譚欣，肖巧斌，劉書杰

1.北京礦冶科技集團有限公司 礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點試驗室，北京 102628；2.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100081

含多種金屬的復(fù)合鐵礦石在世界各國的鐵礦資源儲量中占有很大的比例。我國有1/3以上的鐵礦資源伴生有一種或幾種可供綜合利用的有價組分。它不僅是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的重要礦物原料，也為發(fā)展有色金屬、稀有金屬、非金屬和建筑材料工業(yè)開辟了資源，有些礦區(qū)，其伴生組分的經(jīng)濟價值超過了鐵礦的價值。實踐證明，大力加強復(fù)合鐵礦石的綜合利用，對礦產(chǎn)資源評價、礦產(chǎn)保護(hù)和合理利用、提高礦山技術(shù)經(jīng)濟效益、消除環(huán)境污染等方面都有極其重要的意義。有些國家由于對礦石進(jìn)行了全部綜合利用的研究，出現(xiàn)了無尾礦的選礦廠。俄羅斯科拉半島的科夫多爾采選聯(lián)合企業(yè)，從復(fù)合鐵礦中生產(chǎn)出鐵、磷灰石和鋯石等精礦，并從選礦尾礦中生產(chǎn)出鎂橄欖石精礦和碳酸鹽產(chǎn)品。鎂橄欖石精礦可用于耐火材料和熔化鎂磷酸鹽的生產(chǎn)，碳酸鹽產(chǎn)品可用于生產(chǎn)水泥和處理霞石原料時作熔劑以及酸性土壤的肥料等。美國密蘇里州皮·里奇 (Pea Ridge)選礦廠，礦石的主要礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦、鏡鐵礦、磷灰石及黃鐵礦，脈石礦物主要為石英。礦石平均含鐵50% (含磁性鐵44%)。根據(jù)礦石性質(zhì)，采用三段磨礦—磁選鐵精礦—浮選黃鐵礦、磷灰石精礦— (圓錐選礦機與細(xì)篩閉路) 重選赤鐵礦精礦和浮選超級鐵精礦的聯(lián)合工藝流程，得到含鐵69%的鐵精礦，含鐵71.5% (SiO2為0.15%) 的超純鐵精礦，含鐵62% (-44 μm粒級占88%) 的鐵精礦、黃鐵礦精礦、磷灰石精礦以及石英精礦，從而較好地綜合利用了這一復(fù)合鐵礦資源[1]。某鋅鐵礦石可回收利用的金屬元素主要為Zn和Fe，并伴生可綜合回收的Ag和Cd，但礦石性質(zhì)復(fù)雜，主要有用礦物閃鋅礦和磁鐵礦嵌布粒度細(xì)，與脈石礦物解離困難，研究結(jié)果表明：在-74 μm占85%的磨礦細(xì)度和-38 μm占70%的粗精礦再磨細(xì)度下，以石灰為調(diào)整劑、硫酸銅為活化劑、丁黃藥為捕收劑，原礦經(jīng)1粗2掃4精閉路浮選，獲得鋅品位為49.15%、鋅回收率為91.01%的鋅精礦，Ag、Cd富集于鋅精礦中，品位分別為162 g/t、0.25%，回收率分別為58.12%、92.58%；浮選尾礦經(jīng)弱磁粗選—粗精礦再磨至-43 μm占82%后經(jīng)過2次弱磁精選，得到鐵品位為63.18%、鐵回收率為56.09%的鐵精礦[2]。對河北某含鈷硫磁鐵礦石的研究結(jié)果表明：原礦磨細(xì)至-74 μm占65%后經(jīng)弱磁選獲得鐵品位為66.85%、硫含量為0.28%、鐵回收率為87.85%的鐵精礦；磁選尾礦經(jīng)鈷硫混合浮選，獲得鈷含量為0.29%、硫含量為39.37%，鈷、硫回收率分別為66.89%、71.55%的鈷硫精礦[3]。首鋼秘魯鐵礦公司鐵礦石中伴生銅、鈷、鉛、鋅和鎳等有色金屬硫化礦物。多個研究機構(gòu)對回收這些鐵礦石中的伴生有價元素進(jìn)行了各種選礦試驗研究工作。試驗結(jié)果都表明從選鐵尾礦中回收銅鈷硫等有色金屬的方法，是先浮選回收其中的銅鈷硫再用磁選回收鐵精礦的原則流程。選鐵尾礦經(jīng)過細(xì)磨以后先混合浮選回收銅鈷硫，再進(jìn)行銅硫分離浮選，能夠分選出品位25%～28%甚至更高的銅精礦，回收率一般在75%以上；硫鈷精礦中鈷品位在0.3%～0.6%，硫品位可以達(dá)到45%以上，硫、鈷回收率都在70%以上；對于選鐵尾礦中可回收的磁鐵礦，采用磁選法回收得到磁鐵礦精礦[4]。

