董國來，張繼陽

吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所，吉林 長春 130012

0 引言

鎳是一種難熔耐高溫的銀白色金屬，具有良好的延展性、機(jī)械強(qiáng)度和很高的化學(xué)穩(wěn)定性，由于具有優(yōu)良性能，現(xiàn)已廣泛用于軍事、航天及航空等各個(gè)領(lǐng)域[1]。該礦石工藝類型為硫化物輝石巖型鎳銅鈷礦。主要金屬礦物：鎳黃鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等。主要脈石礦物：輝石、橄欖石、黑云母等。礦石構(gòu)造主要是稀疏浸染狀構(gòu)造和斑雜狀構(gòu)造，礦石結(jié)構(gòu)主要為他形不規(guī)則粒狀或他形粒狀集合體結(jié)構(gòu)、自形—半自形結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)。通過原礦化學(xué)多元素分析和光譜半定量分析，查明了有益有害組分。硫化銅鎳礦的處理一般都經(jīng)過選礦，只有個(gè)別的高品位硫化銅鎳礦不經(jīng)過選礦而直接進(jìn)行冶煉[2]。本次的選礦實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目受吉林大學(xué)委托，進(jìn)行礦山選礦實(shí)驗(yàn)研究，目的是對礦石的加工技術(shù)條件和工業(yè)利用性能進(jìn)行研究和分析，證明礦石是否具有可選性。在鎳礦傳統(tǒng)選礦工藝中，多數(shù)采用一段磨礦浮選工藝流程，而且對有益元素回收的重視程度不足。本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)礦石的性質(zhì)和特點(diǎn)，工藝上采用二段磨礦工藝流程，藥劑制定方面采用水玻璃和羧甲基纖維素鈉混合抑制劑的藥劑方案，提高了鎳精礦的品位和產(chǎn)品的最終回收效率，特別是實(shí)現(xiàn)了有益元素鉑族元素的部分回收，提高了礦山開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。在選礦實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中，為同類型礦石選礦實(shí)驗(yàn)研究提供了參考和依據(jù)。

1 樣品采集

樣品分別采自現(xiàn)有探礦工程中的鉆孔巖心，采用1/2劈心法。該礦區(qū)鎳的平均品位約為0.6%，根據(jù)礦區(qū)礦石的分布特點(diǎn)，樣品采集共分P4X1、P4A1、P4B1、P4C1、P4K1五個(gè)采樣點(diǎn)，其中P4X1點(diǎn)采集圍巖樣品250 kg,鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.065%；P4A1點(diǎn)采集貧礦樣品200 kg,鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32%；P4B1點(diǎn)采集貧礦樣品160 kg,鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.39%；P4C1點(diǎn)采集富礦樣品200 kg,鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.72%；P4K1點(diǎn)采集富礦樣品230 kg,鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.88%；樣品總重為1 040 kg。樣品在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過破碎、篩分、混勻、縮分，最終試驗(yàn)樣品粒度為2 mm以下。根據(jù)入選品位要求并遵循最大限度利用原則進(jìn)行了配礦，配礦后樣品鎳原礦品位為0.58%，與礦區(qū)平均品位相近，符合試驗(yàn)要求與規(guī)定。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

2.1 原礦鎳的物相分析

通過原礦鎳的物相分析結(jié)果見表1，可以看出，鎳中硅酸鎳和硫酸鎳占比為22.62%，此類礦物基本難以回收，試驗(yàn)最終的目的是盡量保證硫化鎳的回收效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)部分氧化鎳的回收指標(biāo)。

表1 鎳礦原礦物相分析結(jié)果

由表1可見，在現(xiàn)有的選礦方法和經(jīng)驗(yàn)中，硅酸鎳無法選出，硫化鎳是我們的目的礦物，需要最大限度地保證硫化鎳的回收，是本次試驗(yàn)研究的重中之重。

2.2 浮選工藝流程探索試驗(yàn)

