管偵皓，楊 虎，陸寬偉，張 英,2

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，云南 昆明 650093)

0 引言

銅是一種重要的有色金屬，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防等領(lǐng)域重要的金屬原料，具有重大戰(zhàn)略意義[1-2]。隨著采銅工業(yè)的發(fā)展，易選銅礦石日益減少，主要體現(xiàn)在：銅類礦產(chǎn)資源的開采逐漸趨向于深部、偏遠(yuǎn)地區(qū)，礦石性質(zhì)日趨貧、細(xì)、雜，選別難度逐漸增大[3-4]。浮選法是一種使用較廣的銅礦選別方法，混合銅礦的選別主要有混合浮選和優(yōu)先浮選兩種原則流程[5]：混合浮選工藝可以簡化選礦流程,但藥劑用量大且精礦品位較低[6]；而先浮硫化銅、后浮氧化銅的優(yōu)先浮選工藝則可獲得較高品位的銅精礦，同時可降低硫化鈉的用量，但工藝流程比較復(fù)雜[7-9]；也可將前兩種流程結(jié)合，采用銅半優(yōu)先-銅硫混浮-銅硫分離的快速浮選流程[10-11]。銅礦物的可浮性還受礦物結(jié)晶粒度、嵌布粒度和原生、次生等因素的影響：礦物結(jié)晶及嵌布過細(xì)時難??；次生銅礦易被氧化，比原生銅礦難浮[12]。同時隨著銅礦開采深度的增加，原礦性質(zhì)變化較大，硫品位不斷升高，銅礦物與其他礦物的共生關(guān)系越來越復(fù)雜，嵌布粒度越來越小，選別的難度也越來越大[13]。細(xì)粒礦物難以浮選回收，主要表現(xiàn)在浮選速率慢和回收率低，其原因主要有: ①細(xì)粒礦物質(zhì)量小、表面能較高，不同礦物顆粒之間容易形成非選擇性絮凝，且細(xì)粒易于附著在粗粒礦物表面形成礦泥罩蓋，因而影響目的礦物與非目的礦物的分離；②細(xì)粒礦物比表面積和表面能較大，因此，具有較強的吸附藥劑的能力，導(dǎo)致藥耗增加，且吸附選擇性較差；③礦物粒度越細(xì)，溶解在礦漿中的“難免離子”越多，因質(zhì)量小而易被水流機械夾帶和泡沫機械夾帶；④由于細(xì)粒礦物與氣泡的接觸效率及附著效率低，因此氣泡對細(xì)粒礦物的捕收效率不高，同時細(xì)粒礦泥對氣泡產(chǎn)生的“裝甲”現(xiàn)象也影響氣泡的運載量[14]。

本研究對象是氧化銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.58%、-0.038 mm粒級質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.44%的微細(xì)粒嵌布混合銅礦石，含銅礦物整體粒度較細(xì)。本研究在工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了磨礦細(xì)度試驗、粗選及掃選條件試驗，最終在閉路試驗中獲得了較好的選別指標(biāo)。本試驗研究結(jié)果可為該銅礦選礦廠的初步設(shè)計提供技術(shù)參數(shù)。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石的化學(xué)成分

試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 試樣的化學(xué)多元素分析結(jié)果 單位：%

由表1可知：礦石中可供利用的元素為Cu，品位為1.05%；貴金屬Au、Ag品位均較低，不考慮單獨回收；Pb、Zn在原礦中的品位也非常低，不考慮回收。

1.2 礦石的礦物組成

礦石中的主要硫化礦物包括斑銅礦、黃銅礦、銅鎳礦物、輝銅礦等；金屬氧化礦物主要包括孔雀石、硅孔雀石、黑銅礦等；其他金屬礦物主要有黃鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等；脈石礦物主要有石英和長石，其次為方解石、綠泥石、白云母，還有少量的輝石、磷灰石、重晶石。礦石的礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

表2 礦石的礦物組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

1.3 礦石中銅物相分析

銅礦物的化學(xué)物相分析結(jié)果見表3。

表3 銅礦物的化學(xué)物相分析結(jié)果 單位：%

由表3可知，氧化銅占總銅的14.58%，硫化銅占總銅的85.42%。該礦物選銅具有一定難度，主要原因是次生硫化銅中的銅品位較高，以及礦物中含有一部分氧化銅。

1.4 礦石中銅礦物粒度分布

礦石中銅礦物的粒度分布見表4。

表4 銅礦物的粒度分布 單位：%

由表4可知，含銅礦物顆粒均較細(xì)，主要含銅礦物的粒度分布集中在-38 μm粒級，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.44%，這給含銅礦物的單體解離帶來很大困難。

