浮選—磁選聯(lián)合工藝處理新疆某銅鎳礦

唐劭禹,許陽(yáng)芳,楊磊,高翔

新疆有色金屬研究所，新疆 烏魯木齊 830000

硫化銅鎳礦石的富集方法主要有優(yōu)先浮選法和混合浮選法[1]，但單獨(dú)采用優(yōu)先浮選銅時(shí)，銅精礦中鎳品位較高。采用混合浮選可以高效回收原礦中的銅和鎳，精礦產(chǎn)品中同時(shí)含有較高品位的銅和鎳，導(dǎo)致精礦冶煉成本高。強(qiáng)磁選工藝會(huì)造成鎳的大量損失[2]。

王朝等人[3]以2次粗選4次精選3次掃選銅鎳混合浮選工藝應(yīng)用于新疆瑞倫某銅鎳硫化礦石，原礦含Cu 0.14%、Ni 0.51%，最終獲得含Cu 26.12%、Ni 0.55%、Cu回收率76.49%的銅精礦。劉超等人[4]針對(duì)某銅鎳礦石銅鎳品位低、銅鎳礦物嵌布粒度微細(xì)等特征，采用預(yù)先脫除脈石—銅鎳混合浮選流程,通過(guò)對(duì)含Ni 0.51%、Cu 0.20%和Co 0.02%的原礦進(jìn)行全流程浮選閉路試驗(yàn)，獲得含Ni 7.78%、Cu 2.91%和Co 0.24%，回收率分別為Ni 72.98%、Cu 66.57%和Co 51.29%的銅鎳混合精礦。

因此，研究一種新型高效的銅鎳綜合回收流程對(duì)提高新疆某銅鎳礦石的綜合利用率、提高銅精礦品級(jí)和降低銅鎳冶煉成本將會(huì)起到至關(guān)重要的作用。

1 原礦性質(zhì)

1.1 原礦化學(xué)組成

新疆某低品位銅鎳礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。銅和鎳物相分析結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

表1 原礦化學(xué)成分分析結(jié)果 /%

表2 原礦銅化學(xué)物相分析結(jié)果 /%

表3 原礦鎳化學(xué)物相分析結(jié)果 /%

由表1可知，原礦樣中應(yīng)考慮回收的主要金屬元素分別為Cu 0.98%、Ni 0.64%。主要脈石礦物SiO2含量為35.41%，Al2O3含量為10.86%，MgO含量為9.30%。

由表2和表3可知，原礦中銅主要以原生硫化銅為主要賦存狀態(tài)，其中水溶相主要為硫酸銅包括膽礬和水膽礬，氧化相主要為結(jié)合相，此兩相的銅均不可回收。鎳主要以硫化物形式存在，鎳的氧化相和硅酸鹽相主要來(lái)源于鎳金屬氧化物與含鎳硅酸鹽礦物，礦物表面均難以與捕收劑結(jié)合，不易上浮，水溶性鎳多為可溶性鎳鹽礦物。

1.2 原礦礦物組成

通過(guò)能譜分析、XRD分析和光學(xué)顯微鏡鑒定，查明該礦石由20多種礦物組成，各主要礦物(組)的相對(duì)含量見(jiàn)表4，主要金屬礦物的單體解離度及連生關(guān)系見(jiàn)表5和表6。

表4 原礦礦物的相對(duì)含量 /%

表5 原礦主要金屬礦物的單體解離度 /%

由表4可知，銅礦物主要以黃銅礦為主，鎳礦物主要分布于鎳黃鐵礦中，同時(shí)具有磁性的金屬礦物有磁黃鐵礦、鈦鐵礦和赤鐵礦。主要的脈石礦物以硅酸鹽礦物為主，以輝石、長(zhǎng)石和黑云母較多，其次為橄欖石和綠泥石等。

由表5和表6可知，鎳黃鐵礦和黃銅礦在粒度為-0.074 mm時(shí)均已達(dá)到較高的單體解離度，二者主要以獨(dú)立礦物集合體形式分布于原礦中，少有相互連共生體存在，多與磁黃鐵礦連共生分布。

表6 原礦中金屬硫化物連生關(guān)系 /%

2 試驗(yàn)研究方法

2.1 工藝礦物學(xué)研究方法

采用Quanta 650E型工藝礦物自動(dòng)定量分析儀(MLA)分析礦物組成、含量、粒度分布、礦物嵌布粒度分布、目標(biāo)礦物單體解離度、目標(biāo)礦物與其他礦物連生程度及分布等工藝礦物學(xué)參數(shù)。

