某難選銅鎳硫化礦選礦試驗(yàn)研究

李俊旺，呼振峰，張?jiān)坪?/p>

(礦冶科技集團(tuán)有限公司，礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

隨著易選銅鎳硫化礦資源的不斷開(kāi)發(fā)，銅鎳礦石日趨貧、細(xì)、雜，對(duì)選礦工作提出了更高的要求[1-2]。面對(duì)銅鎳礦產(chǎn)資源普遍存在的品位越來(lái)越低[3-5]、礦物嵌布特征復(fù)雜[6]、脈石礦物蝕變嚴(yán)重[7]等難題，傳統(tǒng)的銅鎳選礦工藝和藥劑對(duì)該類(lèi)資源的分選效果不理想，銅鎳精礦質(zhì)量差，選礦回收率低。目前，浮選是處理銅鎳硫化礦的主要方法，常用的浮選流程有優(yōu)先浮選、混合浮選、脫泥-浮選、階段磨選等。在浮選藥劑方面，通常根據(jù)礦石性質(zhì)組合應(yīng)用捕收劑和調(diào)整劑，發(fā)揮不同藥劑間的協(xié)同作用。對(duì)于難選銅鎳硫化礦，單一的選礦方法往往指標(biāo)不理想。因此，通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用重選、磁選、浸出等方法，實(shí)現(xiàn)各工藝間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，開(kāi)發(fā)難選銅鎳硫化礦選礦環(huán)保高效新藥劑[8]、經(jīng)濟(jì)和適用性強(qiáng)的新工藝[9-11]，提高選礦技術(shù)指標(biāo)具有重要的意義。

本文以吉林省某難選銅鎳硫化礦為研究對(duì)象，在工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)詳細(xì)的磨礦細(xì)度、調(diào)整劑種類(lèi)、捕收劑種類(lèi)及粗精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)研究，確定了適宜該礦石特性的選礦工藝流程及藥劑制度，獲得了較好的選礦技術(shù)指標(biāo)，從而為該資源的開(kāi)發(fā)利用提供一定的技術(shù)支持。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦主要成分分析

原礦中主要成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，原礦中可供選礦富集回收的主要元素是銅和鎳，含量分別為0.23%和0.42%。脈石組分主要是SiO2，其次為MgO，含量分別為41.66%、19.33%，二者合計(jì)含量為60.99%。

表1 原礦主要成分分析結(jié)果Table 1 The composition analysis results of the ore 單位：%

1.2 主要元素的物相分析

原礦中銅、鎳的物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，原礦中銅、鎳的賦存形式相對(duì)較為復(fù)雜。其中，呈黃銅礦等產(chǎn)出的硫化銅占88.26%，而以孔雀石、硅孔雀石等形式存在的自由氧化銅和結(jié)合氧化銅均占有一定的比例，合計(jì)分布率為11.74%。對(duì)鎳而言，呈鎳黃鐵礦產(chǎn)出的硫化鎳占81.67%，氧化鎳和硅酸鎳均占有一定的比例，分布率分別為4.52%、13.81%。

表2 銅、鎳的物相分析結(jié)果Table 2 The results of chemical phase analysis ofcopper and nickel 單位：%

1.3 主要礦物組成

經(jīng)鏡下鑒定、掃描電鏡分析和MLA測(cè)定綜合研究表明，礦石中金屬礦物組成相對(duì)簡(jiǎn)單，銅礦物絕大部分為黃銅礦，偶見(jiàn)銅藍(lán)、墨銅礦；鎳礦物主要為鎳黃鐵礦，偶見(jiàn)紫硫鎳礦；其他金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦，偶見(jiàn)方鉛礦等。脈石礦物主要有橄欖石、輝石、斜長(zhǎng)石、透閃石等。

1.4 主要礦物的嵌布特征

礦石中黃銅礦(圖1(a))、鎳黃鐵礦(圖1(b))的嵌布粒度總體較細(xì)，部分與磁黃鐵礦、黃鐵礦的共生緊密，尤其是鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦共生密切(圖1(c))。礦物粒度主要集中在0.2～2.0 mm之間，極少量硫化物如黃鐵礦、磁黃鐵礦等粒度較大，達(dá)到5 mm。而主要含鎳礦物鎳黃鐵礦粒度較細(xì)，多分布于磁黃鐵礦邊緣、構(gòu)造裂縫中(圖1(d))。

圖1 原礦顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Microscopic photos of raw ore

1.5 選礦工藝難點(diǎn)分析

礦物學(xué)研究表明，該銅鎳礦呈典型的浸染狀構(gòu)造，影響銅鎳回收的主要礦物學(xué)因素是礦石中黃銅礦、鎳黃鐵礦的產(chǎn)出形式較為復(fù)雜、嵌布粒度較細(xì)、形態(tài)不甚規(guī)則。因此，為合理開(kāi)發(fā)該難選銅鎳硫化礦，如何既能解決礦石中銅鎳礦物的良好解離，同時(shí)又避免易浮脈石對(duì)分選過(guò)程造成影響，實(shí)現(xiàn)銅鎳礦物與脈石礦物之間的浮選分離，是該銅鎳礦石選礦工藝技術(shù)研究的難點(diǎn)。

