青海省格爾木地區鎳礦選礦工藝研究

董國來，張繼陽

吉林省地質科學研究所，吉林 長春 130012

0 引言

鎳是一種難熔耐高溫的銀白色金屬，具有良好的延展性、機械強度和很高的化學穩定性，由于具有優良性能，現已廣泛用于軍事、航天及航空等各個領域[1]。該礦石工藝類型為硫化物輝石巖型鎳銅鈷礦。主要金屬礦物：鎳黃鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等。主要脈石礦物：輝石、橄欖石、黑云母等。礦石構造主要是稀疏浸染狀構造和斑雜狀構造，礦石結構主要為他形不規則粒狀或他形粒狀集合體結構、自形—半自形結構、交代結構、碎裂結構。通過原礦化學多元素分析和光譜半定量分析，查明了有益有害組分。硫化銅鎳礦的處理一般都經過選礦，只有個別的高品位硫化銅鎳礦不經過選礦而直接進行冶煉[2]。本次的選礦實驗項目受吉林大學委托，進行礦山選礦實驗研究，目的是對礦石的加工技術條件和工業利用性能進行研究和分析，證明礦石是否具有可選性。在鎳礦傳統選礦工藝中，多數采用一段磨礦浮選工藝流程，而且對有益元素回收的重視程度不足。本次實驗根據礦石的性質和特點，工藝上采用二段磨礦工藝流程，藥劑制定方面采用水玻璃和羧甲基纖維素鈉混合抑制劑的藥劑方案，提高了鎳精礦的品位和產品的最終回收效率，特別是實現了有益元素鉑族元素的部分回收，提高了礦山開發的經濟效益。在選礦實驗領域中，為同類型礦石選礦實驗研究提供了參考和依據。

1 樣品采集

樣品分別采自現有探礦工程中的鉆孔巖心，采用1/2劈心法。該礦區鎳的平均品位約為0.6%，根據礦區礦石的分布特點，樣品采集共分P4X1、P4A1、P4B1、P4C1、P4K1五個采樣點，其中P4X1點采集圍巖樣品250 kg,鎳質量分數為0.065%；P4A1點采集貧礦樣品200 kg,鎳質量分數為0.32%；P4B1點采集貧礦樣品160 kg,鎳質量分數為0.39%；P4C1點采集富礦樣品200 kg,鎳質量分數為0.72%；P4K1點采集富礦樣品230 kg,鎳質量分數為0.88%；樣品總重為1 040 kg。樣品在實驗室經過破碎、篩分、混勻、縮分，最終試驗樣品粒度為2 mm以下。根據入選品位要求并遵循最大限度利用原則進行了配礦，配礦后樣品鎳原礦品位為0.58%，與礦區平均品位相近，符合試驗要求與規定。

2 實驗與結果

2.1 原礦鎳的物相分析

通過原礦鎳的物相分析結果見表1，可以看出，鎳中硅酸鎳和硫酸鎳占比為22.62%，此類礦物基本難以回收，試驗最終的目的是盡量保證硫化鎳的回收效率，同時實現部分氧化鎳的回收指標。

表1 鎳礦原礦物相分析結果

由表1可見，在現有的選礦方法和經驗中，硅酸鎳無法選出，硫化鎳是我們的目的礦物，需要最大限度地保證硫化鎳的回收，是本次試驗研究的重中之重。

2.2 浮選工藝流程探索試驗

磨礦分級是選礦工藝必須的作業之一，在選礦生產中，磨礦作業占據了選礦作業相當大的成本[3]，所以在選礦試驗研究中，要注重磨礦細度的選擇和流程的確定。磨礦細度試驗是選礦試驗研究的基礎性研究，科學合理地確定磨礦細度是制定流程工藝的基礎性依據。只有準確的磨礦細度，才能既保證產品的最佳品位和回收率，又能防止過度磨礦的情況發生，而且對后期連續性擴大試驗提供依據。浮選流程探索采用了一段磨礦試驗、混合再磨試驗兩種流程作為對比研究，試驗結果見表2、表3，試驗流程見圖1。

表2 一段磨礦試驗結果

表3 混合再磨試驗結果

圖1 混合磨礦試驗流程圖Fig.1 Flow chart of mixed grinding test

由表2、表3可見：一段磨礦試驗獲得鎳精礦的品位是9.41%、回收率34.36%，混合再磨磨礦試驗獲得鎳精礦的品位是13.94%、回收率是46.08%。可見采用混合再磨磨礦工藝獲得的指標比較好，有助于鎳元素的回收，而且品位比較高，有利于后期的閉路試驗。

