硫化铜与含钴黄铁矿低碱度分离新工艺研究.pdf

第3 0 卷第1 期 2 0 1 4 年2 月 湖南有色金属 H U N A NN O N F E R R O U SM E T A L S 5 硫化铜与含钴黄铁矿低碱度分离新工艺研究 庞威1 ’2 1 ．湖南有色金属研究院，湖南长沙4 1 0 1 0 0 ；2 ．复杂铜铅锌共伴生金属资源综合利用 湖南省重点实验室，湖南长沙4 1 0 1 0 0 摘要针对海南某铜钴硫矿床，通过对其进行工艺矿物学研究查清其有用矿物的赋存状态和嵌布 特征，并依此确定其最终的选矿工艺流程和药剂制度。研究表明，原矿中的钴矿物主要以晶格取代 的形式赋存于黄铁矿和毒砂之中，试验针对其工艺矿物学特性采用铜钴硫混合浮选流程，混合精矿 再分离得到铜精矿和硫精矿，其中钴矿物大部分进入硫精矿之中，实现了对有价金属最大限度的回 收。铜硫分离使用石灰 S H 组合抑制剂，S H 可部分替代石灰实现在较低碱度条件下对黄铁矿的 抑制作用。 关键词浮选；铜硫分离；抑制剂；低碱度 中图分类号T D 9 2 3文献标识码A 文章编号1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 1 4 0 1 0 0 0 5 0 4 随着复杂多金属硫化矿浮选分离研究的深入， 新型捕收剂、抑制剂广泛应用于改变传统浮选工艺 的范例日益增多，在抑制剂研究领域，使用新型有机 抑制剂取代传统石灰以改善铜硫分离、铅硫分离作 业中贵金属回收率低、管道易垢结的研究已成为浮 选药剂研究领域的热点_ l - 3 1 。 试验矿样取自海南某钴铜硫矿床，对该矿石进 行工艺矿物学研究以分析其有价矿物的特征，重点 分析了C u 、c o 两种金属在原矿中的赋存状态及其嵌 布关系。研究表明，原矿中可回收元素为C u 、C o 和 S ，其中铜主要赋存于原生黄铜矿、辉铜矿等硫化铜 矿物中，该部分铜矿物可通过传统的硫化铜浮选回 收；通过电子探针微区能谱半定量分析发现，钴在原 矿中的独立矿物很少，主要以晶格取代的形式替换 了黄铁矿 F e S 和毒砂 F e A s S 中的F e 2 从而赋存 于黄铁矿和毒砂之中，并有微量钴取代了黄铜矿 C u F e S 和绿泥石 M g ．F e ．A I ， O H 6 { M g ．F e ．伽 3 一 [ s i ．A 1 。O ．。] O H } 中的F e 2 而赋存于其中。由 此可以推断，钴金属主要以硫精矿的形式产出，这对 矿山经济评估和为下一步选矿流程的确定提供了有 效依据。 试验研究根据已有的工艺矿物学分析确定了混 作者简介庞威 1 9 8 6 一 ，男，助理工程师，主要从事有色金属选矿工 艺研究及设计技术工作。 合浮选流程。3 j 。在磨矿细度为7 2 ％一7 4 “m 的条件 下即可基本达到矿物问的单体解离，采用碳酸钠作 为调整剂，丁黄药 B P 为捕收剂进行铜硫钴混合浮 选；铜硫钴混合精矿在C a O S H 为组合抑制剂，硫 氮为捕收剂的条件下进行铜硫分离，在其原矿含铜 1 ．0 3 ％、钴0 ．2 6 ％的条件下，可得到含铜1 8 ．8 6 ％、含 钴0 ．7 1 ％的铜精矿、含硫4 0 ．0 5 ％、含钴1 ．2 5 ％的硫 精矿，其中铜、钴的回收率分别为8 2 ．3 5 ％，7 2 ．5 1 ％。 l 矿石工艺矿物学研究 1 ．1 原矿组成分析 矿石的主要成分是S i O 、F e 、S 、A I O ，及少量的 M g O ，主要有价元素为C u 、S 、C o 及少量的z n 、B i 、P b 。 前者是构成矿石中主要造岩矿物的石英S i O 和铁鳞 绿泥石 M g ．F e ．A 1 3 O H 6 { M g ．F e ．A 1 3 一 [ S i ．A I 。O ．。] O H } 的主要组成成分；后者为主 要造矿矿物黄铜矿C u F e S 、辉铜矿C u s 、黄铁矿 F e S 及极少量毒砂F e A s S 、钴毒砂 F e ．c o A s S 、辉砷 钴矿C o A s S 、辉铋矿B i O ，、辉铅铋矿P b B i S 。、闪锌矿 Z n S 、方铅矿P b S 等金属硫化物的组成成分。矿物的 多元素分析结果见表1 。 万方数据 6 湖南有色金属第3 0 卷 表1 原矿多元素分析结果 ％ 成分 含量 10 2O ．0 2 1 0 ．0 2 57 ．0 30 ．0 87 ．8 50 ．