選銅尾礦綜合回收銅硫鐵試驗研究

郭靈敏，洪建華，曹喜民

（1.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；2.江西銅業集團公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

選銅尾礦綜合回收銅硫鐵試驗研究

郭靈敏1，洪建華2，曹喜民2

（1.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；2.江西銅業集團公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

在工藝礦物學研究的基礎上，采用弱磁-脫泥-銅硫混浮-中礦集中脫泥工藝流程對高堿、高泥、品位低的城門山選銅尾礦進行了銅硫鐵等有價元素的綜合回收選礦試驗研究。試驗獲得銅精礦銅品位8.29%、回收率為9.16%，硫精礦硫品位為48.40%、回收率為58.87%，鐵精礦鐵品位為56.70%、回收率為2.51%、尾砂產率為62.53%、含硫品位為0.17%。經脫泥選別后的尾砂主要由石英和鉀長石組成、易發生氧化的金屬硫化物硫含量低，已達到建筑材料硫化物含量（按SO3質量計）小于0.5%的要求、經篩析表明粒度適中，從技術指標看，適用于建材予以綜合利用。

尾礦；弱磁選；預先脫泥；活化劑；中礦處理；硫化物含量

1 引言

目前城門山銅礦選礦廠處理能力近8000t/d（約270萬t/a），年產尾礦約240余萬t。截至2013年底，現有的劉家溝尾礦庫尾礦堆存量已達到370.4 萬m3，按目前的尾礦排放量計算，使用年限僅有5～8年，以后又將面臨著征地建新尾礦庫的問題［1］。由于礦山毗鄰赤湖，周邊海拔、地形均不太適合建設大容量的尾礦庫，因此，遵循“減量化、再利用、資源化、減量化優先”的原則［2］，城門山銅礦提出了對尾礦資源進行綜合利用的設想：通過選礦技術將尾礦中易發生氧化的金屬硫化物硫含量降低至建筑材料的要求，將較大部分的尾礦用作建材，這樣可大幅度減少尾礦堆存量，達到延長劉家溝尾礦庫使用年限、減少對礦山周圍生態環境的污染破壞的目的，通過回收尾礦中銅硫鐵等有價組分，可促成經濟效益、社會效益和環保效益多贏的新局面。尾礦綜合回收和利用是衡量一個國家科學技術水平和經濟發展水平的標志之一，是利在當代、功在千秋的事業［3］。

2 試樣性質

2.1 主要化學成分分析

樣品的化學多元素分析結果分別列于表1，銅、硫和鐵的化學物相分析結果則分別見表2、表3、表4。

表1 樣品的主要化學成分 %

表2 樣品中銅的化學物相分析結果 %

表3 樣品中硫的化學物相分析結果 %

表4 樣品中鐵的化學物相分析結果 %

2.2 礦物組成及含量

樣品為灰白色的粉末樣。經鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA（礦物參數自動分析系統）測定綜合研究查明，樣品中金屬硫化物主要是黃鐵礦，次為白鐵礦、黃銅礦、斑銅礦和銅藍，偶見輝銅礦、輝鉬礦和閃鋅礦；鐵礦物含量較低，主要包括褐鐵礦、單質鐵和極少量的磁鐵礦；脈石礦物以石英和鉀長石居多，其次是絹云母、高嶺石、綠泥石、蒙脫石和少量的石榴石、透輝石、透閃石、金紅石、方解石和菱鐵礦，其他微量礦物尚見斜長石、白云石、黑云母、鐵滑石、重晶石、磷灰石、鋯石和榍石等。根據鏡下鑒定和MLA的測定，結合化學多元素分析和元素化學物相分析結果，計算得出樣品中主要礦物的重量含量列于表5。

表5 樣品中主要礦物的含量 %

2.3 主要礦物賦存狀態

（1）銅礦物。包括黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦和銅藍，以黃銅礦和銅藍較為常見。銅礦物多為不規則粒狀，以銅藍為代表的次生硫化銅礦物交代其他銅礦物的現象十分普遍，呈單體產出的銅礦物占52.53%，其余以極貧連生體（顆粒中銅礦物的體積含量小于25%）所占比例最高，在-0.019mm的粒級中銅礦物的解離度達73.59%、呈極貧連生體產出者仍占20.10%。在銅礦物連生體中，與其嵌連關系較密切的礦物主要是石英，次為黃鐵礦、長石、褐鐵礦和絹云母等。