1.5 主要銅礦物的單體解離度

各粒級主要銅礦物的單體解離度見表5。

表5 各粒級主要銅礦物的單體解離度 單位：%

由表5可知：在+38 μm粒級，主要銅礦物的單體解離度較小，大部分都小于30%；在-38 μm粒級，單體解離度稍高，但是大部分都小于60%。因此，即使將磨礦細(xì)度提高至-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%，仍然無法大幅度提高含銅礦物的單體解離度。由于斑銅礦、輝銅礦和黃銅礦的嵌布粒度細(xì)、解離度差、在微細(xì)粒級中金屬含量高且與脈石礦物緊密共生，因此該礦樣銅的回收難度較大。

由于礦物嵌布粒度過細(xì)，尤其是6種主要含銅礦物(黃銅礦、斑銅礦、黑銅礦、硅孔雀石、孔雀石和輝銅礦)平均粒徑均小于20 μm，這給含銅礦物的單體解離帶來很大難度；其次，由于次生硫化銅中的銅占總銅的45.83%，增加了礦物的分選難度。

2 條件試驗

為了探討該銅礦浮選的最佳藥劑制度，結(jié)合工藝礦物學(xué)分析試驗結(jié)果進(jìn)行了磨礦細(xì)度、粗選及掃選的硫化鈉用量、組合捕收劑用量比例及用量的條件試驗。

2.1 磨礦細(xì)度試驗

磨礦細(xì)度在浮選中極為重要，適宜的磨礦細(xì)度可以保證目的礦物單體充分解離而不至于過磨泥化[15]。磨礦細(xì)度試驗流程見圖1，試驗結(jié)果見表6。

圖1 磨礦細(xì)度試驗流程

表6 磨礦細(xì)度試驗結(jié)果 單位：%

由表6可知：磨礦細(xì)度由-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占60%增至70%時，粗精礦Cu品位增加了0.45個百分點，Cu回收率增加了5.97個百分點；尾礦Cu品位降低了0.05個百分點，Cu回收率降低了5.97個百分點。磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%時，與-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%相比，粗精礦Cu品位降低了1.00個百分點，Cu回收率增加了1.36個百分點；尾礦Cu品位降低了0.01個百分點，Cu回收率降低了1.36個百分點，影響不大。綜合考慮磨礦成本和浮選指標(biāo)，確定磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%。

2.2 粗選硫化鈉用量試驗

硫化鈉是氧化礦浮選過程中最常用的活化劑，能與氧化礦物表面作用生成硫化物薄膜，穩(wěn)定礦物表面，增加礦物表面的疏水性，提高捕收劑的吸附率，提升選礦效率[16]。

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%、丁黃藥用量為250 g/t、2#油用量為40 g/t的條件下,考查了粗選硫化鈉用量對浮選指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見表7。

表7 粗選硫化鈉用量試驗結(jié)果

由表7可知：當(dāng)粗選硫化鈉用量為500 g/t時，粗精礦Cu品位最高，為6.04%，其Cu回收率為68.81%；當(dāng)粗選硫化鈉用量增至1 000 g/t時，精礦Cu回收率最高，為78.00%，其Cu品位為5.20%。硫化鈉用量過少，不足以使氧化礦充分硫化，會導(dǎo)致銅礦損失增大；而硫化鈉用量過大則會抑制黃銅礦的浮選。綜合考慮精礦和尾礦的Cu品位和Cu回收率，選擇1 000 g/t作為粗選硫化鈉的用量。

2.3 組合捕收劑種類、用量比例及用量試驗

組合捕收劑的應(yīng)用比單獨選用一種捕收劑常常呈現(xiàn)較好的選別效果，其主要作用機理是共吸附、螯合和協(xié)同作用。使用具有協(xié)同作用的組合捕收劑是選別氧化銅礦研究的主要方向[17-18]?？紤]碳鏈長度對黃藥捕收性能的影響，以及Z200可提高捕收劑的選擇性，且Z200具有一定的起泡性能，可減少起泡劑的用量，因此本次試驗采用丁黃藥、戊黃藥和選擇性強的Z200作為組合捕收劑，進(jìn)行了組合捕收劑種類試驗。

在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%、粗選硫化鈉用量為1 000 g/t、組合捕收劑用量為180 g/t、2#油用量為20 g/t的條件下，考查了組合捕收劑種類對浮選指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見表8。

