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攀西某铜矿尾矿资源化利用研究 ① 杨进忠1，2， 周家云1，2， 毛益林1，2， 陈晓青1，2， 刘小府1，2 1.中国地质科学院矿产综合利用研究所,四川 成都 610041； 2.中国地质调查局金属矿产资源综合利用技术研究中心,四川 成都 610041 摘 要 针对攀西某低品位尾矿进行了资源化利用技术研究。 结果表明,针对含铜 0.039％、含钴 0.005 2％的尾矿矿样,采用“铜钴 混合浮选-铜钴分离”工艺,可获得 Cu 品位13.38％、回收率21.19％的铜精矿和 Co 品位0.32％、回收率17.20％的硫钴精矿；对混合浮 选后的尾矿采用“弱磁选-强磁选-重选”联合工艺,可获得 TFe 品位60.99％、回收率 7.12％的铁精矿和 K2O 品位 8.67％、回收率 30.68％的云母精矿；对选云母后的尾矿开展多功能矿物硅肥制备研究,可获得有效硅以 SiO2计含量 38.75％的多功能矿物硅肥。 该技术可实现攀西某铜矿尾矿减量 56％以上。 关键词 铜矿尾矿； 云母； 硅肥； 铜钴分离； 铜精矿 中图分类号 TD982文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2019.05.012 文章编号 0253-6099201905-0044-05 Resource Utilization of Copper Tailings from Panzhihua-Xichang Region YANG Jin-zhong1,2, ZHOU Jia-yun1,2, MAO Yi-lin1,2, CHEN Xiao-qing1,2, LIU Xiao-fu1,2 1.Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Chengdu 610041, Sichuan, China； 2.Research Center of Multipurpose Utilization of Metal Mineral Resources of China Geological Survey, Chengdu 610041, Sichuan, China Abstract The resource utilization technologies for low-grade tailings from Panzhihua-Xichang Panxi region are presented. A flowsheet consisting of Cu-Co bulk flotation and Cu-Co separation is adopted to process the tailings containing 0.039％ Cu and 0.005 2％ Co, resulting in the Cu-Co bulk concentrate grading 13.38％ Cu and 0.32％ Co with recoveries of 21.19％ Cu and 17.20％ Co. A flowsheet consisting of low intensity magnetic separation, high intensity magnetic separation and gravity separation is then used to beneficiate bulk flotation tailings, yielding an iron concentration grading 60.99％ TFe at 7.12％ recovery and a mica concentration grading 8.67％ K2O at 30.68％ recovery. After the mica is separated out, the tailings is used to prepare silicon fertilizer, producing a multifunctional mineral silicon fertilizer with SiO2grade of 38.75％. It is concluded that with these measures, the copper tailings of Panxi region can be reduced by more than 56％. Key words copper tailing； mica； silicon fertilizer； Cu-Co separation； copper concentrate 尾矿资源是金属、非金属矿山废弃物中数量最大、 综合利用价值最高的一类资源。 