郜 偉 肖儀武 方明山

(礦冶科技集團(tuán)有限公司 礦物加工科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102600)

某銅礦床位于非洲中南部贊比亞—?jiǎng)偣?金)銅鈷成礦帶內(nèi)，是著名的特大型銅資源基地。該礦床不但含有大量銅資源，還富含一定量的鈷，對(duì)該礦床中的銅鈷礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)分析，研究其銅鈷的可利用價(jià)值具有重要的研究意義。本文研究的銅鈷礦產(chǎn)自該礦床，含銅1.92%、鈷0.09%，且銅、鈷主要以獨(dú)立硫化礦物的形式存在，礦石組分較復(fù)雜，產(chǎn)出特征尚不明確。為充分辨明該銅鈷礦資源的可利用性，采用工藝礦物學(xué)分析手段系統(tǒng)分析該銅鈷礦的礦物產(chǎn)出特征和解離度特征，在此基礎(chǔ)上探究其可選性。

1 礦物組成及銅鈷賦存狀態(tài)

1.1 礦物組成

礦石中銅礦物大部分為黃銅礦，含少量斑銅礦和微量黝銅礦。鈷礦物主要為硫鈷礦，含微量鈷鎳黃鐵礦。其他金屬礦物主要有黃鐵礦、少量磁黃鐵礦、金紅石、赤鐵礦、褐鐵礦、輝鉬礦等。非金屬礦物主要為石英和正長(zhǎng)石，其次為白云母、金云母、白云石、方解石和綠泥石以及少量的鈉長(zhǎng)石、磷灰石、高嶺石等。礦石的礦物組成及相對(duì)含量見(jiàn)表1。

表1 礦石的礦物組成及相對(duì)含量Table 1 Mineral composition and relative content of the ore /%

1.2 銅鈷賦存狀態(tài)

采用光學(xué)顯微鏡及AMICS自動(dòng)分析系統(tǒng)對(duì)礦石中礦物進(jìn)行查找，共查找顆粒約500萬(wàn)顆。結(jié)果顯示：銅、鈷絕大部分以獨(dú)立礦物形式存在；銅的獨(dú)立礦物主要為黃銅礦，含少量斑銅礦和微量黝銅礦；微量銅以類質(zhì)同象形式賦存在硫鈷礦中；鈷的獨(dú)立礦物主要為硫鈷礦(Co,Ni)3S4，少量為鈷鎳黃鐵礦(Co，Ni，F(xiàn)e)9S8。銅在各礦物中的平衡計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。硫鈷礦和鈷鎳黃鐵礦的掃描電鏡譜分析結(jié)果分別見(jiàn)表3、表4。由表3可知，硫鈷礦中普遍含有銅，部分含有鐵、鎳，鈷含量集中在40%～50%，硫含量在40%左右。由表4可知，鈷鎳黃鐵礦中硫含量在30%～34%，鈷含量較高，鎳含量小于0.20%。鈷在各礦物中的平衡計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表2 銅在各礦物中的平衡計(jì)算結(jié)果Table 2 Equilibrium calculation result of copper in various minerals /%

表3 硫鈷礦的主要化學(xué)成分Table 3 Main chemical compositions of linnaeite /%

表4 鈷鎳黃鐵礦的主要化學(xué)成分Table 4 Main chemical compositions of cobalt-bearing pentlandite /%

表5 鈷在各礦物中的平衡計(jì)算結(jié)果Table 5 Equilibrium calculation of cobalt in various minerals /%

由銅、鈷的賦存狀態(tài)可知，選礦回收的目的礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、硫鈷礦和鈷鎳黃鐵礦。

