非洲某硫化铜钴矿选矿综合回收技术研究.pdf

2 0 2 1 年第2 期有色金属 选矿部分 8 3 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 2 1 ．0 2 ．0 1 3 非洲某硫化铜钴矿选矿综合回收技术研究 叶岳华1 ’2 ，孙志健1 ’2 ，袁喜振3 ，王立刚1 ’2 ，姚松3 1 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 ； 3 ．中国有色矿业集团非洲矿业有限公司，赞比亚基特韦2 2 5 9 2 摘要非洲某铜钴矿原矿含铜2 ．1 1 ％，钴o ．0 9 0 ％，其中的钴品位较低，难以有效回收，且含钴矿物嵌布粒度不均匀， 与黄铜矿、黄铁矿共生关系复杂，严重影响选矿过程中含钴矿物的综合回收。根据原矿性质，采用“铜钴依次优先”浮选工艺 流程，结合使用高效选择性捕收剂B K A P ，实现了铜、钴资源的综合回收，实验室所得铜精矿铜品位3 5 ．0 8 ％，铜回收率 9 3 ．4 2 ％；钴精矿钴品位2 ．2 7 ％，钴回收率5 1 ．8 2 ％。 关键词硫化铜钴矿；黄铜矿；硫铜钴矿；优先浮选；综合回收 中图分类号T D 9 5 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 2 1 0 2 0 0 8 3 一0 5 R e s e a r c ho nC o m p r e h e n s i v eR e c o v e r yT e c h n o I o g yo fC o p p e r - C o b a l tS u l f i d eO r ei nA f r i c a l 匹l 么g 九“以1 ’2 ，S 唧Z 庇i 歹i 口咒1 ’2 ， 吼NX i 2 矗P 咒3 ，肌N GL i g 以卵9 1 ”，l A 0S o ，z g 3 】．B G R J M MT P c 五咒o Z o g yG r o “p ，B P i 歹i 咒g1 0 0 】6 0 ，C 矗i 托a ； 2 ．S ￡n 抛K 8 yL 以6 0 r n f 0 7 ’yo ，M i 咒8 r n ZP r o c P s s i n gS f i P 咒c 已以咒dT e c 五咒o Z o g y ，B P 巧i 挖gj0 2 6 2 8 ， C 五i 竹n ； 3 ．N F CA ∥i f nM i 咒i 咒gP M 6 Z i cL i m i ￡P dC o m p 口咒y ，K i ￡训P2 2 5 9 2 ，Z n m 6 i 口 A b s t r a c t Ac o p p e r - c o b a l to r ei nA f r i c ac o n t a i n sc o p p e r2 ．11 ％a n dc o b a l to ．0 9 0 ％．T h ec o b a l ti s d i f f i c u l tt ob er e c o v e r e db e c a u s et h ec o b a l tg r a d ei s1 0 w e rr e l a t i v e l y ，a n da l s ot h ec o b a l tm i n e r a lg r a i ns i z ei s n o tu n i f o r m ，a n dt h es y m b i o s i sr e l a t i o n s h i pb e t w e e nc h a l c o p y r i t ea n dp y r i t ei sc o m p l e x ，w h i c hs e r i o u s l y a f f e c tt h er e c o v e r yo fc o b a l tm i n e r a l s ．