其中,产生量最大的 是黑色金属矿、有色金属矿采选业,铁、铜、金尾矿占尾 矿总量的 83％。 资料显示2011 年以来,国内矿山年 排放尾矿量高达 15 亿吨以上；截至 2013 年底,我国尾 矿累计堆存量为 146 亿吨。 尾矿资源主要用于充填开 采60％ 和建材 40％,2013 年综合利用率仅为 18.9％,综合利用潜力巨大［1-2］。 尾矿的大量堆存不仅占用农林土地资源,也造成 大面积土壤及水体重金属污染,给周边生态环境、生 产、生活安全带来严重威胁。 近几年,各相关部门在发 布实施的矿产资源总体规划中,鼓励矿山企业利用废 石、尾矿等废弃物,高效分离、提取回收有价组分,生产 建材产品、井下充填、无害化堆存,并取得较多科研成 果,但仍存在产品附加值低、资源化利用水平不高等诸 多问题。 因此,研究尾矿高效资源化利用新技术,开发 尾矿处置新工艺,形成尾矿废弃物减量化、再利用、资源 化、无害化生产过程,对实现节约和综合利用尾矿资源、 ①收稿日期 2019-04-05 基金项目 中国地质调查项目资助DD20160337 作者简介 杨进忠1966-,男,甘肃武山人,高级工程师,主要研究方向为复杂难选多金属矿分离技术、稀贵金属矿产综合利用技术、低品 位粘土钒矿选冶工艺技术、尾矿资源化利用技术、选矿药剂研究等。 第 39 卷第 5 期 2019 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №5 October 2019 ChaoXing 保护环境、提高矿产资源利用水平具有重要意义［2-6］。 1 矿石性质 矿石主要化学成分分析结果见表 1。 表 1 矿石主要化学成分分析结果质量分数 / CuSCoTFePbZnVTREOF 0.0390.290.005 27.660.0110.005 40.0180.110.58 Al2O3SiO2Na2OK2O CaOMgO P2O5 Ag1Au1 13.3452.032.993.215.762.210.697.110.16 1 单位为 g/ t。 矿石中金属矿物含量较少,以黄铁矿、磁铁矿和赤 铁矿为主,次为黄铜矿、辉钼矿、褐铁矿等。 非金属矿物为主体矿物,以钠长石、石英、黑云母、 白云母、白云石为主,次为微斜长石、正长石、绿泥石、 方解石、菱铁矿等。 经电镜分析、能谱面分析、相簇分析、X 射线分析 等可知,铜主要富集在黄铜矿中,其次富集在斑铜矿 中,极少量富集在辉铜矿中；钾和镁主要赋存于云母 中,云母矿物主要类型为黑云母；钠主要赋存于钠长石 中,其次在角闪石中。 试样粒度筛析结果见表 2。 表 2 粒度筛析结果 粒级 / mm 产率 / ％ 品位/ ％分布率/ ％ CuCo K2O SCuCo K2O S 0.31.15 0.154 0.005 63.150.224.411.071.171.37 -0.30.1514.290.066 0.004 33.75 0.1223.5610.2117.459.33 -0.150.07439.740.031 0.004 63.20 0.1230.7730.4041.4225.96 -0.0740.045 27.130.026 0.006 92.790.2417.8231.4624.92 35.84 -0.0450.0380.380.050 0.008 51.970.31 0.480.540.240.64 -0.03817.010.054 0.009 3 2.670.2922.9626.3214.8026.86 合计100.00 0.040 0.006 03.070.18 100.00 100.00 100.00 100.00 对尾矿矿样进行粒级筛析表明,-0.150.074 mm 和-0.0740.045 mm 粒级中 Cu、Co、K2O、S 均分布较多, 细粒级-0.038 mm 级别中 Cu 金属分布率为 22.96％, Co 金属分布率为 26.32％,表明相当一部分铜矿物在 微细粒级中分布。 