智利北部某極難選氧化銅尾礦回收工藝研究

章國權(quán)

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

銅是最早被人類發(fā)現(xiàn)的金屬之一。遠(yuǎn)在鐵使用之前，銅就廣泛地應(yīng)用于人類的生產(chǎn)和生活中，為推進人類的文明作出了貢獻。世界銅資源在地理分布上很不平衡，主要集中于南北美洲西海岸、非洲中部、俄羅斯西伯利亞和中亞，其次是阿爾卑斯山脈和中東、美國東南部、西南太平洋沿岸及其島嶼。其中南北美洲西海岸的銅儲量約占世界總儲量的50%左右，而智利銅資源儲量就達到了世界總儲量的25%左右。智利對世界銅市場的影響舉足輕重[1]。智利的北部有世界第一大銅礦丘基卡馬塔斑巖銅礦和艾爾阿芙拉斑巖銅礦，銅金屬儲量分別為5 838萬t和780萬t[2]。

智利北部科皮亞波地區(qū)某銅尾礦銅品位約1.83%、金品位約2.12 g/t，該尾礦中銅、金品位如此之高分析其主要原因：①該礦的原礦為氧化與硫化混合礦且原礦中銅品位極高；②原選礦廠分選工藝落后未考慮到氧化銅礦的回收導(dǎo)致銅精礦銅回收率不高；③該礦開采年代久遠(yuǎn)。另外，氧化銅礦普遍較硫化銅礦難選，處理方法比較復(fù)雜，常常必須采用聯(lián)合流程或化學(xué)方法處理才能獲得較好的技術(shù)指標(biāo)[3]。氧化銅礦的可選性取決于銅礦物的種類、脈石的組成、礦物與脈石的共生關(guān)系以及含泥量的多少等因素[4]。

1 傳統(tǒng)氧化銅礦選礦方法

(1)浮選法[5]。浮選法分為硫化浮選法和直接浮選法。硫化浮選法應(yīng)用最為廣泛，主要通過硫化鈉、硫氫化鈉等可溶性硫化物將氧化礦物預(yù)先硫化，然后采用浮選硫化礦的方法進行浮選；直接浮選法則不需要進行硫化，直接采用皂類、高級黃藥等對氧化礦物進行浮選獲得合格精礦。

(2)硫酸浸出—沉淀—浮選法。該工藝主要通過硫酸浸出、浸出液鐵屑置換(沉淀)和沉淀銅的浮選等主要工序進行選別。該工藝能夠保證較高的銅回收率，礦石中伴生的金、銀可以得到綜合回收，對高氧化率的礦石尤其有效。但該工藝的缺點是不適合處理含鈣鎂碳酸鹽高的礦石，處理這類礦石酸耗大、成本較高；另外采用該工藝環(huán)保壓力較大，尤其在智利這種對環(huán)境要求相對嚴(yán)格的國家。

(3)氨浸出法。該工藝包括用氨及銨鹽溶液對粉狀礦石進行浸出。包括浸出礦漿固液分離、含銅的氨溶液的蒸餾、提銅等主要工序。該工藝可以直接處理尾礦，也可還原焙燒后再浸金。該工藝的優(yōu)點是銅回收率高，試劑可以循環(huán)使用。

(4)離析法。離析法是將粉礦加入2%～3%的煤粉和0.5%～1%的食鹽，在中性或還原性氣氛下進行高溫焙燒，氧化銅礦被還原為金屬銅的煤粉顆粒在表面析出，然后用浮選的方法回收金屬銅。該工藝可以獲得較高的銅回收率，伴生金、銀也可得到有效回收。目前，該工藝主要停留在實驗室階段，少見有工業(yè)應(yīng)用實例。

2 智利尾礦礦石性質(zhì)

智利某氧化銅尾礦銅品位約1.83%、金品位約2.12 g/t，但礦石性質(zhì)復(fù)雜，粒度分布不均，銅礦物嵌布粒度不均，氧化程度極高，氧化率在90%以上，礦石泥化嚴(yán)重。礦石中的有價礦物主要為藍銅礦、孔雀石、斑銅礦、黝銅礦，少量黃銅礦、銅藍、輝銅礦；脈石礦物主要為石英、方解石、長石等。原礦主要化學(xué)元素分析及銅物相分析結(jié)果分別見表1、表2。

表1 原礦主要化學(xué)元素分析結(jié)果 %

注：Au、Ag含量單位為g/t。

由表1可知，該尾礦銅品位高且伴生金、銀，總體價值較高，若能有效分選銅并綜合回收金、銀將給企業(yè)帶來極佳的經(jīng)濟效益。

表2 原礦銅物相分析結(jié)果 %

由表2可知，該銅尾礦氧化率為91.25%，且結(jié)合氧化銅占18.61%，將嚴(yán)重影響選礦回收率，該尾礦屬于極難分選礦物。如果采用傳統(tǒng)的選礦工藝可能面臨極大的挑戰(zhàn)性，必須在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上提出創(chuàng)新，才能夠?qū)崿F(xiàn)該銅尾礦資源的有效利用。