1.6 試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

每次試驗(yàn)稱(chēng)取礦樣1 000 g，采用武漢探礦廠(chǎng)生產(chǎn)的XMQ-240×90錐形球磨機(jī)進(jìn)行濕式磨礦，浮選試驗(yàn)是在吉林探礦廠(chǎng)生產(chǎn)的XFD系列單槽和XFG系列掛槽浮選機(jī)上進(jìn)行的。浮選藥劑中六偏磷酸鈉、碳酸鈉為分析純，水玻璃、羧甲基纖維素鈉(CMC)、乙基黃藥、丁基黃藥、戊基黃藥、BK303、2號(hào)油均為工業(yè)品。除起泡劑2號(hào)油采用原液添加外，其他藥劑均配成一定濃度的溶液添加，試驗(yàn)用水為自來(lái)水。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

針對(duì)該難選銅鎳硫化礦礦石性質(zhì)，由于銅鎳礦物嵌布粒度微細(xì)，采用銅鎳混合浮選工藝進(jìn)行分選。為了提高銅鎳浮選指標(biāo)，本文重點(diǎn)對(duì)磨礦細(xì)度、高效銅鎳礦物捕收劑和脈石礦物分散抑制劑等進(jìn)行了研究。

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程及試驗(yàn)條件見(jiàn)圖2，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖2和圖3可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，銅鎳混合粗精礦中銅和鎳的回收率隨著磨礦細(xì)度的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，而品位變化較小。當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%時(shí)，銅和鎳的回收率較高，繼續(xù)增加磨礦細(xì)度回收率有所下降，可能是由于磨礦細(xì)度過(guò)細(xì)，產(chǎn)生大量的礦泥在銅鎳礦物表面形成罩蓋，影響了捕收劑在礦物表面的吸附，導(dǎo)致銅鎳礦物的可浮性下降。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程Fig.2 Flowsheet of grinding fineness test

圖3 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 The results of grinding fineness test

為了進(jìn)一步考查銅、鎳礦物的解離情況，對(duì)不同細(xì)度的磨礦產(chǎn)品進(jìn)行了黃銅礦、鎳黃鐵礦的解離度測(cè)定，結(jié)果分別見(jiàn)表3和表4。

由表3和表4可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，黃銅礦及鎳黃鐵礦的單體解離度逐漸增加。當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%時(shí)，黃銅礦和鎳黃鐵礦單體解離度分別為67.52%和54.29%，均未得到充分解離。繼續(xù)增加磨礦細(xì)度，黃銅礦及鎳黃鐵礦的單體解離度提高較小。若考慮到與硫化礦物連生體部分及脈石的富連生體部分在浮選過(guò)程中易于進(jìn)入相應(yīng)的精礦中，磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%時(shí)黃銅礦及鎳黃鐵礦的單體、硫化物連生體及脈石裸露富連生部分合計(jì)分別達(dá)到83.01%和79.62%。同時(shí)，礦石中黃鐵礦、磁黃鐵礦的含量相對(duì)較少，其浮游性能與鎳黃鐵礦相近，且與黃銅礦、鎳黃鐵礦共生密切。因此，可以考慮在適當(dāng)?shù)哪サV細(xì)度下進(jìn)行銅、鎳礦物的回收，并強(qiáng)化對(duì)裸露連生體部分的回收。

表3 不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品中黃銅礦的解離特征Table 3 Dissociation characteristics of chalcopyrite in different grinding fineness products 單位：%

表4 不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品中鎳黃鐵礦的解離特征Table 4 Dissociation characteristics of nickel pyrite in different grinding fineness products 單位：%

綜合考慮磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果、銅鎳礦物單體解離特征研究及選礦生產(chǎn)成本等因素，選擇磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%進(jìn)行銅鎳礦物的回收。

2.2 調(diào)整劑種類(lèi)試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%，采用丁基黃藥為捕收劑，粗選Ⅰ和粗選Ⅱ用量分別為80 g/t和30 g/t的條件下，考察了水玻璃(500 g/t)、CMC(100 g/t)、碳酸鈉(500 g/t)和六偏磷酸鈉(100 g/t)等幾種調(diào)整劑對(duì)選礦指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，采用水玻璃、CMC、碳酸鈉、六偏磷酸鈉作調(diào)整劑時(shí)，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的品位比較接近，但銅、鎳的回收率相差較大。當(dāng)采用CMC(黏度約950 mPa·s)作調(diào)整劑時(shí)，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的回收率較高，特別是對(duì)鎳礦物的回收效果較好。因此，選擇CMC作銅鎳浮選的調(diào)整劑。