2 试验方法 2.1 试验原则流程 结合矿石资源特性,在对尾矿中有价金属提取回 收的过程中,加强对伴生组分的综合回收利用,采用新 工艺、新技术,解决共、伴生组分综合回收利用中存在 的问题,以获得较优的技术经济指标。 采用“重磁浮梯次回收有用矿物-尾矿制硅肥”的 原则工艺流程,在回收利用有价元素基础上,有效脱除 尾矿中的硫化物及有害重金属元素,使有害的尾矿资 源变成可利用的云母精矿与硅肥产品,实现了该铜尾 矿的资源化及无害化。 铜尾矿综合利用试验原则流程见图 1。 小型试验均采用实验室规模的试验设备,包括棒 磨机、单槽浮选机、弱强磁选机、摇床、马弗炉等。 浮选 药剂、焙烧助剂多为常规药剂,T-22 为成都综合所自 主研发的高效黄铁矿抑制剂。 2.2 有价金属元素回收试验 由工艺矿物学分析结果可知,铜主要富集在黄铜 矿中,其次富集在斑铜矿,极少量富集在辉铜矿中,钴 主要以类质同象或包裹体存在于黄铁矿中。 由于尾矿 样品中铜、钴含量极低,为使铜、钴得到最大程度回收 富集,可考虑先将这两种矿物混合浮选后再将其分离, 得到铜精矿产品及硫钴精矿产品,以达到富集铜矿物 和钴矿物的目的。 2.2.1 铜钴混合浮选试验 试验采用碳酸钠作为 pH 调整剂,水玻璃作为抑 制剂,丁基黄药及 Z200 为捕收剂,2＃油为起泡剂。 经 过一次铜钴混合粗选、五次混合精选、两次混合扫选, 得到铜钴混合精矿及混合浮选尾矿。 铜钴混合浮选闭 路试验结果见表 3。 由铜钴混合浮选闭路试验结果可知,经过 5 次混 合精选的铜钴混合精矿 Cu 品位为 2.81％,回收率为 24.22％。 同时,该铜钴混合精矿 Co 品位为 0.28％,后 续可考虑对其进行回收利用,产出一个合格的硫钴精 矿产品。 2.2.2 铜钴分离试验 目前铜钴分离工艺主要为抑硫钴浮铜,实质上就 是铜矿物与含钴黄铁矿的分离,石灰为黄铁矿最常用 的抑制剂之一。 通过前期探索试验发现,单用石灰作 为黄铁矿抑制剂效果一般,而采用其他诸如铁血盐、腐 殖酸钠等黄铁矿抑制剂也无法达到预期的效果,故考 虑直接采用石灰作为主抑制剂,同时加入自主研发的 一种新型高效黄铁矿抑制剂 T-22 与石灰配合使用。 以试验获得的铜钴混合精矿为给矿,经过一次铜钴分 离粗选、一次精选、两次扫选得到铜精矿与硫钴精矿。 铜钴分离闭路试验结果见表 4。 由铜钴分离闭路试验结果可知,经过一次粗选、一 次精选的铜精矿 Cu 品位为 13.38％,作业回收率为 87.51％；经过两次扫选的硫钴精矿 Co 品位为 0.32％, 作业回收率为 94.61％。 54第 5 期杨进忠等 攀西某铜矿尾矿资源化利用研究 ChaoXing 铜硫 粗选 原矿 药剂单位g/t 混合 扫选1混合 精选1 混合 精选2混合 扫选2 丁基黄药 Z200 2油 10 7 12 丁基黄药 Z200 2油 10 7 12 水玻璃 丁基黄药 Z200 375 2.5 2 碳酸钠 丁基黄药 Z200 2油 1500 40 20 32 水玻璃 250 水玻璃125 混合 精选3 铁精矿 弱 磁选 尾矿2 摇床 重选 强 磁选 尾矿1云母精矿 重 选 磨矿 -0.075 mm占85 磨矿 -0.038 mm占93.65 磨矿 -0.045 mm占90.51 分离 粗选 硫钴精矿 铜精矿 分离 扫选1分离 精选 分离 扫选2 石灰 T-22 六偏磷酸钠 68 68 136 石灰 T-22 六偏磷酸钠 34 34 13.6 Z2000.4 Z2000.4 混合 精选4 混合 精选5 硅肥原料 硅肥产品 尾矿资源化利用流程 有价元素回收利用流程 焙烧 图 1 铜尾矿综合利用试验原则流程 表 3 铜钴混合浮选闭路试验结果 产品 名称 产率 / ％ 品位/ ％回收率/ ％ CuCoCuCo 铜钴混合精矿0.342.810.2824.2218.18 尾矿99.660.0300.004 375.7881.82 原矿100.000.0390.005 2100.00100.00 表 4 铜钴分离闭路试验结果 产品 名称 作业产率 / ％ 品位/ ％作业回收率/ ％ CuCoCuCo 铜精矿18.3813.380.08187.515.39 硫钴精矿81.620.430.3212.4994.61 给矿100.002.810.28100.00100.00 64矿 冶 工 程第 39 卷 ChaoXing 2.3 铁矿物回收试验 由工艺矿物学研究结果可知,尾矿样品中含有磁 铁矿、赤铁矿、褐铁矿等含铁氧化矿物,矿物含量为 5.10％。 