铜镍硫化矿选矿技术进展.pdf

1 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 0 3 铜镍硫化矿选矿技术进展 罗仙平，冯博，周贺鹏，李建伟，姜学瑞 江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要介绍铜镍硫化矿的资源特点、工艺矿物学特性和选矿特点，从新药剂开发、新工艺引入等方面总结铜镍 硫化矿选矿的最新进展，并展望未来的发展趋势，为提高我国铜镍硫化矿资源的综合利用水平提供借鉴。 关键词硫化铜；硫化镍；综述；选矿；新技术 中图分类号T D 9 2 3 ；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 1 3 S O 一0 0 1 2 0 3 镍是一种重要的战略资源，在钢材、机械制 造、军事、航天航空等方面具有极其重要的作用， 被各国作为保证国民经济健康发展和国家安全的战 略物资进行储备。截至2 0 0 6 年底，世界已查明镍 基础储量为1 ．6 亿t ⋯，但能经济高效利用的硫化 镍矿只占2 8 ％。随着国民经济的快速发展，镍资源 日趋贫、细、杂化，现有的硫化铜镍矿选矿技术已 经不能满足工业生产的需求。因此，提高我国硫化 铜镍矿资源的综合利用水平，对增强国内铜镍硫化 矿矿石的供矿能力，促进矿产资源的可持续发展意 义重大。 1 铜镍硫化矿资源特点 1 ．1 铜镍硫化矿资源特点 全球镍矿石资源量约为2 3 0 亿t ，其中硫化镍 矿储量占镍资源总量的2 8 ％，红土镍矿占镍资源总 量的7 2 ％。世界镍矿资源丰富，但地区分布不均 衡。澳大利亚镍资源储量最大，其次为俄罗斯、古 巴、加拿大、新喀里多尼亚、南非、印度尼西亚、 中国，以上八国占镍资源总储量的8 4 ％[ 2 I 。 我国的镍资源量占世界总储量的3 ．2 0 ％，与国 外资源相比，我国的镍矿以硫化铜镍矿为主，占全国 总储量的8 6 ％，镍矿资源分布高度集中，西部地区 的镍矿储量约占全国总量的9 7 ．7 0 ％，特别是甘肃、 四川，其镍储量约占全国总量的8 4 ％。我国的镍矿 品位较高，富矿石的储量占全国总量的4 4 ．1 ％[ 3 ] 。 1 ．2 硫化铜镍矿工艺矿物学特性 硫化铜镍矿床的化学成分和矿物组成比较简 单。主要的有用元素为镍、铜、钴及铂族元素，有 些矿床还伴生有金、银、硒、碲等元素。主要的有 用矿物为硫化镍及硫化铜矿物，还伴生有自然金属， 多种金属的硫化物、砷化物、硒化物、氧化物等。 不同产地的原生硫化铜镍矿床的金属矿物组成 大致相似，即磁黄铁矿一镍黄铁矿一黄铜矿组合及 黄铜矿一磁铁矿组合，其特点是硫化矿物晶格成分 稳定，可浮性好。蚀变作用、地下水及风化作用的 存在会导致矿体化学成分及矿物成分发生变化。次 生硫化铜镍矿的矿物共生组合为黄铜矿一针镍矿、 白铁矿一紫硫镍矿、次生黄铁矿，其特点是硫化矿 物晶格成分不稳定，矿物解理发育，容易氧化，易 过粉碎。同一硫化镍矿体由于地质条件的差异在不 同空间部位会发生不同程度的蚀变，给浮选分离带 来困难[ 引。 硫化矿体发生蚀变的同时，周边围岩也发生蚀 变。空气、水及硫化矿体浅成蚀变的共同作用导致 脉石矿物发生绿泥石化、滑石化及硅化。橄榄石最 终形成蛇纹石及有关含水硅酸盐，无水铁镁硅酸盐 在热液作用下形成蛇纹石及滑石，含铁镁硅酸盐转 变为绿泥石，辉石则转变为滑石。因此，硫化铜镍 矿的脉石矿物共生组合通常为橄榄石一蛇纹石一辉 石一滑石一绿泥石一菱镁矿。 1 ．3 铜镍硫化矿选矿特点 根据镍含量不同，硫化铜镍矿石可以分为三个 品级[ 5 ] 镍含量在3 ％以上为特富矿石；镍含量 l ％～3 ％为富矿石；镍含量0 ．