某混合銅鈷礦選冶工藝方案研究

楊慧沙，唐國標(biāo)，張帆

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

剛果（金）是一個銅、鈷礦資源較豐富的國家，境內(nèi)有世界上最大的銅、鈷資源富集區(qū)。相關(guān)資料顯示，該國加丹加銅礦帶經(jīng)過多次礦化疊加和強烈的氧化蝕變，其礦床受熱液改造的程度不同，氧化程度也不同[1]，氧化帶深度從20 m到300 m不等，不同礦體的銅鈷礦物種類及其相對含量也差異較大[2]。目前，剛果（金）正在生產(chǎn)運營的礦山大部分氧化率開始下降，單純的原礦直接攪拌浸出工藝較難浸出礦石中的硫化銅礦物，且部分礦山因含大量白云石等碳酸鹽礦物，浸出酸耗較高，給企業(yè)降低生產(chǎn)成本帶來了難題。本文以剛果（金）某礦山為例，探討礦石氧化率下降后，如何技術(shù)和經(jīng)濟兩方面進行混合銅鈷礦的選冶工藝的選擇。

1 原礦性質(zhì)

剛果（金）某礦山是一大型層狀銅鈷礦床，鈷礦體和銅礦體相伴生，淺部基本是氧化礦，漸漸過渡至混合礦和硫化礦，礦體大部分賦存深度區(qū)域內(nèi)都是3種礦石并存的。氧化礦、混合礦和硫化礦分布復(fù)雜，整個礦床以氧化礦為主，但礦床不同部位氧化率各不相同，平均氧化率約72%。根據(jù)選礦工藝的不同，將礦石氧化率小于10%的礦石劃分為硫化礦，大于90%的礦石劃分為氧化礦，氧化率在10%～90%內(nèi)的礦石劃分為混合礦。

1.1 原礦主要化學(xué)組成

原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 礦樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果%

1.2 原礦銅、鈷物相分析

礦樣中銅的化學(xué)物相分析結(jié)果見表2，鈷的化學(xué)物相分析結(jié)果見表3。

表2 礦樣中銅的化學(xué)物相分析結(jié)果%

表3 礦樣中鈷的化學(xué)物相分析結(jié)果%

從表2、表3可知，礦樣中的銅主要為氧化銅，其次為次生硫化銅，微量的原生硫化銅；礦樣中的鈷絕大部分存在于碳酸鹽中，少量存在于硫化鈷和硅酸鹽中。

1.3 原礦礦物組成

礦樣中銅礦物主要為孔雀石、黑銅礦、磷銅礦、輝銅礦、硅孔雀石，少量的黃銅礦、斑銅礦、銅藍，偶爾可見自然銅等；鈷礦物主要為菱鈷礦，少量的硫銅鈷礦和水鈷礦；鐵礦物主要為赤鐵礦、褐鐵礦，少量鈦鐵礦等；另外，還有微量的黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等。非金屬礦物主要為石英，其次為白云石和綠泥石，少量高嶺石、鉀長石、白云母、滑石，微量菱鎂礦、方解石、磷灰石、金紅石、鋯石、獨居石、重晶石等。

1.4 銅、鈷礦物的賦存狀態(tài)

礦樣中銅主要以獨立礦物的形式存在，它們絕大部分為孔雀石、輝銅礦和黑銅礦，少量磷銅礦、硅孔雀石，微量斑銅礦、黃銅礦、硫銅鈷礦，這些礦物中銅占99.58%，只有0.42%的銅以分散狀態(tài)存在于褐鐵礦中。銅在各礦物中的平衡計算見表4。

表4 銅在各礦物中的平衡計算%

礦樣中的鈷大部分以獨立礦物的形式存在，這些獨立礦物主要為菱鈷礦，少量硫銅鈷礦，微量水鈷礦。除此之外，鈷還以類質(zhì)同象形式存在于白云石、黃鐵礦和輝銅礦中，且在白云石、黃鐵礦和輝銅礦中的含量分別占總鈷量的12.03%、2.65%和0.77%。另外，有5.99%的鈷以分散形式存在于綠泥石中。鈷在各礦物中的平衡計算見表5。

表5 鈷在各礦物中的平衡計算%

2 選冶聯(lián)合試驗研究

酸耗、選冶綜合回收率直接決定著每種混合礦處理工藝的經(jīng)濟效益。為獲得最大的經(jīng)濟效益，有必要對混合礦開展詳細的選冶聯(lián)合試驗研究，以期為設(shè)計提供必要依據(jù)，同時為后續(xù)實際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

為此，分別進行了“全流程閉路浮選—氧化精礦浸出方案”（方案Ⅰ）、“硫化礦閉路浮選—氧化粗精礦浸出方案”（方案Ⅱ）、“硫化礦閉路浮選—浮選尾礦浸出方案”（方案Ⅲ）及“原礦直接浸出方案”（方案Ⅳ）4種方案的選冶試驗。