表8 組合捕收劑種類試驗結(jié)果 單位：%

由表8可知：丁黃藥與Z200組合使用時，粗精礦的Cu品位比單一使用丁黃藥時降低了0.34個百分點，Cu回收率增加了0.57個百分點；戊黃藥與Z200組合使用時，粗精礦的Cu品位比單一使用戊黃藥時增加了0.77個百分點，Cu回收率降低了0.54個百分點；戊黃藥與Z200組合使用比丁黃藥與Z200組合使用時，粗精礦Cu品位降低了0.07個百分點，Cu回收率提升了2.98個百分點。綜合考慮浮選指標(biāo)及操作的方便性，后續(xù)采用戊黃藥與Z200組合捕收劑。

為了考查組合捕收劑用量對浮選指標(biāo)的影響，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%、粗選硫化鈉用量為1 000 g/t、戊黃藥與Z200的用量比例為5∶7、2#油用量為20 g/t的條件下，進(jìn)行了組合捕收劑用量試驗，結(jié)果見表9。

表9 組合捕收劑用量試驗結(jié)果

由表9可知，隨著組合捕收劑用量的增加，粗精礦Cu品位呈降低趨勢，Cu回收率則先增加后降低。捕收劑用量過少會使礦漿中的部分銅礦物表面未被改性，導(dǎo)致其未被完全選出；而過量的捕收劑會給礦物的后續(xù)選別帶來困難，也會導(dǎo)致礦物的可浮性降低。當(dāng)捕收劑用量超過一定的臨界值時，浮選精礦Cu品位會有下降趨勢，即使Cu回收率略高，也不能彌補Cu品位下降造成的損失。當(dāng)組合捕收劑用量為120 g/t時，浮選指標(biāo)最好，其粗精礦Cu品位為8.34%，Cu回收率為77.59%。綜合考慮選擇戊黃藥用量∶Z200用量=5∶7、總用量為120 g/t的組合捕收劑進(jìn)行后續(xù)試驗。

為了考查戊黃藥與Z200用量比例對銅回收效果的影響，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%、粗選硫化鈉用量為1 000 g/t、戊黃藥與Z200組合捕收劑的用量為120 g/t、2#油用量為20 g/t的條件下，進(jìn)行了組合捕收劑用量比例試驗，結(jié)果見表10。

表10 戊黃藥與Z200的用量比例試驗結(jié)果

由表10可知：隨著戊黃藥與Z200用量比例的逐漸減小，即戊黃藥用量減少，Z200用量增加，粗精礦Cu品位先降低后增加再降低，Cu回收率先增加后降低；當(dāng)其用量比例為5∶7時，浮選指標(biāo)最好，粗精礦Cu品位為8.47%，Cu回收率為77.54%。因此選擇5∶7作為戊黃藥與Z200的組合捕收劑的用量比例。

由于次生硫化銅中的銅占總銅的45.83%，分選較為困難，所以需要增大硫化鈉的用量才能使目的礦物被更多地分離出來。

2.4 掃選硫化鈉用量試驗

為了考查掃選硫化鈉用量對浮選指標(biāo)的影響，在粗選磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%，粗選硫化鈉用量為1 000 g/t，(戊黃藥+Z200)的用量為(50+70) g/t的條件下，進(jìn)行了掃選硫化鈉用量的條件試驗。試驗流程見圖2，試驗結(jié)果見表11。

圖2 掃選硫化鈉用量試驗流程

表11 掃選硫化鈉用量試驗結(jié)果

由表11可知：隨著掃選硫化鈉用量的增加，粗精礦的Cu品位先降低了0.02個百分點，隨后增加了0.18個百分點，Cu回收率先降低了1.70個百分點，然后增加了2.22個百分點；同時，尾礦Cu品位和Cu回收率均降低了；當(dāng)(掃一+掃二)的硫化鈉用量由(500+500) g/t增至(1 000+500) g/t時，尾礦Cu品位降低了0.02個百分點，回收率降低了3.28個百分點。因此(掃一+掃二)的硫化鈉用量選為(1 000+500) g/t。

2.5 掃選硫化鈉作用時間試驗

為增強硫化鈉作用效果，增加掃選一硫化鈉的作用時間，對此進(jìn)行了硫化鈉作用時間試驗,結(jié)果見表12。

表12 硫化鈉作用時間試驗結(jié)果

由表12可知：當(dāng)掃選一硫化鈉的作用時間為15 min時，獲得的指標(biāo)較好，尾礦Cu品位較3 min時降低了0.01個百分點，Cu回收率較3 min時降低了0.54個百分點；掃選中礦產(chǎn)率都降低了，同時，中礦2的Cu品位增加了0.08個百分點，Cu回收率降低了0.60個百分點。綜合考慮，選擇掃選一硫化時間為15 min。