3 ％～1 ．0 ％为贫矿石。 特富矿石可直接冶炼提取，而富矿石及贫矿石需要 富集后才能冶炼提取。目前硫化铜镍矿的分离富集 方法主要有三种选矿方法、生物提取和化学提 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 3 7 4 1 1 6 ；江西理工大学博士基金项目q x x i b s l 3 0 2 0 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 1 作者简介罗仙平 1 9 7 3 一 ，男，湖北仙桃人，教授，博士生导师，主要从事有色与稀贵金属选冶理论与工艺等方面的研究。 万方数据 2 0 1 3 年增刊罗仙平等铜镍硫化矿选矿技术进展 1 3 取。选矿方法的操作成本低，处理量大，对矿石的 适应性强，是目前处理硫化铜镍矿最常用的方法。 在制定硫化铜镍矿石选别工艺时，硫化铜镍矿 石中各种矿物的含量比例，硫化矿物集合体的嵌布 粒度，不同硫化矿物之间的镶嵌关系以及脉石矿物 种类是需要考虑的主要因素[ 6 3 。目前使用较多的 硫化铜镍矿选矿方法是通过浮选分离硫化矿物与硅 酸盐脉石矿物，达到分离富集有价金属的目的。 由于铜在镍冶炼过程中损失较小，因此硫化铜 镍矿浮选时可以得到铜镍混合精矿直接进行冶炼， 也可以铜镍分离后再进行冶炼处理。使用闪速炉熔 炼镍精矿具有单炉处理能力大，节能环保，连续作业 的优点，但要求精矿中M g O 含量不能高于6 ．8 ％[ 7 ] 。 因此，硫化铜镍矿选矿中，控制镍精矿中M g O 含 量是研究的重点。 我国主要的铜镍硫化矿山及特征如表1 所示。 表l我国主要的镍矿床及其特征 矿床位置规模镍品位，％利用情况 金川2 号矿区甘肃金J l I大型 1 ．2 9 已采 红旗岭七号岩体吉林省盘石市大型2 ．2 5已采 漂河川镍矿4 号岩体吉林省蛟河市小型O ．8 3停采 长仁镍矿吉林省和龙市中型0 ．4 5已采 赤柏松镍矿吉林省通化市中型 0 ．5 9 已采 喀拉通克铜镍矿新疆富蕴县大型0 ．5 8 ～0 ．8 8已采 黄山铜镍矿新疆哈密市大型0 ．4 6已采 黄山东铜镍矿新疆哈密市大型0 ．4 7 ～1 ．6 4已采 小南山铜镍矿 内蒙四王子旗小型0 ．5 4闭坑 煎茶岭镍矿陕西略阳县大型 O ．6 5已采 樟树墩镍矿江西戈阳县中型 O ．2 4 已采 力马河镍矿四J l I 会理县中型 1 ．0 1 闭坑 冷水箐镍矿四J l l 盐边市中型0 ．9 2已采 杨柳坪镍矿 四川丹巴县 大型0 ．3 9 ～0 ．4 9 试采 天门山镍矿区湖南大型0 ．3 6 已采 吕王银山寨湖北大悟县大型0 ．3 0已采 长基镍矿福建莆田县中型0 ．2 2 未采 白马寨镍矿云南金平县中型 1 ．1 1 已采 大坡岭铜镍矿广西罗城县小型 O ．5 5 未采 2 铜镍硫化矿选矿新进展 2 ．1 铜镍硫化矿选矿新工艺 根据铜镍硫化矿的矿石类型、矿物共生组合、 嵌布特性、矿石品位和贵金属含量等因素，铜镍硫 化矿的选矿工艺也不尽相同。浮选铜镍硫化矿的常 用流程有混合浮选流程、优先浮选流程、混合优 先浮选流程等[ 8 ] 。为了提高选别指标，选矿工作者 针对各地矿石的特点，开发了一些新的工艺流程， 如酸法浮选工艺、脱泥一浮选工艺、阶段磨矿一阶 段选别流程、分速浮选法、浮选一磁选联合流程、 闪速浮选法等。 酸法浮选工艺。矿浆p H 在硫化铜镍矿浮选中 起着重要作用，研究发现酸性条件下浮选时铜镍矿 物的浮选回收率明显高于中性和碱性条件，酸性条 件下铜镍回收率较高的原因主要有酸可以阻止硫 化矿物表面氧化，增加其可浮性[ 9 1 ；酸还能减轻脉 石矿泥对有用矿物浮选的影响[ 10 | 。 