某高硫銅硫礦石低堿度浮選試驗研究

付廣欽 周曉彤 尚興科 張紅英 關 通

(1.廣東省科學院資源利用與稀土開發研究所,廣東 廣州 510650;2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室,廣東 廣州 510650;3.廣東省礦產資源開發與綜合利用重點實驗室,廣東 廣州 510650)

我國是銅資源的消費大國,也是銅資源進口大國,銅資源非常緊缺。我國銅資源主要以硫化銅礦為主[1-2],通常與黃鐵礦、磁黃鐵礦等硫鐵礦物致密共生,“貧、細、雜”的特點日益凸顯[3]。由于硫化礦物表面物理化學性質相近,而且黃鐵礦和磁黃鐵礦可浮性變化較大[4-6],加大了銅硫分離難度。因此,開展銅硫資源高效開發技術研究具有重要的現實意義。

銅硫選礦工藝主要有銅優先浮選工藝、銅硫混合浮選-分離工藝等[7-10],在粗選段或精選段通過抑制劑抑硫浮銅來實現銅硫分離。目前,國內外普遍采用高堿工藝來實現銅硫的高效分離,而高堿度環境不但對黃鐵礦有強烈的抑制作用,對黃銅礦也有抑制作用。因此,在低堿度條件下實現銅硫浮選回收,有利于更高效地回收高硫銅硫礦資源[11-12]。如王明芳等[13]為了有效控制石灰高堿工藝對銅硫分離的負面影響,以CTP為硫鐵礦抑制劑,對某斑巖型銅鉬礦進行了銅硫低堿度浮選分離研究,可獲得銅、鉬品位分別為24.57%、6.94%,銅、鉬回收率分別為86.58%、81.52%的銅鉬混合精礦。王勇等[14]采用DT系列抑制劑,對江西某銅銀多金屬礦進行了低堿度銅硫分離浮選試驗研究,在pH=8的低堿度條件下獲得銅品位22.49%、銅回收率88.76%的銅精礦以及硫品位33.07%、硫回收率62.25%的硫精礦。

某高硫銅硫礦石中黃鐵礦和磁黃鐵礦等硫鐵礦物含量較高,原礦含硫大于16%,屬于典型的高硫銅硫礦。現有選廠采用銅優先浮選工藝,在高堿度環境下進行抑硫浮銅,銅浮選尾礦經活化后浮選得到硫精礦。該工藝所得銅精礦品位不穩定,銅回收率為80%左右。為了提高精礦銅回收率,本研究針對該銅硫礦石特點,從銅捕收劑和選礦工藝角度進行優化改進,在較低堿度條件下進行銅硫浮選,有效地提高了銅硫選礦指標,為該高硫銅硫礦資源利用提供有力的技術支持。

1 原礦性質

針對原礦開展化學多元素、銅物相及礦物組成分析,結果分別見表1、表2及表3。

表1 原礦化學多元素分析結果Table 1 Results of chemical multi-elements analysis of run-of-mine ore %

表2 原礦銅物相分析結果Table 2 Results of copper phase analysis of run-of-mine ore %

表3 原礦礦物組成及其含量Table 3 Mineral composition and its contents of run-of-mine ore %

由表1可知,原礦中主要有價組分為Cu、S、Fe、WO3等,含量分別為0.92%、16.84%、32.46%、0.16%。

由表2、表3可知,原礦中銅礦物主要為原生硫化銅黃銅礦,含少量次生硫化銅,極少氧化銅;硫礦物以黃鐵礦和磁黃鐵礦為主,含量為38.413%。將硫鐵礦物與黃銅礦高效分離,是提高本礦石銅選別指標的技術關鍵。

圖1為該礦石中黃銅礦和黃鐵礦的解離度測定結果。

圖1 黃銅礦和黃鐵礦的礦物解離度測定結果Fig.1 Results of minerals dissociation degree for chalcopyrite and pyrite

