某含銅尾礦粗砂工藝礦物學(xué)特征及選礦試驗(yàn)研究

曾令明 ，林清泉，周兆鈺，黃權(quán)兵，戴智飛

（1.江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司，江西 南昌 330096；2.江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦，江西，上饒 334506）

1 引言

中國(guó)是全球最大的銅金屬消費(fèi)國(guó)，據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示中國(guó)銅資源的對(duì)外依存度已超過78%，由于新冠疫情的影響，海外銅金屬礦山受到巨大沖擊，供需失衡導(dǎo)致國(guó)際銅價(jià)高漲，極大影響了制造業(yè)的發(fā)展［1］。國(guó)內(nèi)銅金屬礦山由于長(zhǎng)期開發(fā)，面臨巨大的資源枯竭壓力，紛紛謀求產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)尾礦等二次資源進(jìn)行再利用。而從尾礦中提取有價(jià)值的銅、金、鎢、硫等有價(jià)元素，對(duì)提高資源回收率具有重要意義［2-6］。

永平銅礦是一座以銅、硫?yàn)橹鳎樯稹y、鎢、鋅等多種有價(jià)元素的大型矽卡巖礦，選廠年處理礦石量約320 萬t。為高效回收利用資源，進(jìn)行了很多選礦工藝和藥劑方面的研究，銅和硫的選礦回收率得到了顯著提高，但銅硫選礦的尾礦中銅、鎢等元素依然具備較高的回收價(jià)值［7-9］。目前，永平銅礦采用銅硫依次優(yōu)先浮選工藝回收銅和硫，選硫尾礦經(jīng)分級(jí)拋尾后進(jìn)行白鎢礦的分選回收。在白鎢礦的回收工藝中，需預(yù)先分級(jí)將粗粒級(jí)的尾砂拋尾。經(jīng)分級(jí)后，尾砂中銅品位得到了顯著富集，銅品位可達(dá)0.1%～0.15%，經(jīng)折算銅金屬量有230.4～345.6 t/a，具有較好的經(jīng)濟(jì)回收價(jià)值。

本文基于工藝礦物學(xué)分析結(jié)果，分析了含銅尾礦中粗砂的工藝礦物學(xué)特性，查明了粗尾砂中銅損失的原因，并制定了合理可行的選礦工藝對(duì)銅資源進(jìn)行回收利用［10-12］。對(duì)類似礦山尾礦中資源的回收利用，可提供技術(shù)借鑒。

2 工藝礦物學(xué)研究

2.1 化學(xué)成分和礦物組成分析

對(duì)粗尾砂樣品進(jìn)行了化學(xué)多元素分析和銅、硫的化學(xué)物相分析，并采用經(jīng)鏡下鑒定、X 射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA 檢測(cè)方法對(duì)礦物組成進(jìn)行了分析，分析結(jié)果分別見表1、表2、表3 和表4。由結(jié)果分析可知：

表1 粗尾砂化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表2 粗尾砂中銅的化學(xué)物相分析結(jié)果 %

表3 粗尾砂中硫的化學(xué)物相分析結(jié)果 %

表4 粗尾砂中主要礦物種類及含量 %

（1）粗尾砂中銅品位為0.094%，原生硫化銅占銅總量的76.60%，次生硫化銅占銅總量的14.89%，礦物組成主要以黃銅礦（CuFeS2）為主。尾砂中硫品位為0.76%，含量較低，且大部分賦存在硫化物中。

（2）粗尾砂中主要的脈石礦物為石英、云母、石榴石、長(zhǎng)石、方解石等，其中石英含量高達(dá)44.72%，若需進(jìn)行磨礦將銅礦物與脈石礦物充分單體解離，難度較大。

2.2 重要礦物的產(chǎn)出形式

2.2.1 黃銅礦（CuFeS2）

CuFeS2是粗尾砂中銅的最主要賦存礦物，多呈不規(guī)則粒狀（見圖1a），除5%左右呈單體產(chǎn)出外，多以各種形式與其他礦物連生。呈單體產(chǎn)出的CuFeS2粒度普遍在0.02 mm 以下，部分甚至小于0.005 mm（見圖1b）。根據(jù)與其他礦物的嵌連比例，可將CuFeS2連生體顆粒大致分為三種類型：

（1）以CuFeS2為主的連生體。顆粒中CuFeS2體積含量通常大于50%，與其嵌連的礦物主要是石英和方解石，嵌連方式多為包裹或半包裹（見圖1c）。這種類型的CuFeS2粒度相對(duì)較細(xì)，主要分布在0.005～0.03 mm 之間，數(shù)量上約占樣品中銅礦物總量的5%。

