2016, Vol. 37
2. 湖南有色金属研究院 复杂铜铅锌共伴生金属资源综合利用湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410100
2. Hunan Provincial Key Laboratory for Complex Copper Lead Zinc Associated Metal Resources Comprehensive Utilization, Hunan Research Institute for Non-ferrous Metals, Changsha 410100, China
难处理复杂氧化铜矿床因其复杂的成矿条件而普遍难选[1].国内外难处理复杂氧化铜多具有高氧化率、高结合率、高泥质、细粒嵌布不均匀[2]、矿物组成和结晶类型复杂等共性特点[3].此外,部分产地的氧化铜矿物还有易浮脉石矿物含量高等特性.常见的易浮脉石主要以滑石类、帘石类、云母类等层状硅铝酸盐脉石为主[4],其中层状的云母矿物具有表面光滑、药剂附着力强等特点[5].其在氧化铜浮选过程中,与常规的氧化铜捕收剂发生竞争吸附,导致浮选药剂用量大,同时云母在矿浆中易被疏水泡沫夹杂至氧化铜精矿中,造成氧化铜精矿产出困难.为了最大限度地降低易浮云母对氧化铜选矿过程中选矿指标的影响[6],国内外的选矿科技工作者进行了大量的工作[7-10],主要有:(1) 在不影响氧化铜浮选指标条件下采用筛析、机械剥离、浮选等方法对云母矿物进行预先脱除[7];(2) 开发新型环保的云母矿物抑制剂在合理的药剂制度条件下,实现氧化铜与云母矿物的高效分离.本文针对刚果金某地高云母难处理氧化铜矿,通过预先浮选脱除云母的方式降低了云母矿物流程的稳定性和选矿指标的影响,在获得较好的氧化铜选矿指标的同时对比了几种云母矿物中铜钴金属的回收方法,为高云母氧化铜矿资源的高效回收提供了有价值的参考依据.
1 矿石性质 1.1 原矿组成及主要目的金属赋存状态原矿多元素分析结果如表 1所示,主要目的金属铜的化学物相如表 2所示,原矿中主要矿物组成及相对含量如表 3所示.
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表 1 原矿多元素分析结果 Tab. 1 Multi-element analysis results of raw ore |
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表 2 原矿中铜的化学物相分析结果 Tab. 2 Results analysis for copper phase |
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表 3 原矿主要矿物组成及相对含量 Tab. 3 Main mineral composition and its relative content of the raw ore |
由表 1、表 2、表 3可看出,矿石中主要可回收的元素为铜、钴,品位分别为2.14%、0.14%,铜的主要赋存状态为自由氧化铜,该矿氧化率较高.金属矿物有孔雀石、黄铁矿、斑铜矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、褐铁矿、赤铁矿等,少量或微量的黄铜矿、铜蓝、金红石、水钴矿、蓝铜矿、闪锌矿、方铅矿等;脉石矿物主要有白云母、石英、绢云母、菱镁矿、绿泥石、黏土矿物等.
1.2 矿石难选原因分析由原矿多元素分析及物相分析结果可看出,矿石中的铜和钴均可以作为综合回收利用的对象,铜的主要赋存状态为可浮性较好的孔雀石及蓝铜矿等,脉石矿物主要为层状的白云母,而云母矿物的天然可浮性极好,其在氧化铜浮选过程中造成的影响主要有如下:(1) 云母易与孔雀石、黄铜矿等目的矿物和黄药发生竞争吸附,增大总捕收剂的用量;(2) 云母矿物可被机械夹杂至氧化铜浮选精矿中,导致精矿品位下降;(3) 在小型闭路试验中,由于云母矿物在中矿中反复循环,致使铜精矿产出困难,闭路难以实现金属量的平衡.
2 选矿工艺流程的确定及试验研究 2.1 选矿原则工艺流程的确定由工艺矿物学分析可知,影响该难选氧化铜矿选矿工艺的确定,除了矿石中铜的赋存状态和嵌布特征外,原矿中高达30%的云母矿物亦是影响选矿工艺流程的重要因素,所以应采用合理的工艺尽可能的消除云母矿物的影响.在大量的探索试验的基础上,确定了预先脱除云母—氧化铜浮选的原则工艺流程,试验原则流程如图 1所示.