X-射線衍射(XRD)用于定性分析樣品中存在的物相種類及測(cè)量晶體的晶格參數(shù)。采用X’Pert3 Powder型X-射線衍射儀，產(chǎn)商：(荷蘭) 帕納科/PANalytical。測(cè)試條件：Cu靶Kα，測(cè)試時(shí)使用管電壓為40 kV，管電流300 mA，對(duì)樣品衍射速度為5°/min，掃描范圍2θ為5～80°。

全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)用于測(cè)試礦樣中各種常量和微量元屬的定性及定量分析。型號(hào)為Optima 4300DV，美國(guó)PerkinElmer公司。波長(zhǎng)范圍：165～782 nm，光譜分辨率：0.006 nm(200 nm處)。

2.2 選礦試驗(yàn)方法

因黃銅礦與鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦可浮性相近，為了降低銅精礦產(chǎn)品中的鎳損失，且實(shí)現(xiàn)銅鎳金屬的綜合回收，浮選采用優(yōu)先浮選—混合浮選聯(lián)合工藝。優(yōu)先浮選直接得到鎳含量較低的銅精礦，混合浮選用于降低尾礦中的銅鎳損失并得到用于冶煉低冰鎳的銅鎳混合精礦。浮選以單因素條件法進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別探究磨礦條件、藥劑種類、藥劑用量及礦漿堿度對(duì)各浮選產(chǎn)物的影響，最終得到高品級(jí)銅精礦和冶煉成本相對(duì)較低的銅鎳混合精礦。

強(qiáng)磁選方法用于從銅精礦中分離出磁性礦物磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦，其目的在于進(jìn)一步降低銅精礦中的鎳損失。強(qiáng)磁選機(jī)型號(hào)為XCSQ-50×70濕式磁選機(jī)，攪拌速率為400 r/min，給礦流速為10-4m3/s。弱磁選機(jī)采用XCSQ弱磁選機(jī)，轉(zhuǎn)速60 r/min。

3 選礦試驗(yàn)結(jié)果

3.1 銅優(yōu)先浮選試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

選擇磨礦細(xì)度為-0.074 mm分別占70.6%、75.4%、81.2%和90.6%，助磨劑采用碳酸鈉，用量為4 700 g/t。以水玻璃和CMC作為抑制劑，用量分別為300 g/t和125 g/t。捕收劑采用YS850和丁基黃藥-丁銨黑藥組合捕收劑。試驗(yàn)流程及藥劑制度見(jiàn)圖1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，隨著磨礦細(xì)度的增大，銅鎳回收率上升，但同時(shí)銅的品位也隨之下降，結(jié)合工藝礦物學(xué)銅鎳的粒度分布以及單體解離檢測(cè)的結(jié)果表明，選擇較細(xì)的磨礦細(xì)度有利于提高銅鎳分選效率。磨礦細(xì)度選擇-0.074 mm含量在81.2%較為合適。

3.1.2 捕收劑種類試驗(yàn)

由于銅礦物與鎳礦物有較為接近的可浮性，相關(guān)常規(guī)藥劑的應(yīng)用研究較多，本節(jié)試驗(yàn)主要對(duì)比工業(yè)實(shí)踐捕收性能較好的Z-200和新型捕收劑YS850對(duì)優(yōu)先選銅的選擇性和捕收效果。Z-200化學(xué)成分為O-異丙基-N-乙基硫逐氨基甲酸，YS850為新疆有色金屬研究所自主研發(fā)藥劑。為探究?jī)煞N捕收劑優(yōu)先選銅時(shí)對(duì)銅的捕收性能，在銅粗選段只添加捕收劑并加入一段掃選，流程一次粗選一次掃選一次精選。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

圖3 捕收劑種類試驗(yàn)流程

表7 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果 /%

由表7可知，采用YS850捕收劑，銅精礦銅品位9.98%，銅回收率為80.06%，鎳回收率36.38%。在Z-200作為捕收劑的情況下，銅精礦銅品位10.04%，銅回收率58.83%，鎳回收率16.92%。YS850表現(xiàn)出更好的捕收性，Z-200具有良好的銅選擇性，為確保全流程粗選段的銅回收率，后期試驗(yàn)粗選段采用捕收性能較好的YS850作為捕收劑。

3.1.3 抑制劑種類試驗(yàn)

為了降低銅精礦中鎳損失率，本節(jié)試驗(yàn)探究不同抑制劑對(duì)含鎳礦物的抑制效果，選取六偏磷酸鈉、3010和JS作為試驗(yàn)抑制劑，3010與JS均為新疆有色金屬研究所生產(chǎn)的黃鐵礦和鎳黃鐵礦抑制劑。試驗(yàn)流程及藥劑制度見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