3 常規(guī)選礦工藝研究

3.1 粒度分析

3.1.1 智利尾礦粒度篩析

對智利尾礦進行粒度篩析，分析結(jié)果見表3。

表3 尾礦粒度組成篩析結(jié)果

由表3可知，該銅尾礦主要分布在0.50～0.076 mm，在此范圍內(nèi)銅分布率合計達69.60%，所以在選礦過程中對該部分粒級中銅的回收至關(guān)重要。

3.1.2 銅尾礦單體解離度分析

對智利銅尾礦在不磨礦和不同磨礦細(xì)度的情況下進行單體解離度分析，分析結(jié)果見表4。

表4 單體解離度分析結(jié)果 %

由表4可知，在不磨礦和磨礦細(xì)度-0.076 mm粒級含量分別為55%和85%的條件下，氧化銅礦物的單體解離情況較其他礦物低，因此針對該氧化銅礦物在不磨礦情況下單體解離度已經(jīng)較高，考慮不磨礦直接入浮選，磨礦反而會造成氧化銅礦物泥化加重影響分選。

3.2 硫化浮選試驗

按常規(guī)思路氧化率達到91%的氧化銅礦宜采用硫化浮選工藝，該研究采用硫化鈉與硫氫化鈉按質(zhì)量比1∶1作為硫化劑，進行硫化劑用量研究。在捕收劑丁基黃藥用量為150 g/t、2#油用量為60 g/t、不磨礦的情況下進行分選，硫化劑用量在一個相對較寬的范圍內(nèi)波動，硫化時間5 min，試驗室用1 L小型浮選機，試驗進行1次粗選1次掃選。試驗流程見圖1，不同硫化劑用量試驗結(jié)果見表5。

圖1 硫化浮選試驗流程

由表5可知，使用硫化劑硫化浮選工藝，在硫化劑用量為250～10 000 g/t的較大范圍內(nèi)，最后獲得的精礦銅品位均未超過10%，銅回收率最高為12.58%。從試驗現(xiàn)象看，加入硫化劑后浮選泡沫非常薄，在硫化劑大范圍調(diào)整的情況下，浮選泡沫仍然很薄。初步分析，該智利尾礦在結(jié)構(gòu)上與國內(nèi)氧化銅礦存在較大差異，采用常規(guī)的硫化浮選法難以有效回收銅。

3.3 直接浮選法

表5 不同硫化劑用量浮選結(jié)果

硫化浮選工藝獲得的最好分選指標(biāo)銅精礦品位為9.35%、銅回收率為10.62%，銅品位和銅回收率指標(biāo)均難以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。為此，在上述試驗的基礎(chǔ)上進行直接浮選試驗，試驗仍然在試驗室小型浮選機上進行。常規(guī)直接浮選主要包括脂肪酸浮選法、胺類浮選法、中性油乳濁液浮選法和螯合捕收劑浮選法等。其中脂肪酸類浮選法只適用于以孔雀石為主、脈石簡單、原礦品位高的情況下，由于方解石和白云石在其藥劑制度下具有可浮性，所以這種藥劑對以方解石和白云石為主要脈石的復(fù)雜氧化銅礦石浮選難以實現(xiàn)。智利該尾礦脈石礦物中含有大量的白云石和方解石，因此排除使用脂肪酸捕收劑。試驗選用碳酸鈉和水玻璃調(diào)漿，十二烷基硫酸鈉作為捕收劑進行浮選，試驗進行1次粗選1次掃選，試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表6。

圖2 直接浮選試驗流程

十二烷基硫酸鈉用量/(g/t)產(chǎn)品名稱產(chǎn)率/%銅品位/%銅回收率/%100銅精礦4.6912.5632.19尾礦95.311.3067.81原尾礦100.001.83100.00200銅精礦5.2113.0637.39尾礦94.791.2062.61原尾礦100.001.82100.00400銅精礦5.6914.7146.50尾礦94.311.0253.50原尾礦100.001.80100.00500銅精礦4.2112.5329.31尾礦95.791.3370.69原尾礦100.001.80100.00

由表6可知，獲得的銅精礦的品位和回收率較硫化浮選指標(biāo)優(yōu)，在捕收劑用量為400 g/t時，獲得的銅精礦的銅品位為14.71%、銅回收率為46.50%，但該指標(biāo)仍然不夠理想。

4 創(chuàng)新選礦工藝探索

4.1 無硫化黃藥工藝

在不斷的試驗探索過程中，發(fā)現(xiàn)了該礦的特殊性，使用硫化劑無論藥劑用量如何變化，硫化時間如何變化都難以獲得理想的浮選指標(biāo)，采用直接浮選法也沒有獲得合格的銅精礦，于是采用直接黃藥法進行試驗探索。試驗流程見圖3，試驗結(jié)果見表7。

