剛果(金)某難選高碳銅鈷礦設(shè)計(jì)選別工藝研究

王建文 米夏夏 楊少燕 任紅崗 徐修生

(1.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100083)

礦石氧化率小于10%的礦石為硫化礦，大于30%的礦石為氧化礦，在10%～30%內(nèi)的為混合礦[1]。剛果(金)某復(fù)雜高碳銅鈷礦為在產(chǎn)礦山，早期開采剝離的氧化礦堆存在露天坑周圍，目前采用露天開采上部氧化礦并外售。隨著上部礦體的逐步采空，深部礦體已經(jīng)揭露，根據(jù)礦體的賦存狀態(tài)，仍然可采用露采方式進(jìn)行深部原生硫化礦的開采。為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、充分利用地表氧化礦、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，決定新建一座選礦廠，產(chǎn)出合格精礦。設(shè)計(jì)選別工藝需兼顧處理上部氧化礦、中部混合礦、深部原生礦以及地表堆存氧化礦這幾種不同類型的礦石。

為開發(fā)利用該復(fù)雜高碳銅鈷礦，建設(shè)單位先后委托了國內(nèi)外多家試驗(yàn)研究單位，對(duì)不同氧化率和含碳量的礦石進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的礦石可選性試驗(yàn)研究。本文根據(jù)該礦的礦石性質(zhì)、選礦試驗(yàn)研究結(jié)果，結(jié)合類似礦石的研究及生產(chǎn)實(shí)踐[2-7]，優(yōu)化設(shè)計(jì)了選別工藝，從而有效地實(shí)現(xiàn)了該復(fù)雜銅鈷礦資源的選礦利用，研究結(jié)果可為國內(nèi)外其它類似銅鈷礦的選礦提供借鑒。

1 原礦

1.1 礦石性質(zhì)

1.1.1 上部氧化礦

上部氧化礦所含礦物種類較復(fù)雜，金屬礦物主要是孔雀石、硅孔雀石、硫銅鈷礦及褐鐵礦，其次為輝銅礦、銅藍(lán)、黃銅礦、水鈷礦及黃鐵礦、金紅石，少量藍(lán)輝銅礦、斑銅礦、自然銅、赤鐵礦、磁鐵礦、硅鈷氧化結(jié)合物、閃鋅礦等；脈石礦物主要有石英、綠泥石、白(絹)云母、白云石，次為鐵尖晶石、黏土礦物、碳、鎂鋁榴石，尚見磷灰石、長石、石墨等零散分布。

上部氧化礦的化學(xué)成分及主要元素銅、鈷的物相分析結(jié)果詳見表1～3。

嵌布粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，孔雀石、黃銅礦、硅孔雀石、硫銅鈷礦和水鈷礦都屬于中粗粒嵌布，而輝銅礦、銅藍(lán)屬于細(xì)中粒嵌布。

表1 氧化礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Multi-element analysis results of oxide ROM /%

表2 氧化礦銅物相分析結(jié)果Table 2 Copper phase analysis results of oxide ROM /%

表3 氧化礦鈷物相分析結(jié)果Table 3 Cobalt phase analysis results of oxide ROM /%

1.1.2 深部原生硫化礦

下部原生硫化礦中含銅礦物主要為黃銅礦，其次為輝銅礦、斑銅礦、藍(lán)輝銅礦、孔雀石，另有微量的銅藍(lán)、黑銅礦、赤銅礦及自然銅等；含鈷礦物主要為硫銅鈷礦，另有微量的水鈷礦；其它少量的金屬礦物有黃鐵礦、褐鐵礦、金紅石及鈦鐵礦等；脈石礦物主要有石英，其次為綠泥石、白云石、菱鎂礦及白云母，少量的碳及滑石，微量的磷灰石、榍石等礦物。

下部原生硫化礦的化學(xué)成分及主要元素銅、鈷的物相分析結(jié)果詳見表4～6。

1.1.3 地表堆存氧化礦

地表堆存氧化礦的氧化率高達(dá)90%，其化學(xué)成分分析結(jié)果詳見表7。

表4 原生礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 4 Multi-element analysis results of primary ROM /%

