某含銅尾礦粗砂工藝礦物學特征及選礦試驗研究

曾令明 ，林清泉，周兆鈺，黃權兵，戴智飛

（1.江西銅業技術研究院有限公司，江西 南昌 330096；2.江西銅業股份有限公司永平銅礦，江西，上饒 334506）

1 引言

中國是全球最大的銅金屬消費國，據最新數據顯示中國銅資源的對外依存度已超過78%，由于新冠疫情的影響，海外銅金屬礦山受到巨大沖擊，供需失衡導致國際銅價高漲，極大影響了制造業的發展［1］。國內銅金屬礦山由于長期開發，面臨巨大的資源枯竭壓力，紛紛謀求產業綠色轉型升級，對尾礦等二次資源進行再利用。而從尾礦中提取有價值的銅、金、鎢、硫等有價元素，對提高資源回收率具有重要意義［2-6］。

永平銅礦是一座以銅、硫為主，伴生金、銀、鎢、鋅等多種有價元素的大型矽卡巖礦，選廠年處理礦石量約320 萬t。為高效回收利用資源，進行了很多選礦工藝和藥劑方面的研究，銅和硫的選礦回收率得到了顯著提高，但銅硫選礦的尾礦中銅、鎢等元素依然具備較高的回收價值［7-9］。目前，永平銅礦采用銅硫依次優先浮選工藝回收銅和硫，選硫尾礦經分級拋尾后進行白鎢礦的分選回收。在白鎢礦的回收工藝中，需預先分級將粗粒級的尾砂拋尾。經分級后，尾砂中銅品位得到了顯著富集，銅品位可達0.1%～0.15%，經折算銅金屬量有230.4～345.6 t/a，具有較好的經濟回收價值。

本文基于工藝礦物學分析結果，分析了含銅尾礦中粗砂的工藝礦物學特性，查明了粗尾砂中銅損失的原因，并制定了合理可行的選礦工藝對銅資源進行回收利用［10-12］。對類似礦山尾礦中資源的回收利用，可提供技術借鑒。

2 工藝礦物學研究

2.1 化學成分和礦物組成分析

對粗尾砂樣品進行了化學多元素分析和銅、硫的化學物相分析，并采用經鏡下鑒定、X 射線衍射分析、掃描電鏡分析和MLA 檢測方法對礦物組成進行了分析，分析結果分別見表1、表2、表3 和表4。由結果分析可知：

表1 粗尾砂化學多元素分析結果 %

表2 粗尾砂中銅的化學物相分析結果 %

表3 粗尾砂中硫的化學物相分析結果 %

表4 粗尾砂中主要礦物種類及含量 %

（1）粗尾砂中銅品位為0.094%，原生硫化銅占銅總量的76.60%，次生硫化銅占銅總量的14.89%，礦物組成主要以黃銅礦（CuFeS2）為主。尾砂中硫品位為0.76%，含量較低，且大部分賦存在硫化物中。

（2）粗尾砂中主要的脈石礦物為石英、云母、石榴石、長石、方解石等，其中石英含量高達44.72%，若需進行磨礦將銅礦物與脈石礦物充分單體解離，難度較大。

2.2 重要礦物的產出形式

2.2.1 黃銅礦（CuFeS2）

CuFeS2是粗尾砂中銅的最主要賦存礦物，多呈不規則粒狀（見圖1a），除5%左右呈單體產出外，多以各種形式與其他礦物連生。呈單體產出的CuFeS2粒度普遍在0.02 mm 以下，部分甚至小于0.005 mm（見圖1b）。根據與其他礦物的嵌連比例，可將CuFeS2連生體顆粒大致分為三種類型：

（1）以CuFeS2為主的連生體。顆粒中CuFeS2體積含量通常大于50%，與其嵌連的礦物主要是石英和方解石，嵌連方式多為包裹或半包裹（見圖1c）。這種類型的CuFeS2粒度相對較細，主要分布在0.005～0.03 mm 之間，數量上約占樣品中銅礦物總量的5%。

（2）以脈石為主的連生體。顆粒中CuFeS2體積含量為25%～50%，CuFeS2多呈微細的不規則狀沿石英、方解石、綠泥石等脈石礦物邊緣，緊密鑲嵌或包裹在這些脈石中（見圖1d）。這種類型的CuFeS2粒度相對較粗，主要分布在0.01～0.08mm之間，數量上占樣品中CuFeS2總量的10%左右。

（3）CuFeS2的極貧連生體。數量上約占樣品中CuFeS2總量的80%。顆粒中CuFeS2的體積含量通常小于25%，部分甚至小于5%。這種連生體中CuFeS2的粒度極不均勻，粗者可達0.1 mm 左右，微細者小于0.001 mm，一般變化于0.005～0.08 mm之間。據鏡下粗略統計，粒度大于0.04 mm 的約占50%。顆粒中CuFeS2多呈浸染狀包裹在主要由石英、方解石、綠泥石和閃石等脈石組成的集合體中（見圖1d），通常這些脈石集合體粒度也相對較粗。