2 礦石中目的礦物的產(chǎn)出特征

2.1 銅礦物

黃銅礦主要呈不規(guī)則狀、他形粒狀嵌布在脈石礦物中(圖1)。此外，黃銅礦與斑銅礦的嵌布關(guān)系較為密切，部分黃銅礦被斑銅礦交代產(chǎn)出，偶見(jiàn)黃銅礦被斑銅礦交代充填呈脈狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出；少量黃銅礦與硫鈷礦、鈷鎳黃鐵礦復(fù)雜共生嵌布(圖2)，還可見(jiàn)部分黃銅礦中包裹微細(xì)粒硫鈷礦、鈷鎳黃鐵礦。

圖1 黃銅礦呈不規(guī)則狀產(chǎn)出(光學(xué)顯微鏡，反光)Fig.1 Chalcopyrite grains disseminate as irregular shaped grain (Optical microscope，Reflection)

圖2 黃銅礦與硫鈷礦、鈷鎳黃鐵礦復(fù)雜共生(光學(xué)顯微鏡，反光)Fig.2 Chalcopyrite associates with linnaeite and cobaltpentlandite(Optical microscope，Reflection)

斑銅礦含量相對(duì)較低，主要以不規(guī)則狀嵌布在脈石礦物中，少量斑銅礦交代黃銅礦嵌布，偶見(jiàn)斑銅礦呈蠕蟲狀結(jié)構(gòu)嵌布在黃銅礦中。

2.2 鈷礦物的產(chǎn)出特征

硫鈷礦是礦石中主要的鈷礦物，常與黃銅礦緊密共生(圖3)，部分被鈷鎳黃鐵礦交代產(chǎn)出(圖2)，二者嵌布關(guān)系較為復(fù)雜，可見(jiàn)呈網(wǎng)格狀分布，有時(shí)可見(jiàn)硫鈷礦被磁黃鐵礦交代產(chǎn)出，偶爾可見(jiàn)硫鈷礦呈不規(guī)則狀嵌布在脈石礦物中。

圖3 硫鈷礦交代黃銅礦產(chǎn)出(光學(xué)顯微鏡，反光)Fig.3 Linnaeite associates with chalcopyrite (Optical microscope Reflection)

鈷鎳黃鐵礦的含量相對(duì)較低，常與黃銅礦緊密嵌布在一起(圖2、圖4)，少量被硫鈷礦交代(圖2)，二者嵌布關(guān)系復(fù)雜，有時(shí)可見(jiàn)鈷鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦共生，部分鈷鎳黃鐵礦沿磁黃鐵礦的晶面呈細(xì)脈狀包裹在磁黃鐵礦中，這部分包裹在磁黃鐵礦中的鈷鎳黃鐵礦在銅鈷浮選過(guò)程中易損失在尾礦中。

圖4 鈷鎳黃鐵礦與黃銅礦緊密嵌布(光學(xué)顯微鏡，反光)Fig.4 cobalt-bearing pentlandite closely embedded with chalcopyrite(Optical microscope，Reflection)

3 礦石中目的礦物的粒度及解離度特征

硫化銅礦物和硫化鈷礦物的嵌布關(guān)系密切，且硫化鈷礦物量相對(duì)較低，硫化銅礦物量為5.25%，硫化鈷礦物量?jī)H為0.18%。粒度測(cè)量時(shí)不僅單獨(dú)測(cè)定了硫化銅礦物、硫化鈷礦物粒度，還將二者當(dāng)做銅鈷礦物集合體進(jìn)行粒度測(cè)定，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，以便能更準(zhǔn)確地表述礦石中重要礦物的工藝粒度。

表6 礦石中銅、鈷礦物的粒度組成表Table 6 Grain size distributions of copper and cobalt minerals in the ore

由表6可知，礦石中硫化銅礦物、銅鈷礦物集合體嵌布粒度均較粗，在+0.074 mm粒級(jí)的分布率分別為83.83%和82.33%；硫化鈷礦物粒度相對(duì)較細(xì)，在+0.074 mm粒級(jí)的分布率為52.76%，在-0.020 mm粒級(jí)的分布率高達(dá)12.27%。