表5 原生礦銅物相分析結(jié)果Table 5 Copper phase analysis results of primary ROM /%

表6 原生礦鈷物相分析結(jié)果Table 6 Cobalt phase analysis results of primary ROM /%

表7 地表堆存氧化礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 7 The results of multi-element analysis of primary ROM /%

1.2 供礦條件

采礦生產(chǎn)規(guī)模為3 030 t/d，粒度≤900 mm，礦山服務(wù)年限10年(不含基建期)。礦石采用卡車運(yùn)輸至選礦廠原礦堆場。礦山采用露天開采，采礦工作制度為年工作日330 d，每天2班，每班8 h。根據(jù)采礦排產(chǎn)計(jì)劃表，礦山前2.5年主要采出上部氧化礦和硫氧混合礦，在第3～8年，前期主要采出深部原生硫化礦，第8年后期至第10年主要處理地表堆存氧化礦。

采礦排產(chǎn)計(jì)劃詳見表8。

表8 采礦排產(chǎn)計(jì)劃Table 8 Mine plan

2 選礦試驗(yàn)研究

2.1 上部氧化礦可選性研究

對(duì)銅氧化率約70%的氧化礦石開展了重選及磁選探索試驗(yàn)。重選試驗(yàn)結(jié)果表明重選尾礦銅鈷損失率較高，不能達(dá)到預(yù)先拋尾的目的；磁選試驗(yàn)中磁選精礦產(chǎn)率較大，磁選精礦仍需浮選精選，難以直接獲得合格品位的銅鈷精礦，因此重選及磁選方法均不可行。

在條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展了“磨礦至-0.074 mm占70%—浮選脫碳—先硫后氧(異步浮選)”及“磨礦至-0.074 mm占70%—浮選脫碳—硫氧混合浮選(同步浮選)”原則流程對(duì)比試驗(yàn)，異步浮選和同步浮選原則流程分別見圖1和圖2。異步浮選試驗(yàn)中，脫碳浮選采用一粗產(chǎn)出脫碳產(chǎn)品，硫化銅浮選采用“兩粗一掃兩精”的工藝流程產(chǎn)出硫化銅鈷精礦，氧化銅鈷浮選采用“硫化黃藥法、兩粗兩掃四精”的工藝流程產(chǎn)出氧化銅鈷精礦。試驗(yàn)結(jié)果分別見表9～10。

圖1 異步浮選原則流程 Fig.1 Principle flowsheet of asynchronous flotation

圖2 同步浮選原則流程 Fig.2 Principle flowsheet of synchronous flotation

表9 異步浮選試驗(yàn)結(jié)果(銅氧化率70%)Table 9 Asynchronous flotation test results of oxide ROM /%

對(duì)異步浮選和同步浮選的尾礦進(jìn)行了磁選試驗(yàn)，采用一粗一精兩次強(qiáng)磁選工藝，磁選流程見圖3，磁選結(jié)果見表11。

圖3 磁選流程Fig.3 Flowsheet of magnetic separation

對(duì)銅氧化率51.57%的氧化礦石采用“一段磨礦至-0.074 mm占65%—浮選脫碳—硫化銅鈷浮選且中礦選擇性再磨—氧化銅鈷浮選”的異步浮選原則流程，見圖4。其中，脫碳浮選采用“一粗三掃三精”的工藝流程產(chǎn)出高碳銅鈷精礦，硫化銅浮選采用“一粗三掃三精、硫化銅精選中礦一和硫化銅掃選一精礦合并選擇性再磨”的工藝流程產(chǎn)出硫化銅鈷精礦，氧化銅鈷浮選采用“硫化黃藥法、一粗兩掃三精”的工藝流程產(chǎn)出氧化銅鈷精礦。試驗(yàn)結(jié)果見表11。

圖4 異步浮選原則流程 Fig.4 Principle flowsheet of asynchronous flotation

表11 異步浮選試驗(yàn)結(jié)果(銅氧化率51.57%)Table 11 Asynchronous flotation test results of oxide ROM /%