（2）黃鐵礦和白鐵礦。黃鐵礦多為自形、半自形或不規則粒狀，少數為圓粒狀，個別由于氧化作用而發生褐鐵礦化，粒度不甚均勻，個別粗者可達0.20mm左右，一般變化于0.01～0.10mm之間；白鐵礦以晶體形態常為細小的板片狀、具明顯的雙反射和非均質性而有別于黃鐵礦，晶體粒度普遍在0.01mm以下，部分甚至小于0.005mm，少數聚合成不規則狀集合體，可交代黃鐵礦，但與銅礦物的嵌連關系并不十分密切。呈單體產出的黃鐵礦（包括白鐵礦）占94.55%，其余部分大多與石英鑲嵌構成不同比例的連生體，少數與銅礦物、鐵礦物、長石、絹云母和高嶺石連生，連生方式以包裹型鑲嵌居多，主要是微細的白鐵礦和部分黃鐵礦呈浸染狀零星分布在脈石中從而致構成極為復雜的交生關系。

（3）鐵礦物。包括磁鐵礦和褐鐵礦 其中磁鐵礦偶見呈半自形粒狀或不規則狀，沿邊緣可發生輕微的假象赤鐵礦化，粒度0.02mm～0.2mm不等。褐鐵礦分布相對較為廣泛，多為孔洞較為發育的不規則團塊狀，膠狀環帶常見，局部經脫水作用可過渡為蛇曲狀的水赤鐵礦，部分交代銅礦物或黃鐵礦，在交代強烈的顆粒中，銅礦物和黃鐵礦可呈微細的殘余出現，但本身又可被銅礦物交代，少數呈浸染狀嵌布在脈石中，粒度粗者可達0.5mm左右，一般0.01mm～0.3mm。

（4）脈石礦物。主要以石英和鉀長石居多，其次是絹云母、高嶺石、綠泥石和蒙脫石等。其中石英呈細粒和微晶質兩種形式產出，前者多為不規則碎屑狀，粒度多在0.02mm～0.15mm之間；鉀長石的產出形式與細粒石英基本一致，半自形板片狀或不規則粒狀，少數可發生不同程度的高嶺石化。絹云母為細小的鱗片狀，集合體為不規則狀，少數因重結晶作用而發育為微細的片狀白云母。高嶺石、綠泥石和蒙脫石亦主要呈不規則狀集合體產出，除部分與鉀長石和微晶質石英（玉髓）集合體鑲嵌外，大多見于細泥中。

2.4 粒度組成

為考查城門山銅礦現場全尾試樣的粒度組成情況以及銅、硫在不同粒級分布特征，進行了粒度篩析，結果見表6。

表6 試樣粒度篩析結果 %

全尾試樣的粒度組成分布呈粗細不均，其中+0.15mm粗粒級產率占20.25%，其中銅分布率為20.28%、硫分布率為5.28%，說明粗粒級中銅分布率較高、而硫分布率低；-0.075mm含量占60.77%，而-0.019mm微細粒級含量高達在33.53%，其中銅、硫品位及分布率最高。-0.075mm+0.019mm粒級產率為27.24%，其中銅分布率為13.64%、硫分布率為37.43%，說明目前工藝對這部分銅礦物回收較好。

3 選礦試驗

3.1 回收原則

為了簡化流程，節省成本，選礦回收原則為不采用磨礦工序直接進行重、磁、浮聯合選別作業，以回收尾礦中的銅硫鐵等有價組分。

3.2 鐵回收試驗

城門山銅礦選礦廠磨礦采用半自磨+球磨工藝［4］，年處理礦石近270萬t。考慮礦石在磨礦過程中，鋼球作為磨礦介質會產生消耗，按磨礦鋼球單耗約為0.7kg/t計，每年鋼球消耗量多達1890多噸。根據工藝礦物學研究表明，試驗樣品中的鐵礦物主要為褐鐵礦和極少量的磁鐵礦，為回收其中的強磁性鐵礦物，有必要在實驗室開展選鐵試驗，初步探索出其選鐵回收工藝及選別指標。