2.3 抑制劑探索試驗

抑制劑在金屬礦物浮選中，主要的作用是抑制脈石礦物的上浮，有些抑制劑還可以起到分散細泥的作用。在浮選工藝中合適的抑制劑種類，能有效地抑制脈石礦物及雜質的上浮。在國內的鎳礦選礦方法中，羧甲基纖維素鈉是極為常見且有效的抑制劑。羧甲基纖維素鈉屬于陰離子表面活性劑，無毒、無味、不溶于酸和甲醇、乙醇及苯等有機溶劑，易溶于水，并具有一定黏度，耐熱性較穩定。溫度大于20 ℃時，黏度迅速上升，45 ℃則開始減慢，80 ℃以上長時間加熱可使膠體變性導致黏度下降[4]。在鎳礦的浮選工藝中，羧甲基纖維素是極為有效的抑制劑，試驗結果見表4。

由表4可見，不使用羧甲基纖維素鈉時，獲得的精礦產品指標的品位 8.14%、回收率30.39 %，加入500 ×10-6羧甲基纖維素鈉后，獲得的精礦產品的品位13.91%、回收率45.65%，顯而易見，加入羧甲基纖維素鈉產品指標顯著提升，說明該抑制劑起到了比較好的作用。

表4 抑制劑探索試驗結果

2.4 捕收劑探索試驗

捕收劑的作用是把目的礦物浮選出來。捕收劑既要有準確地選擇性，也要有較好地捕收效果，而且要考慮到該類藥劑的經濟因素。在鎳礦石的浮選中，丁基黃藥是較為常用的捕收劑。黃藥學名黃原酸，為不安定的無色或黃色油狀物，用作選礦藥劑主要是它含有堿金屬鹽類或胺類[ 5]。丁胺黑藥在極個別選礦廠中有過使用，本次實驗采用丁胺黑藥與丁基黃藥進行比較，試驗結果見表5。

表5 捕收劑探索試驗結果

由表5可見，使用丁基黃藥作為捕收劑，所得鎳精礦品位13.89%、回收率42.96%；丁胺黑藥作為捕收劑獲得的精礦產品的品位為6.05%、回收率為24.08%。可見，丁基黃藥作為捕收劑獲得的產品指標明顯好于丁胺黑藥。

2.5 活化劑硫酸銅用量試驗

較為易選礦石中，由于礦石具有較好的可浮性，一般不需要加入活化劑就能獲得較好的浮選指標，但本次試驗研究的礦石礦物粒度較細，而且含有部分氧化鎳礦物，需要加入硫酸銅作為活化劑，試驗結果見表6。

由表6可見，不使用硫酸銅時，粗選之后產品品位為5.21%，回收率僅為54.33%。回收效果比較差，而隨著硫酸銅用量的增加，粗選之后產品的指標在不斷上升，當活化劑硫酸銅用量為200 ×10-6時，浮選出的粗精礦回收率和產率比較好，繼續增加硫酸銅用量后，回收率和產率不再增加，證明該藥劑須采用的藥劑量為200×10-6。

表6 活化劑硫酸銅用量試驗結果

2.6 水玻璃用量試驗

水玻璃是硫化礦浮選試驗中常用的抑制劑，有比較好地分散細泥的作用，對多數脈石礦物抑制效果比較好。水玻璃是一種黏稠的高濃度強堿性水溶液，是將石英砂與純堿，或石英與硫酸鈉及碳粉共同熔融制得，顏色呈青灰色或淡黃色。水玻璃可分為硅酸鉀型水玻璃和硅酸鈉型水玻璃，浮選試驗常用的是硅酸鈉型水玻璃[6]，試驗結果見表7。

表7 水玻璃用量試驗結果

由表7可見，隨著水玻璃用量的增加，鎳粗精礦產品品位和回收率在不斷提升，當用量達到2 000×10-6時，產品品位5.28%、回收率74.62%，繼續增加用量，品位和回收率基本不發生變化，說明應該采用2 000×10-6的用量比較適宜。

2.7 綜合條件試驗

經過前期大量的基礎性試驗，根據磨礦細度試驗結果、藥劑探索試驗結果、藥劑用量試驗結果，分析得出該實驗研究的最優條件，再次進行綜合條件試驗得出最佳的工藝條件，試驗結果見表8。