（2）以脈石為主的連生體。顆粒中CuFeS2體積含量為25%～50%，CuFeS2多呈微細(xì)的不規(guī)則狀沿石英、方解石、綠泥石等脈石礦物邊緣，緊密鑲嵌或包裹在這些脈石中（見圖1d）。這種類型的CuFeS2粒度相對(duì)較粗，主要分布在0.01～0.08mm之間，數(shù)量上占樣品中CuFeS2總量的10%左右。

（3）CuFeS2的極貧連生體。數(shù)量上約占樣品中CuFeS2總量的80%。顆粒中CuFeS2的體積含量通常小于25%，部分甚至小于5%。這種連生體中CuFeS2的粒度極不均勻，粗者可達(dá)0.1 mm 左右，微細(xì)者小于0.001 mm，一般變化于0.005～0.08 mm之間。據(jù)鏡下粗略統(tǒng)計(jì)，粒度大于0.04 mm 的約占50%。顆粒中CuFeS2多呈浸染狀包裹在主要由石英、方解石、綠泥石和閃石等脈石組成的集合體中（見圖1d），通常這些脈石集合體粒度也相對(duì)較粗。

圖1 CuFeS2 不同嵌布類型的SEM 背散射圖像

總體來說，損失在粗尾砂中的CuFeS2解離程度較低，絕大部分都與脈石礦物緊密鑲嵌，且粒度極不均勻。特別是第三種類型的連生體中，大部分CuFeS2粒度大于0.04 mm，預(yù)計(jì)進(jìn)一步適度磨礦可獲得單體解離形成銅的富連生體。因此從礦物嵌布粒度分析，對(duì)于粒度大于0.04 mm 的CuFeS2，除第一、二種類型連生體中的CuFeS2以外，第三種類型連生體中粒度較粗的CuFeS2也可以得到進(jìn)一步的回收。然而，對(duì)于粒度小于0.04 mm 的CuFeS2，因其粒度過細(xì)、分散程度過高、與脈石礦物的鑲嵌關(guān)系過于復(fù)雜，預(yù)計(jì)即使進(jìn)一步細(xì)磨也很難得到較充分的解離。

2.2.2 黃鐵礦（FeS2）

FeS2是粗尾砂中最主要金屬硫化物。形態(tài)多為自形、半自形或不規(guī)則粒狀，部分呈單體狀態(tài)產(chǎn)出，其余部分主要與石英、方解石和云母等脈石礦物鑲嵌構(gòu)成不同比例的連生體，自形、半自形的粒狀FeS2嵌布在石英和方解石中（見圖2a），少量與CuFeS2、綠泥石和閃石等礦物交生（見圖2bc），部分FeS2的邊緣或裂隙因氧化作用被赤鐵礦、褐鐵礦等次生礦物交代，粒度較細(xì)，一般變化于0.02～0.15 mm 之間，極個(gè)別粗者可達(dá)0.25 mm 左右。FeS2與CuFeS2嵌布關(guān)系并不密切，僅少部分與CuFeS2嵌連，且與FeS2嵌連的CuFeS2粒度不僅較為細(xì)小，且嵌布關(guān)系較為復(fù)雜，這部分CuFeS2即使細(xì)磨也難以與FeS2分離。

2.2.3 脈石礦物

粗尾砂中脈石礦物種類較多，主要是石英、方解石、石榴石和長(zhǎng)石，其次是綠泥石、輝石和閃石等。總體來看，樣品中脈石礦物形態(tài)多為不規(guī)則粒狀，大部分呈單體狀態(tài)產(chǎn)出，少量與FeS2或CuFeS2等金屬硫化物呈連生關(guān)系（見圖2a-b）。經(jīng)比較，石英和方解石與金屬硫化物的嵌連關(guān)系更為緊密，且部分綠泥石、云母、閃石和長(zhǎng)石也與金屬硫化物嵌連。