方案Ⅰ工藝流程如圖1所示，試驗結(jié)果見表6。試驗結(jié)果表明，采用全流程閉路浮選—氧化精礦浸出方案，銅選冶綜合回收率約82.83%，鈷選冶綜合回收率約40.14%。

表6 方案Ⅰ選冶聯(lián)合工藝試驗結(jié)果 %

圖1 方案Ⅰ選冶聯(lián)合工藝流程

方案Ⅱ工藝流程如圖2所示，試驗結(jié)果見表7。試驗結(jié)果表明，采用硫化礦閉路浮選—氧化粗精礦浸出方案，銅選冶綜合回收率約85.73%，鈷選冶綜合回收率約57.24%。

表7 方案Ⅱ選冶聯(lián)合工藝試驗結(jié)果%

圖2 方案Ⅱ選冶聯(lián)合工藝流程

方案Ⅲ工藝流程如圖3所示，試驗結(jié)果見表8。試驗結(jié)果表明，采用全流程閉路浮選尾礦浸出方案，銅選冶綜合回收率約95.39%，鈷選冶綜合回收率約75.22%。

表8 方案Ⅲ選冶聯(lián)合工藝試驗結(jié)果%

圖3 方案Ⅲ選冶聯(lián)合工藝流程

根據(jù)礦樣冶金驗證試驗，原礦直接浸出試驗結(jié)果見表9。

表9 方案Ⅳ浸出工藝試驗結(jié)果%

試驗結(jié)果表明，采用原礦直接浸出方案，銅選冶綜合回收率約80.50%，鈷選冶綜合回收率約68.57%。

綜合對比上述4種方案，方案Ⅲ獲得銅、鈷綜合回收率最高，方案Ⅳ的銅、鈷綜合回收率最低。方案Ⅲ的銅、鈷回收率較方案Ⅰ分別高12.56%、35.08%，較方案Ⅱ高9.66%、17.98%；方案Ⅱ的銅、鈷回收率較方案Ⅰ的銅、鈷回收率分別高2.90%、17.10%。

由于方案Ⅲ為浮選全尾浸出，原礦中輝銅礦、硫銅鈷礦等難浸礦物可通過浮選回收，在技術(shù)指標(biāo)上略占優(yōu)勢，但入浸出礦量遠超過方案Ⅰ、Ⅱ。方案Ⅳ原礦中的硫化銅、鈷礦物損失在浸渣中，造成銅、鈷綜合回收率最低。方案Ⅰ通過氧化銅多次精選提高氧化銅精礦品位，從物相分析可知，部分鈷以分散形式存在于綠泥石中，精礦品位越高，可以減少精礦中綠泥石的混雜，相比方案Ⅱ的氧化銅粗精礦，有用礦物的單體解離更為充分，更有利于銅、鈷的浸出，且對鈷的浸出影響更為顯著；但相反銅、鈷回收率降低，造成選冶綜合回收率低于方案Ⅱ。

僅從選冶回收率指標(biāo)上可知，方案Ⅲ獲得的銅、鈷回收率最佳，但最終產(chǎn)品是陰極銅和粗制氫氧化鈷，浮選精礦只是中間產(chǎn)品，為了最大限度地獲得經(jīng)濟效益，需從選冶成本效益角度考察全流程方案，故對4種方案進行選冶成本與收益的對比，對比結(jié)果如表10、表11所示。

表10 各方案酸耗成本分析結(jié)果

由表10可知，方案Ⅲ、Ⅳ的酸耗成本最高，明顯高于方案Ⅰ、Ⅱ，方案Ⅱ的酸耗成本高于方案Ⅰ，說明多次精選有利于減少精礦中脈石礦物的混入，降低入浸精礦的酸耗及礦量。

綜合對比表11中的數(shù)據(jù)，選冶聯(lián)合工藝方案（方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的噸礦收益均優(yōu)于原礦直接浸出（方案Ⅳ）。在目前硫酸價格及金屬市場行情條件下，方案Ⅱ噸礦毛收益最高，推薦采用方案Ⅱ（即硫化礦閉路浮選-氧化粗精礦浸出工藝方案）來處理本礦石。但需要指出的是，方案Ⅲ噸礦收益雖低于方案Ⅱ，但方案Ⅲ的銅鈷選冶綜合回收率最高，影響方案Ⅲ收益的主要因素為硫酸成本。

表11 各方案選冶聯(lián)合工藝成本收益對比

3 結(jié)論

剛果（金）銅礦資源豐富，儲量大，但隨著資源的不斷開采，氧化銅礦資源日益減少，原礦直接攪拌浸出難以回收硫化礦中的銅、鈷[3]，對于混合銅鈷礦石的處理是各大礦山企業(yè)迫切需要解決的問題。上述實例選冶流程的選擇表明，混合銅鈷礦選冶工藝很大程度上取決于原礦中鈣鎂等堿性脈石的含量、礦石的選冶性能、金屬和硫酸的價格。