高鎳锍二段球磨排礦中一次合金的回收

王 超，祝傳奇，寇 玨，孫春寶

(北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實驗室，北京 100083)

銅鎳多金屬硫化礦很難僅僅通過選礦的手段就得到合格的銅精礦和鎳精礦，需要利用先混合浮選回收銅鎳混合精礦，然后進(jìn)行熔煉得到高鎳锍，再對高鎳锍進(jìn)行高锍磨浮實現(xiàn)銅鎳分離的流程。由于原礦中的貴金屬如Pt、Pd、Au和Ag有85%左右在熔煉過程中進(jìn)入高鎳锍，其中絕大部分富集在一次合金中[1]。國內(nèi)外很多研究者研究了高鎳锍中一次合金的特點(diǎn)、性質(zhì)以及回收和冶煉技術(shù)，并將其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，其中回收高鎳锍中貴金屬采用最多的方法是磁選法[2-7]。盧尚志[2,5]對高锍磨浮車間的鎳精礦采用磁選的方法回收細(xì)粒合金，在沒有改變現(xiàn)行工藝的條件下在浮選作業(yè)后增加磁選，不僅可以提高合金的回收率，而且可以降低鎳精礦中的銅含量。高曉艷[3]研究了高冰鎳的物相組成，通過試驗探討了從高冰鎳中選取合金的方法，用篩分機(jī)進(jìn)行篩分，篩上部分為粗粒合金，然后用磁選機(jī)磁選篩下部分提取出細(xì)粒合金。

高锍磨浮車間采用四段開路破碎、兩段一閉路磨礦分級流程和一粗、三掃、三精浮選流程，分級溢流經(jīng)浮選分離得到以Cu2S為主的二次銅精礦和以Ni3S2為主的二次鎳精礦，目前現(xiàn)場用磁選法回收二段分級返砂中的一次合金，但一次合金的回收率比較低。目前生產(chǎn)現(xiàn)場分選一次合金的磁選機(jī)為CTB-612永磁筒式磁選機(jī)，由于高鎳锍中一次合金的粒度逐漸減小且磁選設(shè)備處理量小、背景場強(qiáng)低、分離精度差，所以目前一次合金磁選的產(chǎn)率、一次合金的貴金屬回收率較低，貴金屬分散損失嚴(yán)重。本文對二段球磨排礦直接進(jìn)行磁選，既保證微細(xì)粒一次合金的回收又實現(xiàn)了對一次合金的早收快收。

1 一次合金回收位置的確定

目前某高锍磨浮工藝流程中僅對二段分級的一部分粗粒級的返砂進(jìn)行了弱磁選，其余部分返回二段球磨，并在反復(fù)磨礦過程中過磨成為微細(xì)粒級一次合金進(jìn)入浮選流程，因其浮選性能差且密度大，因此不會進(jìn)入泡沫產(chǎn)品而最終進(jìn)入了二次鎳精礦，導(dǎo)致二次鎳精礦中一次合金含量為3.61%，影響了一次合金的回收率。某高锍磨浮車間的分級設(shè)備采用的是螺旋分級機(jī)，該設(shè)備的分級效率不高，且由于一次合金密度較大，因此易于沉在螺旋分級機(jī)底部并不斷返回球磨機(jī)再磨導(dǎo)致過磨，使得這部分微細(xì)粒一次合金沒有機(jī)會進(jìn)行磁選，因此回收率始終較低。

二段球磨排礦中一次合金含量為16.58%，本文對二段球磨排礦中一次合金的回收進(jìn)行詳細(xì)研究。

2 二段球磨排礦性質(zhì)分析

本文主要針對高鎳锍二段球磨排礦中一次合金的回收進(jìn)行詳細(xì)研究。運(yùn)用元素分析、X射線衍射分析、偏光顯微鏡分析、掃描電鏡分析和礦物解離度分析確定二段球磨排礦中主要元素的含量、礦物組成及其含量，為二段球磨排礦中一次合金的回收提供理論支持。

