某硫化铜镍矿选矿过程产品工艺矿物学研究

陈 伟 张富强

(金川集团股份有限公司，甘肃 金昌 737100)

镍金属因其良好的磁性、耐腐蚀性和延展性在航空、机械、医疗、军工等领域有广泛的应用。我国镍矿石主要以铜镍硫化矿床为主，主要集中分布在甘肃、新疆、云南、陕西等地[1]。硫化铜镍矿由于嵌布粒度不均、易粉碎和氧化，蛇纹石、滑石、绿泥石等主要脉石矿物易进入精矿，其主要的处理途径就是采用浮选的方式进行富集[2]。

近年来，研究者们针对硫化铜镍矿进行了不同程度的工艺矿物学研究[3-9]。如李艳峰等[3]重点对金川二矿区富矿矿石中镍黄铁矿和墨铜矿等影响选矿工艺的矿物进行了工艺矿物学研究，针对其矿物工艺特性，提出了阶段磨矿，阶段分选高、低品位精矿提高工艺指标的有效措施。徐莺等[4]对金川铜镍矿贫矿石选矿产品进行了工艺矿物学研究，指出将滑石提前选别可有效降低镍精矿中氧化镁的含量，硫化铜镍矿伴生有少量的贵金属矿物。唐志中等[5]对伴生的金、铂、钯的相态进行了分析。但到目前为止，针对硫化铜镍矿进行的系统工艺矿物研究成果还是20世纪80年代所做的工作，虽然20世纪90年代和2 000年以后也进行了部分工艺矿物研究，但这些资料已不能满足选矿工艺技术提高的需求。选矿工艺矿物学研究是矿产资源利用过程中的关键环节[6]，矿产资源如果不能在选矿过程中得到有效回收，其再利用的难度将大幅度增加，而工艺矿物学的研究成果则为选矿工艺研究指明了方向，是工艺研究取得突破性进展的前提[7-9]。因此，本文将结合某生产矿种进行系统的选矿工艺矿物学研究。研究结果可为进一步提高选矿经济技术指标提供技术支撑。

1 原矿性质

某硫化铜镍矿选矿厂日处理能力14 000 t，选别流程采用的是两段磨矿、两段分选闭路流程。一段磨矿采用两次球磨—旋流器分级闭路循环回路，磨矿细度平均在68%(-74 μm含量)，两次精选得到一段精矿，平均产率为9%左右。二段磨矿采用一次球磨—旋流器分级闭路循环回路，磨矿细度平均在80%(-74 μm含量)，二次精选得到二段精矿，平均产率约为5%。两次扫选后得到尾矿。

根据目前采用的工艺流程，对一、二段原矿，一、二段精矿和尾矿中主要的金属元素和指标进行分析，包括Ni、Cu、Fe、S、Co和MgO的化学分析，结果见表1。需要说明的是，本文所提及的一、二段原矿是指一段粗选入选矿石和二段粗选入选矿石，下同。

表1 硫化铜镍矿选矿产品主要元素的化学分析结果Table 1 Chemical analysis results of main elements in beneficiation products of copper nickel sulfide ore /%

由表1数据经计算可知，经过一段浮选富集，约70%的镍和67%的铜被富集，进入二段浮选的镍铜品位仅为原矿的30%左右；二段浮选提取的镍、铜分别约占原矿的14%和10%，如果将二段作业作为一个独立的浮选工艺看，镍回收率约49%、铜回收率约29%。

1.1 镍的化学物相

一、二段原矿，一、二段精矿和尾矿中镍元素化学物相分析结果见表2。

表2 镍的化学物相Table 2 Chemical phase of nickel /%

由表2可知，一段原矿镍硫化率有90.13%，二段原矿镍硫化率75.41%，经过一段选别后，二段原矿中的氧化镍和硅酸盐有所富集；一、二段精矿中捕收富集的镍均以硫化镍为主，约占全镍的95%和92%；尾矿中损失的镍，硫化相占58%左右，氧化相和硅酸盐相占40%左右，可利用浮选法回收的镍品位仅有0.139%，再次被回收的机率很低。二段原矿和尾矿中硅酸镍和氧化镍均有所富集，说明这两种矿物形式存在的镍是难以用硫化物浮选方法富集的。

1.2 铜的化学物相

一、二段原矿，一、二段精矿和尾矿中铜元素化学物相分析结果见表3。

表3 铜的化学物相Table 3 Chemical phase of copper /%

由表3可知，一段原矿中墨铜矿11.98%，二段原矿中墨铜矿41.55%，尾矿损失的铜中墨铜矿54.06%，一、二段精矿中富集捕收的铜中墨铜矿分别有0.73%和3.85%。二段原矿和尾矿中，墨铜矿均有较大量的富集，说明这种铜硫化物是难以被浮选回收的。尾矿中可回收的铜品位(原生硫化铜+次生硫化铜)仅有0.076%，被再次回收的几率较小。