由于磁铁矿具有强磁性,可考虑通过弱磁选 工艺对其进行回收。 以铜钴混合浮选后的尾矿作为给 矿,进行弱磁选铁试验,磁场强度条件试验结果见图 2。 磁场强度/T 70 65 60 55 50 14 12 10 8 6 4 2 0 0.080.100.120.14 TFe品位/ 作业回收率/ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ 图 2 铁矿物回收试验结果 从铁矿物弱磁选试验结果可知,随着磁场强度从 0.08 T 增加到 0.14 T,铁精矿 TFe 品位从 64.08％降至 54.59％,作业回收率从 6.16％增至 11.51％。 考虑到产 出一个品位、回收率较佳,可直接售出的合格铁精矿, 确定磁场强度为 0.1 T,此时铁精矿作业产率 0.85％, TFe 品位 60.99％,作业回收率 7.14％。 2.4 云母矿物回收试验 工艺矿物学研究结果表明,尾矿样品中含有大量 的云母矿物,占样品总矿物量的 14.75％,主要以黑云 母为主,应对其进行回收利用。 目前云母回收主要是浮选工艺,少量采用诸如“重 选-浮选”“磁选-浮选”等以浮选为主的联合工艺,而浮 选工艺主要有两种一种是在酸性矿浆pH＝2～4条 件下,用阳离子捕收剂浮选云母,该方法由于矿浆 pH 值较低,易对管道及设备造成腐蚀,故对设备耐强酸腐 蚀要求较高；另一种是在中性或弱碱性矿浆条件下,用 阴离子捕收剂浮选云母,该方法对设备要求不高,但云 母精矿产品质量及回收率均不及酸性矿浆浮选法。 同 时,2 种浮选工艺均需使用大量化学药剂,药剂消耗 大、生产成本较高、生产操作环境恶劣,含有大量药剂 成分的回水需经过复杂的处理才能循环利用,不利于 水资源的循环利用和环境保护,不符合国家有关环境 保护和节能减排的政策要求。 本文旨在探索一种经济合理且无化学污染的选矿 回收工艺途径,实现对该尾矿有价元素的回收利用,避 免利用过程中的再度污染。 由于云母矿物具有弱磁性, 可考虑采用强磁选工艺对其进行初步富集回收,然后对 富集的粗精矿进行重选精选,得到优质的云母精矿。 2.4.1 强磁粗选试验 黑云母比磁化系数为57.81～52.6010 -9 m3/ kg, 具有弱磁性,可采用强磁选工艺对其进行富集,抛除大 量尾矿,减少下一步精选作业入选量。 以选铁后的尾矿 为给矿,进行了磁选试验,磁场强度条件试验结果见图3。 磁场强度/T 5.0 4.6 4.2 3.8 3.4 75 60 45 30 0.40.60.81.21.0 K2O品位/ 作业回收率/ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ ◆ ◇ 图 3 强磁粗选试验结果 从磁选试验结果可知,随着磁场强度增加,K2O 品 位及作业回收率均呈现先快速增加后趋于平缓的趋 势。 综合考虑云母矿物 K2O 品位及作业回收率,确定 磁场强度为 1 T。 2.4.2 重选精选试验 以磁选粗精矿为给矿进行了重选精选试验,试验 流程见图 4,结果见表 5。 磁选粗精矿 分 级 尾矿 -0.074 mm0.074 mm 重 选 云母精矿中矿 重轻 图 4 重选精选试验流程 表 5 重选精选试验结果 产品名称作业产率/ ％K2O 品位/ ％作业回收率/ ％ 云母精矿26.178.6751.75 中矿18.253.8315.95 尾矿55.582.5532.30 给矿100.004.38100.00 从重选精选试验结果可知,直接抛除-0.074 mm 粒 级产品作为尾矿,剩余0.074 mm 粒级进入摇床重选, 可获得 K2O 品位 8.67％、作业回收率 51.75％的云母精 矿；最终云母精矿作业产率 26.17％对原矿 11.36％、 K2O 品位 8.67％、作业回收率 51.75％对原矿 30.68％。 