采用Φ400mm鼓式電磁弱磁機進行了磁選探索試驗，結果見表7。

表7 弱磁選試驗結果 %

試驗結果表明，當磁場強度為0.20T時，獲得產率為0.16%、品位（TFe）為56.70%的鐵精礦。鐵精礦經鏡檢分析表明主要由金屬鐵、磁鐵礦和褐鐵礦等礦物組成。

3.3 硫回收試驗從簡單實用方面考慮進行單獨回收硫試驗方案。

3.3.1 試驗方案

為充分回收尾礦中的黃鐵礦等含硫礦物，針對其銅低硫高及含泥多等特點，尤其是其中一部分黃鐵礦在生產選別流程中（銅硫分離）受到抑制其可浮性變差。回收試驗方案采用脫泥、脫藥、活化、捕收等措施。

3.3.2 試驗結果

全尾試樣采用螺旋溜槽預先脫泥進行選硫閉路試驗，采用一粗一掃三精、中礦集中脫泥返回工藝流程，試驗結果：硫精礦品位47.04%、 回收率為65.35%，獲得產率62.63%，含硫品位為0.18% （SO30.45%）的尾砂。

表8 試樣選硫閉路試驗結果 %

3.4 銅硫回收試驗

銅硫回收的關鍵是解決銅硫分離問題，探索試驗結果表明，在銅硫混合浮選段采用高級黃藥（戊黃藥）作捕收劑、采用硫化鈉作活化劑等將會導致銅硫分離難度加大。為此，乙基黃藥與丁銨黑藥作為組合捕收劑、硫酸作活化劑以改善銅硫分離效果。

3.4.1 抑制劑篩選試驗

對含銅品位為0.29%左右的銅硫混合精礦要產出品位5.0%以上的銅精礦，富集比需達到18倍以上。黃鐵礦的可浮性變化使銅硫分離難以控制，因此對黃鐵礦的有效抑制是銅硫分離的難點之一［5］；選擇有效的抑制劑是解決銅硫分離問題的關鍵點，為此有必要開展銅硫分離抑制劑篩選試驗（給礦樣為銅硫混合精礦），試驗結果見表9。

表9 抑制劑篩選試驗結果 %

從銅回收指標來看，采用CaO+AC作組合抑制劑較采用CaO+FA時銅回收率高9.72個百分點，為此選用CaO+AC作組合抑制為適宜。

3.4.2 流程結構試驗

探索試驗結果表明，當選用硫化鈉作活化劑時，銅硫分離難度加大，獲得的銅精礦品位較采用硫酸為活化劑時低5個百分點。但是采用硫酸為活化劑時，獲得的尾砂硫含量為0.3%以上。為進一步降低尾砂硫含量，將尾砂中硫含量降至0.2%以下，進行了流程結構試驗：考慮一部分硫可浮性較差，而試驗表明硫化鈉為有效活化劑，為此增加掃二作業并添加硫化鈉作活化劑，同時采用戊黃藥（高級黃藥）為捕收劑，達到強化活化捕收作用，以進一步降低尾砂硫含量的目的，試驗結果見表10。

表10 流程結構試驗結果 %

試驗結果表明，通過增加一次掃選作業來調整流程結果，并在掃二作業中通過采取強化活化捕收等有效措施，使尾砂硫含量由0.56%（一粗一掃）降至0.17%（ 一粗兩掃），試驗效果顯著。

3.4.3 脫泥方式對比試驗

脫泥方式將影響著銅硫回收效果，考慮現場采納旋流器方案，為此，進行了旋流器脫泥沉砂與螺旋溜槽脫泥礦砂方銅硫混合浮選開路對比試驗，數據結果見表11。

表11 脫泥方式開路對比試驗結果 %

采用旋流器預先脫泥量產率為23.47%時，其沉砂經選別后獲得的尾砂含硫量降至0.17%，而采用螺旋溜槽脫泥量產率為30%時，其礦砂經選別后獲得的尾砂含硫量降至0.19%，結果表明旋流器脫泥方案技術上可行。