圖4 調(diào)整劑種類(lèi)試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 The results of regulator flotation test

2.3 捕收劑種類(lèi)試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%，采用CMC為調(diào)整劑，粗選Ⅰ和粗選Ⅱ用量分別為100 g/t和50 g/t的條件下，考察了幾種不同的捕收劑對(duì)選礦指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可以看出，采用不同種類(lèi)的捕收劑時(shí)，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的回收率相差較大。其中，當(dāng)采用BK303作捕收劑時(shí)，銅鎳混合粗精礦中銅、鎳的回收率較高，特別是對(duì)銅礦物的回收效果較好。BK303是礦冶科技集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)的一種新型捕收劑，呈固體粉末狀，對(duì)銅、鎳礦物的捕收性能優(yōu)于黃藥捕收劑。因此，選擇BK303作銅鎳浮選的捕收劑。

圖5 捕收劑種類(lèi)試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 The results of collector flotation test

2.4 粗精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)

礦石中銅鎳礦物嵌布粒度較細(xì)，粗精礦再磨不僅能實(shí)現(xiàn)銅鎳礦物的充分解離，而且可提高磨礦效率、降低能耗，有利于提高選礦指標(biāo)。采用銅鎳混合浮選粗精礦為給礦，考察了再磨細(xì)度對(duì)浮選指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可以看出，隨著銅鎳混合粗精礦再磨細(xì)度的提高，銅、鎳的品位逐漸上升，回收率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。當(dāng)再磨細(xì)度為-0.045 mm占80%時(shí)，繼續(xù)增加再磨細(xì)度，銅、鎳的回收率下降比較明顯。因此，確定粗精礦再磨細(xì)度為-0.045 mm占80%。

圖6 粗精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 The results of regrinding fineness testfor coarse concentrate

2.5 閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)和開(kāi)路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了閉路流程試驗(yàn)。閉路試驗(yàn)流程見(jiàn)圖7，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

圖7 閉路試驗(yàn)流程Fig.7 The flowsheet of locked-cycle test

表5 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of locked-cycle test 單位：%

由表5可知，采用BK303新型高效捕收劑，CMC作脈石礦物抑制劑，通過(guò)“兩粗兩掃三精-粗精礦再磨-中礦順序返回”的工藝流程，閉路試驗(yàn)獲得了銅品位3.29%、鎳品位5.32%，銅回收率81.78%、鎳回收率71.53%的銅鎳混合精礦，取得了較好的浮選指標(biāo)。

選礦產(chǎn)品檢查結(jié)果表明，銅鎳混合精礦(圖8(a))中的鎳礦物主要是鎳黃鐵礦；銅礦物主要為黃銅礦。其他金屬礦物主要為磁黃鐵礦，其次為黃鐵礦、磁鐵礦等。鎳黃鐵礦、黃銅礦主要以單體形式存在，少量與磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、脈石礦物連生，粒度集中分布在0.015～0.050 mm。損失在尾礦中的鎳黃鐵礦、黃銅礦主要以與脈石礦物貧連生的形式存在(圖8(b))，多數(shù)被包裹在脈石礦物中，粒度主要分布在0.010 mm以下，這部分細(xì)粒硫化物難以浮選回收。

圖8 選礦產(chǎn)品鏡下檢查Fig.8 Microscope inspection of mineral processing products

3 結(jié) 論

1) 某銅鎳礦石銅品位為0.23%、鎳品位為0.42%，屬低品位硫化礦石。礦石中金屬礦物組成相對(duì)簡(jiǎn)單，銅礦物絕大部分為黃銅礦，偶見(jiàn)銅藍(lán)、墨銅礦；鎳礦物主要為鎳黃鐵礦，偶見(jiàn)紫硫鎳礦；其他金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦，偶見(jiàn)方鉛礦等。脈石礦物主要有橄欖石、輝石、斜長(zhǎng)石、透閃石等。

2) 根據(jù)礦石性質(zhì)，針對(duì)礦石中黃銅礦、鎳黃鐵礦的產(chǎn)出形式較為復(fù)雜、嵌布粒度較細(xì)、形態(tài)不甚規(guī)則的特點(diǎn)，采用BK303新型高效捕收劑，CMC作脈石礦物抑制劑，通過(guò)粗精礦再磨工藝，實(shí)現(xiàn)了銅鎳礦物的高效浮選回收。

3) 通過(guò)“兩粗兩掃三精-粗精礦再磨-中礦順序返回”的工藝流程，閉路試驗(yàn)獲得了銅品位3.29%、鎳品位5.32%，銅回收率81.78%、鎳回收率71.53%的銅鎳混合精礦，對(duì)該類(lèi)型難選銅鎳礦的開(kāi)發(fā)利用具有一定的借鑒意義。