2.1 元素分析

取代表性二段球磨排礦樣品進(jìn)行元素分析，分析結(jié)果見表1。

表1 二段球磨排礦元素分析

由表1可知，二段球磨排礦中含量最多的三種元素是Ni、Cu、S，其含量分別為41.55%、32.46%、20.16%，貴金屬Au、Pt、Pd的總含量為92.11 g/t，因此十分有必要對二段球磨排礦直接進(jìn)行磁選，實現(xiàn)對富集在一次合金中的貴金屬的早收快收。

2.2 X射線衍射分析

利用元素分析可以得出組成物質(zhì)主要元素的含量，但卻不能說明其物相組成，X射線衍射分析可以解決這一問題。取少量代表性二段球磨排礦、二段分級返砂進(jìn)行X射線衍射分析(XRD)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 XRD圖譜比較

由圖1可知，二段球磨排礦中出現(xiàn)了衍射強(qiáng)度較大的硫鎳礦、鎳鐵合金、輝銅礦和斑銅礦的特征峰，可以判定二段球磨排礦中主要礦物為锍鎳礦、鎳鐵合金、輝銅礦和斑銅礦。

二段球磨排礦的XRD圖譜與二段分級返砂處的XRD圖譜相比較可知：①二段球磨排礦中硫鎳礦、輝銅礦和斑銅礦的特征峰衍射強(qiáng)度大于二段分級返砂，原因為硫鎳礦、輝銅礦和斑銅礦的密度較小，經(jīng)過二段螺旋分級機(jī)分級大部分成為溢流產(chǎn)品；②二段球磨排礦中鎳鐵合金的特征峰衍射強(qiáng)度小于二段分級返砂，原因為鎳鐵合金的密度較大，經(jīng)過二段螺旋分級機(jī)分級大部分成為返砂。

2.3 偏光顯微鏡分析

X射線衍射分析可以判斷二段球磨排礦礦物組成，同樣偏光顯微鏡分析也可以判斷其礦物組成。取少量代表性二段球磨排礦樣品制成光薄片，在偏光顯微鏡下進(jìn)行觀測，分析其礦物組成，分析結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，二段球磨排礦中主要礦物為硫鎳礦、銅鎳鐵合金、斑銅礦，三種礦物未充分單體解離。銅鐵鎳合金粒度分布不均勻，少量的銅鎳鐵合金包裹于硫鎳礦中，微量的銅鎳鐵合金包裹有硫鎳礦，仍存在未充分單體解離的銅鎳鐵合金與硫鎳礦、斑銅礦形成連生體。

2.4 掃描電鏡分析

取少量代表性二段球磨排礦樣品制成光片，噴碳后在掃描電子顯微鏡下觀測，進(jìn)一步分析二段球磨排礦的礦物組成，二段球磨排礦選區(qū)分析結(jié)果如圖3所示。

圖2 二段球磨排礦偏光顯微鏡分析

圖3 二段球磨排礦掃描電鏡選區(qū)分析結(jié)果

從掃描電鏡選區(qū)能譜分析結(jié)果可以看出：選區(qū)1主要元素為Ni、S，結(jié)合二段球磨排礦X射線衍射、偏光顯微鏡分析結(jié)果可推斷其為硫鎳礦；選區(qū)2主要元素為Cu、S，結(jié)合二段球磨排礦X射線衍射分析、偏光顯微鏡分析結(jié)果可推斷其為斑(輝)銅礦；選區(qū)3主要元素為Cu、Fe、Ni，結(jié)合二段球磨排礦X射線衍射分析、偏光顯微鏡分析結(jié)果可推斷其為銅鐵鎳合金。

2.5 礦物解離度分析

樣品為代表性二段球磨排礦，將樣品縮分約1 kg，用強(qiáng)磁鐵磁選，采用較細(xì)的粒級分級套篩篩分樣品，從分級產(chǎn)品縮分少量樣品，分別用環(huán)氧樹脂膠結(jié)固化為SEM光片，機(jī)械磨削拋光，濺射薄層碳作為導(dǎo)電層。制樣、磨削過程沖洗水采用廠區(qū)自來水，磨削拋光為機(jī)械過程，沒有使用化學(xué)藥劑及溶劑。樣品篩分、制樣、檢測分析均按照礦產(chǎn)品工藝礦物參數(shù)檢測要求進(jìn)行。