磨礦分級(jí)是選礦工藝必須的作業(yè)之一，在選礦生產(chǎn)中，磨礦作業(yè)占據(jù)了選礦作業(yè)相當(dāng)大的成本[3]，所以在選礦試驗(yàn)研究中，要注重磨礦細(xì)度的選擇和流程的確定。磨礦細(xì)度試驗(yàn)是選礦試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)性研究，科學(xué)合理地確定磨礦細(xì)度是制定流程工藝的基礎(chǔ)性依據(jù)。只有準(zhǔn)確的磨礦細(xì)度，才能既保證產(chǎn)品的最佳品位和回收率，又能防止過度磨礦的情況發(fā)生，而且對后期連續(xù)性擴(kuò)大試驗(yàn)提供依據(jù)。浮選流程探索采用了一段磨礦試驗(yàn)、混合再磨試驗(yàn)兩種流程作為對比研究，試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3，試驗(yàn)流程見圖1。

表2 一段磨礦試驗(yàn)結(jié)果

表3 混合再磨試驗(yàn)結(jié)果

圖1 混合磨礦試驗(yàn)流程圖Fig.1 Flow chart of mixed grinding test

由表2、表3可見：一段磨礦試驗(yàn)獲得鎳精礦的品位是9.41%、回收率34.36%，混合再磨磨礦試驗(yàn)獲得鎳精礦的品位是13.94%、回收率是46.08%。可見采用混合再磨磨礦工藝獲得的指標(biāo)比較好，有助于鎳元素的回收，而且品位比較高，有利于后期的閉路試驗(yàn)。

2.3 抑制劑探索試驗(yàn)

抑制劑在金屬礦物浮選中，主要的作用是抑制脈石礦物的上浮，有些抑制劑還可以起到分散細(xì)泥的作用。在浮選工藝中合適的抑制劑種類，能有效地抑制脈石礦物及雜質(zhì)的上浮。在國內(nèi)的鎳礦選礦方法中，羧甲基纖維素鈉是極為常見且有效的抑制劑。羧甲基纖維素鈉屬于陰離子表面活性劑，無毒、無味、不溶于酸和甲醇、乙醇及苯等有機(jī)溶劑，易溶于水，并具有一定黏度，耐熱性較穩(wěn)定。溫度大于20 ℃時(shí)，黏度迅速上升，45 ℃則開始減慢，80 ℃以上長時(shí)間加熱可使膠體變性導(dǎo)致黏度下降[4]。在鎳礦的浮選工藝中，羧甲基纖維素是極為有效的抑制劑，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可見，不使用羧甲基纖維素鈉時(shí)，獲得的精礦產(chǎn)品指標(biāo)的品位 8.14%、回收率30.39 %，加入500 ×10-6羧甲基纖維素鈉后，獲得的精礦產(chǎn)品的品位13.91%、回收率45.65%，顯而易見，加入羧甲基纖維素鈉產(chǎn)品指標(biāo)顯著提升，說明該抑制劑起到了比較好的作用。

表4 抑制劑探索試驗(yàn)結(jié)果

2.4 捕收劑探索試驗(yàn)

捕收劑的作用是把目的礦物浮選出來。捕收劑既要有準(zhǔn)確地選擇性，也要有較好地捕收效果，而且要考慮到該類藥劑的經(jīng)濟(jì)因素。在鎳礦石的浮選中，丁基黃藥是較為常用的捕收劑。黃藥學(xué)名黃原酸，為不安定的無色或黃色油狀物，用作選礦藥劑主要是它含有堿金屬鹽類或胺類[ 5]。丁胺黑藥在極個(gè)別選礦廠中有過使用，本次實(shí)驗(yàn)采用丁胺黑藥與丁基黃藥進(jìn)行比較，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 捕收劑探索試驗(yàn)結(jié)果

由表5可見，使用丁基黃藥作為捕收劑，所得鎳精礦品位13.89%、回收率42.96%；丁胺黑藥作為捕收劑獲得的精礦產(chǎn)品的品位為6.05%、回收率為24.08%?？梢?，丁基黃藥作為捕收劑獲得的產(chǎn)品指標(biāo)明顯好于丁胺黑藥。

