某硫化-氧化复合型铜钴矿石工艺矿物学研究

李 波 梁冬云 张莉莉 洪秋阳

(广州有色金属研究院，广东 广州 510650)

某硫化-氧化复合型铜钴矿石工艺矿物学研究

李 波 梁冬云 张莉莉 洪秋阳

(广州有色金属研究院，广东 广州 510650)

采用国际先进的MLA矿物自动定量分析技术，结合传统的工艺矿物学研究方法，查明某硫化-氧化复合型铜钴矿石的物质组成和主要含铜、钴矿物的赋存特性，并对矿物进行磁性分析，为该矿石的选矿工艺研究提供指导。结果表明：①该矿石矿物组成较复杂，铜矿物以硅孔雀石为主，其次是黄铜矿、辉铜矿、孔雀石，还有少量至微量的假孔雀石、赤铜矿、斑铜矿、水胆矾等，含钴矿物则主要为铜钴硬锰矿；②各矿物共生关系复杂，互相浸染交代现象普遍，导致金云母、叶腊石、绿泥石、高岭石等多种脉石矿物中也含较多的铜和少量的钴；③主要铜、钴矿物嵌布粒度各异，黄铜矿/辉铜矿和铜钴硬锰矿属细—微细粒均匀嵌布；硅孔雀石/孔雀石属粗—细粒不均匀嵌布，假孔雀石属粗脉状嵌布；④钴硬锰矿、孔雀石、假孔雀石、褐铁矿、大部分硅孔雀石及一些脉石矿物具有程度不等的弱磁性。根据以上研究结果，建议选矿工艺研究采用先通过强磁选预富集铜钴硬锰矿、孔雀石、假孔雀石、硅孔雀石、褐铁矿和磁性脉石等，然后通过水冶从强磁选精矿中提取铜、钴，通过浮选从强磁选尾矿中回收黄铜矿、辉铜矿、赤铜矿等易浮铜矿物的技术路线，并实行阶段磨矿、阶段选别。

硫化-氧化复合型铜钴矿石 矿物组成 铜/钴矿物赋存特性 矿物磁性

某矿床由多次矿化叠加而成，并经历强烈的氧化蚀变。矿石含原生硫化铜、次生硫化铜、氧化铜和含结晶水的碳酸铜、磷酸铜、硅酸铜等种类繁多的铜矿物及以铜钴硬锰矿为主的含钴矿物，属于硫化-氧化复合型铜钴矿石[1-4]。本研究的目的，是查明该矿石的工艺矿物学性质，为该矿石的选矿工艺研究提供方向性指导[5-11]。

1 矿石物质组成

矿石主要化学成分分析结果如表1所示，铜物相分析结果如表2所示。可见，矿石中主要有价金属铜和钴的含量分别为1.53%和0.024%，铜以原生硫化铜、次生硫化铜、自由氧化铜和结合氧化铜多种形式存在。

表1 矿石主要化学成分分析结果

表2 矿石铜物相分析结果

采用MLA矿物参数自动分析系统并结合X射线衍射分析和显微镜分析手段测定矿石的矿物组成，结果表明：矿石中铜矿物种类较多，以硅孔雀石为主，其次是黄铜矿、辉铜矿、孔雀石，还有少量至微量的假孔雀石、赤铜矿、斑铜矿、水胆矾等；含钴矿物主要为铜钴硬锰矿(见表3)。

表3 矿石矿物组成检测结果

2 主要铜、钴矿物嵌布粒度

主要铜、钴矿物嵌布粒度测定结果见表4。由表4可知：黄铜矿/辉铜矿和铜钴硬锰矿主要粒度范围为0.02～0.32 mm，属于细—微细粒均匀嵌布类型；硅孔雀石/孔雀石主要粒度范围为0.02～1.28 mm，属于粗—细粒不均匀嵌布类型；假孔雀石主要粒度范围为+0.08 mm，属于粗脉状嵌布类型。

表4 主要铜、钴矿物粒度分布

3 主要含铜、钴矿物赋存特性

3.1 黄铜矿

多见带辉铜矿次变边的黄铜矿呈不规则粒状嵌布在变质粉砂岩中(见图1)，少量微粒状的黄铜矿浸染分布在变质粉砂岩中。

图1 带辉铜矿次变边的黄铜矿呈不规则粒状嵌布在变质粉砂岩中

微区化学成分能谱分析结果表明，黄铜矿中Cu、Fe、S的平均含量分别为34.66%、30.31%、34.65%，并含少量Si、Al杂质。

3.2 辉铜矿

大多数辉铜矿交代黄铜矿，成为黄铜矿的次变边(见图2)；少量辉铜矿呈不规则粒状、浸染状分布在变质粉砂岩中，有的含石英、绢云母等粉砂岩屑包裹体。

图2 硅孔雀石沿孔洞充填交代褐铁矿，褐铁矿呈残晶状包含于硅孔雀石中

微区化学成分能谱分析结果表明，辉铜矿中Cu、Co的平均含量分别为76.49%、0.04%。

3.3 孔雀石

孔雀石含量较低，主要有3种嵌布形式：

(1)大多被硅孔雀石交代，仅呈残晶包含在硅孔雀石中；

(2)呈砂屑状微晶集合体零星分布在变质粉砂岩中，可见碎裂结构或溶蚀孔洞；

(3)少数呈脉状充填于粉砂岩裂缝中，并伴随铜钴硬锰矿充填交代。

微区化学成分能谱分析结果表明，孔雀石中Cu的平均含量为56.45%，并含少量Fe、Si、Al等杂质。单矿物分析结果表明，孔雀石中Cu、Co的平均含量分别为 46.66%、0.023%。单矿物分析所得含铜量比微区能谱分析的低，是因为孔雀石被硅孔雀石交代和包含脉石包裹体，并含结晶水。