脱泥一浮选工艺。硫化铜镍矿石中的硅酸盐脉 石质软，易泥化，矿泥不仅干扰有用矿物浮选，还 会通过泡沫夹带进入精矿，降低精矿品位。因此， 采用脱泥浮选或者泥砂分别处理的工艺，既能够提 高粗粒硫化矿物的回收率，又能够降低浮选药剂用 量。云南金平镍矿使用M I B C 作为起泡剂进行预先 脱泥，避免了浮选过程中矿泥增大矿浆黏度，包裹 细粒硫化矿物等现象，提高了浮选指标[ 1 1 | 。 阶段磨矿一阶段选别工艺。铜镍硫化矿中矿物 嵌布关系复杂，通常需要细磨才能实现单体解理， 然而细磨导致大量矿泥产生，影响了硫化矿物浮 选。采用阶段磨矿和阶段选别流程可以减少矿石的 过粉碎[ 1 2 1 。澳大利亚温达拉选厂采用两段磨矿流 程，提高了选矿指标。中南大学在进行金i l l - “ 矿区 富矿石浮选研究时，采用两磨两选、中矿粗精矿再 磨的工艺流程取得了较好的选别指标。 闪速浮选工艺。闪速浮选是一种快速回收粗粒 级有用矿物的浮选技术[ 13 | 。金川镍选厂进行了闪 速浮选工业试验，获得了较好指标，与不用闪速浮 选机相比，镍、铜回收率分别提高1 ．3 2 ％和 0 ．7 5 ％，一7 4 m 粒级含量降低3 2 ％，同时降低了 浮选药剂用量和精矿脱水成本，提高了经济效益。 分速浮选工艺。分速浮选是依据颗粒浮选速度 差异进行浮选的技术。分速浮选可以实现有用矿物 的早收快收，减少次生矿泥的污染[ 14 。。 2 ．2 铜镍硫化矿选矿捕收剂研究进展 铜镍硫化矿捕收剂的研究工作主要集中在寻找 对硫化镍兼具捕收能力和选择性的药剂。 西北矿冶院开发的硫化铜镍矿捕收剂J - 6 2 2 主 要由二乙基硫氮丙烯腈酯、烷基或芳基黑药、醇类 起泡剂、松醇油起泡剂组成，具有一定的起泡性 能。在浮选金川公司二矿区富矿时，与丁基黄药相 比，采用J 一6 2 2 作为捕收剂，镍回收率提高 1 ．0 2 ％，铜回收率提高0 ．4 1 ％E 1 5 ] 。 广州有色院和株洲药剂厂联合开发的硫化矿捕 收剂Y 8 9 黄药比普通黄药的捕收能力强、选择性 好，与株洲药剂厂研制开发的另一种硫化矿捕收剂 万方数据 1 4 有色金属 选矿部分 2 0 1 3 年增刊 P N 4 0 5 配合使用，对铜镍硫化矿选别效果较好[ 1 引。 新型捕收剂B S - 4 能够在镍黄铁矿表面发生化 学吸附，对镍黄铁矿具有较强的捕收能力。采用 B S 一4 与丁基黄药组合作为捕收剂对金川二矿区富 矿进行浮选试验，在原矿含镍1 ．6 1 ％，铜0 ．5 7 ％， M g O2 7 ．4 3 ％时，可以得到含镍6 ．5 4 ％，铜2 ．3 2 ％， 氧化镁5 ．9 5 ％的混合精矿，镍、铜回收率分别为 9 1 ．4 7 ％和8 8 ．0 4 ％[ 1 7 ] 。 C 一1 2 5 是一种酯类捕收剂，对镍矿物的选择性 好，将其与硫化矿捕收剂丁基黄药组合使用，既可 保证目的矿物的回收，又能够提高精矿镍品位。工 业试验结果表明，使用C 一1 2 5 与丁基黄药组合代 替现场使用的丁基黄药和2 5 4 黑药组合，提高了精 矿品位和回收率[ 18 | 。 江西理工大学合成的捕收剂L P 0 1 对硫化铜 矿物有高效捕收能力，而对镍矿物捕收能力较弱， 采用此捕收剂经电位调控，可实现铜一镍矿物依次 优先浮选分离，也可用于铜镍矿物等可浮浮选分 离，有效地避免了因采用铜镍混浮铜镍分离工艺 所产生的铜镍分离不彻底，从而导致铜、镍精矿质量 差，铜、镍回收率不高，精矿中铜镍互含严重等问题。 2 ．3 铜镍硫化矿选矿调整剂研究进展 由于镍冶炼对氧化镁含量要求较高，含镁硅酸 盐脉石抑制剂的研究一直是铜镍硫化矿浮选药剂研 究的一个重要方面。 