表8 綜合條件試驗結果

由表8可見，試驗結果與前期基礎性試驗基本相符合，說明基礎性試驗方法和方案是正確的，在確定綜合條件試驗之后，可以開展實驗室內連續性閉路試驗。

2.8 閉路試驗

選礦實驗中，需要將中礦按實際生產過程中返回到相應的作業環節,使中礦分配至精礦及尾礦中，能夠較真實的反映出浮選的客觀規律，為此，需要進一步做閉路實驗，即在綜合條件實驗的基礎上使用單槽設備模擬連續閉路實驗流程。重復若干次實驗，每一次得到的中間產物，給到下一次相應作業中，直到最終物料基本平衡[7]，試驗結果見表9、表10。

表9 閉路試驗結果

表10 鉑族元素回收率結果

由表9可見，閉路試驗取得的結果為精礦產品鎳品位11.67%、回收率76.14%；銅品位2.01%，回收率80.75%，實現了有用元素的基本回收，同時符合原礦物相分析結果，可見，本次試驗是較為成功的，最終所取得的產品指標也較為理想。

由表10可見，此次試驗研究回收了部分鉑族元素，在今后對該礦山的開采和開發時，要注意鉑族元素的回收，而且需要進一步研究，尤其是若開展可行性研究或者擴大型實驗時，要注意鉑族元素的回收。

2.9 尾礦水質分析

尾礦回水和精礦過濾回水經多次循環使用后，其中含有的金屬離子，非金屬離子和浮選藥劑組分不斷積累，影響精礦質量，降低回收率，增加藥劑消耗量，也會對金屬硫化礦的有效分離造成困難，試驗結果見表11，12。

表11 尾礦水質分析結果

由表11、表12可見，通過尾礦水質分析結果得出，尾礦水各項排放指標符合規定要求，這說明該項實驗結果符合環保規定要求。通過循環水用量試驗結果得出，改變尾礦回收水用量的多少，對最終的產品指標基本不造成影響，符合環境保護的要求。

表12 循環水用量試驗結果

3 分析與討論

(1)通過尾礦巖礦分析與鏡下觀察，發現極少量金屬礦物，粒徑0.01～0.05 mm，粒徑及其細小應為硅酸鎳礦物。脈石含量大部分為0.1～0.5 mm,為褐色、片狀、黑云母。余下為輝石、橄欖石、及少量斜長石，粒徑一般在0.05～0.1 mm左右。硫化物礦物已基本選出。

(2)單純地使用水玻璃或者羧甲基纖維素鈉作為抑制劑，浮選效果都達不到預期指標，該類礦石采用水玻璃與羧甲基纖維素鈉混合抑制劑效果比較理想，同時要注重兩者的藥劑比例，本次試驗中采用二者4：1的比例取得了非常顯著的效果。

(3)在選礦試驗過程中，發現了部分鉑族元素可回收利用，這對提高該礦山的經濟效益幫助比較大。

4 結論

(1)礦石中主要回收的金屬礦物為鎳黃鐵礦，其次銅為伴生元素，可以綜合回收。

(2)該礦石中主要金屬礦物：鎳黃鐵礦、黃鐵礦、次為磁黃鐵礦，最少為黃銅礦。主要脈石礦物：輝石、橄欖石、黑云母等。

(3)由于鎳黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦緊密共生，呈浸染斑雜構造，為了提高鎳精礦的品位，需提高磨礦細度，采用了二段磨礦工藝。同時為了提升鎳精礦的回收率，采用一次掃選中礦與粗選精礦混合再磨的工藝流程，試驗結果較為理想，取得了較好的選礦指標。

(4)鉑族金屬元素為伴生有益組分，原礦鉑品位0.059×10-6、鈀品位0.04×10-6，在本次試驗中得到了較好回收,可大大提高礦山的經濟效益，在以后的礦山開發中要注意回收。在礦石工藝礦物學中重點查清鉑族元素的結構、構造、粒度大小、各粒級占比以及賦存狀態，以便今后進一步研究。

(5)試驗最終采用浮選工藝流程，原礦中鎳的品位為0.58%，銅的品位為0.091%，原礦經過一次粗選，一次掃選后，粗選精礦與一次掃選中礦混合后再磨至-0.045 mm占84%粒度級，經兩次精選、一次掃選最終獲得鎳精礦鎳品位11.67%，回收率為76.14%；銅品位2.01%，回收率為80.75%的浮選指標。