3.4 硅孔雀石

硅孔雀石为硅胶体交代孔雀石而成，在矿石中常见其充填交代孔雀石或褐铁矿，并见其充填于各种孔洞中(见图2)，粒度变化较大。

硅孔雀石是水合铜硅酸盐矿物，结晶水含量不固定，因而化学成分变化较大。单矿物分析结果表明，硅孔雀石中Cu、Co的平均含量分别为28.73%、0.004 5%；微区化学成分能谱分析结果表明，硅孔雀石还普遍含Al、Fe、Ca、Mg、Cl、S等杂质。

3.5 假孔雀石

假孔雀石主要呈脉状充填于粉砂岩裂缝中，有时见后期铜钴硬锰矿充填交代于假孔雀石脉两侧并向两侧脉石中扩散(见图3)。

微区化学成分能谱分析结果表明，假孔雀石中Cu的平均含量为60.22%，并含少量Fe、Si等杂质。

图3 铜钴硬锰矿充填交代于假孔雀石或孔雀石细脉两侧，并向两侧脉石中扩散

3.6 铜钴硬锰矿

矿石中的硬锰矿结晶非常微细，常为细分散多矿物集合体，类似我国南方分布甚广的“钴土矿”，但铜、钴含量较一般的“钴土矿”高，故称铜钴硬锰矿。铜钴硬锰矿充填交代于粉砂岩裂缝中，呈脉状分布；或充填于假孔雀石、孔雀石脉两侧，并向脉两侧的脉石中渗透，形成黑色的散布带(见图3)；此外，也见铜钴硬锰矿呈团块状、散粒状分布于粉砂岩中，有时充填交代绿泥石。

微区化学成分能谱结果表明，铜钴硬锰矿中Cu、Co的平均含量分别为21.80%、4.71%。

3.7 褐铁矿

褐铁矿多呈鲕粒状分布在粉砂岩中，具同心环带状结构或空心豆状结构。常见硅孔雀石沿褐铁矿同心环带间的溶蚀缝充填交代，故褐铁矿中含有数量不等的铜。

微区化学成分能谱分析结果表明，褐铁矿中Cu的平均含量为5.98%，并含Ca、Mg、Si、Al、P、S等多种杂质。

3.8 含铜脉石矿物

含铜叶腊石：呈隐晶质磷片状，与透闪石、金云母等矿物密切连生，可见硅孔雀石和褐铁矿沿其片理间侵入交代。

含铜绿泥石：呈叶片状集合体分布，常与硅孔雀石伴生。

含铜金云母：为接触交代产物，多密集分布；常见硅孔雀石、钴硬锰矿等沿其粒间缝隙充填交代，并可见其包含粒状褐铁矿。

含铜高岭土：为长石的风化产物，数量不多，分布不均匀；常见其被硅孔雀石侵入交代，使其呈浅绿色。

绿泥石、叶腊石、金云母和高岭土都属于层状硅酸盐，含铜胶体沿这些矿物的层理间充填，导致它们含一定量的铜，同时也含少量钴。微区化学成分能谱分析结果表明：绿泥石、叶腊石、高岭土含铜量相对较高，平均含量分别为 9.89%、7.38%、5.49%；金云母含铜量较低，平均含量为 0.39%。

4 磁性分析

采用WCF-3型干式电磁分选仪对原矿中0.2～0.05 mm粒级进行矿物磁性分析，结果见表5。

表5 矿物磁性分析结果

表4表明：铜钴硬锰矿、孔雀石/假孔雀石、硅孔雀石进入磁性产品所需磁感应强度分别为600 mT、600～800 mT、1 000～1 600 mT，有些硅孔雀石连生体在1 600 mT磁感应强度下也不能进入磁性产品。非磁性产品中的铜主要来自辉铜矿、黄铜矿、赤铜矿等铜矿物和少量硅孔雀石。采用1 200 mT磁感应强度下的强磁选，可预富集钴硬锰矿、孔雀石、假孔雀石、褐铁矿、磁性脉石和大部分硅孔雀石，其产率约30%，Cu、Co品位可达3.12%和0.06%，Cu、Co回收率约可达69%和81%。