秘魯某金銅鐵多金屬礦為矽卡巖型(大冶式)鐵礦床，鐵礦石儲量為36億t，礦石平均含鐵40%，含硫2%，含銅0.1%和含金0.07 g/t。選廠設(shè)計年處理規(guī)模為4 000萬t礦石入磨量。先后委托國內(nèi)多家單位對該礦進(jìn)行過選礦工藝試驗研究。但以往選礦試驗做的不系統(tǒng)，指標(biāo)也不是很理想。原設(shè)計選礦工藝流程為銅硫混選—銅硫分離—混選尾礦磁選回收鐵，由于銅硫混選采用硫酸、硫酸銅等作活化劑、黃藥作捕收劑，導(dǎo)致銅硫分離難度較大，采用在高堿性(pH >13)礦漿條件下抑制被活化和捕收的硫礦物，石灰用量高達(dá)10～20 kg/t原礦。由于礦山當(dāng)?shù)夭划a(chǎn)石灰，需要從200 km外的地方采購，采購和運輸藥劑成本均較高；另外，石灰用量過高也會對銅礦物甚至對金、銀等貴金屬產(chǎn)生抑制作用，不利于其回收，而且會造成浮選泡沫發(fā)黏，影響銅精礦品位；此外，大量石灰加之采用海水浮選還易造成浮選礦漿管道結(jié)垢堵塞。因此，針對前期選礦工藝設(shè)計流程及藥劑制度存在的問題，有必要開展選礦工藝優(yōu)化試驗研究。本文主要針對該礦4號礦體礦石為試樣開展選礦工藝優(yōu)化試驗研究，對影響該礦石浮選回收銅金的重要參數(shù)進(jìn)行研究，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的工藝流程和技術(shù)參數(shù)，綜合回收礦石中鐵、銅和金等有價元素，并為現(xiàn)場流程改造提供依據(jù)。

1 試驗

1.1 試樣

試驗原料為秘魯某金銅鐵多金屬礦4號礦體的礦石。該礦石以鐵為主，伴生有銅、金和硫等有價元素。礦石中鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為赤(褐)鐵礦；銅礦物主要為黃銅礦，其次為少量斑銅礦和銅藍(lán)等；硫化鐵礦物主要為黃鐵礦，其次為磁黃鐵礦。脈石礦物主要有白云石、橄欖石、輝石和角閃石，此外還有少量石英、綠泥石和長石等礦物。由銅、硫的化學(xué)物相分析可知，礦石中銅主要以原生硫化銅形式存在，其次是次生硫化銅，二者合計分布率占94.87%。礦石中硫主要以硫化物形式存在，分布率占99.07%。試樣的主要元素化學(xué)成分分析見表1，銅、硫的化學(xué)物相分析結(jié)果見表2～3。

