南非西北省鉑金礦的選礦工藝研究

莊 濤，李文寶

（1.中國瑞林工程技術股份有限公司，江西 南昌 330000；2.金川集團南非思威鉑業公司，南非）

鉑金是世界上最稀有的礦種之一，主要集中在南非、俄羅斯、加拿大和美國。中國鉑資源匱乏，對外依存度達90%以上，鉑屬于中國戰略性礦產資源[1]。鉑金不僅在珠寶首飾業備受人們青睞，在工業領域也有廣泛的應用。鉑族金屬PGM的4E代表著58%鉑、32%鈀、8%銠、2%金。在盛產鉑金的南非目前有3個含鉑族金屬的地質系統：梅倫斯基礦脈（Merensky Reef），上部鉻礦脈群（Upper Group Chrome）和普蘭特礦脈（Plant Reef）[2]。梅倫斯基礦脈是布什維爾德雜巖的主要鉑礦體，由輝巖組成，內含鉻鐵礦夾層，金屬硫化物主要有黃鐵礦，鎳黃鐵礦和黃銅礦。南非西北省鉑金礦前期開采礦石以Merensky為主，開采部分UG2，而這兩種礦石的礦物組成和特性又各不相同，在選別工藝上也各有特點。為有效同時處理這兩種礦石，分別開展了Merensky、UG2詳細的工藝礦物學研究，Merensky、UG2和兩種混合礦樣進行了流程比選研究，最終確定了最佳的工藝流程和礦石配比，為實現礦山資源利用的選礦技術可行性、工藝方案的合理性和效益最大化奠定基礎。

1 礦石性質

（1）多元素分析

鉑金礦礦石含有兩種典型的類型，分別為Merensky和UG2.其礦石多元素分析詳見表1。

表1 Merensky和UG2多元素分析

表1結果表明，Merensky的金屬含量普遍要高于UG2，特別是鉑族金屬（4E）,S的含量也是如此，而UG2中Cr2O3的含量遠高于Merensky，這就存在單選UG2時可同時考慮回收Cr2O3的可能。本文對Cr2O3的選別暫不論述。

（2）鉑族金屬（PGM）類型

原礦在碎磨至40%-75μm后進行礦物組成分析，鉑金的分布詳見圖1。

圖1 Merensky和UG2鉑金分布圖

從圖中可以看出Merensky的鉑族金屬（PGM）主要集中在鉑金-碲化鉍中，而UG2則主要是硫化鉑金，碲化鉍易于在粗選中選別。如果不能早收，它將損失在精選的尾礦中；如果磨礦細度過細，將導致氧化的發生，而影響浮選的效果。

在UG2中存在明顯的鐵-鉑金合金，在Merensky中卻不含有，這部分礦石將難以浮選。

（3）鉑金（PGM）解離分析

在磨礦細度-75μm 40%下分析鉑金解離度，詳細結果詳見表2。

表2 鉑金解離度表

解離度表表明Merensky在磨礦細度-75μm 40%下，已解離的單體鉑金和與硫化物連生的鉑金占比較高，可考慮采用快速浮選的工藝獲得高品位精礦。

而UG2在磨礦細度-75μm 40%下，易于浮選的單體鉑金和與硫化礦連生的鉑金占比僅21.5%,而大部分鉑金連生或者共生與硅酸鹽或者氧化物中，這就需要通過進一步的磨礦來提高浮選的回收率。

（4）主要的金屬礦物組成

主要的金屬礦物組成詳見表3。

表3 主要的金屬礦物組成

Merensky和UG2中鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦的占比相當，分別在38%左，Merensky中的黃銅礦要高于UG2，而UG2中的黃鐵礦高于Merensky。

（5）碎磨功指數試驗

試驗分別對Merensky、UG2和廢石進行了破碎功指數和邦德功指數試驗，試驗結果分別見表4、表5和表6

表4 Merensky碎磨功指數結果

表5 UG2碎磨功指數結果

表6 廢石碎磨功指數結果

三種礦樣的功指數試驗結果均表明，在粒度偏粗時其破碎功指數、棒磨功指數和邦德球磨功指數212μm都介入軟和中等之間，但在進一步增加磨礦細度后，其邦德球磨功指數增加顯著。

2 試驗研究

礦山含有Merensky和UG2兩種礦石，在前期生產過程中以Merensky為主，但也有部分UG2被采出，而UG2又可能單獨堆放，因此在實際生產中考慮Merensky和UG2混合處理的情況。因此試驗的主要目的在于通過試驗研究確定混合礦樣的選別流程，確定混合礦樣中Merensky和UG2的混合比例，達到與采礦不同礦種出礦相協調，為現場實際生產提供指導和依據。

試驗的內容包括四大部分，分別為磨礦細度試驗、Merensky的試驗研究、UG2的試驗研究和混合礦樣的試驗研究。通過對Merensky和UG2的試驗研究，進而確定混合礦樣的選別流程。