5 铜、钴在矿石中的平衡分配

铜、钴在原矿中的平衡分配见表6。

表6 铜、钴在各矿物中的平衡分配

铜的平衡分配表明：以硫化铜矿物黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿形式存在的铜分别占总铜的2.47%、5.93%、0.08%，合占8.48%；以易浮氧化铜矿物赤铜矿形式存在的铜占总铜的0.39%；以孔雀石、假孔雀石、硅孔雀石和水胆矾形式存在的铜分别占总铜的2.86%、2.35%、34.48%和0.45%，合占40.14%；赋存于铜钴硬锰矿中的铜占总铜的4.43%；赋存于褐铁矿中的铜占总铜的11.83%；由于硅孔雀石的浸染而分散于磁性脉石中的铜占总铜的25.39%；分散于非磁性脉石中的铜占总铜的9.33%。

钴的平衡分配表明，赋存于铜钴硬锰矿中的钴占总钴的61.84%，赋存于辉铜矿中的钴占总钴的0.21%，赋存于孔雀石/硅孔雀石等氧化铜矿物中的钴占总钴的0.44%，以胶态形式浸染于磁性脉石中的钴占总钴的27.72%，浸染于非磁性脉石中的钴占总钴的9.79%。

6 结 语

(1)某硫化-氧化复合型铜钴矿石的矿物组成较复杂，铜矿物有8种之多，包括黄铜矿、辉铜矿、硅孔雀石、孔雀石、假孔雀石、赤铜矿、斑铜矿、水胆矾等，并有多种含铜脉石矿物；含钴矿物含量很少，主要为铜钴硬锰矿。

(2)嵌布粒度测定结果表明，各主要铜、钴矿物嵌布粒度不均匀；辉铜矿具韧性，不易过粉碎，而硅孔雀石、孔雀石、假孔雀石等氧化铜矿物及铜钴硬锰矿质软，性脆，较易过粉碎。因此，采取阶段磨矿、阶段选别的方式有利于提高铜、钴回收率。

(3)矿石中约含25%的金云母、叶腊石、绿泥石、高岭石等鳞片状、纤维状脉石矿物，胶状硅孔雀石和铜钴硬锰矿浸染于这些脉石矿物中，使它们含较多的铜和少量钴。

(4)根据铜的平衡分配结果，浮选硫化铜矿物(含赤铜矿)所获铜精矿的理论铜品位为57.41%、理论铜回收率为8.87%，浮选氧化铜矿物所获铜精矿的理论铜品位为30.68%、理论铜回收率为40.14%，但由于硅孔雀石可浮性极差，故预计浮选氧化铜的实际铜回收率将较低。

(5)根据钴的平衡分配结果，采用强磁预选回收含钴矿物所获精矿的理论钴品位为0.06%、理论钴回收率为90.00%。

(6)根据磁性分析结果，可先采用强磁选预富集孔雀石、假孔雀石、硅孔雀石、铜钴硬锰矿、褐铁矿和磁性脉石等，然后通过水冶从强磁选精矿中提取铜、钴，通过浮选从强磁选尾矿中回收黄铜矿、辉铜矿、赤铜矿等易浮难溶铜矿物。

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(责任编辑 孙 放)

StudyontheProcessMineralogyofaCompositeSulfide-oxideCopper-cobaltOre

Li Bo Liang Dongyun Zhang Lili Hong Qiuyang

(GuangzhouResearchInstituteofNonferrousMetals，Guangzhou510650，China)

The mineral composition of composite sulfide-oxide copper-cobalt ore and the occurrence state of copper and cobalt elements were investigated by the international advanced automatic quantitative mineral technology MLA combining with the traditional processing mineralogy.The magnetic analysis on the minerals is made，which provides the guide for the mineral processing.The research results indicated that ① The ore has a complex mineral composition，copper minerals are mainly chrysocolla，followed by chalcopyrite，chalcocite，malachite，as well as small amount or trace of tagilite，cuprite，bornite，brochantite，etc.，cobalt minerals are mainly copper and cobalt psilomelane；② Each mineral has complex symbiotic relationship with each other，and is widespread disseminated，which leads to lots of copper and small amounts of cobalt existing in gangue minerals of gold mica，pyrophyllite，chlorite，kaolinite and others；③ Major copper and cobalt minerals varies in size dissemination，chalcopyrite/chalcocite and copper cobalt psilomelane belong to the fine，micro-fine disseminated type;Chrysocolla/malachite belong to the crude-fine uneven disseminated type，and the tagilite belong to the coarse veins disseminated type；④ cobalt psilomelane，malachite，tagilite，limonite，most of chrysocolla and some gangue minerals own weak magnetic properties in different degree.Based on the findings above，it is recommended that the beneficiation adopts the following technical route with stage grinding and stage concentration: the copper-cobalt psilomelane，malachite，tagilite，chrysocolla，limonite and magnetic gangues are pre-enriched by high intensity magnetic separation.Then，copper and cobalt are extracted from high intensity magnetic concentrate by the hydrometallurgical mill，and some easy-floating minerals such as chalcopyrite，chalcocite，cuprite are concentrated from the high intensity magnetic tailings.

Composite sulfide-oxide copper-cobalt ore，Process mineralogy，Occurrence of copper and cobalt，Mineral magnetic property

2014-08-05

李 波(1982—)，男，工程师。

TD912

A

1001-1250(2014)-12-103-05