大洋富钴结壳工艺矿物学研究.pdf

2 0 1 9 年第2 期有色金属 选矿部分 1 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 9 ．0 2 ．0 0 1 大洋富钴结壳工艺矿物学研究 郜伟，肖仪武 北京矿冶科技集团有限公司矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 摘要为了更好地回收大洋富钴结壳中的有价元素，对该样品进行了系统的工艺矿物学研究。通过光学显微镜、扫描电 子显微镜、密度测定等仪器和方法，查明了大洋富钴结壳样品由结壳矿物和基岩脉石两部分组成，而结壳矿物由铁锰水合氧 化物和壳内脉石呈弥散状组成，钴赋存在铁锰水合氧化物中。研究结果表明，应对样品进行选矿预抛尾，后续通过湿法冶金 的方法有效回收钴。 关键词富钴结壳；铁锰水合氧化物；嵌布特征 中图分类号T D 9 1文献标志码A文章编号1 6 7 卜9 4 9 2 2 0 1 9 0 2 0 0 0 1 0 4 P r o c e s sM i n e r a l o g yR e s e a r c ho nC o - R i c hC r u s tf r o mt h eP a c i f i cO c e a n G A 0W P i ，X I A 0Y i w g B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ，S t a t eK e y L a b o r a t o r yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，B e i j i n g10 2 6 2 8 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt Ob e t t e rr e c o v e rv a l u a b l ee l e m e n t sf r o mo c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s t s ，t h es y s t e m a t i c p r o c e s sm i n e r a l o g ys t u d yw a sc a r r i e do u to nt h es a m p l e ．B ym e a n so fo p t i c a lm i c r o s c o p y ，s c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p ya n ds p e c i f i cg r a v i t ym e a s u r e m e n t ，i ti sf o u n dt h a tt h es a m p l e so fo c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s t sa r e c o m p o s e do fc r u s tm i n e r a l sa n db e d r o c kg a n g u e ．T h ec r u s tm i n e r a l sa r ec o m p o s e do fF e M nh y d r o u so x i d e s a n dg a n g u ei nt h es h e l l ，a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eg a n g u ei nt h es h e l la n dF e M nh y d r o u so x i d e sa r e o f t e nd i s p e r s e d ．C o b a l to c c u r si nF e M nh y d r o u so x i d e s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tc o b a l ts h o u l db ee f f e c t i v e l y r e c o v e r e db yh y d r o m e t a l l u r g ya f t e rd i s c a r d i n gt a i l i n gi na d v a n c ef o rt h es a m p l e s ． K e yw o r d s C o r i c hc r u s t ；F e M nh y d r o u so x i d e s ；d i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 富钴结壳是继大洋多金属结核之后人类发现的 又一重要海底多金属矿。与多金属结核相比，富钴 结壳主要赋存于水深较浅 8 0 0 ～30 0 0m 的海山、 海脊上部斜坡上，富含钴、镍等金属，广泛分布于国 际海底和一些国家的专属经济区。据不完全统计， 仅太平洋西部火山构造隆起带上，富钴结壳矿床潜 在资源量达1 0 亿t ，钴金属含量达数百万t [ 1 ] 。