剛果（金）SICOMINES 銅鈷礦提高銅、鈷選礦回收率研究與實踐

范海寶，高丹校，李 勇，張自旭

（華剛礦業(yè)股份有限公司，北京 100083）

隨著全球電子、冶金、化工、機械制造等領域迅速發(fā)展，銅、鈷金屬需求量日益增長，同時易開采、易選別的銅、鈷資源逐漸減少，大量難選別氧化銅鈷礦石的開發(fā)和利用已成為現(xiàn)階段研究重點[1-2]。近年來，隨著“一帶一路”倡議等實施，我國許多企業(yè)積極開發(fā)國外的金屬礦山，其中，中國企業(yè)在橫跨剛果（金）與贊比亞兩國的中非銅（鈷）礦帶上有著較多的開采經(jīng)營[3-6]。該成礦帶長325 km，是世界第三大銅成礦帶，也是世界上重要的銅生產(chǎn)基地[7-9]。剛果（金）SICOMINES 銅鈷礦位于該銅礦帶西北部，礦床氧化程度較高，氧化面深度較大，礦物組成復雜，選冶回收難度較大[10-11]。因此，加強高氧化率銅鈷礦的研究，優(yōu)化現(xiàn)有選別工藝技術，對于提高生產(chǎn)技術指標、降低生產(chǎn)成本具有重要意義[12]。

1 礦石性質

1.1 原礦性質

原礦的化學多元素分析、原礦銅的物相分析和原礦鈷的物相分析結果分別見表1～表3。

表1 原礦多元素分析結果Table 1 Multi-element analysis results of raw ore單位：%

表2 原礦銅的物相分析結果Table 2 Copper phase analysis results of raw ore單位：%

表3 原礦鈷的物相分析結果Table 3 Cobalt phase analysis results of raw ore單位：%

1）礦石中可選礦回收的主要元素是銅和鈷，其品位分別為2.60%和0.082%，其他有價元素含量較低，綜合回收價值不大。

2）礦石中主要的脈石礦物為SiO2、CaO、MgO和Al2O3，其含量分別為61.32%、1.96%、4.96%和10.86%，合計79.10%。

3）原礦中銅以自由氧化銅、結合氧化銅為主，并含少量次生硫化銅和原生硫化銅，其中，自由氧化銅主要以孔雀石、藍銅礦、假孔雀石、磷銅礦等形式存在，其分布率為86.92%；次生硫化銅主要包括輝銅礦、銅藍、斑銅礦等，分布率為4.23%；結合氧化銅分布率為8.08%，這部分較難回收。

4）原礦中鈷主要以水鈷礦等氧化鈷的形式存在，約占總鈷的53.66%，其次為硅酸鹽等結合態(tài)的鈷，約占45.12%；硫銅鈷礦等硫化物礦物中的鈷約占1.22%。

1.2 礦物組成

原礦主要礦物種類及含量情況見表4。

表4 原礦主要礦物種類及其相對含量Table 4 Main mineral types and their relative contents of raw ore單位：%

1）原礦中鈷礦物主要為水鈷礦、銅鈷錳氧化結合物、含鈷孔雀石、鈷孔雀石、鈷白云石等。水鈷礦含量為0.16%，其中含有不定量SiO2、Fe2O3、CuO、Al2O3等雜質。銅鈷錳氧化結合物含量為0.24%，具有弱磁性、可浮性差的特點，可通過強磁選回收。鈷白云石含量為0.06%，浮選和磁選均難以回收。

2）原礦中銅礦物主要為孔雀石、含鈷孔雀石、鈷孔雀石、銅鈷錳氧化結合物、硅孔雀石、輝銅礦等。含銅褐鐵礦含量2.38%，具有弱磁性、可浮性差的特點，可通過強磁選回收。原礦中硅孔雀石含量為0.44%，選礦回收難度大。

