某硫鋅型深海多金屬硫化礦選礦試驗(yàn)研究

崔 強(qiáng) 周兵仔 陳康康 鄭桂兵

(礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

有色金屬是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的重要物質(zhì)。目前，陸地金屬資源儲量逐漸降低與貧化，供需矛盾日益突出，從資源發(fā)展戰(zhàn)略考慮，積極尋求和開辟新的有色金屬資源是大勢所趨。深海多金屬硫化物含有豐富的有色金屬，且儲量大、分布廣，可緩解我國有色金屬資源缺口，降低對外依賴度，是十分優(yōu)質(zhì)的礦產(chǎn)資源[1-4]。但是深海礦產(chǎn)資源與常規(guī)的陸地礦產(chǎn)資源有所不同，某些時(shí)候含有較多可溶性礦物，需要針對特定區(qū)域的礦產(chǎn)做針對性試驗(yàn)研究。為深海資源的開發(fā)利用做技術(shù)支撐。

本文針對深海某區(qū)域硫鋅型多金屬硫化物進(jìn)行選礦試驗(yàn)研究。由于原礦中含有較多的硫磺單質(zhì)，在前期探索實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果不先脫出硫磺，其他礦物浮選分離指標(biāo)較差，難以獲得品質(zhì)合格的鋅精礦[5]。在進(jìn)行詳細(xì)的條件試驗(yàn)之后，開發(fā)出深海硫鋅型多金屬礦選礦流程方案，能夠有效富集金屬礦物，為我國深海資源的開發(fā)利用提供借鑒與依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

結(jié)合光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡及X射線能譜分析可知，樣品中的礦物大多數(shù)為金屬礦物，金屬礦物主要為黃鐵礦和閃鋅礦，另有少量的皓礬、褐鐵礦、黃銅礦、方黃銅礦、白鐵礦、銅藍(lán)、水綠礬、鉛釩、錫石、金紅石、輝銀礦、自然金、銀金礦等。非金屬礦物的含量相對較少，主要為方英石，另有少量的石鹽、鈉長石、鉀長石、方解石、碳質(zhì)物等。

樣品中的鋅主要以獨(dú)立的鋅礦物形式存在，絕大部分賦存在閃鋅礦中，占97.24%；另有少量賦存在皓礬中，占2.76%。閃鋅礦在樣品中的分布不均，具有局部富集的特點(diǎn)，主要呈不規(guī)則粒狀嵌布，有時(shí)可見閃鋅礦呈細(xì)粒集合體的草莓狀分布，中間包裹有方英石、黃鐵礦等。

礦石的化學(xué)多元素分析、鋅的化學(xué)物相分析及主要礦物組成分析結(jié)果分別見表1～3。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

表2 原礦鋅化學(xué)物相分析結(jié)果

表3 原礦主要礦物組成定量

由表1～3可知，礦石中的主要有用金屬為鋅，含量20.44%，同時(shí)伴生有較高含量的貴金屬金銀，礦石中含有相當(dāng)一部分的自然硫。自然硫天然可浮性好，需要在選鋅之前預(yù)先分離，同時(shí)硫磺產(chǎn)品中含有的鋅及貴金屬可以在后續(xù)冶金過程中回收利用。

2 試驗(yàn)方法

每次稱取250 g原礦，置于3 L的三輥四桶式棒磨機(jī)中磨礦，磨礦濃度為62.5%，磨礦后將礦漿置于XFDⅢ型掛槽浮選機(jī)(0.75 L)中，立刻進(jìn)行浮選，主軸攪拌速度為1 751 r/min，浮選流程見圖1所示，將所得產(chǎn)品分別烘干、稱重、化驗(yàn)，計(jì)算回收率。試驗(yàn)中調(diào)整劑主要為石灰和硫酸銅，捕收劑為丁基黃藥，起泡劑為MIBC(甲基異丁基甲醇)。

圖1 浮選試驗(yàn)流程

3 選礦流程試驗(yàn)

礦石中雖有一定量的銅，但與鋅相比，含量過低，選礦流程中不單獨(dú)作為銅精礦產(chǎn)出。與此同時(shí)，在鉛鋅礦物中，金銀作為伴生礦物與主金屬鋅相比含量極低，且與鋅礦物致密共生，無法將其與鋅分離單獨(dú)選別出來，在選礦中應(yīng)盡可能地使金銀富集到鋅礦物中。銀的富集可以降低在后續(xù)工藝中提煉銀的成本。本研究采用預(yù)先浮選產(chǎn)出硫磺精礦，再產(chǎn)出鋅精礦的工藝流程，貴金屬作為伴生產(chǎn)品富集在精礦中，為后續(xù)冶金提供合格產(chǎn)品。

3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

在磨機(jī)中添加8 000 g/t的石灰進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，先進(jìn)行硫粗選作業(yè)，再進(jìn)行鋅粗選作業(yè)。硫粗選作業(yè)僅添加起泡劑MIBC 8 g/t，鋅粗選作業(yè)添加石灰6 000 g/t、硫酸銅200 g/t、丁基黃藥150 g/t、MIBC 16 g/t。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

從圖2可以看出，隨著磨礦細(xì)度的增加，總鋅回收率逐漸上升，但硫粗精礦中夾雜的鋅也逐漸增加。結(jié)合工藝礦物學(xué)解離度檢測結(jié)果，選擇磨礦細(xì)度為-0.074 mm占 80%。

3.2 硫粗選石灰用量試驗(yàn)

在磨機(jī)中添加變量的石灰，磨礦細(xì)度-0.074 mm占80%，僅添加8 g/t的MIBC進(jìn)行石灰用量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 硫粗選石灰用量試驗(yàn)結(jié)果