礦物種類鑒定采用掃描電鏡能譜分析鑒別方法，定量、粒度及單體解離度統(tǒng)計利用MLA工藝礦物參數(shù)分析儀進(jìn)行。檢測所用設(shè)備見表2。

二段球磨排礦中主要礦物組成及相對含量統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表2 檢測所用主要設(shè)備

由表3可知，二段球磨排礦中主要礦物為斑銅礦、硫鎳礦、銅鐵鎳合金，其含量分別為46.83%、34.75%、16.58%，此外還有微量黃銅礦、黃鐵礦、氧化銅、氧化鎳等。二段球磨排礦的主要礦物組成中銅鐵鎳合金和少量的磁鐵礦是強(qiáng)磁性礦物，其他礦物如含量較多的斑銅礦、硫鎳礦等是非磁性或弱磁性礦物，因此可以用弱磁選的方法回收其中的銅鐵鎳合金。

為查明二段球磨排礦中硫鎳礦、斑銅礦和銅鐵鎳合金的單體解離情況，利用MLA對樣品中這三種礦物的單體解離度進(jìn)行了測定，結(jié)果見表4。二段球磨排礦中：銅鐵鎳合金的單體含量為47.75%，33.52%銅鐵鎳合金與硫鎳礦連生，13.61%銅鐵鎳合金與斑銅礦連生；硫鎳礦的單體含量為56.70%，27.99%硫鎳礦與斑銅礦連生，11.06%硫鎳礦與銅鐵鎳合金連生；斑銅礦的單體含量為67.03%，26.10%斑銅礦與硫鎳礦連生，3.51%斑銅礦與銅鐵鎳合金連生。

表3 二段球磨排礦中主要礦物組分及相對含量

表4 主要結(jié)晶相礦物的單體解離度

3 試驗研究

某磁選機(jī)是為磁性礦物的漂洗和選別提純而設(shè)計的一種新型的濕式磁選設(shè)備，根據(jù)工藝要求對磁性礦物進(jìn)行淘洗、精選提純、脫泥濃縮。適用于一段磨后分級溢流產(chǎn)品的脫泥、二段磨前及過濾前礦物的脫泥濃縮、磁性礦物進(jìn)入細(xì)篩篩分以及反浮選前的脫泥濃縮、磁鐵礦的最終精選。礦漿通過夾縫式布料器直接給入分選區(qū)，其中的磁性礦物，首先磁化結(jié)鏈、分層，之后被高效磁力直接吸附于分選筒表面，并被逆向旋轉(zhuǎn)的分選筒把磁精礦帶出液面。磁精礦向上輸送脫離液面后，在滾筒表面受到內(nèi)置攪動磁場的作用使礦粒產(chǎn)生團(tuán)聚、分散、團(tuán)聚的機(jī)械運(yùn)動，并在多級漂洗水的漂洗下，使得精礦中的硅、硫、磷等雜質(zhì)和貧連生體有效剃除，使精礦品位最大可能的得到提高，最后在雙層刮板的作用下富集到精礦箱成為精礦。而其中的非磁性礦物，則不受分選筒磁力的作用，隨同礦流一起，進(jìn)入分選槽底部的尾礦出口成為尾礦或中礦。

二段球磨排礦中銅鐵鎳合金和少量的磁鐵礦是強(qiáng)磁性礦物，硫鎳礦和斑銅礦等為非磁性礦物或弱磁性礦物，硫元素以硫鎳礦、斑銅礦等硫化物的形式存在，銅鐵鎳合金中并不含硫元素，因此磁選精礦中S含量越少說明磁選精礦產(chǎn)品中銅鐵鎳合金含量越多，雜質(zhì)越少。另外，回收一次合金的目的是為了回收富集在一次合金的Pt、Pd、Au等貴金屬，可以直接利用貴金屬的直收率來評判磁選效果。本文用一次合金中S含量和貴金屬直收率評判試驗效果。