A c c o r d i n gt ot h ep r o p e r t i e so ft h er a wo r e ，t h ef l o t a t i o nf l o w s h e e to f p r i o r i t yi no r d e ro fc o p p e ra n dc o b a l tw a sa d o p t e d ， c o m b i n e dw i t ht h eu s eo f h i g h e f f i c i e n c y s e l e c t i v e c o l l e c t o rB K A P ，t h ec o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo fc o p p e ra n dc o b a l tr e s o u r c e sw a sr e a l i z e d ．T h ec o p p e r c o n c e n t r a t eo b t a i n e di nt h el a b o r a t o r yh a dac o p p e rg r a d eo f3 5 ．0 8 ％a n dac o p p e rr e c o v e r yo f9 3 ．4 2 ％．T h e g r a d eo fc o b a l tc o n c e n t r a t ei s2 ．2 7 ％a n dt h er e c o v e r yo fc o b a l ti s5 1 ．8 2 ％． K e yw o r d s s u l f u rc o p p e rc o b a l to r e ； c h a l c o p y r i t e ； c o b a l t i t e ； s e l e c t i v ef l o t a t i o n ； c o m p r e h e n s i v er e c o v e r y 钴资源在我国相对比较缺乏，近些年随着锂电 池行业的快速发展，对钴的需求逐渐增加。绝大多 数情况下，钴都与其他元素伴生，其中铜钴矿是钴的 主要来源。世界上铜钻矿资源主要分布于刚果 金 、赞比亚等非洲地区[ 1 q ] 。硫化铜矿物主要有黄 铜矿、斑铜矿、辉铜矿等，硫化钻矿物主要有硫铜钻 矿、硫钴矿等。由于目前国内的钴产量不能满足日 渐扩大的市场需求，因此，每年大概有多半数的钴需 要进口，同时，伴随着国家一带一路政策的大力实 施，有众多中资企业远赴非洲，在赞比亚、刚果 金 等地进行钴资源的开发。 非洲某铜钴矿位于赞比亚北部铜带省地区，含 铜2 ．1 1 ％，钴o ．0 9 0 ％，属硫化铜钴矿，其中钴品位 相对较低，生产上难以有效回收。硫化铜钴矿的选 矿回收根据含钴矿物的不同可以采用不同的选矿工 艺[ 5 嵋] ，主要有铜钴混合浮选和铜钴依次优先浮选。 本文针对该铜钴矿，结合目前的研究现状及生产实 践情况，通过使用矿冶科技集团有限公司特色硫化 矿捕收剂B K A P ，采用“铜钴依次优先”浮选工艺流 程，取得了理想的铜、钴精矿指标。 收稿日期2 0 2 0 0 5 一0 6 作者简介叶岳华 1 9 8 4 一 ，男，江西玉山人，硕士，高级工程师，主要从事有色金属硫化矿选矿工艺及药剂研发工作。 万方数据 8 4 有色金属 选矿部分2 0 2 1 年第2 期 1 矿石性质 嵌布为主，主要粒级分布范围为o 0 1 5 ～o 0 7 4m 。 1 ．1 矿石化学多元素分析 原矿化学多元素分析结果见表1 。由表1 分析 结果可知，矿石中主要有价元素有C u 、C o ，其他有价 元素含量均较低。 表1原矿化学多元素分析结果 T a b l e1R e s u l t so fc h e m i c a lm u l t i e l e m e n t a n a l y s i so fr a wo r e／％ 组分 c uc osF e A u l ’ A 9 1 ’ A 8 含量 2 ．1 1O ．0 9 02 ．4 23 ．7 9 O ．1 00 ．1 6 O ．0 0 5 组分s i 0 2A 1 2 0 3C a OM 9 0K 2 0N a z O c 含量 4 5 ．0 78 ．8 91 0 ．7 58 ．5 l5 ．1 7O ．3 12 ．4 8 注1 单位为g ／t 1 ．2 矿石主要金属化学物相分析 矿石中金属矿物主要包含黄铜矿、斑铜矿、黄铁 矿、硫铜钴矿、硫钴矿，其次是磁黄铁矿、钴镍黄铁矿 等，含微量的灰砷钴矿等。