2.6 掃選捕收劑用量試驗

為了繼續(xù)減少尾礦銅的損失，基于本礦樣含次生硫化銅高、難浮且嵌布粒度細(xì)的特點，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%、掃選一硫化鈉的作用時間為15 min的條件下，采用強壓強拉的方法進(jìn)行處理，增大戊黃藥在組合捕收劑中的比例，同時由于硫化鈉過量會抑制黃銅礦的選別，因此在此基礎(chǔ)上加大捕收劑的用量。試驗流程圖見圖3，試驗結(jié)果見表13。

圖3 掃選捕收劑用量試驗流程

表13 掃選捕收劑用量試驗結(jié)果

由表13可知：增加硫化時間后，戊黃藥用量由50 g/t增至180 g/t時，粗精礦Cu品位和Cu回收率均升高；尾礦Cu品位和Cu回收率均降低。戊黃藥用量繼續(xù)增至250 g/t，Cu回收率雖略有增加，但Cu品位下降了；對于尾礦指標(biāo)影響不大，尾礦Cu品位保持在0.15%。綜合浮選指標(biāo)和能耗等因素，選擇(戊黃藥+Z200)組合捕收劑在粗選、掃一、掃二的用量分別為(180+20)、(180+20)、(90+10) g/t，所得精礦Cu品位為9.25%、Cu回收率為75.58%，尾礦Cu品位為0.15%、Cu回收率為11.93%。

2.7 開路試驗

試驗采用的“1粗2掃2精”開路浮選流程見圖4,試驗結(jié)果見表14。

圖4 開路試驗流程

表14 開路試驗結(jié)果 單位：%

由表14可知：開路試驗精礦的Cu品位為22.45%、Cu回收率為58.01%；尾礦的Cu品位為0.15%、Cu回收率為11.93%。

2.8 閉路試驗

根據(jù)掃選條件試驗和開路試驗結(jié)果，采用1粗2精2掃浮選流程，同時由于中礦產(chǎn)率過高，并且Cu品位較高，逐一返回會對礦漿產(chǎn)生影響，因此采用中礦部分集中處理的方案，進(jìn)行了全流程閉路試驗，試驗流程及條件見圖5，試驗結(jié)果見表15。

圖5 閉路試驗流程

表15 閉路試驗結(jié)果 單位：%

由表15可知：閉路試驗的精礦Cu品位為19.12%、Cu回收率為79.16%；尾礦Cu品位為0.22%、Cu回收率為20.84%。 尾礦銅損失偏高的原因主要有：①主要含銅礦物的粒度分布集體在-38 μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)占38.44%；②在-38 μm粒級中，主要銅礦物的單體解離度大部分都小于60%；③次生硫化銅中的Cu占總銅的45.83%，給該銅礦物的分選帶來一定難度。

3 結(jié)論

a.該試樣可回收的金屬元素為Cu，其中，硫化銅占總銅的85.42%，氧化銅占總銅的14.58%。

b.黃銅礦和斑銅礦是該試樣的主要含銅硫化礦物，其粒徑在38 μm以上時，單體解離度較小，大部分均小于30%；而其粒徑在38 μm以下時，單體解離度稍高，大部分均小于60%。因此，在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%時，含銅礦物單體解離度較差，即使將磨礦細(xì)度提高至-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%，浮選尾礦損失降低幅度不大。由于斑銅礦、輝銅礦和黃銅礦的嵌布粒度細(xì)、解離度差、在微細(xì)粒級中金屬含量高且與脈石礦物緊密共生，因此尾礦銅損失率較難降低。

c.在磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占70%，硫化鈉在粗選、掃選一、掃選二的用量分別為1 000、1 000、500 g/t，(戊黃藥+Z200)組合捕收劑在粗選、掃選一、掃選二用量分別為(180+20)、(180+20)、(90+10) g/t的條件下，采用“1粗2掃2精、部分中礦集中處理”的浮選工藝，最終在閉路試驗中獲得了較好的選礦技術(shù)指標(biāo)：精礦Cu品位為19.12%，Cu回收率為79.16%；尾礦Cu品位為 0.22%，Cu回收率為20.84%。