3.1 磁場強(qiáng)度條件試驗

磁場強(qiáng)度是影響某磁選機(jī)選別效果的重要因素。給礦不磨礦，每次給礦量為5 kg，試驗采用的磁場強(qiáng)度為160 kA/m、240 kA/m、320 kA/m。固定條件：漂洗水耗水量5 m3/h、漂洗水道數(shù)6道、磁滾筒筒體轉(zhuǎn)速1 m/s。試驗流程為某磁選機(jī)1次選別得到精礦，試驗結(jié)果見表5。

由表4中數(shù)據(jù)可看出，磁場強(qiáng)度越高，磁選精礦的產(chǎn)率越高，精礦中S含量就越高，Au直收率越高。在160 kA/m的磁場強(qiáng)度條件下，精礦中的S含量最低，因此選用160 kA/m為最佳磁場強(qiáng)度條件進(jìn)行漂洗水耗水量條件試驗。

3.2 漂洗水耗水量條件試驗

多道漂洗水是某磁選機(jī)的重要創(chuàng)新點(diǎn)之一，漂洗水耗水量直接影響著磁選精礦的品位及回收率。給礦不磨礦，每次給礦量為5 kg，試驗采用的磁場強(qiáng)度為160 kA/m，控制漂洗水耗水量分別為4 m3/h、5 m3/h、6 m3/h，漂洗水道數(shù)6道、磁滾筒筒體轉(zhuǎn)速1 m/s。試驗流程為某磁選機(jī)一次選別得到精礦，試驗結(jié)果見表6。

表5 磁場強(qiáng)度條件試驗結(jié)果

表6 耗水量條件試驗結(jié)果

由表5數(shù)據(jù)可得出，隨漂洗水耗水量的增大，磁選精礦產(chǎn)品的產(chǎn)率、硫含量、Au直收率均呈現(xiàn)減小的趨勢。在磁場強(qiáng)度為160 kA/m，漂洗水耗水量為5 m3/h時，二段球磨排礦達(dá)到最優(yōu)的選別效果，此時磁選精礦產(chǎn)率為27.93%，精礦中S含量為11.34%，Au直收率為71.53%。選用此條件進(jìn)行最優(yōu)條件驗證試驗。

3.3 最優(yōu)條件驗證試驗

由表6結(jié)果可得出，強(qiáng)化二段球磨排礦中一次合金磁選回收的最優(yōu)條件為磁場強(qiáng)度160 kA/m，漂洗水耗水量5 m3/h，在此條件下，磁選精礦中的指標(biāo)均達(dá)到最佳，因此選定此條件，進(jìn)行最優(yōu)條件驗證試驗3次，試驗結(jié)果見表7。

表7 最優(yōu)條件驗證試驗

由表7可知，用該磁選機(jī)回收二段球磨排礦中一次合金的最優(yōu)試驗條件為磁場強(qiáng)度160 kA/m，漂洗水耗水量5 m3/h，三次最優(yōu)條件驗證試驗S含量的平均值為11.59%，因為部分二段球磨排礦中一次合金和輝(斑)銅礦、硫鎳礦并未充分單體解離，此部分礦物顆粒在磁選機(jī)中所受磁力小于重力、水流沖力等，因此一次合金和一次合金中貴金屬并沒有被完全回收，Pt直收率為77.01%，Pd直收率為70.50%，Au直收率為69.58%，試驗結(jié)果重復(fù)性好，因此該試驗條件可作為回收二段球磨排礦中銅鐵鎳合金的最優(yōu)試驗條件。

4 結(jié) 論

1) 二段球磨排礦中貴金屬Au、Pt、Pd的總含量為92.11 g/t，二段球磨排礦的主要礦物組成為硫鎳礦、銅鐵鎳合金、斑銅礦，礦物解離度分析表明，銅鐵鎳合金的單體含量為47.75%，硫鎳礦的單體含量為90%，斑銅礦的單體含量為67.03%。

2) 用某磁選機(jī)回收二段球磨排礦中一次合金的最優(yōu)試驗條件為磁場強(qiáng)度160 kA/m、漂洗水耗水量5 m3/h，磁選精礦的硫含量為11.59%，Pt直收率為77.01%，Pd直收率為70.50%，Au直收率為69.58%。

3) 建議在原有工藝流程的基礎(chǔ)上增加二段球磨排礦磁選流程，既保證微細(xì)粒一次合金的回收又符合對一次合金早收快收的原則。