非金属矿物主要是石英、 钾长石、斜长石和黑云母、方解石等黏土矿物。原矿 样铜、钴化学物相分析结果见表2 。物相结果表明， 铜、钴氧化率均较低，分别为3 ．7 9 ％和4 ．4 4 ％。 表2矿石中铜、钴化学物相分析结果 T a b l e2R e s u l t so fc h e m i c a lp h a s ea n a l y s i s o fc o p p e ra n dc o b a l ti nt h er a wo r e／％ 相别硫化铜氧化铜总铜硫化钴氧化钴总钴 含量 2 ．0 3O ．0 82 ．1 1O ．0 8 6O ．0 0 4O ．0 9 0 分布率 9 6 ．2 13 ．7 91 0 0 ．O9 5 ．5 64 ．4 41 0 0 ．O 1 ．3 主要目的矿物的嵌布特征 1 ．3 ．1 硫化铜矿物 矿石中的含铜矿物以黄铜矿为主，另有少量斑 铜矿以及微量的次生硫化铜矿物辉铜矿、铜蓝等。 黄铜矿主要呈不规则状及粒状集合体产出，常与脉石 矿物共生，部分黄铜矿以微细粒包裹体嵌布于脉石矿 物中，偶见斑铜矿或辉铜矿沿黄铁矿裂隙连生产出。 其中少量黄铜矿与含钴矿物嵌布关系紧密，有时可见 两者以连生体形式存在。矿石中黄铜矿嵌布粒度粗 细不均，常见粒度范围分布于0 ．0 2 0 ～o ．1 5m m 。 1 ．3 ．2 硫化钴矿物 硫铜钴矿是矿石中主要的含钴矿物，另有少量硫 钴矿和辉砷钴矿，硫铜钴矿主要以他形粒状嵌布，其 次以不规则状嵌布，部分硫铜钴矿与黄铁矿嵌布关系 紧密，常见以细粒状、脉状充填于黄铁矿裂隙中。另 有部分含钴矿物与黄铜矿嵌布密切共生，并以集合体 形式存在，两者有时以简单的毗邻关系联合产出，有 时呈复杂的细粒充填交代产出。其中部分细粒级钴 矿物包裹于黄铜矿或黄铁矿中。硫铜钴矿以细粒级 2 试验结果与讨论 2 ．1 方案对比 矿物的可浮性差异、目的矿物之间的相互嵌布 关系等矿石性质，决定了可以采用何种工艺处理矿 石[ 7 。8 ] 。本文针对试验矿样进行了“铜钴混合浮选”和 “铜钴依次优先浮选”两种工艺流程的探索对比试验， 试验结果见表3 。由表3 结果可知，采用铜钴混合浮 选方案，铜、钴回收率相对较低，其中铜回收率低o ．9 5 个百分点，钴回收率低5 ．5 个百分点。同时，采用铜钴 混合浮选时，在对获得的铜钴混合精矿进行分离时， 需要添加大量抑制剂。另外，还需再磨，以获得更好的 单体解离，才能获得相对理想的钴精矿指标，生产成本 较高，且操作要求苛刻，在生产实践中较难实现。因此， 试验最终采用“铜钴依次优先”浮选工艺进行研究。 表3不同方案探索对比试验结果 1 r a b 】e3R e s l 】】t so fc o n t r a s tt e s to n d i f f e r e n te x p l o r a t i o ns c h e m e s ／％ 2 ．2 条件试验 2 ．2 ．1 铜粗选捕收剂种类试验 添加适量石灰调节矿浆p H 值为1 0 ．o 左右，固 定磨矿细度为一o ．0 7 4m m 占7 5 ％，起泡剂松醇油 用量为2 1g ／t ，采用一次粗选作业进行捕收剂种类 试验，试验结果见图1 。从图1 结果可知，五种捕收 剂对铜的捕收能力均较强，但对钴的捕收效果差别 较大。其中B K A P 是矿冶科技集团有限公司自主研 发的特色选矿药剂，属油酯类有机药剂，具有高效、 低毒、易分解的特点，对硫化铜矿物具有较好的选择 性。经过对比，采用B K A P 作为捕收剂，钴上浮率相 对更低，有利于铜的优先浮选。因此，试验确定采用 B K A P 作为优先选铜捕收剂。 2 ．2 ．2 铜粗选p H 试验 为考察p H 对铜选别指标的影响，固定磨矿细度 为一o ．0 7 4m m 占7 5 ％，捕收剂和起泡剂用量保持不 变，采用一次粗选作业进行p H 试验，试验结果见图2 。 由图2 结果可以看出，随着p H 值的不断升高，粗精矿 中铜回收率先升高后略有降低，钴回收率呈下降趋势。 因此，在铜粗选时将p H 控制在1 0 ．o 左右较为适宜。 