2 8 成分S i 0 2 C a O M g O A 1 2 0 3 B iA u A g 含量7 6 ．6 7 0 ．7 20 ．7 22 ．9 1 0 ．0 1 3微l O 注A u 、A g 单位为g ／i 。 1 ．2 矿物组成 矿石的主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿 及很少量的斑铜矿、铜兰、辉铋矿、辉铅铋矿、辉砷钴 矿、毒砂、磁黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、方铅矿、磁铁矿 等，非金属矿物以石英、绿泥石、绢云母为主，此外还 有少量方解石、白云石、高岭石等粘土矿物。试样主 要矿物组成及其相对含量见表2 。 表2原试样主要矿物组成及其相对含量 ％ 1 ．3 C u 、C o 的赋存状态 1 ．3 ．1C u 的赋存状态 原矿中C u 的赋存状态见表3 。 表3矿样铜物相分析结果 ％ 由表3 结果可看出，铜主要赋存在原生黄铜矿、 方黄铜矿及次生辉铜矿中，极少量赋存在斑铜矿、铜 兰等次生硫化物中。 1 ．3 ．2 C o 的赋存状态 钴在矿石中的赋存形态主要有三种 1 ．钴的独立矿物辉砷钴矿 C o A s S ，量很少，粒 径也很细。 2 ．金属硫化物中c 0 2 置换F e 2 钴在毒砂 F e A s S 、黄铁矿 F e S 、黄铜矿 C u F e S 中，c 0 2 不同 程度的取代这些矿物中的F e 2 ，由于毒砂矿物含量 甚少，通过黄铁矿／黄铜矿单矿物中钴的电子探针微 区能谱半定量分析比较，可见钴置换黄铁矿中的铁 明显高于黄铜矿中的铁。 3 ．C 0 2 置换绿泥石中的F e “而赋存在绿泥石 等含F e 2 硅酸盐中，结合选矿不同产品中C o 的分布 率也可看出，试样中的钴主要存在于硫精矿中，其分 布状况见表4 。 表4 选矿产品中钴的分布率 ％ 由表4 结果可以看到硫精矿中的c o 的品位明 显高于铜精矿中的c o 品位，即在浮选过程中钴金属 的走向为硫精矿。 2 选矿工艺流程的确定及试验 2 ．1 选矿原则流程的确定 根据工艺矿物学特征分析，可以看出该矿床可 回收的元素主要为C u ，c o 和s ，铜矿物主要为易浮 的硫化铜矿物，而钴主要以晶格取代的形式赋存于 黄铁矿之中，为实现对资源的综合利用，及考虑后续 建厂可控性，选择混合浮选的方式对该矿石进行试 验，其原则流程如图1 所示。 图1试验方案原则工艺流程 2 ．2 混合浮选 2 ．2 ．1 磨矿细度条件试验 在考察磨矿细度对混合浮选粗选所得粗精矿的 品位和回收率影响的过程中，以磨矿细度为变量，固 定粗选捕收剂丁黄药 B P 用量为7 0g ／t 4 0g ／t ，粗 选调整剂为碳酸钠，用量为4 0 0g ／t ，试验流程如图2 所示，试验结果如图3 所示。 万方数据 第1 期 庞威硫化铜与含钴黄铁矿低碱度分离新工艺研究 7 药剂用量 时间单位 原矿 否磨矿细度变量 3 ’{ 碳酸钠4 0 0 2 ‘} 丁黄药 B P7 0 4 0 铜硫混浮 粗精矿 图2粗选条f 尾矿 武验原则流程 图3磨矿细度条件试验 由图3 曲线可以看出，随着磨t , 7 。细度的增大，粗 精矿的中铜钴的回收率增大，因产率的提高铜品位 有所下降，综合考虑磨矿成本的因索，选择最适磨矿 细度为一7 4I a ．m7 2 ％。 2 ．2 ．2 铜硫分离抑制剂种类条件试验 混合浮选所得的粗精矿含铜约为4 ．6 c ／k ，含钴约 为1 ．0 9 ％，粗选产率在磨矿细度为一7 4 ⋯、7 2 ％的 条件下为2 5 ％左右，为得到标准的铜精矿和硫精矿， 需对所得到的粗精矿进行铜硫分离作业。■业上铜 硫分离常使用石灰作为黄铁矿的抑制剂，m T T i 为了实 现对黄铁矿的有效抑制，常加人大量的石灰调浆至 p H 值为1l ～1 2 高碱工艺 ，该高碱工艺容易造成 工厂矿浆输送管道结垢板结，精矿泡沫发粘，对于含 伴生贵金属的矿石，高碱条件不利于贵金属的回 收。4 。故可通过研究成本和抑制剂效果与石灰接近 的黄铁矿抑制剂替代或部分替代石灰来解决传统高 碱流程所遇到的问题。 常用的黄铁矿抑制剂主要为有机抑制剂，按分 子量的大小可分为小分子抑制剂和高分子抑制剂， 小分子抑制剂如巯基乙醇、腐植酸钠等，高分子抑制 剂如糊精、古尔胶等，对于以上几种抑制剂的抑制效 果和抑制机理，国内外均有研究和探讨’，但因成 本、原料的限制未能取代彳i 灰的地位该试验使用 一种新型的大分子抑制剂S H ，其原料为化j l 生产尾 料，成本接近于石灰，加入矿浆中对溶液p H 值无明 显影响，试验对比在相同用量条件下只使用石灰和 石灰与S H 按1 3 用量配I L m ．