由于 富钴结壳中夹杂大量的脉石矿物，因此可采用选矿 预富集方法最大限度地剔除脉石矿物，为冶炼提取 钴、锰等有价成分提供优质原料，降低冶炼成本。为 了更好地解决这些问题，本文研究了富钴结壳中脉 石矿物和有价矿物的工艺矿物学特征，为选矿的预 抛尾和后续的冶金工艺提供依据。 1 样品简介 富钴结壳样品主要由结壳矿物和基岩脉石矿物 两部分组成。其中结壳矿物包含铁锰水合氧化物和 壳内脉石矿物两部分[ z ] 。 该富钴结壳样品中结壳矿物多呈厚板状，纹层 状、皮壳状覆盖在基岩脉石矿物之上，且结壳矿物内 常常包有灰白色、暗绿色壳内脉石矿物 图1 。但无 论基岩脉石矿物还是结壳矿物内的壳内脉石矿物， 都应该是选矿剔除的主要目的矿物，从而提高选矿 富集比。 图1 富钴结壳的产出特征 F i g ．1 C h a r a c t e r i s t i c so fC o r i c hc r u s t s 收稿日期2 0 1 8 1 1 - 1 6修回日期z 0 1 8 1 2 - 2 9 作者简介郜伟 1 9 8 5 一 ，女，河北固安人，硕士，高级工程师，从事工艺矿物学研究。 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 2 结壳矿物与基岩脉石矿物的相对 含量 为充分了解该样品中结壳矿物和基岩脉石矿物 的相对比例，在光学显微镜下对磁选入选粒度为 一1 ．2 5m m 的样品中的结壳矿物和基岩脉石矿物的 面积分别测量。经测算可知，结壳矿物与基岩脉石 矿物的面积比为1 ．6 1 。 利用1 ～2m m 综合样提纯结壳矿物和基岩脉石 矿物，然后分别用浸液法测得结壳矿物和基岩脉石矿 表1 T a b l e1 物的真密度，其测定结果分别为2 ．3 4 和2 ．7 2g ／c m 3 。 由以上数据计算可得，该样品的基岩脉石矿物的相对 含量为4 2 ％。 3 化学组成 对富钴结壳选矿综合样进行化学成分分析，其 结果见表1 。化学分析结果表明，该样品中C o 和N i 的含量分别为0 ．2 10 A 和0 ．1 8 ％，相对而言，C u 的含 量比较低，而P 的含量较高，F e 、M n 的含量分别为 9 ．1 2 ％和9 ．5 0 ％。 富钴结壳的多组分分析结果 M u l t i c o m p o s i t i o na n a l y s i sr e s u l t so fC O r i c hc r u s t s ／％ 组分C u Z nC oN iF eM nSP S i 0 2A 1 2 0 3 C a M g OK z ON a 2 0 C 烧失量 含量0 ．0 6 80 ．0 4 0 0 ．2 1 0 ．1 89 ．1 2 9 ．5 0 0 ．3 7 4 ．7 11 2 ．9 1 3 ．1 4 2 1 ．5 2 1 ．3 6 0 ．7 8I ．5 5 0 ．7 81 7 ．3 1 4矿物组成 通过扫描电镜、X 一射线衍射分析等手段查明，富 钴结壳样品主要以铁锰水合氧化物为主，其次为磷 灰石，少量的钙十字沸石、方解石、长石、伊／蒙混层 矿物、透辉石、石英、海绿石，微量的绿泥石、钛铁矿、 褐铁矿、二氧化硅胶体、重晶石、似水硅铁石、普通角 闪石、明矾石等。其矿物的相对含量见表2 。通过采 用光学显微镜、扫描电镜等手段均未发现钴的独立 矿物，钴以吸附状态存在于铁锰水合氧化物中[ 3 。4 ] 。 表2样品的矿物组成及相对含量 T a b l e2M i n e r a lc o m p o s i t i o na n dr e l a t i v ec o n t e n t 5样品中重要矿物的产出特征 5 ．1 铁锰水合氧化物 铁锰水合氧化物主要呈不规则状与基岩脉石矿 物共生产出 图2 ，部分铁锰水合氧化物与壳内脉石 混杂共生，这部分壳内脉石可以通过再磨矿使其与 铁锰水合氧化物实现解离 图3 。此外，通过M L A 对铁锰水合氧化物进行分析可知，铁锰水合氧化物 中常有细小的铝硅酸盐矿物和磷酸盐矿物产出，这 些矿物呈高度分散状嵌布在铁锰水合氧化物中，并 没有明显的富集区域，更没有清晰的接触界线[ 5 。6 ] ， 这部分壳内脉石将很难与铁锰水合氧化物分离 图 4 ；偶尔可见，铁锰水合氧化物与水羟锰矿、褐铁矿 紧密共生。 图2结壳矿物与磷灰石 基岩脉石 紧密共生 F i g ．2 C r u s t a lm i n e r a l sa r ec l o s e l ya s s o c i a t e d w i t ha p a t i t e b e d r o c kg a n g u e 图3铁锰水合氧化物与壳内脉石紧密共生 F i g ．3 F e M nh y d r o u so x i d e sd i s s e m i n a t e st i g h t l y w i t hg a n g u ei ns h e l l 万方数据 2 0 1 9 年第2 期 郜伟等大洋富钴结壳工艺矿物学研究 。3 。一 一 ．二二二．- - _ _ ．_ _ _ - - _ 。。’。‘。’’‘一 图4铁锰水合氧化物背散射电子图及重要元素面分布图 F i g ．