某铜钴矿选矿试验研究

江皇义 石海兰

(深圳市中金岭南有色金属股份有限公司，深圳 518027)

有色金属是现代工业不可缺少的重要物质，随着我国现代工业的不断发展，对铜、钴这类有色金属的需求量越来越大[1，2]。多数钴资源伴生于铁、铜、镍等元素的矿物中，国内的钴资源主要有以下四种存在形式：铜钴矿石、铁钴矿石、铜镍钴矿石、钴土矿石，不同的矿种需要用不同的选矿方法。近年来由于非洲矿业的飞速发展，非洲大陆所富含的铜钴矿被持续开发，铜钴矿选矿技术引起了国内外学者的关注[3-7]。

本研究针对某铜钴矿矿石，重点研究内容为铜钴分离，在进行必要的条件试验后，进行了闭路试验，开发出“铜快速浮选—铜硫混合浮选—再磨—浮选分离”工艺，成功回收了矿石中的有价元素铜、钴，获得两种铜精矿以及富钴硫精矿产品，为相关研究提供借鉴。

对该铜钴矿进行全元素分析见表1；
两种主要有用矿物的化学物相见表2、3；
主要矿物的组成分析见表4。

表1 铜钴矿全元素分析结果

表2 铜钴矿中铜的化学物相分析结果

表3 铜钴矿中钴的化学物相分析结果

表4 铜钴矿主要矿物组成定量

由表1～4可知，矿石中的主要有用金属为铜，含量0.85%，其次为钴，含量0.10%，同时伴生有一定的贵金属金银，可综合回收。

结合化学分析、XRD分析、SEM分析、光学显微镜分析等可知，黄铜矿为该铜钴矿中最主要的含铜矿物；
其次，矿石中还含有部分斑铜矿(Cu5FeS4)以及少量的辉铜矿(Cu2S)；
该铜钴矿中伴生有部分金，其载体矿物主要包括黄铜矿、毒砂、黄铁矿；
钴毒砂和铁硫砷钴矿为主要的含钴矿物，其次为辉砷钴矿，另有部分以类质同象形式赋存于毒砂及黄铁矿中；
矿石中金属脉石矿物主要是毒砂和黄铁矿，石英为矿石的主要非金属脉石，另有少量的云母、长石、白云石、绿泥石等易泥化的非金属矿物，具体矿物组成见表4所示。

该铜钴矿中的铜几乎都是独立的含铜矿物，几乎所有的铜都赋存于黄铜矿之中，占97.62%；
此外还有少量铜为氧化铜，占2.38%。黄铜矿常常呈不规则状分布在脉石中，部分呈微细粒浸染于脉石矿物中，少量呈脉状分布。此外，黄铜矿与黄铁矿、毒砂、钴毒砂、铁硫砷钴矿等关系密切。毒砂是该铜钴矿中主要的含钴矿物，这些含钴矿物包括了钴毒砂、铁硫砷钴矿以及辉砷钴矿，它们常紧密共生在一起，其集合体常呈不规则粒状嵌布在脉石中。

取固定量的原矿(1 kg)，磨矿至合适细度后，置于浮选机中添加药剂进行浮选，浮选机转速为1 751 r/min，试验流程如图1所示，每次试验后，烘干精矿及尾矿产品，称重、制样、化验主要元素。

图1 试验流程

试验工艺流程采用“铜快速浮选—铜硫混合浮选—再磨—浮选分离”原则工艺流程，在铜快速浮选阶段主要目的是回收部分解离度高的含铜矿物，余下的含铜矿物通过混合浮选再分离浮选获得产品。

3.1 捕收剂种类对浮选指标的影响

试验首先进行了捕收剂种类试验，磨矿时添加500 g/t用量的石灰，磨至-0.074 mm含量占70%细度，磨矿后添加不同类型的捕收剂90 g/t、起泡剂MIBC 20 g/t进行浮选，浮选时长5 min。捕收剂种类试验结果见图2。

图2 捕收剂种类试验结果

由图2可知，选择性捕收剂EP、BK901可获得较高品位粗精矿，丁基黄药、戊基黄药可获得较高铜钴回收率。根据矿石特点及国内常用药剂，采用选择性捕收剂EP快速浮选产出高品位铜粗精矿，采用捕收剂丁基黄药进行铜硫混合浮选。

3.2 粗选磨矿细度对浮选指标的影响

为了确定合适的粗选细度，进行磨矿细度试验。磨矿时添加500 g/t用量的石灰，磨矿后进行一次快速浮选，两次粗选作业，所有粗精矿合并。快速浮选添加捕收剂EP 15 g/t、起泡剂MIBC 15 g/t，浮选时间1 min；
粗选作业一添加硫酸铜100 g/t、丁基黄药100 g/t、MIBC 10 g/t，浮选时间5 min；
粗选作业二添加丁基黄药20 g/t、MIBC 5 g/t，浮选时间4 min。粗选磨矿细度试验的结果见图3。

图3 粗选磨矿细度试验结果

由图3可知，当粗选磨矿细度提高时，粗精矿中铜的回收率几乎不变，钴回收率略有提高；
粗精矿铜品位略有下降，钴品位几乎不变。考虑到磨矿能耗，选择磨矿细度为-0.074 mm含量占65%。