2.5 活化劑硫酸銅用量試驗(yàn)

較為易選礦石中，由于礦石具有較好的可浮性，一般不需要加入活化劑就能獲得較好的浮選指標(biāo)，但本次試驗(yàn)研究的礦石礦物粒度較細(xì)，而且含有部分氧化鎳礦物，需要加入硫酸銅作為活化劑，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

由表6可見，不使用硫酸銅時(shí)，粗選之后產(chǎn)品品位為5.21%，回收率僅為54.33%。回收效果比較差，而隨著硫酸銅用量的增加，粗選之后產(chǎn)品的指標(biāo)在不斷上升，當(dāng)活化劑硫酸銅用量為200 ×10-6時(shí)，浮選出的粗精礦回收率和產(chǎn)率比較好，繼續(xù)增加硫酸銅用量后，回收率和產(chǎn)率不再增加，證明該藥劑須采用的藥劑量為200×10-6。

表6 活化劑硫酸銅用量試驗(yàn)結(jié)果

2.6 水玻璃用量試驗(yàn)

水玻璃是硫化礦浮選試驗(yàn)中常用的抑制劑，有比較好地分散細(xì)泥的作用，對多數(shù)脈石礦物抑制效果比較好。水玻璃是一種黏稠的高濃度強(qiáng)堿性水溶液，是將石英砂與純堿，或石英與硫酸鈉及碳粉共同熔融制得，顏色呈青灰色或淡黃色。水玻璃可分為硅酸鉀型水玻璃和硅酸鈉型水玻璃，浮選試驗(yàn)常用的是硅酸鈉型水玻璃[6]，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果

由表7可見，隨著水玻璃用量的增加，鎳粗精礦產(chǎn)品品位和回收率在不斷提升，當(dāng)用量達(dá)到2 000×10-6時(shí)，產(chǎn)品品位5.28%、回收率74.62%，繼續(xù)增加用量，品位和回收率基本不發(fā)生變化，說明應(yīng)該采用2 000×10-6的用量比較適宜。

2.7 綜合條件試驗(yàn)

經(jīng)過前期大量的基礎(chǔ)性試驗(yàn)，根據(jù)磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果、藥劑探索試驗(yàn)結(jié)果、藥劑用量試驗(yàn)結(jié)果，分析得出該實(shí)驗(yàn)研究的最優(yōu)條件，再次進(jìn)行綜合條件試驗(yàn)得出最佳的工藝條件，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 綜合條件試驗(yàn)結(jié)果

由表8可見，試驗(yàn)結(jié)果與前期基礎(chǔ)性試驗(yàn)基本相符合，說明基礎(chǔ)性試驗(yàn)方法和方案是正確的，在確定綜合條件試驗(yàn)之后，可以開展實(shí)驗(yàn)室內(nèi)連續(xù)性閉路試驗(yàn)。

2.8 閉路試驗(yàn)

選礦實(shí)驗(yàn)中，需要將中礦按實(shí)際生產(chǎn)過程中返回到相應(yīng)的作業(yè)環(huán)節(jié),使中礦分配至精礦及尾礦中，能夠較真實(shí)的反映出浮選的客觀規(guī)律，為此，需要進(jìn)一步做閉路實(shí)驗(yàn)，即在綜合條件實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上使用單槽設(shè)備模擬連續(xù)閉路實(shí)驗(yàn)流程。重復(fù)若干次實(shí)驗(yàn)，每一次得到的中間產(chǎn)物，給到下一次相應(yīng)作業(yè)中，直到最終物料基本平衡[7]，試驗(yàn)結(jié)果見表9、表10。

表9 閉路試驗(yàn)結(jié)果

表10 鉑族元素回收率結(jié)果

由表9可見，閉路試驗(yàn)取得的結(jié)果為精礦產(chǎn)品鎳品位11.67%、回收率76.14%；銅品位2.01%，回收率80.75%，實(shí)現(xiàn)了有用元素的基本回收，同時(shí)符合原礦物相分析結(jié)果，可見，本次試驗(yàn)是較為成功的，最終所取得的產(chǎn)品指標(biāo)也較為理想。