圖2 FeS2 和其他脈石礦物不同嵌布類型的SEM 背散射圖像

2.3 銅礦物和硫礦物的嵌布粒度特征

采用MLA 對(duì)粗尾砂中銅礦物和硫礦物的嵌布粒度特征進(jìn)行了分析，結(jié)果見表5 所示。由結(jié)果分析可知：粗尾砂中銅礦物和硫礦物均具微細(xì)粒-細(xì)粒分布的特征，但硫礦物粒度相對(duì)較粗。其中，銅礦物的產(chǎn)出粒度分布有兩個(gè)特點(diǎn)：一是粒度分布較為分散，在0.005～0.074 mm 之間的各個(gè)粒級(jí)中分布較為均勻，銅分布率在11%～19%之間；二是整體粒度明顯較細(xì)，雖然與硫礦物均屬微細(xì)粒-細(xì)粒分布的范疇，但實(shí)際上差異較為明顯，具體表現(xiàn)為+0.037 mm 部分銅礦物占比僅為35.49%，而硫礦物高達(dá)69.13%。

表5 銅礦物和硫礦物的嵌布粒度特征分析結(jié)果

綜合分析可知，該含銅粗尾砂需進(jìn)行超細(xì)磨才能將銅礦物與其他脈石礦物充分解離。此外，脈石礦物不僅含有大量的硅酸鹽難磨礦物，還含有部分易泥化的綠泥石等物質(zhì)，會(huì)對(duì)磨礦解離和浮選分離指標(biāo)造成較大的影響。

2.4 銅礦物和硫礦物的解離度及嵌連關(guān)系

選擇合適的磨礦細(xì)度使絕大部分目的礦物充分單體解離，是獲得理想選礦技術(shù)指標(biāo)的前提。采用MLA 對(duì)粗尾砂中銅礦物和硫礦物分別進(jìn)行了解離度、嵌連關(guān)系的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果分別見表6、表7。由結(jié)果分析可知：

表6 粗尾砂中銅礦物和硫礦物的解離度分析結(jié)果 %

表7 粗尾砂中銅礦物和硫礦物連生體與嵌連礦物的比例 %

（1）粗尾砂中呈單體產(chǎn)出的銅礦物僅占6.47%，即使加上富連生體（顆粒中銅礦物的體積含量大于75%）所占比例亦僅為7.69%，而呈貧連生體（顆粒中銅礦物的體積含量小于75%）產(chǎn)出的銅礦物卻占92.31%，特別是極貧連生體占比高達(dá)80.63%。在銅礦物連生體中，與其嵌連關(guān)系最密切的礦物是石英和方解石，其次是綠泥石、閃石、云母等，而與硫礦物嵌連者僅占3.94%。

（2）粗尾砂中硫礦物的解離度為41.66%，在硫礦物連生體中，與其嵌連關(guān)系最密切的礦物主要是石英和方解石，其次為綠泥石、閃石、云母等，與銅礦物連生者占1.76%。

3 選礦試驗(yàn)研究

3.1 工藝礦物學(xué)影響因素與選礦工藝分析

根據(jù)工藝礦物學(xué)分析結(jié)果，影響粗尾砂選礦指標(biāo)的工藝礦物學(xué)因素可歸納如下：

（1）粗尾砂中銅礦物主要為CuFeS2，損失的主要原因是其嵌布粒度較細(xì)，且多呈浸染狀與脈石緊密鑲嵌構(gòu)成不同比例的連生體，極貧連生體所占比例較高。

（2）粗尾砂中硫礦物主要為FeS2，少量為磁黃鐵礦，它們損失在尾礦中的原因是粒度較細(xì)、與脈石礦物的嵌連關(guān)系十分緊密。

針對(duì)粗尾砂中銅礦物嵌布粒度微細(xì)、礦物單體解離不充分的問題，選礦工藝需要進(jìn)一步細(xì)磨才有可能使其得到較充分的解離，并通過高選擇性捕收劑進(jìn)行回收。

3.2 不同磨礦方式和磨礦細(xì)度試驗(yàn)對(duì)比

根據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，針對(duì)含銅礦物需要超細(xì)磨的問題，試驗(yàn)對(duì)比了立式攪拌磨和球磨兩種磨礦方式對(duì)磨礦效果的影響（見圖3），并在不同磨礦方式條件下開展了磨礦細(xì)度條件優(yōu)化試驗(yàn)（見圖4）。由結(jié)果可知：

圖3 不同磨礦方式磨礦曲線對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

圖4 不同磨礦方式對(duì)選銅粗選回收率的影響結(jié)果

（1）相比球磨，立式攪拌磨可大幅度減少磨礦時(shí)間，并且在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)，磨礦細(xì)度可以達(dá)到工藝的要求。