3.3 铜钴分离试验

在对粗选进行必要的优化后，获得铜钴混合粗精矿，对铜钴混合矿进行分离试验。由矿石性质可见，该铜钴矿的主要含钴矿物为钴毒砂及铁硫砷钴矿，同时铜矿物的嵌布粒度细，与钴矿物的连生关系密切，分离困难，找到合适的铜钴分离方法是本小节的主要目的，也是该矿石开发利用的主要难点。

3.3.1 再磨细度对浮选指标的影响

为了使铜钴矿物充分解离以更好地进行分离作业，试验首先考察铜钴粗精矿的再磨细度。在磨机中添加500 g/t石灰，磨矿细度为变量，添加捕收剂EP 2 g/t、起泡剂MIBC 2 g/t进行试验，试验结果见图4。

图4 再磨细度试验结果

由图4可知，通过提高再磨细度，铜钴分离粗精矿的铜品位是呈上升趋势的，但由于细粒级矿物回收难度大，回收率先提高再降低，因此选用-0.045 mm含量占89%的再磨细度进行铜钴分离试验。

3.3.2 石灰用量对浮选指标的影响

由矿石性质可知，该矿石中钴的主要载体矿物为毒砂及黄铁矿，而石灰是黄铁矿最普遍的抑制剂。为了考察石灰对铜钴分离的作用效果，进行石灰用量试验。在磨机中添加变量的石灰，再磨细度-0.045 mm含量占89%，添加2 g/t的捕收剂EP、2 g/t的起泡剂MIBC，进行铜钴分离石灰用量的试验，结果见图5。

图5 铜钴分离石灰用量的试验结果

由图5可知，当增加石灰用量时，铜钴分离所得的粗精矿中铜品位呈上升趋势，铜回收率呈降低趋势。当石灰用量达到800 g/t时，铜的回收率有较大幅度地下降，而不添加石灰时铜精矿品位较低，因此选用300～500 g/t的石灰用量较为合适。

3.3.3 腐殖酸钠用量对浮选指标的影响

为了进一步抑制含钴矿物，考察抑制剂腐殖酸钠的效果，进行了腐殖酸钠用量试验。再磨过程中添加300 g/t石灰到磨机中，再磨的细度控制在-0.045 mm粒级含量占89%，添加变量的腐殖酸钠、捕收剂EP 2 g/t、起泡剂MIBC 2 g/t进行腐殖酸钠用量试验，腐殖酸钠用量试验的结果见图6。

图6 铜钴分离腐殖酸钠用量试验结果

由图6可知，添加腐殖酸钠能有效抑制含钴矿物的上浮，粗精矿铜品位逐步提高，但是回收率有明显下降。当添加量达到20 g/t时，虽然精矿铜品位有明显上升，但铜回收率有较大幅度下降，因此添加5～10 g/t的腐殖酸钠较为合适。

3.4 全流程闭路试验

综合考虑以上主要因素，同时对其他条件进行了部分优化，按照图7流程进行铜钴矿部分优先—铜钴混浮再分离的闭路试验，闭路试验的结果见表5。

表5 铜钴矿闭路试验结果

图7 铜钴矿闭路试验流程图

由表5可知，使用该流程，能够获得品位合格的铜精矿，绝大多数铜得到了回收，总铜回收率达84.82%。

采用该工艺流程，钴主要在硫精矿产品中富集，其钴品位和回收率都较高。显微镜下考查表明，硫精矿产品中的矿物主要为毒砂-辉砷钴矿系列矿物及黄铁矿。硫精矿产品中毒砂-辉砷钴矿系列矿物及黄铁矿的颗粒主要分布在0.002～0.074 mm，大部分以单体形式产出，其次与黄铜矿及脉石矿物连生产出；
损失于其中的黄铜矿主要呈两种状态产出，一种是呈细脉、细网脉及细粒与毒砂-辉砷钴矿系列矿物及黄铁矿连生产出，连生体中黄铜矿产出粒度一般在0.005～0.020 mm，另一种以细粒、微细粒单体形式产出，单体黄铜矿粒度一般小于0.010 mm；
硫精矿产品中脉石矿物主要与毒砂-辉砷钴矿系列矿物、黄铁矿及黄铜矿连生产出，其次以细粒单体形式产出，对硫精矿的品位影响不大。在下一步的工作中，通过对硫精矿产品的选矿或冶金试验研究，可以实现对钴的有效回收，并获得较高的钴回收率。

伴生元素金主要富集在硫精矿产品和铜精矿2中。适当降低铜精矿2品位，可以将黄铁矿选到铜精矿中实现金的富集，但由于部分金赋存在毒砂中，降低铜精矿品位后砷对铜精矿质量影响会较大，需根据实际市场情况综合考虑。

1)某铜钴矿石中铜品位0.85%，钴品位0.10%，为主要可回收元素。

2)样品中的铜主要赋存于黄铜矿(CuFeS2)中，占97.62%；
毒砂是矿石中主要的含钴矿物，钴毒砂、铁硫砷钴矿及辉砷钴矿是矿石中主要的钴矿物。

3)在通过条件试验确定关键因素后，进行了闭路试验，获得试验指标为总铜精矿铜品位23.29%，铜回收率84.82%。硫(钴)精矿钴品位2.64%，钴回收率63.07%。

4)矿石中的钴主要富集于硫精矿产品，可进一步对其进行选矿或冶金试验研究，以获得更好地回收利用。