圖4 銅優(yōu)先浮選中抑制劑種類試驗(yàn)流程

表8 銅優(yōu)先浮選中抑制劑種類試驗(yàn)結(jié)果 /%

表8結(jié)果顯示，采用六偏磷酸鈉為抑制劑時(shí)，銅精礦中鎳損失率最低，但銅回收率僅有23.39%，說(shuō)明六偏磷酸鈉對(duì)銅鎳礦物均有較強(qiáng)的抑制作用；3010抑制劑對(duì)銅鎳分離具有一定的效果，但銅精礦中鎳損失率達(dá)9.17%；采用JS抑制劑銅精礦品位20.41%，銅回收率達(dá)81.45%，同時(shí)鎳品位0.76%，鎳損失4.78%。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，選用JS抑制劑對(duì)銅鎳分離效果最好。

3.1.4 抑制劑用量試驗(yàn)

探究JS用量對(duì)選礦產(chǎn)品指標(biāo)的影響，試驗(yàn)流程及藥劑制度見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 JS抑制劑用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，隨著JS用量的增加，銅精礦中銅品位逐步提高，銅回收率逐漸降低，銅精礦中鎳損失率逐步減少，說(shuō)明JS用量越大，對(duì)鎳礦物的抑制效果越強(qiáng)，當(dāng)其用量達(dá)到100 g/t時(shí)，銅精礦銅品位達(dá)24.05%，鎳品位0.54%，銅回收率降至53.66%，繼續(xù)增大JS用量至120 g/t，得到銅品位25.94%、鎳品位0.34%、銅回收率40.17%的銅精礦。結(jié)果表明，當(dāng)JS用量為100 g/t時(shí)，繼續(xù)增加用量雖然能進(jìn)一步降低銅精礦中的鎳含量，但是會(huì)導(dǎo)致銅的大量損失。后續(xù)試驗(yàn)JS抑制劑用量選擇100 g/t。

3.2 銅精礦磁選試驗(yàn)

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，銅優(yōu)先浮選可將銅精礦中的鎳降至0.6%以內(nèi)。但工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，黃銅礦、鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦的單體解離度較好，均在82.6%以上，且黃銅礦與鎳黃鐵礦的連生比例僅在1.6%左右，在該粒度條件下浮選過(guò)程易發(fā)生氣泡夾帶鎳礦物上浮。又因黃銅礦和鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦可浮性差別較小。通過(guò)銅精礦再磨以及調(diào)整藥劑制度進(jìn)一步降低銅精礦中鎳含量可能作用不大，因銅精礦中存在有較多的鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦，故擬定采用磁選工藝進(jìn)一步降低銅精礦中的鎳含量。

3.2.1 磁選流程對(duì)比試驗(yàn)

探究了先浮選后磁選和先磁選后浮選對(duì)銅精礦選礦結(jié)果的影響。磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為960 kA/m試驗(yàn)流程見(jiàn)圖6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

圖6 磁選流程對(duì)比試驗(yàn)流程

由表9可知，銅優(yōu)先浮選獲得的銅精礦鎳品位為0.65%，經(jīng)一次浮選精選和一次磁選后銅精礦銅品位25.07%，鎳品位降至0.18%，銅回收率達(dá)53.26%，鎳的損失率僅為0.32%，這說(shuō)明采用磁選是能夠進(jìn)一步降低銅精礦中的鎳含量。結(jié)果顯示，在磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為960 kA/m條件下，先浮選后磁選流程獲得的銅精礦指標(biāo)較為理想。此時(shí)獲得的磁選尾礦(中礦1+中礦2)的產(chǎn)率為2.11%，銅和鎳品位分別為10.98%和1.10%，銅和鎳的回收率分別為24.50%和3.71%，可與銅鎳混合浮選精礦合并作為生產(chǎn)低冰鎳的給料。

表9 磁選流程對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 /%

3.2.2 磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度試驗(yàn)

探究不同磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下，獲得的銅精礦回收率和鎳含量，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖7可知，隨著磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加，精礦銅品位提高，銅回收率降低，鎳品位隨之降低，這是因?yàn)殒圏S鐵礦與黃銅礦實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步分離，且黃銅礦比磁化系數(shù)為(57.81～52.60)×10-9m3/kg，在高磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度條件下易損失于磁性礦物中。當(dāng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度提高至1 200 kA/m時(shí)，銅精礦中的鎳含量沒(méi)有呈現(xiàn)繼續(xù)降低趨勢(shì)，且銅回收率降低至40%以下。所以選擇最佳磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為960 kA/m。最終得到銅品位25.07%、鎳品位0.18%、銅回收率為53.26%的銅精礦。