3）脈石礦物以石英、云母（含白云母、黑云母）為主，其次為長石、綠泥石、橄欖石、白云石等。具有易泥化磨礦特性的綠泥石含量為7%左右，該部分礦物會惡化浮選過程，造成精礦銅、鈷品位低。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

現(xiàn)有生產(chǎn)工藝流程為：原礦經(jīng)磨礦至-0.074 mm占72%后，進行兩次粗選+一次掃選+五次精選的硫化銅浮選，獲得硫化銅精礦；硫化銅掃選尾礦進行兩次粗選+兩次閉路掃選的氧化銅浮選，獲得氧化銅精礦；氧化銅掃選尾礦進行三次粗選+四次閉路掃選+三次精選的鈷浮選，獲得浮選鈷精礦；鈷掃選尾礦經(jīng)過弱磁除鐵后，進行一次粗選+一次掃選的強磁選，獲得磁選鈷精礦；強磁掃選尾礦為最終尾礦。硫化銅浮選、氧化銅浮選和鈷浮選均以丁黃藥為捕收劑、以硫氫化鈉為硫化劑、以松醇油（2#油）為起泡劑，丁黃藥總用量為670 g/t、硫氫化鈉總用量為4 900 g/t、2#油總用量為115 g/t。磁選段弱磁選設備為濕式滾筒磁選機，場強0.6 T，強磁選設備為高梯度磁選機，強磁粗選工藝參數(shù)為：背景場強0.4 T、脈沖頻率15 Hz、轉環(huán)頻率25 Hz；強磁掃選工藝參數(shù)為：背景場強0.6 T、脈沖頻率10 Hz、轉環(huán)頻率30 Hz。生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示，生產(chǎn)技術指標見表5。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Flow chart of production process

表5 生產(chǎn)技術指標Table 5 Indicators of production technical單位：%

1）氧化銅精礦和浮選鈷精礦產(chǎn)率較低，分別為3.62%和4.24%；氧化銅精礦和浮選鈷精礦銅回收率分別為26.95%和11.41%，鈷回收率分別為9.36%和8.08%，選礦銅、鈷總回收率分別只有74.00%和31.52%，銅、鈷回收率較低。

2）浮選鈷精礦品位較低，只有0.14%，主要原因為鈷精選效果不佳，鈷粗選精礦主要為水鈷礦，為氧化鈷礦物，可浮性差，與泡沫的吸附力差，容易脫落。因此，在精選過程中，目的礦物未富集，且目的礦物主要隨中礦返回鈷粗選流程，最終流向鈷浮選尾礦，降低了鈷浮選銅、鈷回收率。同時，在氧化銅浮選和鈷浮選掃選過程中，存在同樣的情況，掃選精礦返回至前一段浮選作業(yè)后，浮選效果不佳，返回的掃選精礦較少進入泡沫精礦，而是主要進入尾礦，導致氧化銅精礦和浮選鈷精礦產(chǎn)率低，銅、鈷回收率低。

3 生產(chǎn)改進

3.1 工藝流程優(yōu)化

由于現(xiàn)有生產(chǎn)工藝流程中存在鈷精選、氧化銅和鈷浮選掃選閉路效果不佳，導致氧化銅精礦、浮選鈷精礦產(chǎn)率及銅、鈷回收率較低，為了解決該問題，對現(xiàn)有工藝流程進行了優(yōu)化。

1）將氧化銅掃選1、氧化銅掃選2 作業(yè)由閉路流程改為開路流程，氧化銅掃選1 精礦、氧化銅掃選2精礦與氧化銅粗選1 精礦和氧化銅粗選2 精礦一起作氧化銅精礦。

2）將鈷浮選掃選1～鈷浮選掃選4 作業(yè)由閉路流程改為開路流程，鈷浮選掃選1 精礦～鈷浮選掃選4 精礦直接作鈷浮選精礦。

3）取消鈷精選作業(yè)，將鈷浮選粗選精礦及掃選精礦，一起直接作鈷浮選精礦。

優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝流程如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后工藝流程圖Fig.2 Flow chart of optimized process