2 精矿和尾矿工艺矿物学特征分析

2.1 精矿中镍、氧化镁在组成矿物中的分配

利用工艺矿物的统计结果，结合单矿物的元素分析和化学物相分析数据计算了镍、氧化镁在矿物中的分配率，结果见表4～5。

由表4～5可知，一段精矿中的镍主要以硫化矿物形式存在，含镍量约占总镍的96%，其中赋存于镍黄铁矿中的约94%、镍铜微晶中的约2%；二段精矿中的镍主要以硫化矿物形式存在，含镍量约占总镍的92%，其中赋存于镍黄铁矿中的约84%、镍铜微晶中的约8%。一段精矿中的氧化镁主要来自蛇纹石(约50%)、滑石和斜方辉石(约14%)、绿泥石(约12%)、透闪石和透辉石(约10%)、橄榄石(约6%)、辉石(约4%)、其它角闪石、碳酸盐矿物等(约2%)，墨铜矿中氧化镁仅占精矿氧化镁的2%左右；二段精矿中的氧化镁主要来自蛇纹石(约45%)、橄榄石(约16%)、滑石和斜方辉石(约15%)、绿泥石(约11%)、透闪石和透辉石(约8%)、辉石(约2%)、其它角闪石、碳酸盐等(约3%)，墨铜矿中氧化镁仅占精矿氧化镁的1%左右。

表4 一、二段精矿镍的分配Table 4 Distribution of nickel in primary or secondary concentrate /%

表5 一、二段精矿氧化镁的分配Table 5 Distribution of MgO in primary or secondary concentrate /%

2.2 精矿中氧化镁矿物的单体解离度

一、二段精矿硅酸盐矿物组(蛇纹石+橄榄石+辉石)、蚀变矿物组(滑石+斜方辉石+绿泥石+透闪石+透辉石)的单体解离检测结果见表6～7。

由表6～7可知，一段精矿中硅酸盐矿物主要是蛇纹石、橄榄石和辉石，单体含量仅40%左右，与硫化物的连生体约47%、与铁氧化物的连生体约7%、与其它脉石矿物连生体约4%；蚀变矿物主要是滑石(斜方辉石)、透闪石(透辉石)、绿泥石，单体含量约79%，与硫化物连生体约11%、与铁氧化物连生体约3%、与硅酸盐矿物组的连生体约5%。二段精矿中硅酸盐矿物主要为蛇纹石、橄榄石、辉石，单体约53%，与硫化物连生体约34%、与铁氧连生体约8%、与其它脉石矿物连生体约4%；蚀变矿物组，主要是滑石(斜方辉石)、透闪石(透辉石)、绿泥石，单体含量约77%，与硫化物连生体约11%、与铁氧化物连生体约3%、与硅酸盐矿物组的连生体约7%。

2.3 尾矿中镍铜在组成矿物中的平衡分配

利用工艺矿物统计结果，结合单矿物的元素分析和化学物相分析计算镍、铜元素在组成矿物中的分配，结果见表8～9。

表6 一段精矿主要脉石矿物组的单体解离度Table 6 Monomer dissociation degree of main gangue mineral group in the first stage concentrate /%

表7 二段精矿主要脉石矿物组的单体解离度Table 7 Monomer dissociation degree of main gangue mineral group of the second stage concentrate /%

表8 尾矿中镍在各组成矿物中的分配Table 8 Distribution of nickel in tailings /%

表9 尾矿中铜在各组成矿物中的分配Table 9 Distribution of copper in tailings /%

由表8～9可知，尾矿中镍主要以硫化矿物的形式存在。其含镍量占总镍量的54.21%，其中赋存于镍黄铁矿中的有47.47%、赋存于镍铜微晶中的有6.74%；铜主要以硫化矿物的形式存在，其含铜量占总量的83.38%，其中赋存于黄铜矿中的有24.37%、镍铜微晶中的有7.09%、墨铜矿中的有51.92%。

2.4 尾矿中镍、铜、铁硫化矿物和硫化物的单体解离度

尾矿中镍黄铁矿(紫硫镍矿)、黄铜矿(方黄铜矿)、墨铜矿和磁黄铁矿(黄铁矿)、硫化物(镍黄铁矿+黄铜矿+磁黄铁矿)的单体解离度检测结果见表10。

表10 尾矿中主要金属硫化物的单体解离度Table 10 Monomer dissociation degree of main metal sulfides in tailings /%

由表10可知，尾矿中硫化物的单体解离程度不高，仅54%左右，与墨铜矿连生体约3%，与铁氧连生体约11%、与脉石连生体约32%。镍黄铁矿单体含量仅55%左右，与硫化物连生体约5%、与铁氧连生体约5%、与脉石连生体约35%。黄铜矿的单体含量仅27%左右，与硫化物连生体约6%、与铁氧连生体约4%、与脉石连生体约63%。磁黄铁矿的单体含量约49%，与硫化物连生体约10%、与铁氧连生体约14%、与脉石连生体约27%。墨铜矿的单体仅45%左右，与硫化物连生体约22%、与铁氧连生体约17%、与脉石连生体约16%。

3 结论

1)矿石中镍的主要赋存矿物是镍黄铁矿、微量的紫硫镍矿和马基诺矿。铜的主要赋存矿物是黄铜矿、墨铜矿，微量赋存于方黄铜矿(古巴矿)中。除镍铜硫化物外，矿石中还分布有较多的铁硫化矿物，如磁黄铁矿和微量黄铁矿。

2)入选原矿镍硫化率90%、铜硫化率95%，约10%的镍和5%的铜以氧化态存在，含有微量硫化相镍、相对较多的硫化相铜分布于氢镁硫铁矿和墨铜矿中，难以浮选回收。

3)精矿中的氧化镁主要来自蛇纹石、橄榄石、滑石、绿泥石、透闪石、透辉石，相对较粗颗粒与硫化物不能有效解离，微细粒脉石夹杂是精矿氧化镁的主要原因。相对一段精矿而言，二段精矿捕收的单体脉石矿物较多。控制相对较粗粒级中氧化镁的单体解离及单体矿物的上浮，控制微细粒氧化镁矿物的夹杂捕收，是降低精矿氧化镁的关键。