圖1 CuFeS2 不同嵌布類型的SEM 背散射圖像

總體來說，損失在粗尾砂中的CuFeS2解離程度較低，絕大部分都與脈石礦物緊密鑲嵌，且粒度極不均勻。特別是第三種類型的連生體中，大部分CuFeS2粒度大于0.04 mm，預計進一步適度磨礦可獲得單體解離形成銅的富連生體。因此從礦物嵌布粒度分析，對于粒度大于0.04 mm 的CuFeS2，除第一、二種類型連生體中的CuFeS2以外，第三種類型連生體中粒度較粗的CuFeS2也可以得到進一步的回收。然而，對于粒度小于0.04 mm 的CuFeS2，因其粒度過細、分散程度過高、與脈石礦物的鑲嵌關系過于復雜，預計即使進一步細磨也很難得到較充分的解離。

2.2.2 黃鐵礦（FeS2）

FeS2是粗尾砂中最主要金屬硫化物。形態多為自形、半自形或不規則粒狀，部分呈單體狀態產出，其余部分主要與石英、方解石和云母等脈石礦物鑲嵌構成不同比例的連生體，自形、半自形的粒狀FeS2嵌布在石英和方解石中（見圖2a），少量與CuFeS2、綠泥石和閃石等礦物交生（見圖2bc），部分FeS2的邊緣或裂隙因氧化作用被赤鐵礦、褐鐵礦等次生礦物交代，粒度較細，一般變化于0.02～0.15 mm 之間，極個別粗者可達0.25 mm 左右。FeS2與CuFeS2嵌布關系并不密切，僅少部分與CuFeS2嵌連，且與FeS2嵌連的CuFeS2粒度不僅較為細小，且嵌布關系較為復雜，這部分CuFeS2即使細磨也難以與FeS2分離。

2.2.3 脈石礦物

粗尾砂中脈石礦物種類較多，主要是石英、方解石、石榴石和長石，其次是綠泥石、輝石和閃石等。總體來看，樣品中脈石礦物形態多為不規則粒狀，大部分呈單體狀態產出，少量與FeS2或CuFeS2等金屬硫化物呈連生關系（見圖2a-b）。經比較，石英和方解石與金屬硫化物的嵌連關系更為緊密，且部分綠泥石、云母、閃石和長石也與金屬硫化物嵌連。

圖2 FeS2 和其他脈石礦物不同嵌布類型的SEM 背散射圖像

2.3 銅礦物和硫礦物的嵌布粒度特征

采用MLA 對粗尾砂中銅礦物和硫礦物的嵌布粒度特征進行了分析，結果見表5 所示。由結果分析可知：粗尾砂中銅礦物和硫礦物均具微細粒-細粒分布的特征，但硫礦物粒度相對較粗。其中，銅礦物的產出粒度分布有兩個特點：一是粒度分布較為分散，在0.005～0.074 mm 之間的各個粒級中分布較為均勻，銅分布率在11%～19%之間；二是整體粒度明顯較細，雖然與硫礦物均屬微細粒-細粒分布的范疇，但實際上差異較為明顯，具體表現為+0.037 mm 部分銅礦物占比僅為35.49%，而硫礦物高達69.13%。

表5 銅礦物和硫礦物的嵌布粒度特征分析結果

綜合分析可知，該含銅粗尾砂需進行超細磨才能將銅礦物與其他脈石礦物充分解離。此外，脈石礦物不僅含有大量的硅酸鹽難磨礦物，還含有部分易泥化的綠泥石等物質，會對磨礦解離和浮選分離指標造成較大的影響。

2.4 銅礦物和硫礦物的解離度及嵌連關系

選擇合適的磨礦細度使絕大部分目的礦物充分單體解離，是獲得理想選礦技術指標的前提。采用MLA 對粗尾砂中銅礦物和硫礦物分別進行了解離度、嵌連關系的測定，測定結果分別見表6、表7。由結果分析可知：

表6 粗尾砂中銅礦物和硫礦物的解離度分析結果 %

表7 粗尾砂中銅礦物和硫礦物連生體與嵌連礦物的比例 %

（1）粗尾砂中呈單體產出的銅礦物僅占6.47%，即使加上富連生體（顆粒中銅礦物的體積含量大于75%）所占比例亦僅為7.69%，而呈貧連生體（顆粒中銅礦物的體積含量小于75%）產出的銅礦物卻占92.31%，特別是極貧連生體占比高達80.63%。在銅礦物連生體中，與其嵌連關系最密切的礦物是石英和方解石，其次是綠泥石、閃石、云母等，而與硫礦物嵌連者僅占3.94%。

（2）粗尾砂中硫礦物的解離度為41.66%，在硫礦物連生體中，與其嵌連關系最密切的礦物主要是石英和方解石，其次為綠泥石、閃石、云母等，與銅礦物連生者占1.76%。