J C D 是西北矿冶研究院研制的一种新型硫化铜 镍矿浮选调整剂[ 19 | ，由T 一1 1 4 0 无机盐、2 9 号有 机聚合物和0 号中性油混合组成。在金川硫化铜镍 矿浮选中使用J C D 作为调整剂，抑制镁硅酸盐脉 石的浮选，在原矿镍品位1 ．4 5 ％、铜品位0 ．6 8 ％， 氧化镁含量2 4 ．6 5 ％的条件下，可以获得精矿含镍 6 ．4 8 ％、铜2 ．6 2 ％，镍、铜回收率分别达到8 8 ．9 8 ％ 和6 ．6 1 ％的选矿指标，精矿中M g O 含量降至6 ．1 5 ％。 组合抑制剂E P 可以与蛇纹石表面的镁发生络 合反应而抑制其上浮。采用E P 作为金川硫化铜镍 矿浮选时的脉石矿物抑制剂㈨，当原矿含镍1 ．6 1 ％、 铜0 ．5 7 ％、M g O2 7 ．4 3 ％时，可以得到镍品位6 ．5 4 ％、 铜品位2 ．2 3 ％、M g O 含量5 ．9 5 ％的精矿，镍回收率 9 1 ．4 7 ％，铜回收率8 8 ．0 4 ％。 酯化淀粉是淀粉与二硫化碳在碱性条件下发生 酯化反应生成的一种改性阴离子型淀粉。熊文良等 人使用酯化淀粉作为硫化铜镍矿中含镁脉石的抑制 剂[ 2 1 | ，取得了较好的选矿指标。 2 ．4 铜镍硫化矿选矿发展趋势及展望 镍可以通过类质同象形式存在于磁黄铁矿、黄 铁矿等硫化矿物中，因此，为了提高硫化铜镍矿的 浮选回收率，需要增大“含镍磁黄铁矿、黄铁矿” 的浮选速率，实现多种含镍硫化矿物的同步浮选， 同时需要强化微细粒硫化铜镍矿物浮选分离的基础 理论研究。 经济的快速发展导致资源消耗量越来越大，矿 产资源日趋匮乏，而实现矿产资源的综合利用是解 决这一问题的重要途径。为了提高硫化铜镍矿的综 合利用效率，设计开发高性能浮选药剂，根据矿石 性质优化工艺流程，开发高效磨矿与浮选设备是重 要的发展趋势。 冶炼技术的发展对精矿质量的要求不断提高， 因此，深入研究含镁脉石矿物难以抑制的内在机 制，提高精矿品位已成为当前硫化铜镍选矿技术的 一种明显发展趋势。 3 结论 1 硫化铜镍矿床的形成均与基性和超基性岩 有关，蚀变的发生导致原生硫化矿物与次生硫化矿 物交错共生，矿物组成复杂，给浮选分离带来困难。 2 铜镍硫化矿选矿要根据铜镍硫化矿的矿石 类型、矿物共生组合、嵌布特性、矿石品位和贵金 属含量等因素确定合适的选矿工艺及药剂制度。 3 实现多种含镍硫化矿物的同步浮选，深入 研究含镁脉石矿物难以抑制的内在机制，强化微细 粒矿物浮选分离的基础理论研究，设计开发高性能 浮选药剂，开发高效磨矿与浮选设备是铜镍硫化矿 选矿的重要发展趋势。 参考文献 [ 1 ] 朱凌霄．镍资源及综合利用[ J ] ．新疆有色金属，2 0 1 l 5 2 7 2 9 ． [ 2 ] U S AD e p a r t m e n to ft h eI n t e r i o r ．M i n e r a lC o m m o d i t y S u m m a r i e s2 0 0 7lM j ．W a s h i n g t o n ，U S A G e o l o g i c a l S u r v e y ，2 0 0 7 1 0 8 - 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4 1 ． ／≯ ／一 ／斗 ／≯ ／} ／≯ ／≯ 命 ／斗 ／斗 ／夺 ／孓 ／a ／n ／n ／佘 ／乱 ／会 ／佘 ／＼ 石卜 ／＼ ／＼ ／；＼ 石、 ／乱 ／乱 ／孔 ／乱 ／八乡 e ／；＼ 八乡拿 上接第1 4 页 大学学报，2 0 0 0 ，2 5 2 2 - 5 ． [ 7 ] B e a t t i eDA ，H u y n hL ，K a g g w aGB ．