基于柠檬酸－改性淀粉的金川铜镍精矿降镁提质

李玄武 张亚辉 雷治武 吴安平 李 立 洪欢欢

(武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉430070)

金川集团有限公司是我国最大的镍生产基地，其金属镍年产量占全国总产量的85%以上。金川镍矿石为富含镁硅酸盐脉石矿物的低品位铜镍硫化矿石［1］。在闪速炉冶炼冰镍的过程中，当冰镍中的MgO 含量过高时，会导致炉渣黏度大、渣相分离困难、冶炼回收率低等一系列问题，严重时冶炼无法进行。对于富含镁硅酸盐脉石矿物的低品位铜镍硫化矿石，如何降低浮选精矿中MgO 的含量一直是国内外研究的重点［2-3］。

研究表明［4］，铜镍硫化矿中蛇纹石、绿泥石等含镁脉石矿物除了通过连生体、矿泥罩盖和机械夹杂等途径进入浮选精矿外，矿浆中的难免金属离子Cu2+、Ni2+等对蛇纹石、绿泥石等含镁脉石矿物的活化也是造成其进入铜镍浮选精矿的重要途径。福马西罗等［5］研究发现，在pH=7 ～10 的范围内(铜镍硫化矿的浮选pH 值一般为8.5 ～9.5)，Cu2+和Ni2+能有效地活化蛇纹石和绿泥石，活化后的蛇纹石和绿泥石能被黄药浮选捕收。曹钊等［8］研究发现，Cu2+和Ni2+能有效地吸附在绿泥石表面，从而强化黄药对绿泥石的浮选捕收。张亚辉等［9］使用FTIR 研究了黄药在黄铜矿、镍黄铁矿和黄铁矿表面的吸附形式，结果表明，黄原酸盐分子主要通过与矿物表面金属离子的相互作用而吸附在矿物表面，这为研究被金属离子活化的含镁脉石矿物的黄药浮选提供了参考。

以往关于铜镍硫化矿浮选降镁的研究主要集中在蛇纹石、绿泥石等脉石矿物的抑制剂和分散剂的研制上，而对如何消除Cu2+、Ni2+对蛇纹石和绿泥石的活化却较少研究。张亚辉等［5］提出，使用EDTA、草酸、柠檬酸等络合剂清洗吸附在蛇纹石、绿泥石等脉石矿物表面的铜镍活化离子的同时使用高效抑制剂，是铜镍硫化矿浮选降镁的有效途径。张亚辉、熊学广等［10］通过组合使用柠檬酸+六偏磷酸钠使金川铜镍硫矿浮选精矿的MgO 含量降低了1.24 个百分点。

本试验以金川镍矿二矿区矿石为研究对象，在柠檬酸－改性淀粉药剂体系下，进行了提高精矿铜镍品位、降低MgO 含量的研究。

1 原矿性质

1.1 原矿主要化学成分分析

原矿主要化学成分分析结果见表1。

表1 原矿主要化学成分分析结果Table 1 Main chemical component analysis results of raw ore %

从表1 可知:原矿中有回收利用价值的元素主要为Ni 和Cu，品位分别为1.28%和0.86%，铁有综合回收价值。杂质成分主要为SiO2和MgO，分别占33.85%和28.61%。

1.2 原矿镍铜物相分析

原矿镍铜物相分析结果见表2、表3。

表2 原矿镍物相分析结果Table 2 Nickel phase analysis results of raw ore %

表3 原矿铜物相分析结果Table 3 Copper phase analysis results of raw ore %

从表2 可知，原矿中的镍主要以原生硫化镍形式存在，占总镍的95.69%。

从表3 可知，原矿中的铜主要以原生和次生硫化铜形式存在，二者占总铜的94.58%。

1.3 原矿主要矿物成分分析

原矿中的主要矿物组成见图1(XRD 图谱)。

图1 原矿的XRD 图谱Fig.1 The XRD spectrum of raw ore

从图1 可知，原矿中主要的含镍矿物为镍黄铁矿，含镁矿物为蛇纹石、镍绿泥石和滑石。

综上所述，该矿石是典型的富含镁硅酸盐脉石矿物的低品位铜镍硫化矿石。

2 模拟现场生产流程和药剂制度试验

现场流程及药剂制度见图2，实验室模拟现场流程试验结果见表4。

图2 现场生产流程Fig.2 In-situ production process

表4 实验室模拟现场生产流程试验结果Table 4 The laboratory test index of simulating in-situ process %

从表4 可见，实验室按现场磨矿细度(－0.074 mm 占90.12%)，采用现场1 粗2 精3 扫、中矿顺序返回流程，取得了Ni、Cu 品位分别为8.75%、5.11%，MgO 含量6.76%，Ni、Cu 回收率分别为81.89%、71.78%的镍铜混合精矿。