1 ，对黄铁矿纯矿物浮选 回收率和矿浆p H 的影响。浮选流程及结果分别如 图4 、图5 所示。 量铁矿纯矿物2q 时间单位m i n 蒸馏水4 0 m L 3 ’女抑制剂变量 2 女捕收剂 1 ’女起泡剂 浮选精矿 雪4黄铁矿纯 9 0 8 0 举7 0 斟6 0 联 面5 0 b4 0 埘旺 “3 0 2 0 10 浮选 浮选尾矿 9 制利对比试曩 抑制剂用量／1 0 ’t o o l L 图5黄铁矿纯矿物抑制剂对比试验结果 【f { 图5 曲线叮以看H { ，在相同川量的条件下，彳i 灰与白．灰 S H 随着用量的增大，郁口r 以达到对黄铁 矿相同的抑制效果，这表f j J jS H 叮起到部分替代石灰 的作用；同时可以看出，r i 厌 S H 用量的增多致使 矿浆p H 值增大，但增大的幅度远没有单独加相同用 量的彳i 灰大，也就是说，叮以通过调整石厌 S H 』玎 量既町以达到对黄铁矿的有效抑制，又可使矿浆p H 值维持在较低的水平。如此可以实现抑制黄铁矿由 传统的“高碱工艺”向“低碱工艺”的转变 该试验在石灰 S H 用量为20 0 0g ／t 时，此时矿 浆p H 值稳定在9 ～1 0 ，在对粗精矿进行铜硫分离作 业后，得到铜粗精矿和硫钻精矿，其中铜粗精矿含铜 1 6 ．4 5 ％，含C o0 ．8 2 ％，铜粗精矿的产率在分离作业 万方数据 8 湖南有色金属第3 0 卷 中为1 4 ．2 2 ％；硫钴精矿含铜2 ．6 6 ％，含C 0 1 ．0 7 ％， 硫钴精矿的产率在分离作业中为8 5 ．7 8 ％。由工艺 矿物学分析可知，选矿产品中钴的走向是跟随硫的， 根据该作业指标可反推出分离作业过程中钴在钴硫 精矿中的回收率达到了8 8 ．7 3 ％，该结果亦可以说明 药剂用量g ／l 时间单位m i n 使用组合抑制剂替代单一石灰抑制黄铁矿是成 功的。 2 ．3 全流程闭路试验 在已有的条件试验基础上进行了混合浮选闭路 试验，试验流程如图6 所示，试验结果见表5 。 原矿 堕l 垄三 3 ’ 石灰 S H5 0 0 15 0 0 2 ’} 硫氮5 0 铜硫分f 离粗选 _ 一L 一 图6 2 ’ B P 2 r N N2 0 3 0 _ ／T ’． 一 _ _ 扫选二 E 2 ’ 3 一一1 、J 硫精矿 全流程闭路试验流程 表5全流程闭路试验结果 ％ 产品私称产率 品位同收率 C uC oSC uC oS 3 结论 1 ．矿石的二I 艺矿物学研究是确定选矿工艺流程 的基础，通过详尽的工艺矿物学的研究可以明确清 晰地查清原矿中有价金属的赋存状态，嵌布特征和 嵌布粒度，从而评估和预测该矿石的可选性，并对已 定流程后的选矿指标作出评价。 2 ．该钴铜硫多金属矿主要化学成分是S i O 、F e 、 2 B P7-020’女 昔药1 扫I 选三 E j l ] s 、c u 、A I ，O ，等，主要有价元素为C u 、S 、C o 等。原矿 含C u1 ．0 2 ％、S7 ．0 3 ％、C o0 ．2 8 ％。主要金属矿物 为黄铁矿、黄铜矿等，非金属矿物以石英、绿泥石、绢 云母为主。铜矿物以黄铜矿为主，钴主要赋存在黄 铁矿中，少数赋存在黄铜矿、毒砂中，个别很细小的 钴的独立矿物辉砷钴矿充填在黄铜矿紧邻的石英显 微裂隙中，还有部分钴分散在绿泥石中。由工艺矿 物学分析可知，选矿后钴金属主要富集在硫精矿中。 3 ．选择混合浮选流程处理该矿石，可实现对有 价金属最大限度的回收，闭路试验结果为铜精矿含 c u1 8 ．8 6 ％，含C o0 ．7 1 ％，铜回收率为8 2 ．3 5 ％，钴 回收率为11 ．2 9 ％；钴硫精矿含钴1 ．2 5 ％，含硫 4 0 ．0 5 ％，钴回收率为6 1 ．2 2 ％，硫回收率为7 9 ．2 6 ％。 其中总钴的回收率可达到7 2 ．4 9 ％。 下转第2 9 页 万方数据 第1 期王兴，等烟化炉渣粒化工艺设计分析 2 9 D e s i g na n dA n a l y s i so nF u m i n gF u r n a c eS l a gG r a n u l a t i o nP r o c e s s W A N GX i n g ．