硫粗選作業(yè)主要目的礦物是自然硫，主要脈石礦物是黃鐵礦。從圖3和圖4可以看出，當(dāng)添加8 000 g/t的石灰時(shí)，單質(zhì)黃鐵礦得到了有效抑制，產(chǎn)品中存在的黃鐵礦主要與自然硫連生。因此，在硫粗選作業(yè)中選用8 000 g/t的石灰用量。

圖4 硫粗選產(chǎn)品鏡下圖(顯微鏡，反光)

3.3 硫粗選MIBC用量試驗(yàn)

在磨機(jī)中添加8 000 g/t的石灰，磨礦細(xì)度選擇-0.074 mm占80%，進(jìn)行了MIBC用量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 硫粗選MIBC用量試驗(yàn)結(jié)果

由于自然硫可浮性好，僅使用起泡劑MIBC即可捕收。從圖5可以看出，隨著MIBC用量提高，硫回收率逐漸提高，但是其中相當(dāng)一部分是由于閃鋅礦提高的原因，綜合考慮，選用8 g/t的MIBC。

3.4 鋅粗選石灰用量試驗(yàn)

硫浮選作業(yè)尾礦中加入硫酸銅200 g/t、丁基黃藥100 g/t、MIBC 16 g/t，進(jìn)行鋅粗選石灰用量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 鋅粗選石灰用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖6可以看出，當(dāng)石灰添加量為2 000 g/t時(shí)，鋅粗精礦品位最高，同時(shí)回收率較好。因此，石灰用量選用2 000 g/t。

3.5 鋅粗選硫酸銅用量試驗(yàn)

硫浮選作業(yè)尾礦中加入石灰2 000 g/t、丁基黃藥100 g/t、MIBC 16 g/t，進(jìn)行鋅粗選硫酸銅用量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 鋅粗選硫酸銅用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖7可以看出，隨著硫酸銅用量的升高，鋅回收率逐漸提高，而品位逐漸降低。由于后續(xù)有精選作業(yè)，回收率指標(biāo)更為關(guān)鍵，因此選用200 g/t的硫酸銅用量。

3.6 鋅粗選捕收劑用量試驗(yàn)

在硫浮選作業(yè)尾礦中加入石灰2 000 g/t、硫酸銅200 g/t、MIBC 16 g/t，進(jìn)行鋅粗選捕收劑用量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 鋅粗選捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果

從圖8可以看出，隨著捕收劑用量的提高，鋅回收率逐漸升高，而品位逐漸降低。綜合考慮，丁基黃藥用量選為100 g/t。

3.7 全流程開路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇最佳試驗(yàn)條件進(jìn)行了全流程開路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖9，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖9 全流程開路試驗(yàn)流程

表4 全流程開路試驗(yàn)結(jié)果

由表4全流程開路試驗(yàn)結(jié)果可知，能夠獲得合格的鋅精礦產(chǎn)品。

3.8 全流程閉路試驗(yàn)

在全流程開路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全流程閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖10，結(jié)果見表5。

圖10 全流程閉路試驗(yàn)流程

由表5可知，使用該流程處理硫鋅型深海多金屬硫化物，可以獲得含硫70.36%的硫精礦和含鋅49.90%的鋅精礦，鋅總回收率93.90%。

表5 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果

3.9 貴金屬的回收

在鋅、硫精礦焙燒制酸后，金、銀基本富集于焙砂中，焙砂經(jīng)酸浸后使銅、鋅等賤金屬進(jìn)入溶液，而金銀富集于渣中，其富集比均大于11，鋅硫精礦中金、銀在選冶過程中的總直收率分別為62.27%和65.63%。

由于貴金屬金、銀呈細(xì)粒嵌布分散在尾礦中的黃鐵礦中，含量較高，分別為3.99、86.50 g/t，為進(jìn)一步提取浮選尾礦中的金、銀，可采用浮選尾礦焙燒—氰化浸出回收。根據(jù)類似礦物氰化浸出企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，尾礦中的金銀回收率分別可達(dá)70%和65%。因此，如果浮選尾礦采用氰化浸出后，該樣品中伴生的金、銀元素回收率可分別達(dá)到83.3%和86.3%。

4 結(jié)論

1)某硫鋅型深海多金屬硫化物中的銅、鋅、硫品位分別為0.41%、20.44%和36.6%，貴金屬金、銀分別為6.89 g/t和141 g/t。銅、鋅主要以硫化物形式存在，硫大部分為黃鐵礦，其余以自然硫形式存在，主要價(jià)值元素為鋅，其次是硫，貴金屬金、銀含量較高，但嵌布粒度非常細(xì)且呈分散型分布在閃鋅礦、黃鐵礦等礦物中，可綜合回收。

2)根據(jù)礦物學(xué)研究和選礦試驗(yàn)結(jié)果，確定了先硫(自然硫)后鋅的優(yōu)先浮選工藝。試驗(yàn)獲得了自然硫精礦和鋅精礦產(chǎn)品。自然硫精礦在冶金過程中容易揮發(fā)回收，揮發(fā)后的燒渣即為鋅焙砂。

3)閉路試驗(yàn)指標(biāo)：自然硫精礦含硫70.36%、鋅14.61%，硫、鋅回收率分別為23.09%和8.34%。鋅精礦含鋅49.90%，鋅回收率為85.56%。鋅總回收率為93.90%，折合硫化相的回收率為96.66%。對浮選尾礦進(jìn)行氰化浸出，樣品中的金、銀元素選冶總回收率可分別達(dá)到83.3%和86.3%。