圖3 無硫化黃藥浮選試驗流程

由表7可知，該氧化銅礦不經(jīng)硫化直接采用戊基黃藥進行浮選，浮選指標(biāo)隨著藥劑用量的不斷增加，銅精礦品位和回收率均不斷提高；當(dāng)捕收劑用量為1 000 g/t時，獲得的銅精礦銅品位為18.61%，銅回收率為65.65%，銅精礦金含量為16.21 g/t，金回收率為51.78%；當(dāng)捕收劑用量進一步提高到1 500 g/t時，銅精礦指標(biāo)上升不明顯。

4.2 無硫化藥劑組合直接浮選工藝

表7 戊基黃藥直接浮選試驗結(jié)果

捕收劑混合使用比單獨使用時可獲得更好的指標(biāo)，這是由于捕收劑之間產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，捕收劑混合使用協(xié)同效應(yīng)的機理主要有穿插型和層疊型共吸附、螯合機理和功能對應(yīng)機理[6]。組合用藥有諸多優(yōu)勢，針對該智利尾礦考慮在不磨礦、不硫化的條件下，使用多種高級黃藥組合使用，進行1次粗選1次掃選試驗。直接浮選組合藥劑試驗結(jié)果見表8。

表8 直接浮選組合藥劑試驗結(jié)果

由表8可知，直接浮選工藝組合藥劑效果明顯，其中Y-89、丁黃、硫氨脂(Z200)3種藥劑組合獲得的浮選指標(biāo)最好，銅精礦銅品位為31.10%，銅回收率為82.07%，銅精礦金含量為24g/t，金回收率為52.29%。直接浮選法的關(guān)鍵因素是藥劑用量較國內(nèi)常規(guī)銅礦浮選用量大大增加，捕收劑綜合用量達2kg/t以上，該工藝選礦藥劑成本較大，但考慮到該尾礦無需磨礦，且原尾礦中銅、金含量相對較高，綜合經(jīng)濟價值較高，該方法可為該尾礦或該地區(qū)類似尾礦的有效回收提供參考借鑒。

5 結(jié) 論

(1)智利北部科皮亞波地區(qū)某氧化銅尾礦銅品位約1.83%，金品位約2.12 g/t，礦石性質(zhì)復(fù)雜，粒度分布不均，銅礦物嵌布粒度不均，氧化程度極高，氧化率在90%以上，礦石泥化嚴(yán)重，分選難度大。

(2)該尾礦在不磨礦和磨礦細(xì)度-0.076 mm粒級含量分別為55%、85%的條件下，氧化銅礦物的單體解離度接近，不磨礦條件下氧化銅單體解離度為75.02%，單體解離度較高，從綜合經(jīng)濟效益考慮，不磨礦直接浮選。

(3)使用硫化劑硫化浮選工藝，在硫化劑用量為250～10 000 g/t較寬的用量范圍內(nèi)，獲得的銅精礦銅品位均未超過10%，銅精礦銅回收率最高為12.58%，試驗現(xiàn)象顯示加入硫化劑后浮選泡沫稀少。

(4)采用高級黃藥(戊基黃藥)對該智利尾礦直接浮選不硫化，隨著藥劑用量的不斷增加，銅精礦指標(biāo)也不斷提高；當(dāng)捕收劑用量為1 000 g/t時，獲得的銅精礦銅品位為18.61%，銅回收率為65.65%，銅精礦金含量為16.21 g/t，金回收率為51.78%；繼續(xù)提高捕收劑用量，浮選指標(biāo)提高效果不顯著。

(5)采用Y-89、丁黃、硫氨脂(Z200)3種藥劑組合浮選，當(dāng)藥劑總量達到2 kg/t時，獲得的最佳浮選指標(biāo)銅精礦銅品位為31.10%，銅回收率為82.07%，由于捕收劑之間產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，所以混合用藥指標(biāo)優(yōu)于單一用藥指標(biāo)。

(6)與該銅尾礦性質(zhì)和品位相類似的資源在智利北部科皮亞波地區(qū)極其豐富，當(dāng)?shù)貨]有找到分離該氧化銅礦的合適方法，此次試驗研究成果可為國內(nèi)走出去進行礦業(yè)投資的企業(yè)，提供技術(shù)上的參考借鑒。

參 考 文 獻

[1] 王 威，李以科，封 寧，等.全球銅礦資源格局分析[J].資源與產(chǎn)業(yè)，2013(10): 27-32.

[2] 北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究所.國外主要有色金屬礦產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

[3] 湯雁斌．銅綠山難選氧化銅礦石制粒堆浸新工藝研究[J].四川有色金屬，2007(9): 25-27.

[4] 王 凱，崔毅琦，童 雄，等.難選氧化銅礦石的選礦方法及研究方向[J].山西冶金，2012(8)：80-83.

[5] 程 瓊，庫建剛，劉殿文，等.氧化銅礦浮選方法研究[J].礦產(chǎn)保護與利用，2005(5)：32-35.

[6] 孟慶波，邱顯揚，徐曉萍，等.氧化銅礦捕收劑混合使用的協(xié)同效應(yīng)綜述[J].材料研究與應(yīng)用，2015(3)：11-15.