2.1 磨礦細度試驗

磨礦細度試驗分別從Merensky和UG2開展，確定最佳的磨礦細度。

（1）Merensky磨礦細度

試驗分別從多個磨礦細度（35%、60%、80%75m）論證最佳單段磨礦單段選別（MF1）磨礦細度。單段磨礦單段選別詳見圖2和圖3，階段磨礦階段選別詳見圖4。

圖2 單段磨礦單段浮選磨礦細度結果

圖3 單段磨礦單段浮選磨礦細度結果

圖4 階段磨礦階段選別磨礦細度

表2和表3表明，35%75μm的粒度可以提前獲得高品位的精礦，但總回收率略低于其他更細的磨礦細度。

表4表明，二段磨礦細度在80%75μm可獲得較好的指標。

（2）UG2磨礦細度試驗

UG2磨礦細度試驗詳見圖5和圖6。

圖5 UG2不同磨礦細度的指標

圖6 UG2不同磨礦細度與品位及浮選時間的關系

試驗表明，對于UG2應采用階段磨礦階段選別，一段磨礦粒度為40%75μm，二段磨礦為80%75μm，Merensky在一段磨選40%75μm后均可獲得較好的指標。

綜上所述Merensky的磨礦細度正如嵌布特性，一段磨礦40%75μm便可獲得較好的回收指標，而UG2因其磨礦細度有區別，特采用階段磨礦階段選別的流程。

2.2 Merensky試驗

南非目前鉑金選礦的典型工藝流程分為單段磨礦單段選別（MF1）和階段磨礦-階段選別（MF2）工藝，試驗分別從這兩個工藝入手，分別對Merensky開展了MF1和MF2的對比試驗；

試驗確定了MF1的磨礦細度為-0.075mm 50%，MF2的一段磨礦細度為-0.075mm 40%，二段磨礦細度為-0.075mm 80%。浮選藥劑中調整劑為CuSO4,捕收劑為SIBX,起泡劑為KU90,Merensky的抑制劑為KU90。

MF1工藝流程詳見圖7，工藝指標詳見表7,MF2工藝流程詳見圖7，工藝指標詳見表8。

圖7 單段磨礦單段浮選工藝流程

表7 單段磨礦單段浮選指標

圖8 Merensky浮選工藝流程

表8 Merensky浮選工藝指標

在Merensky的MF1和MF2的對比試驗中，MF1的指標優于MF2,且MF1的流程相對更簡單，從投資和運營方面也更加有優勢。

2.3 UG2試驗

從表3的粒度分析中初步表明，在磨礦細度-75μm 40%下，易于浮選的單體鉑金和與硫化礦連生的鉑金占比僅21.5%，而大部分鉑金連生或者共生與硅酸鹽或者氧化物中，需要通過進一步的磨礦來提高浮選的回收率。因此MF1流程不適用與UG2礦樣，在工藝礦物學研究基礎上確定了階段磨礦-階段浮選工藝流程[3]，UG2采用MF2的磨礦和浮選流程，一段磨礦細度為-0.075mm 40%，二段磨礦細度為-0.075mm 80%。浮選藥劑除調整劑與Merensky有所區別外，其他藥劑都與Merensky一致，調整劑為CuSO4，捕收劑為SIBX，起泡劑為KU90，抑制劑為KU5。UG2的工藝流程和指標分別詳見圖9和表9。

圖9 UG2浮選工藝流程

表9 UG2浮選工藝指標

UG2的原礦品位低于Merensky，回收率也相對偏低，但其品位高于Merensky。在UG2精礦品位為198g/t時，回收率為76%，精礦中含有1.7%的Cr2O3。在品位為150g/t時，回收率可以提高至82%，但精礦中Cr2O3含量為3.4%。

2.4 混合礦試驗

在礦產開采前期，主要礦物為Merensky，開采部分UG2，因此混合礦的選別流程采用Meresky的MF2工藝流程，UG2的混入比例按照10%遞增混入，根據預估的礦山出礦比例，初步確定了混合礦1（Merensky：UG2配比9:1）和混合礦2（Merensky：UG2配比8:1）進行試驗，以確定最佳的工藝流程和礦石配比。

試驗分別從Merensky與UG的比例9:1和8:1開展試驗。試驗的工藝指標詳見表10和表11。

表10 混合礦1浮選工藝指標

表11 混合礦2浮選工藝指標

從混合礦1和混合2的工藝對比表中可以看出，兩者的結果比較接近，混合礦1的原礦品位略高于混合礦2，精礦品位和回收率也略高于混合礦2，但混合礦2的結果也是可以接受的。

3 結論

（1）在Merensky的試驗中，MF1和MF2進行了對比，在流程簡單、投資和運營成本方面MF1均交MF2有優勢，Merensky更適合采用MF1流程，

（2）對Merensky和UG2進行了詳細工藝礦物學研究和分析，并在礦物組成，鉑金分布、解離度等方面進行了對比研究和選礦路線分析。Merensky中易于浮選的單體鉑金和與硫化礦連生的鉑金含量遠高于UG2，適合采用快速浮選，UG2則需要進一步磨礦來提高回收率；

（3）通過對UG2的礦物學分析和磨礦細度試驗等確定MF1不適合UG2；

（4）通過MF1和MF2的流程對比試驗以及礦產出礦的情況，確定了混合礦采用Merensky的MF2試驗流程；

（5）從礦山出礦的特點和有效利益出發，進行了工藝流程的確定和混礦比例的比較，確定了Merensky和UG2采用9：1的混礦比例更為合適。