表1 試樣的主要化學(xué)成分分析結(jié)果 /%

表2 礦石中銅的化學(xué)物相分析結(jié)果 /%

表3 礦石中硫的化學(xué)物相分析結(jié)果 /%

1.2 藥劑與設(shè)備

試驗采用XMQ-240 × 90錐形球磨機進(jìn)行磨礦，采用XFD系列單槽浮選機和XFG系列掛槽浮選機進(jìn)行浮選，容積分別為1.5 L和0.35 L。試驗用水為北京自來水，試驗所用浮選藥劑硫酸、硫酸銅、水玻璃、BK509、異戊基黃藥、丁基黃藥、E-320、BK306均為工業(yè)純，其中BK509、BK306均為北京礦冶科技集團有限公司研發(fā)，BK509為硫化鐵礦物的抑制劑，BK306為硫化銅礦物的選擇性捕收劑。硫酸、硫酸銅、水玻璃、BK509、異戊基黃藥和丁基黃藥配成1%～10%的溶液加入，油類藥品BK306和E-320直接加入。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 驗證工藝試驗

對現(xiàn)場提供的磨礦細(xì)度、試驗流程(銅硫混選—銅硫分離—混選尾礦磁選回收鐵)及藥劑制度進(jìn)行了驗證試驗，試驗流程及條件如圖1所示，試驗結(jié)果見表4。

圖1 驗證工藝閉路試驗流程及條件

表4 驗證工藝閉路試驗結(jié)果

由表4中可知，采用如圖1所示的驗證工藝流程及藥劑制度獲得了含銅17.61%、含金10.02 g/t、銅回收率58.17%、金回收率32.02%的銅精礦，含硫36.58%、硫回收率82.27%的硫精礦以及含鐵68.68%、鐵回收率90.54%的鐵精礦，鐵精礦含硫0.22%。

驗證工藝存在以下問題：(1)由于銅硫混選采用硫酸、硫酸銅作活化劑、黃藥作捕收劑，導(dǎo)致銅硫分離難度較大，需要在高堿性(pH >13)礦漿條件下抑制被活化和捕收的硫礦物，石灰用量高達(dá)11 kg/t原礦；(2)過高的石灰用量對銅礦物甚至是伴生貴金屬有抑制作用，導(dǎo)致銅、金的回收率不高，而且銅精礦品位也不高。此外，由于礦山當(dāng)?shù)夭划a(chǎn)石灰，需要從200 km以外的地方采購，因此，運輸和采購藥劑成本均較高。本研究試樣為含銅鐵硫化物的鐵礦石。就銅、鐵硫化礦物而言，可供選擇的浮選方案主要有：(1)銅、硫順序優(yōu)先浮選[5]；(2)銅硫混浮再分離[6-7]。根據(jù)試樣的性質(zhì)，對于這種銅含量較低的含銅(金)鐵多金屬硫化物鐵礦石的分離，結(jié)合礦山當(dāng)?shù)厥耶a(chǎn)地較遠(yuǎn)(200 km以外)，試驗采用銅硫等可浮—銅硫分離—難選硫強化浮選—浮選尾礦磁選回收鐵的優(yōu)化工藝流程，即首先在無堿條件下銅硫等可浮，并進(jìn)行銅硫分離回收銅、金；然后采用活化劑和強力捕收劑強化浮選脫除礦石中的難浮硫化物；最后通過磁選從浮選尾礦中回收鐵，綜合回收礦石中鐵、銅和金等有價元素。

2.2 選礦工藝優(yōu)化試驗研究

2.2.1 銅硫等可浮捕收劑種類試驗

為了選擇既經(jīng)濟又合理的銅選擇性捕收劑，按照如圖2所示流程在磨礦細(xì)度(-74 μm粒級)為85%、礦漿自然pH值為8.0、捕收劑用量為60 g/t的條件下改變銅硫等可浮捕收劑種類進(jìn)行對比試驗。試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，捕收劑BK306對銅礦物具有較好的選擇性捕收作用。后續(xù)試驗暫定BK306作為銅硫等可浮的捕收劑。

