廖 乾

(長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

我國是一個鈷資源嚴重缺乏的國家，近年來隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展對鈷的需求越來越大，鈷絕大多數(shù)情況下都與其他元素伴生，銅鈷礦是鈷的主要來源。隨著硫化礦資源的日趨減少和世界各國對銅鈷金屬需求量的不斷增加，氧化銅鈷礦資源的開發(fā)利用日益受到重視。非洲尤其以剛果(金)、贊比亞的銅鈷資源最為著名，其鈷儲量接近世界鈷資源量的一半[1-4]。隨著國家走出去戰(zhàn)略的實施，大批的中資企業(yè)赴贊比亞、剛果(金)進行銅鈷資源的開發(fā)與加工[5-6]。尹琨等[7]采用“原礦細磨-預先浮選脫除易浮脈石-硫氧異步混合浮選”流程，王立剛等[8]采用預先硫化方案，歐樂明等[9]采用先浮選硫化礦、后硫化浮選氧化礦的原則流程分別處理剛果(金)某銅鈷礦石資源，總銅回收率達到87.03%～93.41%，總鈷回收率達到44.47%～92.65%。胡欽印等[10]采用優(yōu)先選銅-尾礦選鈷的工藝流程，朱景和等[11]采用銅鈷混合浮選-銅鈷分離的工藝流程分別處理贊比亞某銅鈷礦石資源，總銅回收率達到89.75%～92.32%，總鈷回收率達到46.75%～67.56%。本文中氧化銅鈷礦試樣位于剛果(金)南部的加丹加省境內(nèi)，該礦屬于聞名于世的贊比亞-剛果(金)銅礦帶上最大的銅鈷礦之一，對該礦石進行了系統(tǒng)的選礦工藝研究，取得了較好的分選指標。

1 礦石性質(zhì)與試驗方法

1.1 礦石性質(zhì)

礦石的主要化學成分分析結(jié)果見表1，銅和鈷的化學物相分析結(jié)果見表2。礦石含銅3.12%、含鈷0.15%，需要選礦排除的脈石組分主要是SiO2，次為Al2O3、CaO和MgO，合計含量達到72.27%。礦石中基本無水溶銅，結(jié)合氧化銅和原生硫化銅也極少，主要銅物相為自由氧化銅和次生硫化銅，銅在自由氧化銅和次生硫化銅的分布率分別為57.05%、34.61%；鈷主要為脈石中鈷和水鈷礦、碳酸鈷，少量硫化鈷。礦石以銅計氧化率為61.54%，以鈷計氧化率達到87.38%。

表1 主要化學成分分析結(jié)果

表2 銅和鈷的化學物相分析結(jié)果

采用MLA礦物參數(shù)自動分析系統(tǒng)，并結(jié)合顯微鏡分析、X射線衍射分析、微區(qū)化學成分掃描電鏡能譜分析測定原礦礦物組成和含量，銅和鈷在礦石中的平衡分配見表3。礦石中銅礦物和含銅礦物的種類特別多，其中輝銅礦中銅占43.54%，赤銅礦中銅占5.94%，孔雀石中銅占33.93%，假孔雀石中銅占2.17%，硅孔雀石中銅占4.27%，斜硅銅礦中銅占0.69%，含銅鈷硬錳礦中銅占2.10%，分散于赤鐵礦、針鐵礦、粉砂巖、白云石和石英等礦物中銅占6%。硫化銅和赤銅礦中，銅的理論回收率約為50%，氧化銅理論回收率約為41%，銅的總理論回收率約為91%，但由于硅孔雀石和斜硅銅礦可浮性差，對氧化銅的回收有一定影響。礦石中鈷嚴重分散，硫銅鈷礦、鈷硬錳礦和鈷斜硅銅礦為富鈷礦物，但含量均極少，大部分鈷分散存在于各礦物中。賦存于水鈷礦、水鈷銅礦、含銅鈷硬錳礦等鈷礦物中鈷占49.87%；輝銅礦為主的硫化銅礦物(含硫銅鈷礦)中鈷占2.11%，赤銅礦中鈷占0.08%，斜硅銅礦中鈷占0.89%，孔雀石、假孔雀石和硅孔雀石中鈷占2.17%，鈷白云石和白云石、方解石中鈷占9.80%，赤鐵礦、針鐵礦中鈷占3.10%，粉砂巖中鈷占30.21%，石英中鈷占1.77%。硫化銅鈷和赤銅礦中鈷的理論回收率約為2%，氧化鈷理論回收率約為50%，鈷的總理論回收率約為52%，但由于含鈷硬錳礦可浮性差，對氧化鈷的回收有一定影響。