1）生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化后，取消了鈷浮選精選作業(yè)，氧化銅浮選和鈷浮選作業(yè)均為開路流程，有利于提高氧化銅精礦和浮選鈷精礦的產(chǎn)率及銅、鈷回收率。

2）鈷精選主要設備包括：7 臺50 m3的浮選機，每臺浮選機電機額定功率75 kW；鈷精選1 精礦泡沫泵2 臺、鈷精選2 泡沫泵2 臺、鈷精選3 泡沫泵2 臺、鈷中礦泵2 臺，均為一備一用，每臺泡沫泵電機額定功率75 kW，取消鈷精選作業(yè)后，可減少使用7 臺浮選機和4 臺泡沫泵（電機額定功率共825 kW），有利于降低電單耗及備品備件消耗，降低生產(chǎn)成本。

3）優(yōu)化后的生產(chǎn)流程縮短，工藝更簡單，有利于浮選操作，提高浮選指標穩(wěn)定性。

3.2 浮選機改造

浮選是利用礦物間可浮性差異來進行分選，在浮選過程中，使用浮選藥劑處理后，可以改變礦物的可浮性，使要浮的礦物能選擇性地附著于氣泡上，形成礦化泡沫，并被帶到礦漿液面，從而達到分選的目的[13-16]。在浮選過程中，浮選機是實現(xiàn)礦物浮選分離的基本設備，按浮選機的槽體結構，可分為深槽式浮選機和淺槽式浮選機，按浮選機的泡沫排出方式，可分為刮板式浮選機和自溢式浮選機。

生產(chǎn)中使用的浮選機為深槽浮選機，該類型浮選機在硫化銅浮選中，盡管浮選槽較深，但由于硫化銅礦物可浮性好，硫化銅礦物與氣泡間的吸附力強，礦化泡沫可輕易浮上液面，自溢進入溢流槽，浮選效果較好。在氧化礦浮選，尤其是在高氧化率礦石浮選過程中，由于氧化礦可浮性差，盡管經(jīng)過硫化劑硫化后可浮性得到一定改善，但是可浮性仍較差，與氣泡間吸附力較小，在礦漿攪拌過程中容易脫落，在深槽浮選機中，由于上浮至礦漿液面的距離長，脫落的概率更大，因此，需要讓上浮至礦漿液面的礦化泡沫及時溢流進入溢流槽，不可在礦漿液面停留時間過長，否則，會增加泡沫上吸附的氧化銅礦物脫落的概率，降低氧化銅精礦的產(chǎn)率。

現(xiàn)有的浮選機為自溢式浮選機，礦化泡沫通過溢流槽邊緣和泡沫導流槽溢出，但是由于浮選槽較大（體積160 m3），浮選槽截面積也較大，泡沫導流槽數(shù)量較少，只有8 個（圖3（a）），且由于相鄰兩個泡沫導流槽間、減速機與溢流槽間的區(qū)域間距均較遠，該區(qū)域的礦化泡沫無法及時排出，泡沫上吸附的精礦容易脫落，從而降低了氧化銅精礦的產(chǎn)率。

圖3 改造前后泡沫導流槽分布和結構示意圖Fig.3 Distribution and structural schematic diagram of the foam diversion channel before and after reconstruction

根據(jù)現(xiàn)有浮選機浮選氧化銅時存在的問題，為了使氧化銅浮選過程中，礦化泡沫及時溢流進入溢流槽，提高氧化銅精礦產(chǎn)率和回收率，對浮選機進行改造，主要采用改進氧化銅浮選和鈷浮選段浮選機泡沫導流槽的方式。

1）每臺浮選機新安裝4 個泡沫導流槽，每臺浮選機泡沫導流槽數(shù)量由原來的8 個增加至12 個（圖3（b））。

2）新增的泡沫導流槽截面形狀由目前現(xiàn)有的三角形截面改為橢圓形截面（圖3（c）和圖3（d））。

3）新增的泡沫導流槽安裝坡度由原來的6.5°增加至8°。

改造完成后，由于每臺浮選機新增了4 個泡沫導流槽，且新增的泡沫導流槽的截面形狀由三角形變?yōu)闄E圓形，最終增加了泡沫導流槽的體積，增加量及幅度計算結果如下所述。