4 B a c k s c a t t e re l e c t r o nm a po fF e - M nh y d r o u so x i d e sa n ds u r { a c ed i s t r i b u t i o no fi m p o r t a n te l e m e n t s 5 ．2 脉石矿物 该样品中脉石矿物主要为磷灰石，其次为硅酸 盐矿物如钙十字沸石、长石、伊／蒙混层矿物、透辉 石、石英等。脉石矿物主要作为基岩矿物与结壳矿 物紧密共生 图5 ，少部分作为壳内脉石充填在铁锰 水合氧化物中间，二者嵌布关系复杂，较难解离。 6 选矿综合样中铁锰水合氧化物的产 出粒度 在光学显微镜下用线段法对综合样中 o ～2m m 铁锰水合氧化物的粒度分布特征进行了统计，统计结 果见图6 。由图6 可知，铁锰水合氧化物以中、细粒为 主产出，少量以微粒、粗粒产出；在一1 0 弘m 粒级中，铁 锰水合氧化物的占有率为3 ．5 6 ％，这部分铁锰水合氧 化物单体解离极为困难，是影响其回收的因素之一； 在 7 4 肚m 粒级中，铁锰水合氧化物的分布率 为4 5 ．9 7 ％。 7 预抛尾的合理细度 现将样品磨至一7 4 肛m 分别占4 5 ％、5 0 ％、 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 5 5 ％、6 0 ％、6 5 ％、7 0 ％的磨矿细度，测定其铁锰水合氧化物的解离情况，其结果见表3 。 零 { } l L 忙 衄 图5长石、磷灰石与铁锰水合氧化物的嵌布关系 F i g ．5 D i s t r i b u t i o no ff e l d s p a r ，a p a t i t ea n dF e M nh y d r o u so x i d e s 1 ，4 一铁锰水合氧化物；2 一磷灰石；3 一长石 1 ，4 - F e M nh y d r o u so x i d e s ；2 - a p a t i t e ；3 - f e l d s p a r 一累计 一含量 粒级／m m 图6样品中铁锰水合氧化物的粒度统计图 F i g ．6 G r a i ns i z ed i s t r i b u t i o no fF e - M nh y d r o u so x i d e s 表3 不同磨矿细度下铁锰水合氧化物解离特征 T a b l e3T h el i b e r a t i o no fF e M nh y d r o u so x i d e s ／％ 下转第1 0 页 万方数据 1 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 I - 3 - 1 李俊旺，孙传尧，印万忠，等．应用模糊逻辑研究粒度对方 铅矿浮选动力学的影响[ J ] ．东北大学学报 自然科学 版 ，2 0 1 2 ，3 3 2 2 7 9 - 2 8 3 ． [ 4 ] 邱仙辉，于洋，张春菊．鞣酸体系下黄铜矿与黄铁矿浮 选动力学分析I - J - 1 ．化工进展，2 0 1 6 ，3 5 7 2 2 5 8 2 2 6 2 ． [ 5 3 孙小俊，顾帼华，李建华，等．捕收剂C S U 3 l 对黄铜矿和 黄铁矿浮选的选择性作用[ J ] ．中南大学学报 自然科学 版 ，2 0 1 0 ，4 l 2 4 0 6 4 1 0 ． [ 6 ] 罗仙平，邱廷省，方夕辉，等．黄铁矿低碱介质高效有机 抑制剂的选择及其机理研究[ J ] ．江西科学，2 0 0 1 ， 1 9 2 7 9 8 3 ． [ 7 ] L I UG U A N G - Y I ，Z H O N GH O N G ，X I AL I U - Y I N ，e ta 1 ． I m p r o v i n gc o p p e rf l o t a t i o nr e c o v e r yf r o mar e f r a c t o r yc o p p e r p o r p h y r yo r eb yu s i n ge t h o x y c a r b o n y lt h i o u r e aa sac o l l e c t o r [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 1 ，2 4 8 1 7 8 2 4 ． [ 8 ] Y A N GF A N ，S U NW E I ，H UY U E H U A ．Q S A R a n a l y s i so fs e l e c t i v i t yi nf l o t a t i o no fc h a l c o p y r i t ef r o m p y r i t ef o rx a n t h a t ed e r i v a t i v e s X a n t h o g e nf o r m a t e sa n d t h i o n o c a r b a m a t e s E J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 2 ，3 9 1 4 0 1 4 8 ． [ - 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