2.5 多功能矿物硅肥制备试验 硅肥是枸溶性矿物肥料,是指以有效硅为主要标 74第 5 期杨进忠等 攀西某铜矿尾矿资源化利用研究 ChaoXing 志量的各种肥料。 它是由含二氧化硅的原料一般以 炼铁炉渣、钾长石、海矿石、赤泥、粉煤灰等作为主要原 料经一定工艺加工而成的以复合硅酸盐为主的复杂 混合物,没有明确的分子式和相对分子质量。 硅是农 作物生长所需重要营养元素,硅肥可调节农作物在不 同阶段对氮、磷、钾等元素的营养需求,可改善农作物 营养成份,还可降低工业污水中重金属对农作物造成 的污染,并对红土壤和盐碱地的土壤结构改良起到特 别的作用。 该铜矿尾矿样品中 SiO2品位 52.30％,如能将其 制成多功能矿物硅肥,可实现大量尾矿的资源化及减 尾化,变废为宝,化害为利,为该类型尾矿资源化及企 业绿色矿山建设提供技术支撑。 以云母选别后的尾矿为原料进行多功能硅肥制备 试验,试验原则流程见图 5,试验条件主助剂碳酸钙, 辅助助剂碳酸钠。 硅肥原料样品∶主助剂∶辅助助剂用 量为20∶10∶1.5,焙烧温度 1 200 ℃,焙烧时间 0.33 h。 焙烧 主助剂 多功能矿物硅肥产品 尾矿 辅助助剂 图 5 硅肥制备试验原则流程 最终多功能矿物硅肥产品有效硅含量以 SiO2 计38.75％,可消耗云母选别后的尾矿 43.59％,在多 功能硅肥制备一项上即可实现减尾 43％以上。 3 结 语 1 根据矿石工艺矿物学性质,针对该低品位铜矿 尾矿分别进行了不同选矿工艺的试验,确定了最适合 该矿石的“浮磁重梯次回收有用矿物-尾矿制硅肥”的 工艺技术路线,在回收利用有价元素基础上,使难利用 的尾矿资源变成了铜精矿、硫钴精矿、铁精矿、云母精 矿与硅肥产品,实现了铜矿尾矿的资源化及减量化。 2 该铜矿尾矿有价元素含量极低,嵌布粒度较 细,回收存在较大困难,试验过程中存在流程作业线 长、药剂添加点多、操作控制难等问题。 根据矿石工艺 特性及技术难点,提出“铜钴混选-铜钴分离”,得到铜 精矿、硫钴精矿产品。 浮选尾矿“磁重联合选云母-尾 矿焙烧制硅肥”,使尾矿在回收云母矿物后可以焙烧 获得多功能矿物硅肥。 3 研发的“浮磁重梯次回收有用矿物-尾矿制硅 肥”的工艺流程,可获得 Cu 品位 13.38％、回收率 21.19％ 的铜精矿,Co 品位 0.32％、回收率 17.20％的硫钴精矿, TFe 品位 60.99％、回收率 7.12％的铁精矿和 K2O 品位 8.67％、回收率 30.68％的云母精矿以及有效硅以 SiO2计含量 38.75％的多功能矿物硅肥产品；该工艺 技术方案可使该铜矿尾矿减量 56％以上。 研究的工 艺技术方案完全适应该类尾矿矿物组成特性。 试验确 定的工艺流程合理,实际可操作性强。 参考文献 ［1］ 田 键,申盛伟,叶 斌,等. 铜尾矿资源化利用与处置新工艺［J］. 矿产综合利用, 2016,635-9. ［2］ 阎 赞,王 想,徐名特,等. 尾矿资源化研究在铅锌尾矿中的应 用［J］. 矿产综合利用, 201711-5. ［3］ 王 红,吴 刚,张 丽. 尾矿资源化与矿山的可持续发展［J］. 化工矿物与加工, 2009330-31. ［4］ 周春旋,张济宇,李宝霞. 硅肥发展现状及展望［J］. 化学工业与 工程技术, 2006,12648-54. ［5］ 吕宪俊,连民杰. 金属矿山尾矿处理技术进展［J］. 金属矿山, 200581-4. ［6］ 席晓光,张金良,顾 晨,等. 钼尾矿中回收铁和云母选矿试验研 究［J］. 矿业工程, 2015522-24. 引用本文 杨进忠，周家云，毛益林，等. 攀西某铜矿尾矿资源化利用研 究［J］. 矿冶工程， 2019，39（5）44-48. 关于检测学术不端的公告 为弘扬良好学术风气,保护知识产权,防止抄袭、伪造、篡改、不当署名、一稿多投、一个学术成果多篇发表等 学术不端行为,本刊与中国学术期刊光盘版电子杂志社合作,由中国学术期刊光盘版电子杂志社学术不端 文献检测中心对本刊网络版刊登的文章进行系统检测,并按照“中国学术期刊网络出版总库删除学术不端文 献暂行办法”,对出现以上学术不端行为的文章作出严肃处理。 特此公告 矿冶工程杂志编辑部 2019 年 10 月 84矿 冶 工 程第 39 卷 ChaoXing