦物均為氧化作用的產(chǎn)物，是浮選難以富集的，影響鎳的回收。

4)礦石中金屬礦物構(gòu)造主要為浸染狀、星點(diǎn)狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造，顯微結(jié)構(gòu)則以中細(xì)粒他形結(jié)構(gòu)、不等粒結(jié)構(gòu)為主、其次為葉片及填充結(jié)構(gòu)。