3 選礦試驗研究

3.1 工藝礦物學影響因素與選礦工藝分析

根據工藝礦物學分析結果，影響粗尾砂選礦指標的工藝礦物學因素可歸納如下：

（1）粗尾砂中銅礦物主要為CuFeS2，損失的主要原因是其嵌布粒度較細，且多呈浸染狀與脈石緊密鑲嵌構成不同比例的連生體，極貧連生體所占比例較高。

（2）粗尾砂中硫礦物主要為FeS2，少量為磁黃鐵礦，它們損失在尾礦中的原因是粒度較細、與脈石礦物的嵌連關系十分緊密。

針對粗尾砂中銅礦物嵌布粒度微細、礦物單體解離不充分的問題，選礦工藝需要進一步細磨才有可能使其得到較充分的解離，并通過高選擇性捕收劑進行回收。

3.2 不同磨礦方式和磨礦細度試驗對比

根據工藝礦物學研究結果，針對含銅礦物需要超細磨的問題，試驗對比了立式攪拌磨和球磨兩種磨礦方式對磨礦效果的影響（見圖3），并在不同磨礦方式條件下開展了磨礦細度條件優化試驗（見圖4）。由結果可知：

圖3 不同磨礦方式磨礦曲線對比試驗結果

圖4 不同磨礦方式對選銅粗選回收率的影響結果

（1）相比球磨，立式攪拌磨可大幅度減少磨礦時間，并且在相對短的時間內，磨礦細度可以達到工藝的要求。

（2）隨著磨礦細度的增加，球磨選銅粗選Cu回收率最高僅有60%左右，而攪拌磨可達到80%左右。相比而言，立式攪拌磨對于提高銅回收率具有明顯優勢。當磨礦細度-0.045 mm 含量超過90%時，銅回收率明顯下降，說明過磨會嚴重影響銅回收率，因此選擇適宜的磨礦細度為-0.045 mm 占90.71%。

3.3 開路和閉路試驗

3.3.1 全流程開路對比試驗

根據探索試驗及條件優化試驗結果，可采用立式攪拌磨對含銅粗尾砂進行細磨，最優的磨礦細度為-0.045 mm 含量占90.71%，合適的粗選捕收劑為EP 捕收劑或者丁基黃藥+丁銨黑藥組合捕收劑。在采用二次粗選、四次精選、中礦順序返回的浮選流程的條件下，對比了兩種捕收劑的浮選指標，結果見表8，開路試驗流程圖參考圖5。開路試驗結果可知：

表8 含銅尾砂攪拌磨再磨選銅工藝開路試驗結果

（1）采用EP 為捕收劑，優先選銅工藝可獲得含銅18.32%的銅精礦，說明EP 可以作為生產高品位精礦方案的捕收劑。

（2）采用丁基黃藥與丁銨黑藥組合捕收劑，銅硫混浮工藝可獲得含銅8.55%的銅精礦。考慮到丁基黃藥與丁銨黑藥組合藥劑具有較強的捕收能力，有利于達到較高的選銅回收率，可選擇丁基黃藥與丁銨黑藥組合藥劑作為生產低品位精礦方案的捕收劑。

3.3.2 全流程閉路對比試驗

根據選銅尾礦粗尾砂選礦工藝優化試驗和開路試驗結果，采用銅優先浮選和銅硫混合浮選工藝均可實現銅回收。在考慮選礦工藝的同時，試驗對比了兩種不同的藥劑制度條件下的閉路試驗的效果，試驗結果見表9，閉路試驗流程圖見圖5，閉路試驗推薦工藝的工藝數質量流程圖見圖6 所示。由閉路試驗結果分析可知：

圖5 含銅粗尾砂再磨優先選銅工藝閉路試驗流程圖

圖6 高品位精礦方案閉路試驗選礦工藝數質量流程圖

表9 含銅尾砂攪拌磨再磨選銅工藝閉路試驗結果

（1）以丁基黃藥+丁銨黑藥的組合藥劑作為浮選捕收劑，粗尾砂選銅可獲得Cu 品位7.66%、Cu回收率59.63%的銅精礦。

（2）以EP 藥劑作為浮選捕收劑，粗尾砂選銅可獲得Cu品位18.02%、Cu回收率41.05%的銅精礦。

根據市場對銅精礦品位的要求，推薦采用EP為捕收劑，優先選銅工藝以生產高品位銅精礦的方案，以實現對粗尾砂中銅的回收。

4 結論

（1）含銅尾礦粗尾砂中銅礦物和硫礦物的嵌布粒度微細、解離程度低，與脈石的鑲嵌關系復雜，需采用高效磨礦設備進行細磨，使銅、硫礦物得到充分解離，然后采用浮選工藝進行分離回收，可實現銅、硫礦物的有效回收。

（2）采用立式攪拌磨對含銅粗尾砂進行細磨可充分解離含銅礦物，試驗對比了銅硫混合浮選工藝和銅硫依次優先浮選工藝的試驗指標，采用EP 捕收劑或丁基黃藥+丁銨黑藥組合捕收劑的兩種藥劑制度分選出不同品位的銅精礦。

（3）推薦以EP 作為浮選捕收劑，采用再磨后二次粗選、四次精選、中礦順序返回的優先選銅工藝，閉路試驗可獲得Cu 品位18.02%、回收率41.05%的銅精礦。