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图 1 试验原则工艺流程 Fig. 1 Principle process flow sheet of test |
该矿中的云母矿物主要为白云母和绢云母,其中白云母单晶粒度一般为0.03～0.1 mm,部分粗粒者可以达到0.5 mm以上.绢云母单晶粒度为0.01~0.1 mm,粗粒者可达0.1~0.3 mm或以上.相比于常规的大片状的金云母矿床,本矿石中的云母矿物采用形状选矿、手选法不能将云母矿物回收,所以采用浮选法处理.浮选脱除云母捕收剂对比试验流程如图 2所示,试验结果以Cu、Co在云母精矿中的损失为依据,所得结果如表 4所示.
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图 2 浮选脱云母捕收剂对比试验流程 Fig. 2 Contrasting flowsheet for collectors condition in mica flotation |
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表 4 浮选脱云母捕收剂对比试验结果 Tab. 4 Comparative test results of different mica collectors |
由表 4可看出,使用不同的云母捕收剂处理该矿石,均可脱除一个以云母为主的云母精矿.由于原矿中有部分天然可浮性较好的原生硫化铜矿物,所以有部分铜、钴损失在云母精矿中.云母捕收剂的选择既要考虑云母的脱除的效率,又要避免铜钴金属在云母精矿中过多的损失.对比MIBC、十二烷基磺酸钠、醋酸胺3种捕收剂,MIBC为杂醇类起泡剂,其实际上无捕收的效果.云母在矿浆的上浮形式主要以机械夹杂泡沫黏附,对矿浆溶液环境影响最小,且云母精矿产率达到了7.92%,脱除效果较醋酸胺好,使用十二烷基磺酸钠其对氧化铜矿物有一定的捕收作用,损失在云母精矿中铜回收率较大,所以MIBC是浮选脱除云母最适捕收剂.
2.2.2 云母精矿镜下检测云母精矿中含wCu=1.07%、wCo=0.03%(质量分数,下同),通过偏光显微镜镜下检测分析云母精矿中铜矿物的赋存状态如图 3、图 4所示.
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图 3 黄铜矿(Ccp)与黄铁矿(Py)交代嵌生在绢云母(Bn)基底,含少量褐铁矿(Lim) Fig. 3 Copper and pyrite are embedded in sericite(Bn) substrate,containing a small amount of limonites(Lim) |
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图 4 黄胶状褐铁矿(Lim)包裹白云母(Q)和微细粒黄铜矿(Ccp) Fig. 4 Jellied limonites wrapped by muscovite(Q) and micro-fine chalcopyrite(Ccp) |
由图 3可看出,云母精矿中除了白云母、绢云母外、还含有部分微细粒的无捕收剂可浮性较好的黄铜矿等含同矿物.同时有部分褐铁矿等弱磁性矿物,这些弱磁性矿物多见与云母、微细粒黄铜矿包裹或交代(见图 4).
2.2.3 云母精矿中铜的回收云母精矿含wCu=1.07%、wCo=0.03%,损失在云母精矿中的Cu回收率为3.66%,电镜下检测可看出,云母精矿中的铜矿物主要以微细粒的黄铜矿为主,且该部分铜矿物与云母、褐铁矿等矿物交代、包裹现象较为严重.为了实现对云母矿物中的铜金属的最大限度的回收,研究对比了浮选和强磁对云母中铜的回收效果,对比试验流程如图 5、图 6所示,所得结果如表 5所示.
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图 5 浮选法回收云母中的铜试验流程 Fig. 5 Flowsheet of recovery of copper frommica by flotation |
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图 6 磁选法回收云母中的铜试验流程 Fig. 6 Flowsheet of recovery of copper from mica by magnetic |
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表 5 不同方式回收云母中的铜对比试验结果 Tab. 5 Comparative test results of different ways to recover copper from mica |
由表 5可看出,采用浮选法处理云母精矿,不能使该精矿中的铜矿物得到有效的富集,这是由于云母精矿中的铜矿物以可浮性较差的微细粒黄铜矿,以及被脉石包裹的黄铜矿为主,所以采用浮选的方法不能有效将云母中的铜矿物回收.由图 3、图 4可看出,云母精矿中有部分弱磁性的褐铁矿与黄铜矿的连生体及包裹体,采用磁选法可以得到一个含wCu=10.74%(质量分数)的磁精矿产品.