1.2 試驗方法

針對此類型氧化銅鈷礦石，常用的選礦原則工藝有“先浮硫化礦后硫化浮選氧化礦”的分步浮選工藝及“硫化礦與氧化礦一起浮選”的同步浮選工藝，結(jié)合礦山資源開發(fā)后續(xù)銅鈷冶煉工藝的要求，本研究采用“先浮硫化礦后硫化浮選氧化礦”的分步浮選原則工藝，得到硫化銅鈷精礦和氧化銅鈷精礦兩種產(chǎn)品，并盡可能提高硫化銅鈷精礦的銅品位。

原礦樣1 kg/份(共3份)分別經(jīng)XMQ-Φ240×90 mm球磨機磨礦后合并采用XFD-8.0L單槽浮選機進行硫化礦粗選，硫化粗精礦再磨采用XMQ-Φ150×50 mm球磨機，硫化礦浮選尾礦進行氧化礦浮選，硫化礦和氧化礦精選作業(yè)分別采用XFD-3.0 L、1.5 L、1.0 L、0.75 L和0.5 L單槽浮選機。試驗采用的硫化鈉和硫氫化鈉為工業(yè)品，配制成10%的溶液；丁黃藥和戊黃藥為工業(yè)品，配制成3%的溶液；Mac-12和MIBC為工業(yè)品，用注射器直接添加。浮選產(chǎn)品經(jīng)XTLZ-Φ260/200多用真空過濾機過濾-101型電熱鼓風干燥箱干燥-RK/XPM-Φ120×3三頭研磨機研磨處理后，進行化學分析。

表3 銅和鈷在各礦物中的分配平衡

注：“粉砂巖*”為本礦床的賦礦巖層，由石英和少量長石砂屑、泥質(zhì)膠結(jié)物組成，泥質(zhì)膠結(jié)物的主要成分為絹云母和綠泥石；“其他**”包括黃鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、磷灰石、鋯石、獨居石、白鎢礦、重晶石、石膏等。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 入選粒度對銅鈷分選的影響

入選粒度對銅鈷分選影響的試驗流程見圖1，試驗結(jié)果見表4。隨著入選粒度的增加，尾礦中銅和鈷的損失率逐漸降低，入選粒度為60%～75%時，銅和鈷的回收率差別不大，尾礦中銅的損失率為11.00%～12.39%，鈷的損失率為43.93%～48.50%。優(yōu)先保證銅鈷回收率，兼顧品位，選擇入選粒度-0.074 mm粒級占70%進行后續(xù)試驗。

圖1 入選粒度對銅鈷分選影響的試驗流程

入選粒度(-0．074mm含量)/%產(chǎn)品名稱產(chǎn)率/%品位/%回收率/%CuCoCuCo60硫化精礦5．4225．880．2044．827．73氧化精礦13．2710．090．4742．7943．77尾礦81．310．480．08512．3948．50原礦100．003．130．142100．00100．0065硫化精礦5．4925．910．2145．308．04氧化精礦13．809．880．4843．4145．72尾礦80．710．440．08311．2946．24原礦100．003．140．145100．00100．0070硫化精礦5．9224．810．2246．639．02氧化精礦13．3310．000．4942．3144．90尾礦80．750．430．08311．0646．08原礦100．003．150．145100．00100．0075硫化精礦5．9224．200．2245．788．92氧化精礦14．809．140．4643．2247．15尾礦79．280．430．08011．0043．93原礦100．003．130．144100．00100．00

2.2 硫化劑對銅鈷分選的影響

Na2S和NaHS是氧化銅鈷礦硫化浮選良好的硫化劑，而NaHS對鈷有更好的硫化效果[12]。針對圖1流程硫化礦浮選尾礦，分別采用Na2S與NaHS作硫化劑，捕收劑采用戊黃藥和Mac-12，用量分別為150 g/t、50 g/t，起泡劑MIBC用量為50 g/t，考察了硫化劑對銅鈷分選的影響，結(jié)果見表5。NaHS作硫化劑時，氧化精礦含銅7.11%～13.18%、含鈷0.38%～0.56%，銅和鈷的作業(yè)回收率分別為75.54%～79.28%、40.88%～52.81%。相比NaHS，同用量條件下，盡管Na2S作硫化劑時銅品位較高，但鈷品位及銅鈷回收率均較低。確定采用NaHS作硫化劑，用量以1 500 g/t為宜。