2.2 混合礦可選性研究

對(duì)銅氧化率12.32%的高碳混合礦采用“一段磨礦至-0.074 mm占63%—浮選脫碳—硫化銅鈷浮選且中礦選擇性再磨—氧化銅鈷浮選”的原則流程，見圖5。其中，脫碳采用“浮選+磁選”工藝流程產(chǎn)出的磁選精礦與浮選硫化銅鈷精礦合并作為硫化銅鈷精礦，硫化銅浮選采用“一粗兩掃三精、硫化銅精選中礦一和硫化銅掃選一精礦合并選擇性再磨”工藝流程產(chǎn)出浮選硫化銅鈷精礦，氧化銅鈷浮選采用“硫化黃藥法、一粗兩掃三精”工藝流程產(chǎn)出氧化銅鈷精礦。試驗(yàn)結(jié)果見表12。

圖5 混合礦選別原則流程 Fig.5 Principle flowsheet of mixed ROM separation

表12 混合礦選別試驗(yàn)結(jié)果(銅氧化率12.32%)Table 12 Benefication test results of mixed ROM /%

2.3 深部原生硫化礦可選性研究

深部礦樣主要為原生硫化銅鈷礦，含有一定量碳，礦石氧化率較低。開展了系統(tǒng)的礦石可選性研究，最終推薦采用“一段磨礦至-0.074 mm占65%—兩粗兩精兩掃浮選硫化銅鈷礦物”的原則流程，見圖6。試驗(yàn)結(jié)果見表13。

圖6 原生硫化礦浮選原則流程 Fig.6 Principle flowsheet of primary sulfide ROM flotation

表13 原生硫化礦浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 13 Flotation test results of primary sulfide ROM /%

2.4 地表堆存氧化礦可選性研究

由于地表堆存氧化礦的氧化率極高，先硫后氧異步浮選難以實(shí)施，最終確定原礦磨礦后脫碳、硫氧混浮、脫碳產(chǎn)品與浮選尾礦合并進(jìn)磁選的浮—磁聯(lián)合工藝流程，見圖7。采用“脫碳、三粗一精，浮選尾礦與脫碳產(chǎn)品合并進(jìn)磁選”的工藝流程，分別對(duì)兩處地表堆存氧化礦進(jìn)行了可選性研究，試驗(yàn)結(jié)果見表14。

圖7 地表堆存氧化礦原則流程Fig.7 Principle flowsheet of deposited oxide ROM

表14 地表堆存氧化礦選別試驗(yàn)結(jié)果Table 14 Benefication test results of deposited oxide ROM /%

3 設(shè)計(jì)流程的選擇優(yōu)化

1)設(shè)計(jì)流程優(yōu)化的必要性

本項(xiàng)目處理的礦石來自露天采坑，上部為氧化礦，深部為硫化礦，礦石性質(zhì)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)選別工藝需兼顧處理上部氧化礦、中部混合礦、深部原生礦以及地表堆存氧化礦這四種不同類型的礦石。因此，設(shè)計(jì)流程不能直接套用某種試驗(yàn)推薦流程，應(yīng)根據(jù)采礦排產(chǎn)計(jì)劃中礦石氧化率與試驗(yàn)礦樣氧化率的差異靈活調(diào)整。

2)預(yù)浮選脫碳的必要性

上部氧化礦和深部硫化礦中總碳含量分別為3.05%和4.23%，其中部分有機(jī)碳對(duì)浮選具有不利影響，如有機(jī)碳吸附浮選藥劑，增加選礦藥劑的用量；有機(jī)碳吸附在目的礦物表面，影響浮選藥劑在目的礦物表面的吸附；精選過程中，有機(jī)碳的存在及累積會(huì)使銅鈷礦物表面吸附的藥劑脫附，導(dǎo)致精選掉槽；碳會(huì)吸附在一些脈石礦物表面，使其可浮性增強(qiáng)，難以抑制。