2.3 氧化铜浮选试验 2.3.1 氧化铜捕收剂种类条件试验试验对比了几种常规氧化铜捕收剂对该矿中的氧化铜捕收效果,试验流程如图 2所示.固定磨矿细度为小于0.074 mm占69.84%,云母捕收剂MIBC用量为22 g/t,云母浮选尾矿进入氧化铜浮选作业,硫化钠作为硫化剂,用量为2 000 g/t,松醇油为起泡剂,以捕收剂种类为变量,所得结果如表 6所示.
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表 6 捕收剂种类条件试验结果 Tab. 6 Results of collector kinds |
由表 6可看出,在相同用量的条件下,使用长链的黄药对硫化后的孔雀石有较好的捕收作用,其中使用丁黄药做捕收剂时所得铜精矿中铜的回收率与使用戊黄药时接近,但铜精矿品位更高,有利于后续的精选,所以丁黄药为该矿最适捕收剂.
2.3.2 硫化钠用量条件试验采用硫化钠硫化—长链黄药浮选是处理氧化铜矿的主要方法.硫化钠在氧化铜矿物浮选中的主要作用有四:一是增强矿物表面疏水性;二是加快捕收剂吸咐速率;三是改变捕收剂的吸咐形式;四是稳定经捕收剂作用后的氧化铜矿物表面[8].由于过量的硫化钠会抑制硫化后的氧化铜矿物,所以在试验中需严格控制硫化钠的用量.氧化铜粗选硫化钠用量条件试验流程如2所示.固定磨矿细度为小于0.074 mm 占69.84%,云母捕收剂MIBC用量为22 g/t,云母浮选尾矿进入氧化铜浮选作业,丁黄药为氧化铜捕收剂,用量为120 g/t,松醇油为起泡剂,硫化钠的用量为变量.所得结果如图 7所示.
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图 7 硫化钠用量条件试验结果 Fig. 7 Results of sodium sulfide dosage test |
由图 7可看出,随着硫化钠用量的增大,铜精矿中金属品位和金属回收率均有明显提高,当硫化钠用量大于2 000 g/t时,铜回收率有所下降,所以铜粗选硫化钠最适用量为2 000 g/t.
3 全流程闭路试验在已有的条件试验的基础上进行了浮选脱除云母—云母精矿强磁—氧化铜浮选全流程闭路试验,试验流程如图 8所示,所得结果如表 7所示.
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图 8 全流程闭路试验 Fig. 8 Complete flow closed circuit test |
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表 7 全流程闭路试验结果 Tab. 7 Complete flow closed circuit test results |
(1) 该矿床属于典型的难处理氧化铜矿,其可综合回收的元素为Cu、Co,其中铜的主要赋存状态为可浮性较好的自由氧化铜,可预测,在合理的工艺流程和药剂制度下,可获得较好的选矿指标,然而,原矿中含有高达30%的易浮的层状云母矿物,其在氧化铜浮选过程中会极大地干扰氧化铜精矿的产出.
(2) 该矿中的云母矿物主要为白云母和绢云母,选用MIBC可预先将其脱除.通过对云母精矿进行镜下检测,可看出云母精矿中夹杂着部分微细粒的黄铜矿和黄铜矿与其他脉石矿物的连生体.
(3) 由于云母精矿中含有部分弱磁性褐铁矿与微细粒黄铜矿包裹体,采用强磁处理含铜的云母精矿可得到一个含wCu=10.55%的铜精矿,可进一步提高该矿的产出价值.
(4) 研究确定了预先脱除云母—云母精矿强磁—氧化铜浮选的工艺流程,全流程闭路试验获得磁选精矿含wCu=10.55%,Cu回收率 0.99%,浮选铜精矿含wCu=20.14%,Cu回收率为84.76%的选矿指标.
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