表5 硫化劑對銅鈷分選的影響

2.3 捕收劑對銅鈷分選的影響

丁黃藥、戊黃藥及Mac-12都是硫化銅鈷礦浮選以及氧化銅鈷礦硫化浮選常用的捕收劑[13-14]。捕收劑對銅鈷分選影響的試驗流程見圖2，結(jié)果見表6。相比單獨使用丁黃藥、戊黃藥以及組合使用丁黃藥與Mac-12，硫化礦使用戊黃藥、氧化礦使用戊黃藥與Mac-12作捕收劑時，銅鈷的回收率最高。為簡化藥劑種類，并綜合考慮銅鈷的品位及回收率，確定硫化礦采用戊黃藥作捕收劑、氧化礦采用戊黃藥和Mac-12作捕收劑。

圖2 捕收劑對銅鈷分選影響的試驗流程

捕收劑種類及用量/(g/t)產(chǎn)品名稱產(chǎn)率/%品位/%回收率/%CuCoCuCo硫化礦∶丁黃藥氧化礦∶丁黃藥200硫化精礦5．5226．710．1947．107．37氧化精礦5．9318．120．8234．3533．50尾礦88．550．660．09718．5559．13原礦100．003．130．145100．00100．00硫化礦∶丁黃藥氧化礦∶丁黃藥+Mac?12150+50硫化精礦5．5026．190．1945．917．46氧化精礦15．468．480．4241．7545．20尾礦79．040．490．08612．3447．34原礦100．003．140．144100．00100．00硫化礦∶戊黃藥氧化礦∶戊黃藥200硫化精礦5．9025．040．2147．028．38氧化精礦6．7916．160．8034．9436．72尾礦87．310．650．09318．0454．90原礦100．003．140．148100．00100．00硫化礦∶戊黃藥氧化礦∶戊黃藥+Mac?12150+50硫化精礦5．8825．140．2146．918．50氧化精礦13．349．940．4942．0945．16尾礦80．790．430．08311．0046．34原礦100．003．150．145100．00100．00

2.4 全流程閉路試驗

為滿足硫化精礦產(chǎn)品高銅品位的要求，需對硫化礦浮選粗精礦進行再磨處理，再磨細度以-0.045 mm粒級占80%為宜，在此基礎(chǔ)上，按照圖3所示的工藝流程和藥劑制度進行了全流程閉路試驗，結(jié)果見表7。硫化礦與氧化礦分步浮選-硫化粗精礦再磨-氧化粗精礦精掃選拋尾閉路流程，可以獲得產(chǎn)率2.05%、含銅71.13%、含鈷0.16%、銅鈷回收率分別為46.47%、2.38%的硫化精礦產(chǎn)品及產(chǎn)率3.79%、含銅31.66%、含鈷1.32%、銅鈷回收率分別為38.23%、36.24%的氧化精礦產(chǎn)品。銅鈷總回收率分別為84.70%和38.62%。

圖3 全流程閉路試驗流程

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率/%品位/%回收率/%CuCoCuCo硫化精礦2．0571．130．1646．472．38氧化精礦3．7931．661．3238．2336．24尾礦94．160．510．09015．3061．38原礦100．003．140．138100．00100．00

硫化精礦與氧化精礦的主要化學成分分析結(jié)果見表8。尾礦鏡下檢查表明，銅礦物包括輝銅礦、赤銅礦、斜硅銅礦和孔雀石，銅礦物合計含量小于1%，解離程度較低，部分沿脈石粒間充填或嵌布于脈石邊緣，其他金屬礦物尚見針鐵礦、赤鐵礦及含銅鈷硬錳礦；脈石礦物主要是石英和白云石，其次為絹云母和綠泥石。鈷主要因石英、白云石、綠泥石、針鐵礦/赤鐵礦及硬錳礦等礦物賦存鈷而損失于尾礦中。

表8 主要化學成分分析結(jié)果

3 結(jié) 論

1) 剛果(金)銅鈷礦含銅3.12%、含鈷0.15%，以銅計氧化率為61.54%，以鈷計氧化率達到87.38%，礦石中銅礦物和含銅礦物的種類特別多，鈷嚴重分散，硫銅鈷礦、鈷硬錳礦和鈷斜硅銅礦為富鈷礦物，但含量均極少，大部分鈷分散存在于各礦物中。各礦物性質(zhì)及可選性的差別化，必然帶來工藝流程的復雜化。

2) 采用“先浮硫化礦后硫化浮選氧化礦”分步浮選工藝，硫化粗精礦再磨，氧化粗精礦精掃選拋尾，全流程閉路試驗，可以獲得產(chǎn)率2.05%、銅、鈷品位分別為71.13%、0.16%、銅、鈷回收率分別為46.47%、2.38%的硫化精礦產(chǎn)品及產(chǎn)率3.79%、銅、鈷品位分別為31.66%、1.32%、銅、鈷回收率分別為38.23%、36.24%的氧化精礦產(chǎn)品。銅、鈷總回收率分別達到84.70%和38.62%。

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