（2）隨著磨礦細(xì)度的增加，球磨選銅粗選Cu回收率最高僅有60%左右，而攪拌磨可達(dá)到80%左右。相比而言，立式攪拌磨對(duì)于提高銅回收率具有明顯優(yōu)勢(shì)。當(dāng)磨礦細(xì)度-0.045 mm 含量超過90%時(shí)，銅回收率明顯下降，說明過磨會(huì)嚴(yán)重影響銅回收率，因此選擇適宜的磨礦細(xì)度為-0.045 mm 占90.71%。

3.3 開路和閉路試驗(yàn)

3.3.1 全流程開路對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)探索試驗(yàn)及條件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，可采用立式攪拌磨對(duì)含銅粗尾砂進(jìn)行細(xì)磨，最優(yōu)的磨礦細(xì)度為-0.045 mm 含量占90.71%，合適的粗選捕收劑為EP 捕收劑或者丁基黃藥+丁銨黑藥組合捕收劑。在采用二次粗選、四次精選、中礦順序返回的浮選流程的條件下，對(duì)比了兩種捕收劑的浮選指標(biāo)，結(jié)果見表8，開路試驗(yàn)流程圖參考圖5。開路試驗(yàn)結(jié)果可知：

表8 含銅尾砂攪拌磨再磨選銅工藝開路試驗(yàn)結(jié)果

（1）采用EP 為捕收劑，優(yōu)先選銅工藝可獲得含銅18.32%的銅精礦，說明EP 可以作為生產(chǎn)高品位精礦方案的捕收劑。

（2）采用丁基黃藥與丁銨黑藥組合捕收劑，銅硫混浮工藝可獲得含銅8.55%的銅精礦。考慮到丁基黃藥與丁銨黑藥組合藥劑具有較強(qiáng)的捕收能力，有利于達(dá)到較高的選銅回收率，可選擇丁基黃藥與丁銨黑藥組合藥劑作為生產(chǎn)低品位精礦方案的捕收劑。

3.3.2 全流程閉路對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)選銅尾礦粗尾砂選礦工藝優(yōu)化試驗(yàn)和開路試驗(yàn)結(jié)果，采用銅優(yōu)先浮選和銅硫混合浮選工藝均可實(shí)現(xiàn)銅回收。在考慮選礦工藝的同時(shí)，試驗(yàn)對(duì)比了兩種不同的藥劑制度條件下的閉路試驗(yàn)的效果，試驗(yàn)結(jié)果見表9，閉路試驗(yàn)流程圖見圖5，閉路試驗(yàn)推薦工藝的工藝數(shù)質(zhì)量流程圖見圖6 所示。由閉路試驗(yàn)結(jié)果分析可知：

圖5 含銅粗尾砂再磨優(yōu)先選銅工藝閉路試驗(yàn)流程圖

圖6 高品位精礦方案閉路試驗(yàn)選礦工藝數(shù)質(zhì)量流程圖

表9 含銅尾砂攪拌磨再磨選銅工藝閉路試驗(yàn)結(jié)果

（1）以丁基黃藥+丁銨黑藥的組合藥劑作為浮選捕收劑，粗尾砂選銅可獲得Cu 品位7.66%、Cu回收率59.63%的銅精礦。

（2）以EP 藥劑作為浮選捕收劑，粗尾砂選銅可獲得Cu品位18.02%、Cu回收率41.05%的銅精礦。

根據(jù)市場(chǎng)對(duì)銅精礦品位的要求，推薦采用EP為捕收劑，優(yōu)先選銅工藝以生產(chǎn)高品位銅精礦的方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)粗尾砂中銅的回收。

4 結(jié)論

（1）含銅尾礦粗尾砂中銅礦物和硫礦物的嵌布粒度微細(xì)、解離程度低，與脈石的鑲嵌關(guān)系復(fù)雜，需采用高效磨礦設(shè)備進(jìn)行細(xì)磨，使銅、硫礦物得到充分解離，然后采用浮選工藝進(jìn)行分離回收，可實(shí)現(xiàn)銅、硫礦物的有效回收。

（2）采用立式攪拌磨對(duì)含銅粗尾砂進(jìn)行細(xì)磨可充分解離含銅礦物，試驗(yàn)對(duì)比了銅硫混合浮選工藝和銅硫依次優(yōu)先浮選工藝的試驗(yàn)指標(biāo)，采用EP 捕收劑或丁基黃藥+丁銨黑藥組合捕收劑的兩種藥劑制度分選出不同品位的銅精礦。

（3）推薦以EP 作為浮選捕收劑，采用再磨后二次粗選、四次精選、中礦順序返回的優(yōu)先選銅工藝，閉路試驗(yàn)可獲得Cu 品位18.02%、回收率41.05%的銅精礦。