3 试验结果与讨论

3.1 粗选条件试验

粗选条件试验采用1 次粗选流程，由于Ni、Cu 矿物在浮选过程中的关联性非常好，条件试验过程中仅分析Ni、MgO 的指标。

3.1.1 磨矿细度试验

磨矿细度试验的氢氧化钠用量为900 g/t(矿浆pH=9.5)，络合清洗剂柠檬酸用量为1 500 g/t，抑制剂改性淀粉用量为30 g/t，捕收剂丁基黄药用量为80 g/t，起泡剂J622 用量为60 g/t，试验结果见表5。

表5 磨矿细度试验铜镍粗精矿指标Table 5 The copper and nickel rough concentrate index at different grinding fineness %

从表5 可知，随着磨矿细度的提高，粗精矿Ni 品位小幅下降，Ni 回收率显著上升，MgO 含量小幅上升。综合考虑，确定磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%。

3.1.2 粗选柠檬酸用量试验

粗选柠檬酸用量试验的磨矿细度为－0.074 mm占90.12%，氢氧化钠用量为900 g/t(矿浆pH =9.5)，改性淀粉用量为30 g/t，丁基黄药为80 g/t，J622 为60 g/t，试验结果见表6。

从表6 可知，随着柠檬酸用量的增加，粗精矿Ni品位上升、Ni 回收率和MgO 含量下降。综合考虑，确定粗选柠檬酸用量为1 500 g/t。

表6 柠檬酸用量试验铜镍粗精矿指标Table 6 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of cirtic acid

3.1.3 粗选改性淀粉用量试验

粗选改性淀粉用量试验的磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%，氢氧化钠用量为900 g/t(矿浆pH=9.5)，柠檬酸用量为1 500 g/t，丁基黄药为80 g/t，J622 为60 g/t，试验结果见表7。

表7 改性淀粉用量试验铜镍粗精矿指标Table 7 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of modified starch

从表7 可见，随着改性淀粉用量的增加，粗精矿Ni 回收率和MgO 含量下降，Ni 品位变化不大。综合考虑，确定粗选改性淀粉用量为10 g/t。

3.1.4 矿浆pH 值试验

矿浆pH 值试验的磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%，柠檬酸用量为1 500 g/t，改性淀粉为10 g/t，丁基黄药为80 g/t，J622 为60 g/t，试验结果见表8。

表8 矿浆pH 值试验铜镍粗精矿指标Table 8 The copper and nickel rough concentrate index at pulp pH tests

从表8 可见，随着pH 的增大，粗精矿Ni 品位和Ni 回收率均先上升后下降，MgO 含量先下降后上升。因此，确定粗选矿浆pH=9.5，对应的氢氧化钠用量为900 g/t。

3.1.5 丁基黄药用量试验

丁基黄药用量试验的磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%，氢氧化钠用量为900 g/t(矿浆pH=9.5)，柠檬酸用量为1 500 g/t，改性淀粉为10 g/t，J622 为60 g/t，试验结果见表9。

表9 丁基黄药用量试验铜镍粗精矿指标Table 9 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of butyl xanthate

从表9 可知，随着丁基黄药用量的增加，粗精矿Ni 回收率和MgO 含量上升，Ni 品位小幅下降。综合考虑，确定丁基黄药粗选用量为120 g/t。

3.1.6 粗选J622 用量试验

粗选J622 用量试验的磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%，氢氧化钠用量为900 g/t(矿浆pH=9.5)，柠檬酸用量为1 500 g/t，改性淀粉为10 g/t，丁基黄药用量为120 g/t，试验结果见表9。

表10 J622 用量试验铜镍粗精矿指标Table 10 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of J622

从表10 可知，随着J622 用量的增加，粗精矿Ni回收率和MgO 含量上升，Ni 品位小幅下降。综合考虑，确定粗选J622 用量为60 g/t。

3.2 精选条件试验

精选条件试验流程见图3。

图3 精选条件试验流程Fig.3 Condition experiments process of concentration

3.2.1 精选1 柠檬酸用量试验

精选1 柠檬酸用量试验的改性淀粉用量为5g/t，试验结果见表11。

表11 柠檬酸用量试验铜镍精矿指标Table 11 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of cirtic acid

从表10 可见，随着柠檬酸用量的增加，精矿的Ni 回收率和MgO 含量均下降，Ni 品位小幅上升。综合考虑，确定精选1 柠檬酸用量为250 g/t。

3.2.2 精选1 改性淀粉用量试验

精选1 改性淀粉用量试验的柠檬酸用量为250 g/t，试验结果见表12。

表12 改性淀粉用量试验铜镍精矿指标Table 12 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of modified starch