由圖1可知,黃鐵礦解離性較好,而黃銅礦的解離性較差。當磨礦細度為0.074 mm占47%時,黃鐵礦的單體解離度已經達到93%;當磨礦細度為-0.074 mm占80%時,黃銅礦解離度才能達到90%。

2 試驗方案

原礦中含有大量黃鐵礦、磁黃鐵礦等硫鐵礦物,采用高堿性條件的銅浮選工藝,雖然達到了對硫礦物抑制的目的,但對環保和生產造成不利影響。該礦石中黃銅礦嵌布粒度偏細,黃鐵礦和磁黃鐵礦嵌布粒度相對較粗,具備階段磨礦階段選別的可行性。因此,本研究重點對選銅工藝及藥劑進行優化改進,所制定的原則流程如圖2所示。在相對較粗的磨礦細度條件下,先將銅礦物和部分易浮硫鐵礦物浮選出來,礦漿pH控制在8以下,將銅粗精礦再磨后進行銅硫分離,得到高品位的銅精礦,銅尾礦經硫浮選得到硫精礦2。該試驗方案中,鐵和鎢資源將在硫尾礦中進一步富集,也為后續鐵、鎢資源的綜合回收創造了有利條件。

圖2 銅硫浮選工藝原則流程Fig.2 Principle flowsheet of copper-sulfur flotation process

3 試驗結果及討論

3.1 銅粗選捕收劑試驗

高效捕收劑的選擇是提高浮選指標的關鍵。由于組合用藥可以發揮各種捕收劑的協同作用,獲得更佳的選別效果,其優越性日益凸顯,而丁基黃藥是銅浮選的常用捕收劑,捕收能力較強。因此,在磨礦細度-0.074 mm占66%的條件下,固定石灰用量5 000 g/t、2號油用量12 g/t,分別采用3種組合捕收劑XA、XB、XC和丁基黃藥,進行銅浮選捕收劑對比試驗研究,丁基黃藥用量為140 g/t,3種組合捕收劑用量均為50 g/t,試驗流程見圖3,試驗結果見圖4。

圖3 銅粗選捕收劑試驗流程Fig.3 Flowsheet of collector test in copper roughing flotation

圖4 銅捕收劑對比試驗結果Fig.4 Results of copper collector composition test

由圖4可知,與丁基黃藥相比,3種組合捕收劑捕收能力更強,且藥劑用量遠低于丁基黃藥的用量。3種組合捕收劑相比,捕收能力由大到小依次為XC、XB、XA。因此,后續試驗選擇捕收劑XC作為銅浮選捕收劑。

3.2 磨礦細度試驗

磨礦細度是選礦試驗的重要工藝參數。磨礦細度越細,有利于有用礦物與脈石礦物的充分解離,但過高的磨礦細度,將增加磨礦能耗,還易造成礦物泥化和過粉碎,增加選礦分離難度。為了確定適宜的磨礦細度,固定石灰用量5 000 g/t、XC用量90 g/t、2號油用量12 g/t,在不同磨礦細度條件下進行浮選試驗,結果如圖5所示。

圖5 磨礦細度對銅粗選精礦指標的影響Fig.5 Influence of grinding fineness on concentrate indexes in copper roughing flotation

由圖5可知,隨著原礦磨礦細度的增大,銅粗選精礦Cu回收率逐漸提高。當磨礦細度在66%～82%之間時,銅精礦品位和回收率相對穩定。當磨礦細度-0.074 mm含量大于82%時,銅精礦Cu品位開始提高,但Cu回收率呈現下降趨勢。綜合考慮,后續試驗磨礦細度為-0.074 mm占66%。

3.3 銅粗選石灰用量試驗

石灰是銅硫分選過程中應用最廣泛的抑制劑。由于石灰價格低廉、容易獲取,本試驗采用石灰作為銅浮選的抑制劑。一般認為,石灰在硫礦物表面生成氫氧化物薄膜,增加了其親水性,從而起到抑制作用[15]。為了確定合適的銅粗選石灰用量,在磨礦細度為-0.074 mm占66%、XC用量90 g/t、2號油12 g/t的條件下,進行石灰用量試驗,結果如圖6所示。

