剛果（金）某高氧化率銅鈷礦選冶聯合工藝試驗研究①

單志強，石少明，袁喜振

（1.柳州職業技術學院環境與食品工程學院，廣西柳州 545000；2.中國有色礦業集團非洲礦業有限公司，贊比亞基特韋 22592；3.中鐵資源集團有限公司，北京 100039）

非洲剛果（金）地區銅鈷資源豐富，鈷儲量居世界第一位，銅儲量居世界第二位［1］。加丹加銅鈷礦帶的礦床，經多次礦化疊加而成，并經歷較強的氧化蝕變，因礦床受熱液改造的程度不同，氧化程度差異較明顯，不同礦體形成的礦石中礦物種類和含量差別較大［2］。目前，該礦帶采出的礦石大部分為氧化礦，根據礦石性質差異，若礦石氧化率較低，且多為硅孔雀石的自由氧化銅時，一般采用浮選法［3－4］；當處理低品位、高含泥礦石時，多采用堆浸［5］；當處理低品位、高結合率的氧化礦時，一般采用浮選-浸出聯合工藝［6］等。針對氧化率較高的銅鈷礦選別問題，學者們開展了大量研究工作［7－10］。本文針對剛果（金）某高氧化率銅鈷礦，采用先浮選硫化礦、后對浮選尾礦硫化浮選，最后對氧化礦浮選中礦進行硫酸浸出，探索利用選冶聯合工藝提高該區域銅、鈷資源回收效率的技術可行性，試驗結果可為類似資源高效利用提供一定的參考。

1 礦石性質

試驗所用礦石樣品為剛果（金）某高氧化率銅鈷多金屬礦，其中Cu品位2.75%、Co品位0.19%，高于鎳、鉛、鋅、銀等其他有價金屬，因此本文僅考慮回收銅、鈷資源。礦石化學成分分析結果如表1所示。該礦石主要脈石組分為SiO2，其次為Al2O3、CaO和MgO，四者合計含量為72.78%。

表1 原礦化學多元素分析結果

礦石鈷和銅物相分析結果分別見表2和表3。結果表明，礦石中鈷主要以氧化鈷形式存在，其次為脈石中鈷。這說明利用傳統浮選工藝回收鈷礦物將很難獲得較理想的分選效果。礦石中銅氧化程度較高，同時還有10.62%的銅以自然銅形式存在。

表2 礦石鈷物相分析結果

表3 礦石銅物相分析結果

2 試驗方案

針對此類型氧化銅鈷礦石，常用的選礦原則工藝有“先浮硫化礦后硫化浮選氧化礦”的異步浮選工藝及“硫化礦與氧化礦一起浮選”的同步浮選工藝，結合后續銅鈷冶煉工藝的要求，本文將以回收銅為主，再綜合考慮回收鈷，采用“先浮硫化礦后硫化浮選氧化礦”的異步浮選工藝，分別得到硫化銅鈷精礦和氧化銅鈷精礦兩種產品，為提高氧化礦精礦品位，對氧化礦浮選綜合中礦進行硫酸浸出。試驗原則流程見圖1。

圖1 試驗原則流程

3 試驗結果與討論

3.1 磨礦細度試驗

按圖2所示流程，進行了磨礦細度條件試驗，結果見表4。結果表明，隨著磨礦細度提高，精礦中銅、鈷品位變化不大，但銅鈷回收率隨之提高，當磨礦細度達到－0.074 mm粒級占80%時，粗精礦中銅回收率下降，鈷回收率繼續增加。綜合考慮回收率及品位指標，最終確定磨礦細度－0.074 mm粒級占75%進行后續試驗。

圖2 磨礦細度試驗流程

3.2 硫化礦閉路浮選試驗

硫化礦閉路浮選試驗流程見圖3，結果見表5。結果表明，硫化礦閉路浮選可獲得產率2.55%、含銅29.39%、含鈷0.47%、銅鈷回收率分別為27.09%、6.50%的硫化礦精礦產品。