从表12 可见，随着改性淀粉用量的增加，精矿的Ni 回收率和MgO 含量下降，Ni 品位变化不大。综合考虑，确定精选1 改性淀粉用量为5 g/t。

3.3 闭路试验

在条件试验和开路试验基础上进行了柠檬酸－改性淀粉体系的闭路试验，试验流程见图4，试验结果见表13。

图4 闭路试验流程Fig.4 The closed-circuit test process

表13 闭路试验结果Table 13 The result of closed-circuit test %

从表13 可见，在磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%、柠檬酸－改性淀粉药剂体系下，采用1 粗2精3 扫、中矿顺序返回流程，可取得Ni、Cu 品位分别为9.03%、5.18%，MgO 含量6.18%，Ni、Cu 回收率分别为85.30%、72.82%的镍铜混合精矿。

4 结 论

(1)金川镍矿二矿区矿石属典型的富含镁硅酸盐脉石矿物的低品位铜镍硫化矿石，Ni、Cu 品位分别为1.28%和0.86%，镍铜主要以硫化物形式存在;SiO2、MgO 含量分别占33.85%和28.61%，含镁矿物主要为蛇纹石、镍绿泥石和滑石。

(2)实验室模拟现场工艺技术条件处理该矿石，取得了Ni、Cu 品位分别为8.75%、5.11%，MgO 含量6.76%，Ni、Cu 回收率分别为81.89%、71.78%的镍铜混合精矿。

(3)在磨矿细度为－0.074 mm 占90.12%、柠檬酸－改性淀粉药剂体系下，采用1 粗2 精3 扫、中矿顺序返回流程处理该矿石，可取得Ni、Cu 品位分别为9.03%、5.18%，MgO 含量6.18%，Ni、Cu 回收率分别为85.30%、72.82%的镍铜混合精矿。精矿Ni、Cu品位分别提高了0.28、0.07 个百分点，精矿Ni、Cu 回收率分别提高了3.41、1.04 个百分点，MgO 含量下降了0.58 个百分点。

(4)采用络合剂柠檬酸络合矿浆中的难免金属离子Cu2+、Ni2+，减少Cu2+、Ni2+对含镁脉石矿物的活化，并用改性淀粉高效抑制脉石矿物，从而扩大目的矿物和脉石矿物间的可浮性差异，是铜镍硫化矿浮选降镁的有效方法。

［1］ 乔富贵，朱杰勇，田毓龙，等. 全球镍资源分布及云南镍矿床［J］.云南地质，2005(4):395-401.

Qiao Fugui，Zhu Jieyong，Tian Yulong，et al.Nickel resources distribution in the world and nickel resources of Yunnan［J］.Yunnan Geology，2005(4):395-401.

［2］ 胡显智，张文彬.铜镍矿浮选精矿降镁研究与实践进展［J］. 有色矿冶，2003(1):22-25.

Hu Xianzhi，Zhang Wenbin.Research progresses on removal of MgO in the flotation concentrate of copper-nickel sulfides［J］.Non-ferrous Mining and Metallurgy，2003(1):22-25.

［3］ Edwards C R，Kipkie W B，Agar G E.The effect of slime coatings of the serpentine minerals，chrysotile and lizardite，on pentlandite flotation［J］. International Journal of Mineral Processing，1980(1):33-42.

［4］ 张亚辉，孟凡东，孙传尧.铜镍硫化矿浮选过程中MgO 脉石矿物的抑制途径探析［J］.矿冶，2012(2):1-5.

Zhang Yahui，Meng Fandong，Sun Chuanyao. Analysis of effective approaches for depressing MgO-containing gangue minerals in copper-nickel sulfide ore floatation［J］. Mining and Metallurgy，2012(2):1-5.

［5］ 福马西罗，王 兢，张 覃，等.Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)在石英、蛇纹石和绿泥石浮选中的活化作用［J］. 国外金属矿选矿，2006(10):16-20.

Foma Ciro，Wang jing，Zhang qin，et al. The activation of Cu(Ⅱ)and Ni(Ⅱ)in the flotation of quartz，serpentine and chlorite［J］.Metallic ore dressing abroad，2006(10):16-20.

［6］ 黄俊玮，张亚辉，张成强，等.络合剂－抑制剂联合抑镁浮铜镍试验［J］.金属矿山，2014(7):79-83.

Huang Junwei，Zhang Yahui，Zhang Chengqiang，et al.Experiment of inhibiting mg and floating copper-nickel by jointly using complexing agent-inhibitors［J］.Metal Mine，2014(7):79-83.

［7］ Zhang Yahui，Cao Zhao，Cao Yongdan，et al. FTIR studies of xanthate adsorption on chalcopyrite，pentlandite and pyrite surfaces［J］.Journal of Molecular Structure，2013，1048:434-440.

［8］ 张亚辉，熊学广，张 家，等. 用柠檬酸和六偏磷酸钠降低金川铜镍精矿镁含量［J］.金属矿山，2013(5):67-74.

Zhang Yahui，Xiong Xueguang，Zhang Jia，et al.Decreasing the content of MgO in Jinchuan Copper-nickel Concentrate by Citric Acid and (NaPO3)6［J］.Metal Mine，2013(5):67-74.