W UX i a o - s o n g C h a n g s h aE n g i n e e r i n ga n dR e s e a r c hI n s t i t u t eL t d ．o f N o n f e r r o u sM e t a l l u r g y ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 1 ，C h i n a A b s t r a c t I nv i e wo ft h ep r o b l e mi nt h ef u m i n gf u m a c es l a gb a de n v i r o n m e n t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e saN e ws l a gg r a n u - l a t i o np r o c e s s ．T h r o u g ht h i sp r o c e s s ，s l a ga n dw a t e rc a nb ee f f e c t i v e l ys e p a r a t e d ，t h es t e a mg e n e r a t e df r o ms l a gg r a n u 。 l a t i o np r o c e s sc a nb ec o n c e n t r a t e dd i s c h a r g e ，a n di ti m p r o v e st h ep r o d u c t i o ne n v i r o n m e n tg r e a t l y ． K e yw o r d s l e a ds m e l t i n g ；f u m i n gf u r n a c es l a g ；s l a gg r a n u l a t i o np r o c e s s 球水础水础带水州尔水础水水水水尔带水水尔水水水水水带尔水水水水水水删硝水州珂W W h ∽饥饥W 上接第8 页 4 ．混合浮选得到的混合精矿进行铜硫分离时， 因考虑到高碱工艺对选矿过程造成的不利影响，试 验选择了组合抑制剂石灰 s H ，根据单矿物试验和 实际矿石试验结果可知，s H 可以部分替代石灰，实 现抑硫工艺从传统的“高碱工艺”向“低碱工艺”的 转变。 参考文献 [ 1 ] 欧乐明，冯其明，陈建华，等．低碱度铜硫分离新工艺工业应用 [ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 1 ， 2 9 一1 2 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 陈代雄，杨建文，李晓东．高硫复杂难选铜铅锌选矿工艺流程 试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 ， 1 9 1 4 ． 陈代雄，杨建文，李观奇，等．高海拔地区复杂铜铅锌多金属硫 化矿浮选试验研究及应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 9 ， 6 l 一6 ． 邱廷省，方夕辉，钟常明．几种黄铁矿抑制剂的抑制性能比较 [ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 5 ， 3 6 9 ． 刘润清，孙伟，胡岳华，等．巯基类小分子有机抑制剂对复杂硫 化矿物浮选行为的抑制机理[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 6 ， 4 7 4 6 7 5 1 ． 收稿日期2 0 1 3 1 0 1 2 N e wM i n e r a lP r o c e s s i n gR e s e a r c ho nt h eS e p a r a t i o nB e t w e e nC o p p e r S u l p h i d ea n dC o b a l t b e a r i n gP y r i t e su n d e raL o wA l k a l i n i t y P A N GW e i l ，2 1 ．