圖2 銅硫等可浮選試驗流程

圖3 捕收劑種類對銅、硫等可浮選指標(biāo)的影響

圖4 pH調(diào)整劑對銅、硫等可浮選指標(biāo)的影響

2.2.2 銅硫等可浮粗選pH調(diào)整劑試驗

銅硫等可浮粗選pH調(diào)整劑條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，在磨礦細(xì)度(-74 μm粒級)為85%，BK306用量為60 g/t的條件下，分別以石灰和碳酸鈉作礦漿pH調(diào)整劑，對銅硫等可浮粗選的銅浮選指標(biāo)沒有改善作用。因此，銅硫等可浮粗選暫不添加石灰和碳酸鈉。

2.2.3 銅硫等可浮粗選水玻璃用量試驗

銅硫等可浮粗選水玻璃用量條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，在磨礦細(xì)度(-74 μm粒級)為85%、BK306用量為60 g/t的條件下，粗選添加少量水玻璃有利于提高銅浮選指標(biāo)。綜合考慮，水玻璃用量以500 g/t左右為宜。

圖5 水玻璃對銅、硫等可浮選指標(biāo)的影響

2.2.4 銅硫等可浮粗選捕收劑BK306用量試驗

銅硫等可浮粗選捕收劑BK306用量條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 捕收劑BK306對銅、硫等可浮選指標(biāo)的影響

由圖6可見，在磨礦細(xì)度(-74 μm粒級)為85%、水玻璃用量為500 g/t的條件下，隨著捕收劑BK306用量的增加，銅粗精礦的銅品位逐漸降低，而銅回收率、硫品位和硫回收率均逐漸增加。綜合考慮，粗選捕收劑BK306用量以90 g/t左右為宜。

2.2.5 銅硫等可浮磨礦細(xì)度驗證試驗

磨礦細(xì)度是很重要的一個選礦工藝參數(shù)，直接影響到銅、硫、鐵礦物的浮選分離效果。銅硫等可浮磨礦細(xì)度驗證條件試驗流程如圖2，試驗結(jié)果如表5所示。由表5可見，在水玻璃用量為500 g/t、BK306用量為90 g/t的條件下，采用驗證工藝流程的磨礦細(xì)度(-74 μm粒級占85%)更有利于提高粗選銅回收率。

表5 磨礦細(xì)度對銅、硫等可浮選指標(biāo)影響的結(jié)果

2.2.6 銅硫分離粗選石灰用量試驗

以銅硫等可浮粗選(I+II)的粗精礦經(jīng)一次混合精選后的銅硫混合精礦為給礦(下同)進(jìn)行銅硫分離粗選石灰用量試驗，試驗流程如圖7所示，試驗結(jié)果見圖8。從圖8可知，隨著石灰用量的增加，銅精礦的銅品位逐漸增加，而銅作業(yè)回收率、硫品位和硫作業(yè)回收率均逐漸降低。綜合考慮，石灰用量暫以2 000 g/t為宜。

圖7 銅硫分離試驗流程

圖8 石灰對銅硫浮選分離指標(biāo)的影響

2.2.7 銅硫分離粗選抑制劑BK509用量試驗

銅硫等可浮粗精礦銅硫分離粗選抑制劑BK509用量試驗流程如圖7所示，試驗結(jié)果見圖9。從圖9可知，隨著BK509用量的增加，銅精礦的銅品位逐漸增加，而銅作業(yè)回收率、硫品位和硫作業(yè)回收率均逐漸降低。綜合考慮，BK509用量以50～100 g/t為宜。

圖9 BK509抑制劑對銅硫浮選分離指標(biāo)的影響

圖10 硫強化浮選試驗流程

2.2.8 硫強化浮選活化劑種類及用量試驗

按照如圖10所示流程改變硫強化浮選活化劑種類進(jìn)行對比試驗，并進(jìn)行活化劑用量試驗。試驗結(jié)果

1-Cu品位；2-S品位；3-Cu回收率；4-S回收率；下同

如圖11所示。從圖11(a)可知，硫酸和硫酸亞鐵均是硫強化浮選的有效活化劑。綜合考慮，后續(xù)試驗選擇硫酸作為硫強化浮選的活化劑。由圖11(b)可知，隨著硫酸用量的增加，硫精礦的硫品位和硫作業(yè)回收率均逐漸緩慢提高。綜合考慮，硫酸用量以2 000 g/t左右為宜。