万方数据 2 0 2 1 年第2 期叶岳华等非洲某硫化铜钴矿选矿综合回收技术研究 8 5 皿皿c u 品位目c u 回收率E Z 勿c o 品位圈c n 回收率 捕收剂种类 图l 捕收剂种类对比试验结果 F 诗1 R e s u l t so fc o m p a r a t i v et e s t o nc 0 1 l e c t o rt y p e 图2 粗选p H 试验结果 F i g ．2 R e s u l t so fr o u g h i n gp Ht e s t 2 ．2 ．3 铜精选抑制剂种类试验 为考察不同的抑制剂对铜选别指标的影响，对 铜粗精矿采用三次精选作业，每次作业添加适量抑 制剂，进行了精选抑制剂种类试验，试验结果见图3 。 由图3 结果可以看出，同时添加石灰和B K 5 2 6 作为组 合抑制剂时，铜精矿的选别指标较好，且钴含量较低。 经过条件试验确定，控制矿浆p H 值在1 2 ．5 左右，铜 精选三次作业石灰用量分别为5 0 0 、3 0 0 、1 0 0g ／t ， B K 5 2 6 用量分别为1 0 0 、3 0 、1 0g ／t 。 2 ．2 ．4 钴粗选p H 试验 钴浮选以铜浮选的尾矿作为给矿，通过条件试 验确定采用丁基黄药作为钴浮选的捕收剂。固定丁 基黄药用量为5 0g ／t ，起泡剂用量为1 4g ／t ，通过添 加不等量的硫酸，进行钴粗选p H 试验，试验结果见 图4 。图4 结果表明，随着p H 逐渐降低，钴回收率 变化不明显，但钴品位呈升高趋势。因此，在钴粗选 作业将p H 控制在7 ．0 ～7 ．5 左右较为适宜。 ㈣ - 一品位目 - ，作、【卜同收率 目Z 勿c n 品位图c r 作业回收率 抑制剂种类 图3铜精选抑制剂种类试验结果 F i g ．3 R e s u l t so fc o p p e rc l e a n i n g t e s to ni n h i b i t o r 图4 钴粗选p H 试验结果 F i g ．4 R e s u l t so fc o b a l tr o u g h i n gpHt e s t 2 ．2 ．5 钴粗选活化剂种类试验 矿石中含钴矿物主要有硫铜钻矿、硫钴矿以及黄 铁矿含钴等，可浮性较差，从钴粗选p H 试验结果得 知，钴回收率相对较低。为了进一步提高钴回收率， 进行钴粗选作业活化剂种类试验，试验结果见图5 。 图5 结果表明，添加不同的活化剂，钴回收率仍没有 显著改善。针对钴浮选尾矿进行了镜下检查，得知 尾矿中损失的含钴矿物嵌布粒度较细，大部分为 O ．0 1 5 ～0 ．0 2 0m m ，且大部分与脉石矿物包裹连生， 通过浮选方法难以有效回收。 2 ．2 ．6 粗选磨矿细度试验 固定矿浆p H 值为1 0 ．o 左右，在铜、钻分别进 行一次粗选作业确定的合适药剂制度条件下，进行 了粗选磨矿细度试验，试验结果见图6 。图6 结果表 明，随着磨矿细度的提高，铜、钴回收率逐渐升高，但 趋势变缓。综合考虑选矿指标及磨矿成本，磨矿细 度确定为7 5 ％一o ．0 7 4m m 。 万方数据 8 6 有色金属 选矿部分2 0 2 1 年第2 期 鬟 磁弛，6 t ， 羹l ， 圈I c n f附k 川4 一E 率 R 忒鋈 l蒺縻I匡羹IIl飘 活化剂种类及J 叶j 量／ g 【“ 图5钴粗选活化剂种类试验结果 F i g ．5 R e s u l t so fc o b a l tr o u g h i n g t e s to na c t i v a t o rt y p e 磨矿细度，％一0 ．0 7 4m m 图6粗选磨矿细度试验结果 F i g ．6 R e s u l t so fr o u g h i n gg r i n d i n g f i n e n e s st e s t 原矿 2 ．3 全流程闭路试验 在条件试验的基础上，进行了全流程闭路试验， 试验流程见图8 ，试验结果见表3 。从最终精矿产品 可以看出，铜精矿指标较好，但是钻精矿回收率相 对较低，通过电子显微镜下查明 见图7 ，这是因 为其中部分含钴矿物嵌布粒度细，且与脉石矿物呈 包裹体及贫连生体的形式存在，通过浮选难以有效 闭路试验结果 R e s u l to fc l o s e d c i r c u i tt e s t／％ 图7硫铜钴矿以脉石矿物包裹体的形式存在 F 暗7 C a r r o l l i t eo c c u r si nt h ef 。