圖6 石灰用量對銅粗選精礦指標的影響Fig.6 Influence of lime dosage on concentrate indexes in copper roughing flotation

由圖6可知,隨著石灰用量的不斷增加,銅粗精礦Cu品位明顯提高,銅回收率相對穩定。當石灰用量為5 000～7 000 g/t時,銅粗精礦浮選指標較好且穩定;石灰用量增加至9 000 g/t時,銅精礦回收率呈現下降趨勢。因此,確定適宜的銅粗選石灰用量為5 000 g/t。

3.4 銅粗選XC用量試驗

在磨礦細度為-0.074 mm占66%、石灰用量5 000 g/t、2號油用量12 g/t的條件下,進行銅粗選XC用量試驗,結果如圖7所示。

圖7 XC用量對銅粗選精礦指標的影響Fig.7 Influence of XC reagent dosage on concentrate indexes in copper roughing flotation

由圖7可知,隨著XC用量的增加,銅粗精礦Cu回收率呈現遞增趨勢,Cu品位則先上升后逐漸下降。當XC用量為120 g/t時,銅粗精礦回收率接近90%。為盡可能地在粗選階段回收更多的銅礦物,確定XC用量為120 g/t。

3.5 銅粗精礦再磨細度試驗

為了考查銅粗精礦再磨細度對銅精選指標的影響,進行銅粗精礦再磨細度試驗,結果如圖8所示。試驗流程為2次精選,每次精選添加石灰作硫抑制劑,用量為500 g/t。

圖8 銅粗精礦再磨細度對銅精礦指標的影響Fig.8 Influence of regrinding fineness of copper roughing concentrate on copper concentrate indexes

由圖8可知,隨著銅粗精礦再磨細度的增大,銅精礦Cu品位先升高后下降,銅回收率則逐漸下降。綜合考慮,再磨細度為-0.045 mm占71%較為合適。

3.6 銅硫浮選閉路試驗研究

在條件試驗的基礎上,參照硫浮選工業生產藥劑制度及流程,進行了銅硫浮選閉路試驗,閉路試驗流程見圖9,試驗結果見表4。

圖9 銅硫浮選閉路試驗流程Fig.9 Flowsheet of closed-circuit test of copper-sulfur flotation

表4 銅硫浮選閉路試驗結果Table 4 Results of copper-sulfur flotation closed-circuit test %

由表4可知,針對含Cu 0.92%、S 16.84%的原礦,銅硫浮選閉路試驗獲得銅精礦含Cu 19.57%、銅回收率為85.56%,硫精礦1含S 42.02%、硫回收率為45.58%,硫精礦2含S 37.10%、硫回收率為29.96%。

采用該方案,在保證銅精礦Cu品位大于18%的前提下,銅回收率提高到85%以上,比現場生產指標提高5個百分點以上,石灰總用量由8 000 g/t下降至6 200 g/t。與此同時,硫尾礦含WO30.22%、Fe 25.45%,鎢品位得到提高,可采用適當選礦方法進行綜合回收。

4 結 論

(1)原礦中銅礦物主要是黃銅礦,含少量次生硫化銅,極少氧化銅,硫礦物以黃鐵礦和磁黃鐵礦為主,礦物含量合計為38.413%。因此,將硫鐵礦物與黃銅礦高效分離,是提高銅選礦指標的技術關鍵。

(2)針對含Cu 0.92%、S 16.84%的高硫銅硫原礦,采用XC組合捕收劑和“銅硫等可浮-粗精礦再磨-銅硫分離”工藝,閉路試驗可獲得銅精礦含Cu 19.57%、銅回收率為85.56%,硫精礦1含S 42.02%,硫精礦2含S 37.10%,總硫回收率為75.54%。

(3)本研究研發的“銅硫等可浮-粗精礦再磨-銅硫分離”工藝,有助于在較低堿度條件下,實現銅硫礦物的高效分選,為選廠選礦技術改造提供技術支持。