圖3 硫化礦閉路浮選試驗流程

表5 硫化礦閉路浮選試驗結果

3.3 氧化礦浮選試驗

3.3.1 硫化劑種類和用量試驗

影響氧化銅鈷礦硫化浮選的關鍵因素是硫化劑種類及用量。硫化鈉和硫氫化鈉是硫化浮選常見的、效果良好的硫化劑，硫氫化鈉對鈷更有好的硫化效果。將硫化礦浮選尾礦作為給礦，分別采用硫氫化鈉和硫化鈉作硫化劑，捕收劑采用丁基黃藥和戊基黃藥，用量分別為160 g／t和50 g／t，起泡劑2＃油用量40 g／t，采用一次粗選流程，考察了硫化劑種類及用量對銅鈷分選的影響，結果見表6。結果表明，隨著硫氫化鈉用量增加，氧化礦精礦中銅、鈷回收率逐漸增加，當硫氫化鈉用量達到2 500 g／t時，尾礦中銅鈷損失率增加。相同用量條件下，硫氫化鈉比硫化鈉硫化效果更好。最終確定使用硫氫化鈉作為硫化劑，用量2 000 g／t。

表6 硫化劑對銅鈷分選的影響

3.3.2 氧化礦浮選流程試驗

硫化浮選的效果對氧化礦浮選指標影響較大。另外，針對此類礦石，相關研究表明中礦依序返回過程中有明顯的累積效應，既影響浮選的順利進行，又影響精礦和尾礦品位。因此，在氧化銅鈷礦浮選條件試驗基礎上，以硫化礦浮選尾礦作為給礦，按圖4所示流程進行了氧化礦開路試驗，結果見表7。結果表明，氧化礦開路試驗可獲得產率38.40%、含銅5.14%、含鈷0.36%、銅鈷作業回收率分別為92.76%、77.72%的綜合氧化精礦產品；中礦1～3銅、鈷品位均較低，建議中礦單獨處理。

表7 氧化礦開路浮選試驗結果

圖4 氧化礦浮選試驗流程

3.4 硫酸浸出試驗

由于氧化礦浮選中礦中微細粒物料對再選作業影響較大，故對該部分中礦進行了篩析，結果如表8所示。結果表明，－0.038 mm微細粒級占比78.44%，這是造成中礦累積、惡化浮選過程的主要原因。為了能有效回收中礦中的銅鈷礦物，同時消除微細粒中礦返回產生的中礦累積，擬將此部分中礦進行硫酸浸出。

表8 氧化礦浮選中礦篩析結果

由于pH值及電位是影響濕法浸出的重要因素，而硫酸用量對溶液pH值和電位有直接影響，故對該中礦開展了常溫常壓攪拌浸出試驗。在液固比4∶1、浸出時間3 h條件下，考察了酸礦比對銅、鈷浸出指標的影響，結果如圖5所示。由圖5可知，隨著酸礦比增加，銅鈷浸出率開始明顯提高，但繼續增加酸量對銅浸出率影響較大，但對鈷浸出率影響較小。考慮酸過量時溶液pH值過低，不利于后續萃取作業，因此推薦酸礦比為0.2∶1，該條件下獲得銅、鈷作業浸出率分別為97.50%和86.70%，折算成對原礦的回收率分別為16.30%和23.37%。

圖5 酸礦比對浸出效果的影響

3.5 選冶聯合試驗

硫化礦浮選獲得精礦銅品位29.39%、鈷品位0.47%，銅回收率27.09%、鈷回收率6.50%；氧化礦浮選獲得精礦銅品位8.79%、鈷品位0.52%，銅回收率50.91%、鈷回收率45.71%；氧化礦浮選中礦硫酸浸出所得銅鈷回收率分別為16.30%和23.37%；最終選冶聯合工藝達到銅、鈷總回收率分別為94.30%和75.58%。

4 結 語

1）剛果（金）某高氧化率銅鈷多金屬礦含銅2.75%、鈷0.19%；礦石組成礦物種類較復雜，主要銅礦物為黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦和孔雀石；鈷礦物僅見硫銅鈷礦；脈石礦物較常見的是石英、滑石、白云石、綠泥石和白云母。

2）對該礦石進行了“先硫后氧”異步浮選和氧化礦浮選中礦硫酸浸出的選冶聯合試驗研究，結果表明，硫化礦浮選獲得精礦銅品位29.39%、鈷品位0.47%，銅回收率27.09%、鈷回收率6.50%；氧化礦浮選得到精礦銅品位8.79%、鈷品位0.52%，銅回收率50.91%、鈷回收率45.71%；中礦硫酸浸出所得銅鈷回收率分別為16.30%和23.37%；最終選冶聯合工藝達到銅、鈷總回收率分別為94.30%和75.58%。