r mo f g a n g u em i n e r a l i n c l u s i 。n s 钴精矿尾矿 图8闭路试验流程 F 嘻8 F 1 0 w s h e e to fc l o s e d c i r c u i tt e s t 』吐 o e 恢4 M回表n 万方数据 2 0 2 1 年第2 期叶岳华等非洲某硫化铜钴矿选矿综合回收技术研究 8 7 3结论 1 某铜钴矿含铜2 ．1 1 ％，钴O ．0 9 0 ％，其他有价 元素含量均较低。 2 化学物相分析结果表明，矿石中铜、钴矿物主 要为硫化物，铜氧化率3 ．7 9 ％，钴氧化率4 ．4 4 ％。 3 矿石中的主要含铜矿物黄铜矿主要呈不规则 状或粒状集合体产出，常见其嵌布于脉石矿物中，且 关系紧密。少量黄铜矿与含钴矿物嵌布关系紧密，有 时可见两者以连生体形式存在；硫铜钻矿是矿石中主 要的含钴矿物，主要以他形粒状嵌布，少量硫铜钴矿 以细粒状或脉状充填于黄铁矿裂隙中。部分含钴矿 物与黄铜矿嵌布关系密切。两者有时以简单的毗邻 关系联合产出，有时呈复杂的细粒充填交代产出。 4 基于工艺矿物学研究，在了解矿石性质基础 上，采用“铜钴依次优先”浮选工艺流程，使用高效选 择性捕收剂B K A P ，组合抑制剂石灰 B K 5 2 6 ，通过 闭路试验获得铜品位为3 5 ．0 8 ％，铜回收率9 3 ．4 2 ％ 的铜精矿和钴品位为2 ．2 7 ％，钴回收率为5 1 ．8 2 ％ 的钴精矿，实现了铜、钴的综合回收。 参考文献 [ 1 ] 张东红，叶岳华，王立刚．赞比亚某铜钴矿选矿工艺技 术研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 5 4 2 1 2 4 ． Z H A N GD o n g h o n g ，Y EY u e h u a ，W A N G L i g a n g ． R e s e a r c ho fm i n e r a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo nac o p p e r c o b a l to r ei nZ a m b i a [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s M i n e r a l P r o c e s s i n gS e c t i o n ，2 0 1 5 4 2 1 2 4 ． [ 2 ] 王立刚，张慧，叶岳华，等．刚果 金 某难选铜钴矿选矿 工艺技术研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 2 1 0 一1 3 ． W A N GL i g a n g ，Z H A N GH u i ，Y EY u e h u a ，e ta 1 ．T h e m i n e r a l p r o c e s s i n gt e c h n o l o g i c a l r e s e a r c ho na r e f r a c t o r yc o p p e r _ c o b a l t o r ei nR ．D ． C o n g o [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s M i n e r a lP r o c e s s i n gS e c t i o n ，2 0 1 2 2 】O 一】3 ． [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 朱景和，陈新林，马忠臣．赞比亚某铜钴硫化矿浮选工 艺研究[ 刀．有色矿冶，2 0 1 4 ，3 0 2 1 3 1 7 ． Z H U J i n g h e ，C H E NX i n l i n ，M AZ h o n g c h e n ．Af l o t a t i o n p r o c e s sf o rac o p p e r c o b a l ts u l f i d e 。