H u n a nR e s e a r c hI n s t i t u t eo fN o n f e r r o u sM e t a l s ，C h a n g s h a4 1 0 1 0 0 ，C h i n a ；2 ．H u n a nP r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o r y o fC o m p l e xC o p p e rL e a dZ i n cA s s o c i a t e dM e t a lR e s o u r c e sC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ，C h a n g s h a4 1 0 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h r o u g hm i n e r a l o g i c a ls t u d i e so fac o p p e r c o b a l ts u l f i d ed e p o s i ti nH a i n a nP r o v i n c et oi d e n t i f yt h eo c c u r - r e n c ea n de m b e d d e dc h a r a c t e r i s t i c so fu s e f u lm a t e r i a l s ，i t sf i n a lm i n e r a lp r o c e s s i n gf l o w s h e e ta n dt h er e a g e n ts y s t e m c a nb ed e t e r m i n e d ．S t u d i e sh a v es h o w nt h a tc o b a l tm i n e r a l so ft h eo r e sa r em a i n l yi no c c u r r e n c es t a t e si np y r i t ea n d a r s e n o p y r i t ei nt h ef o r mo fl a t t i c es u b s t i t u t i o n ．C o n s i d e r i n gi t sm i n e r a l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，m i x e df l o t a t i o np r o c e s so f t h ec o p p e ra n dc o b a l ts u l f u i d eo r e si sa p p l i e di nt h ee x p e r i m e n t ．C o p p e ra n ds u l f u rc o n c e n t r a t e sa r eo b t a i n e dr e s u l t i n gf r o ms e p a r a t i o no fm i x e dc o n c e n t r a t ea n dm o s to fc o b a l tm i n e r a l se n t e ri n t os u l f u rc o n c e n t r a t e ，a c h i e v i n gt h em a x i m u mr e c o v e r yo fv a l u a b l em e t a l s ．L i m e S Hc o m b i n e di n h i b i t o ma r eu s e di nt h es e p a r a t i o no fc o p p e ra n ds u l p h u r ， a n dS Hc a np a r t l yr e p l a c el i m et oa c h i e v es e p a r a t i o no p e r a t i o nu n d e rl o w e ra l k a l i n i t yc o n d i t i o n s ． K e yw o r d s f l o a t a t i o n ；c 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