3)原則流程的選擇

對(duì)銅氧化率為70%的氧化礦石開展了異步浮選、同步浮選的對(duì)比試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，采用同步浮選雖然可簡化選別流程，同時(shí)將銅品位由22.88%提高至25.76%，但鈷回收率卻從56.88%下降至54.12%。根據(jù)本項(xiàng)目的采礦排產(chǎn)計(jì)劃，選礦廠前兩年處理上部氧化礦，氧化率分別為34.18%和27.09%，設(shè)計(jì)采用先硫后氧(異步浮選)原則流程。

針對(duì)中礦品位低、連生體多的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)對(duì)硫化礦精選一尾礦、硫化礦掃選一泡沫設(shè)置了中礦再磨，避免連生體和可浮性較差的目的礦物在流程中反復(fù)循環(huán)，既可保證粗掃選回路得到較高品位的粗精礦，回收率也可得到較大提高。

4)磁選作業(yè)的選擇

在上部氧化礦和地表堆場氧化礦的選別流程中，浮選尾礦再磁選可提高銅、鈷的回收率，降低總尾礦的銅、鈷損失，因此設(shè)計(jì)采用浮-磁聯(lián)合工藝流程，對(duì)浮選尾礦采用強(qiáng)磁選進(jìn)一步回收其中的銅鈷礦物。

通過設(shè)計(jì)工藝流程的選擇優(yōu)化，最終確定流程為“浮選脫碳—硫化銅鈷浮選且中礦再磨—氧化銅鈷浮選—浮選尾礦磁選”，其中硫化銅浮選采用“一粗三掃三精、中礦選擇性再磨”的工藝流程產(chǎn)出硫化銅鈷精礦；氧化銅鈷浮選采用“一粗三掃三精”的工藝流程產(chǎn)出氧化銅鈷精礦，浮選尾礦采用“一粗一掃一精”磁選流程產(chǎn)出磁選銅鈷精礦，見圖8。

圖8 設(shè)計(jì)選別工藝流程 Fig.8 Design benification flowsheet

4 結(jié)論與建議

1)剛果(金)某復(fù)雜難選銅鈷礦，含有一定量的碳及黏土礦物，礦石性質(zhì)較為復(fù)雜。通過重選及磁選探索試驗(yàn)，重選尾礦銅鈷損失率較高，不能達(dá)到預(yù)先拋尾的目的，磁選精礦產(chǎn)率大，難以獲得合格品位的銅鈷精礦，因此直接采用重選或磁選均不能適應(yīng)該銅鈷礦的選礦。

2)綜合比較該銅鈷礦的上部氧化礦、中部混合礦、深部原生礦以及地表堆存氧化礦的試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)優(yōu)化確定的選別工藝流程，可兼顧處理四種不同類型的礦石，流程適應(yīng)性強(qiáng)，且易于現(xiàn)場操作管理。根據(jù)該銅鈷礦的采礦排產(chǎn)計(jì)劃，第3～8年前期處理硫化礦時(shí)，對(duì)局部管道調(diào)整，停用氧化礦浮選作業(yè)，產(chǎn)出硫化銅鈷精礦和磁選銅鈷精礦兩種產(chǎn)品；第8年后期處理地表堆存氧化礦時(shí)，對(duì)局部管道調(diào)整，停用硫化礦浮選作業(yè)，可產(chǎn)出氧化銅鈷精礦和磁選銅鈷精礦兩種產(chǎn)品。

3)該銅鈷礦的浮選精礦中銅、鈷的總回收率與礦石的氧化率存在極大相關(guān)性。因采礦排產(chǎn)計(jì)劃中原礦品位、氧化率與試驗(yàn)礦樣的原礦品位、氧化率存在較大的差異，建議該礦生產(chǎn)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)采場來礦的銅鈷品位和氧化率的分析，并根據(jù)礦石氧化率的變化，進(jìn)行合理配礦。

4)剛果(金)以及其他地區(qū)的類似銅鈷礦項(xiàng)目，建議通過對(duì)選別工藝的可選性研究，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定最終工藝流程和產(chǎn)品方案，并優(yōu)化采礦排產(chǎn)計(jì)劃，縮短投資回收期，降低投資風(fēng)險(xiǎn)。