3.4.4 閉路試驗

城門山銅礦尾礦含銅極低，從中要獲得含銅品位大于12%的銅精礦，其富集比高達150倍以上。依據尾礦資源綜合回收原則不采用磨礦工序，但可以采用加強擦洗、增加精選作業等措施來進一步提高銅精礦品位。在前期試驗成果基礎上進行，進行閉路試驗，試驗結果見表12。

表12 閉路試驗結果 %

全尾試樣采用旋流器分級脫泥后沉砂進行銅硫混浮一粗兩掃兩精——銅硫分離一粗兩精、銅硫混浮中礦集中脫泥返回工藝流程，閉路試驗結果：銅精礦銅品位12.28%、回收率為8.01%；硫精礦硫品位為48.42%、回收率為65.68%，尾砂產率為68.93%、含硫品位為0.18%。

4 結語

高堿、高泥、品位低的硫化礦選銅尾礦采用弱磁——脫泥——銅硫混浮——中礦集中脫泥工藝回收試驗，可獲得銅精礦銅品位8.29%、回收率為9.16%，硫精礦硫品位為48.40%、回收率為58.87%，鐵精礦鐵品位為56.70%、回收率為2.51%、尾砂產率為62.53%、含硫品位為0.17%（按SO3質量計0.42%）。經脫泥、選別后的尾砂主要由石英和鉀長石組成、易發生氧化的金屬硫化物硫含量低，已達到建筑材料硫化物含量小于0.5%的要求［6］、經篩析表明粒度適中，從技術指標看，適用于建材予以綜合利用。

試驗對于同類硫化礦尾礦綜合回收選礦研究，具有一定的借鑒意義。

［1］郭靈敏.城門山銅礦尾礦資源綜合利用技術開發研究報告［R］.長沙：長沙礦冶研究院有限責任公司， 2014.

［2］牟全君.循環經濟與我國礦業的可持續發展［J］.中國礦業，2003（6）：21-24.

［3］李穎.我國有色金屬尾礦的資源化利用研究現狀［J］.河北聯合大學學報（自然科學版）， 2014（1）：5-7.

［4］雷存友.城門山銅礦選礦工藝研究.有色冶金設計與研究［J］，2001（1）：8-15.

［5］李宗站.國內銅硫浮選分離研究現狀［J］.現代礦業， 2010（3）：12-15.

［6］李慶繁.GB/T 15229—2011 國家標準解讀及相關國家標準簡介［J］.磚瓦世界， 2013（9）：24-34.

The Experimental Study on the Comprehensive Recovery of Copper and Sulfur from Copper Tailings

GUO Ling-Min1， HONG Jian-Hua2， CAO Xi-Min2
（1.Changsha Research Institute of Mining & Metallurgy Co.， Ltd， Changsha 410012， Hunan， China； 2.Chengmenshan Copper Mine，Jiangxi Copper Corporation， Jiujiang 332000， Jiangxi， China）

Based on the process mineralogy research， the comprehensive recovery of copper， sulfur， iron and other valuable elements in Chengmenshan tailings with high-alkalinity， high-mud and low-grade was carried on by using the process of field weakeningdesliming-copper&sulfur mixed flotation-middlings desliming.The experiment result shows that copper grade of copper concentrate was 8.29%， recovery rate was 9.16%； sulfur grade of sulfur concentrate was 48.40%， recovery rate was 58.87%； iron grade of the iron concentrate was 56.7%， recovery rate was 2.51%； tailings yield rate was 62.53%， sulfur grade was 0.17%.The tailings after desliming were mainly composed of quartz and potash feldspar.The sulfur content of oxidizing metal sulfide is low， which has reached the construction materials sulfide content requirement （according to the quality of the SO3meter） is less than 0.5%.The sieve analysis showed the particle was moderate in size， and was suitable for the comprehensive utilization in building materials from the aspect of technical indicators.

Tailings；magnetic separation；pre desliming；activator；middling treatment；sulphide content

TD926.4

A

1009-3842（2015）06-0017-05

2015-07-03

郭靈敏（1968-），男，江西南康人，選礦高級工程師，主要從事選礦工藝與藥劑開發研究。E-mail： 2889805289@qq.com