T h ee f f e c t o f p o l y s a c c h a r i d e s a n dp o l y a c r y l a m i d e so nt h ed e p r e s s i o n o ft a l ca n dt h ef l o t a t i o no f s u l p h i d e m i n e r a l sl Jj ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，1 9 6 ，7 ／8 5 9 8 6 0 8 ． [ 8 ] 梁冬梅，杨波．硫化铜镍矿的研究进展[ J ] ．现代矿 业，2 0 0 9 ，2 5 8 5 6 7 1 ． [ 9 ] M a l y s i a kV ，O “ C o n n o r b CT ，R a l s t o n cJ ，e ta 1 ． P e n d a n d i t e f e l d s p a r i n t e r a c t i o na n di t se f f e c to n s e p a r a t i o nb yf l o t a t i o n [ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo f M i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 0 2 ，6 6 1 1 2 ／3 ／4 8 9 1 0 6 ． [ 1 0 ] F e n gB ，F e n gQ ，L uY ．T h ee f f e c t o f l i z a r d i t es u r f a c e c h a r a c t e r i s t i c so n p y r i t ef l o t a t i o n [ J ] ．A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e ，2 0 1 2 ，2 5 9 2 5 1 5 3 1 5 8 ． [ 11 ] 梁冬梅．云南金平硫化铜镍矿石选矿试验研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 0 9 7 1 7 3 ． [ 12 ] S e n i o rGD ，T h o m a sSAD e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n t a t i o n o fan e wf l o w s h e e tf o rt h ef l o t a t i o no fal o wg r a d e n i c k e lo r e [ J lI n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ， 2 0 0 5 ，7 8 1 4 9 6 1 ． [ 1 3 ] N e w c o m b eB ，B r a d s h a wD ，W i g h t m a nE ．F l a s hf l o t a t i o n a n dt h e p l i g h t o ft h ec o a r s e p a r t i c l e lJJ ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 2 ，3 4 7 1 - 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