新增泡沫導流槽寬度、長度和深度與原有泡沫導流槽一致，寬度為0.35 m，深度為0.30 m，長度為1.30 m，新增泡沫導流槽截面形狀由三角形改為橢圓形，截面積由0.35×0.30/2=0.052 5 m2，增加至3.14×0.35/2×0.30/2=0.082 4 m2，截面積增加0.082 4-0.052 5=0.029 9 m2，每臺浮選機原有的8 個泡沫導流槽的體積是0.052 5 m2×1.30 m×8=0.546 m3，新增4 個泡沫導流槽的體積為0.082 4 m2×1.30 m×4=0.428 48 m3，泡沫導流槽體積增幅為0.428 48×100/0.546=78.48%。

改造完成后，由于泡沫導流槽體積增加78.48%，在泡沫流速一樣的條件下，泡沫精礦流量理論最高可增加78.48%，且由于新增的泡沫導流槽的坡度增加，新增泡沫導流槽中泡沫的流速增加，進一步增加泡沫流量，進而提高泡沫精礦產(chǎn)率，提高氧化銅精礦和浮選鈷精礦銅、鈷回收率。

3.3 改進后生產(chǎn)技術指標

改進后生產(chǎn)技術指標見表6，對比表5 改進前生產(chǎn)技術指標可得以下結論。①氧化銅精礦產(chǎn)率增加1.46 個百分點，銅、鈷回收率分別增加3.50 個百分點和1.66 個百分點。②浮選鈷精礦產(chǎn)率增加3.36 個百分點，銅、鈷回收率分別增加4.08 個百分點和4.28個百分點。③總銅、總鈷回收率分別為78.17%和35.05%，增加4.17 個百分點和3.53 個百分點。

表6 改進后生產(chǎn)技術指標Table 6 Production technical indicators after improvement單位：%

因此，通過工藝流程優(yōu)化和浮選機改造，實現(xiàn)了提高氧化銅精礦和浮選鈷精礦產(chǎn)率及總銅、總鈷回收率的目的。

4 結論

1）原礦中有回收利用價值的主要元素為銅和鈷，其品位分別為2.60%和0.082%，其他有價元素含量較低，綜合回收價值不大。原礦中銅以自由氧化銅、結合氧化銅為主，并含少量次生硫化銅和原生硫化銅；鈷主要以水鈷礦等氧化鈷的形式存在，其次為硅酸鹽等結合態(tài)的鈷。原礦中常見的金屬礦物是孔雀石、輝銅礦、硅孔雀石、水鈷礦、水膽礬、褐鐵礦及微量的黃銅礦、假孔雀石、磷銅礦等。

2）改進前的生產(chǎn)工藝流程為浮選-磁選聯(lián)合工藝，浮選以丁黃藥為捕收劑、以硫氫化鈉為硫化劑、以松醇油為起泡劑，丁黃藥總用量為670 g/t、硫氫化鈉總用量為4 900 g/t、松醇油總用量為115 g/t。原礦通過改進前的生產(chǎn)工藝流程獲得的選礦總銅、總鈷回收率分別為74.00%和31.52%，銅、鈷回收率較低。

3）通過對生產(chǎn)工藝流程進行優(yōu)化，將氧化銅浮選掃選和鈷浮選掃選作業(yè)由閉路改為開路，并取消鈷浮選精選作業(yè)，同時通過對氧化段浮選機泡沫導流槽進行改造，氧化銅精礦和浮選鈷精礦產(chǎn)率分別提高1.46 個百分點和3.36 個百分點，總銅、總鈷回收率分別提高4.17 個百分點和3.53 個百分點，選礦總銅、總鈷回收率分別提高至78.17%和35.05%。