由表10可見，此次試驗(yàn)研究回收了部分鉑族元素，在今后對該礦山的開采和開發(fā)時(shí)，要注意鉑族元素的回收，而且需要進(jìn)一步研究，尤其是若開展可行性研究或者擴(kuò)大型實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意鉑族元素的回收。

2.9 尾礦水質(zhì)分析

尾礦回水和精礦過濾回水經(jīng)多次循環(huán)使用后，其中含有的金屬離子，非金屬離子和浮選藥劑組分不斷積累，影響精礦質(zhì)量，降低回收率，增加藥劑消耗量，也會(huì)對金屬硫化礦的有效分離造成困難，試驗(yàn)結(jié)果見表11，12。

表11 尾礦水質(zhì)分析結(jié)果

由表11、表12可見，通過尾礦水質(zhì)分析結(jié)果得出，尾礦水各項(xiàng)排放指標(biāo)符合規(guī)定要求，這說明該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合環(huán)保規(guī)定要求。通過循環(huán)水用量試驗(yàn)結(jié)果得出，改變尾礦回收水用量的多少，對最終的產(chǎn)品指標(biāo)基本不造成影響，符合環(huán)境保護(hù)的要求。

表12 循環(huán)水用量試驗(yàn)結(jié)果

3 分析與討論

(1)通過尾礦巖礦分析與鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)極少量金屬礦物，粒徑0.01～0.05 mm，粒徑及其細(xì)小應(yīng)為硅酸鎳礦物。脈石含量大部分為0.1～0.5 mm,為褐色、片狀、黑云母。余下為輝石、橄欖石、及少量斜長石，粒徑一般在0.05～0.1 mm左右。硫化物礦物已基本選出。

(2)單純地使用水玻璃或者羧甲基纖維素鈉作為抑制劑，浮選效果都達(dá)不到預(yù)期指標(biāo)，該類礦石采用水玻璃與羧甲基纖維素鈉混合抑制劑效果比較理想，同時(shí)要注重兩者的藥劑比例，本次試驗(yàn)中采用二者4：1的比例取得了非常顯著的效果。

(3)在選礦試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)了部分鉑族元素可回收利用，這對提高該礦山的經(jīng)濟(jì)效益幫助比較大。

4 結(jié)論

(1)礦石中主要回收的金屬礦物為鎳黃鐵礦，其次銅為伴生元素，可以綜合回收。

(2)該礦石中主要金屬礦物：鎳黃鐵礦、黃鐵礦、次為磁黃鐵礦，最少為黃銅礦。主要脈石礦物：輝石、橄欖石、黑云母等。

(3)由于鎳黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦緊密共生，呈浸染斑雜構(gòu)造，為了提高鎳精礦的品位，需提高磨礦細(xì)度，采用了二段磨礦工藝。同時(shí)為了提升鎳精礦的回收率，采用一次掃選中礦與粗選精礦混合再磨的工藝流程，試驗(yàn)結(jié)果較為理想，取得了較好的選礦指標(biāo)。

(4)鉑族金屬元素為伴生有益組分，原礦鉑品位0.059×10-6、鈀品位0.04×10-6，在本次試驗(yàn)中得到了較好回收,可大大提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益，在以后的礦山開發(fā)中要注意回收。在礦石工藝礦物學(xué)中重點(diǎn)查清鉑族元素的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、粒度大小、各粒級(jí)占比以及賦存狀態(tài)，以便今后進(jìn)一步研究。

(5)試驗(yàn)最終采用浮選工藝流程，原礦中鎳的品位為0.58%，銅的品位為0.091%，原礦經(jīng)過一次粗選，一次掃選后，粗選精礦與一次掃選中礦混合后再磨至-0.045 mm占84%粒度級(jí)，經(jīng)兩次精選、一次掃選最終獲得鎳精礦鎳品位11.67%，回收率為76.14%；銅品位2.01%，回收率為80.75%的浮選指標(biāo)。