由于硫化鈷礦物粒度較細(xì)，且硫化鈷礦物與硫化銅礦物之間嵌布關(guān)系密切，因此宜采用混合浮選再分選的方式回收銅鈷。

此外，分別對(duì)硫化銅礦物、硫化鈷礦物和銅鈷礦物集合體進(jìn)行解離度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表7～9。根據(jù)解離度數(shù)據(jù)變化情況，宜選用磨礦細(xì)度為-0.074 mm占比65%的細(xì)度進(jìn)行銅鈷混合浮選。由于該細(xì)度條件下，硫化鈷礦物的解離度僅為49.95%，連生體部分大部分與黃銅礦連生，占比為42.40%，因此在銅鈷分選時(shí)應(yīng)先對(duì)銅鈷混合精礦進(jìn)行再磨。

表7 不同磨礦細(xì)度時(shí)硫化銅礦物的解離度Table 7 Liberation degree of copper sulfide minerals with different grinding fineness

表8 不同磨礦細(xì)度時(shí)硫化鈷礦物的解離度Table 8 Liberation degree of cobalt sulfide minerals with different grinding fineness

表9 不同磨礦細(xì)度時(shí)銅鈷礦物集合體的解離度Table 9 Liberation degree of copper cobalt mineral aggregate with different grinding fineness

4 推薦選礦試驗(yàn)方案

根據(jù)銅、鈷礦物的粒度解離度特征，決定采用一段磨礦細(xì)度為-0.074 mm占比65%的細(xì)度進(jìn)行混合浮選，獲得銅鈷混合精礦。從由光學(xué)顯微鏡分析結(jié)果可知，銅鈷混合精礦中硫化鈷礦物以單體為主，單體解離度不高，僅為58.65%；連生體部分中大部分硫化鈷礦物相對(duì)較粗，且與硫化銅礦物關(guān)系簡(jiǎn)單。銅鈷混合精礦中銅礦物、鈷礦物的產(chǎn)出特征見(jiàn)圖5。

圖5 銅鈷混合精礦中硫化銅、硫化鈷礦物的產(chǎn)出特征(光學(xué)顯微鏡，反光)Fig.5 Characteristics of copper sulfide and cobalt sulfide minerals (Optical microscope，Reflection)

從圖5可以看出，由混合浮選得到的銅鈷混合精礦可通過(guò)再磨礦的方式使銅、鈷礦物達(dá)到更好的解離效果，從而實(shí)現(xiàn)銅、鈷分離，獲得銅精礦、鈷精礦。探索試驗(yàn)閉路試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用混合浮選再浮選工藝處理該硫化銅鈷礦可獲得銅品位35.33%、銅回收率91.96%的銅精礦和鈷品位1.31%、鈷回收率60.68%的鈷精礦。

5 結(jié)論

1)非洲某銅鈷礦原礦含銅1.92%、鈷0.09%，其中的鈷品位較低，難以有效回收。

2)礦石中銅礦物嵌布粒度較粗，鈷礦物嵌布粒度相對(duì)較細(xì)，二者嵌布關(guān)系較為密切，且鈷礦物與黃銅礦共生關(guān)系復(fù)雜，嚴(yán)重影響選礦過(guò)程中含鈷礦物的綜合回收。礦石中有少量的銅鈷礦物以微細(xì)粒嵌布在脈石礦物中，且部分鈷礦物與磁黃鐵礦的嵌布關(guān)系復(fù)雜，浮選時(shí)可能造成鈷的損失。

3)建議采用-0.074 mm占比65%的磨礦細(xì)度進(jìn)行銅鈷混合浮選，后續(xù)通過(guò)再磨實(shí)現(xiàn)銅、鈷的分離。實(shí)驗(yàn)室探索閉路試驗(yàn)可獲得銅品位35.33%、銅回收率91.96%的銅精礦和鈷品位1.31%、鈷回收率60.68%的鈷精礦。采用“銅鈷混合浮選再分選”的工藝流程，有望實(shí)現(xiàn)銅，鈷資源的綜合回收。