2.2.9 硫強化浮選捕收劑種類及用量試驗

按照如圖10所示流程改變硫強化浮選捕收劑種類進(jìn)行對比試驗。試驗結(jié)果如圖12所示。從圖12(a)可知，異戊基黃藥是硫強化浮選有效的捕收劑。由圖12(b)可知，當(dāng)異戊基黃藥用量小于100 g/t時，硫精礦的硫作業(yè)回收率隨異戊基黃藥用量的增加而逐漸提高；當(dāng)異戊基黃藥用量大于100 g/t以后，硫精礦的硫作業(yè)回收率變化不大。因此，異戊基黃藥用量以100 g/t左右為宜。

圖12 捕收劑種類(a)及用量(b)對硫強化浮選指標(biāo)的影響

表6 全流程閉路試驗結(jié)果

圖13 優(yōu)化的選礦全流程閉路工藝流程

2.2.10 閉路試驗

采用銅硫等可浮—銅硫分離—硫強化浮選—浮選尾礦磁選回收鐵的優(yōu)化工藝流程及藥劑制度(圖13)，進(jìn)行全流程閉路試驗，獲得含銅20.10%、含金15.29 g/t、銅回收率68.42%、金回收率49.07%的銅精礦，含硫30.78%、總硫回收率84.05%的硫精礦以及含鐵68.88%、鐵回收率90.57%的鐵精礦，鐵精礦含硫0.18%，如表6所示。

3 結(jié)論

(1)該礦石為原生鐵礦石，礦石中可供回收的主要有價元素為鐵、銅、金和硫。礦石含銅較低(0.12%)，以原生硫化銅為主，其次為次生硫化銅。原設(shè)計選礦工藝以硫酸、硫酸銅作活化劑、黃藥作捕收劑，混合浮選銅、鐵等硫化物,然后在高堿條件下進(jìn)行銅硫分離，存在銅硫分離難度大、石灰用量大、藥劑成本較高、分選指標(biāo)不理想等問題。通過采用銅硫等可浮—銅硫分離—難選硫強化浮選—浮選尾礦磁選回收鐵的優(yōu)化工藝，配合高選擇性的銅捕收劑和硫鐵礦抑制劑，實現(xiàn)了該鐵多金屬礦石中鐵、銅和金的高效綜合回收。閉路試驗獲得銅精礦銅品位20.10%、銅回收率68.42%，總硫精礦硫品位30.78%、總硫回收率84.05%，鐵精礦鐵品位68.88%、含硫0.18%、鐵回收率90.57%的較好指標(biāo)。

(2)針對該礦石開發(fā)的新型銅捕收劑BK306具有優(yōu)良的捕收起泡性能，且添加方便，用量較少；新型硫鐵礦抑制劑BK509不僅可取代大量石灰，而且綠色無毒，用量少。由于優(yōu)化工藝采用低堿度條件下對銅、金礦物具有良好的選擇性捕收作用的捕收劑BK306和硫鐵礦抑制劑BK509，不僅可大幅度降低銅硫分離石灰用量，而且有利于伴生貴金屬特別是金富集到銅精礦中。與原工藝相比，優(yōu)化工藝的銅精礦銅品位高2.49個百分點、銅回收率高10.25個百分點，銅精礦中金品位高5.27 g/t、金回收率高17.05個百分點；硫精礦的硫回收率高1.78個百分點；鐵精礦的鐵品位和鐵回收率基本相當(dāng)，但鐵精礦含硫更低(低0.04個百分點)，處理每噸原礦可節(jié)約藥劑成本3.56元。