r ef r o mz a m b i a [ J ] ． N o n f e r r o u sM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，2 0 1 4 ，3 0 2 1 3 1 7 ． 尹坤，谭欣，吴卫国．刚果 金 某含易浮脉石铜钴矿选 矿试验研究[ J ] ．矿冶，2 0 1 4 ，2 3 4 1 4 ． Y I NK u n ，T A NX i n ，W UW e i g u o ．F l o t a t i o nt e s ts t u d y o nac o p p e r c o b a l to r ef r o mD ．R ．C o n g ow i t he a s y f l o a t i n gs i l i c am i n e r a l s [ J ] ．M i n i n ga n dM e t a l l u r g y ， 2 0 1 4 ，2 3 4 1 4 ． 张磊，黄胜，蒋应平，等．复杂低硫铜钴矿加压浸出提钴 工艺研究[ J ] ．矿冶，2 0 1 6 ，2 5 3 4 14 4 ． Z H A N GL e i ，H U A N GS h e n g ，J I A N GY i n g p i n g ，e ta 1 ． I 之e s e a r c ho ne x t r a c t i n gc o b a l tf r o mt h ec o m p l e xc o p p e r a n dc o b a l to r ew i t hl o ws u l f u rb yp r e s s u r el e a c h i n g p r o c e s s [ J ] ．M i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，2 0 1 6 ，2 5 3 4 1 4 4 ． 苏敏，叶岳华．赞比亚某铜钴矿选矿工艺技术研究[ J ] ． 中国矿业，2 0 1 6 ，2 5 增刊1 4 3 2 4 3 3 ，4 4 3 ． S UM i n ，Y EY u e h u a ．R e s e a r c hi n t ot h eb e n e f i c i a t i o n t e c h n 0 1 0 9 yo ft h ec o p p e r c o b a l to r ei nz a m b i a [ J ] ．c h i n a M i n i n gM a g a z i n e ，2 0 1 6 ，2 5 S 1 4 3 24 3 3 ，4 4 3 ． 巴红飞，董水森．刚果 金 某难选氧化铜钴矿选矿工艺 连选试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 4 2 3 2 7 ． B AH o n g f e i ，D O N GS h u i s e n ．C o n t i n u o u ss e p a r a t i o nt e s t r e s e a r c ho nad i f f i c u l t l yd r e s s e do x i d ec o p p e rc o b a l t o r e i nD ．R ．c [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s M i n e r a lP r o c e s s i n g S e c t i o n ，2 0 1 7 4 2 32 7 ． 段建平，卢建安，张恩普．硫氢化钠在刚果 金 某硫化铜 钻矿选矿中的研究与应用[ J ] ．湖南有色金属，2 0 1 8 2 1 2 1 4 ． D U A NJ i a n p i n g ，L UJ i a n ’a n ，Z H A N GE n p u ．S t u d ya n d a p p l i c a t i o no fN a H S i np r o c e s s i n go fc o p p e rs u l “d ea n d c o b a l to r ef r o mD R c [ J ] ．H u n a nN o n f e r r o u sM e t a l s ， 2 0 1 8 2 1 21 4 ． 万方数据