3.3 銅優(yōu)先浮選尾礦銅鎳混合浮選試驗(yàn)

3.3.1 捕收劑種類試驗(yàn)

為了降低優(yōu)先浮選尾礦中的銅鎳損失并得到用于冶煉低冰鎳的銅鎳混合精礦，進(jìn)行了銅鎳混合浮選試驗(yàn)，探究不同捕收劑組合使用方案對(duì)混合浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖8，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

圖8 混合浮選試驗(yàn)流程

表10 混合浮選試驗(yàn)結(jié)果 /%

由表10可知，從回收率結(jié)果得知，三種組合捕收劑對(duì)銅礦物的捕收性能相差不大，對(duì)鎳礦物的捕收效果丁基黑藥和YS850組合最佳，銅總回收率94.56%、鎳總回收率91.67%，且一次粗選就能得到鎳品位較高的銅鎳混合精礦Ⅰ。捕收劑采用丁銨黑藥和YS850組合。

3.3.2 硫酸銅用量試驗(yàn)

以銅鎳混合精礦Ⅰ中銅、鎳品位和回收率為判斷依據(jù)，探究活化劑硫酸銅用量對(duì)銅、鎳礦物回收效果的影響。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖8，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 硫酸銅用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖9可知，隨硫酸銅用量的增加，混合精礦Ⅰ中的銅和鎳的回收率均呈上升趨勢(shì)，品位均波動(dòng)較小。當(dāng)硫酸銅用量增加至300 g/t時(shí)，銅、鎳回收率開(kāi)始下降，說(shuō)明硫酸銅過(guò)量，對(duì)礦漿中的硫化礦物起到了抑制作用。所以硫酸銅最佳用量為300 g/t。

3.4 全流程閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)及開(kāi)路試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用銅優(yōu)先浮選—銅優(yōu)先浮選銅精礦磁選—銅優(yōu)先浮選尾礦銅鎳混合浮選聯(lián)合流程，其目的在于增加用于生產(chǎn)低冰鎳的銅鎳混合精礦，以降低尾礦銅鎳損失。全流程閉路試驗(yàn)流程見(jiàn)圖10，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11。

圖10 閉路工藝流程

表11 閉路試驗(yàn)結(jié)果 /%

由表11可知，閉路試驗(yàn)獲得了銅精礦銅品位26.80%、回收率52.08%、含鎳0.19%和銅品位2.53%、鎳品位3.57%、銅和鎳回收率分別為38.69%和81.55%的銅鎳混合精礦。全流程銅總回收率90.77%，鎳總回收率82.10%。精礦產(chǎn)品ICP多元素分析，結(jié)果分別見(jiàn)表12和表13。

表12 銅精礦ICP多元素分析結(jié)果 /%

表13 銅鎳混合精礦ICP多元素分析結(jié)果

由表12可知，銅精礦Cu含量為26.43%，As含量小于0.2%，Pb和Zn總含量未超過(guò)5%，MgO含量小于3%，屬二級(jí)品銅精礦。

由表13可知，銅鎳混合精礦，達(dá)到低冰鎳冶煉入料要求，銅鎳混合精礦進(jìn)入電爐冶煉形成低冰鎳，低冰鎳經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉轉(zhuǎn)變成人造高冰鎳礦石，用于再磨再選，或直接作為產(chǎn)品出售。

4 結(jié)論

(1)新疆某地銅鎳礦石含銅0.98%，含鎳0.64%，均以硫化相賦存于礦石中，脈石礦物以硅酸鹽礦物為主，以輝石、長(zhǎng)石和黑云母較多，其次為橄欖石和綠泥石等。礦石中鎳銅礦物多以獨(dú)立的礦物集合體形式賦存，鎳銅礦物緊密共生形成的硫化物集合體占比低，這兩種礦物均與磁黃鐵礦共生緊密。

(2)采用銅優(yōu)先浮選—銅優(yōu)先浮選銅精礦磁選—銅優(yōu)先浮選尾礦銅鎳混合浮選聯(lián)合流程，最終得到Cu品位25.43%、回收率52.08%、Ni品位0.19%、MgO含量2.32%的銅精礦，鎳品位3.57%、鎳回收率81.55%、含銅2.53%的銅鎳混合精礦；全流程銅總回收率90.77%，鎳總回收率82.10%。

(3)目前銅鎳礦石選礦工藝多為銅鎳混合浮選，該新型高效的銅鎳綜合回收流程提高了新疆某銅鎳礦的綜合利用率和銅精礦品級(jí)，降低后續(xù)銅鎳冶煉成本，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著重要意義。