攀西某铜矿尾矿资源化利用研究.pdf

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０．００５２％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０２５３－６０９９（２０１９）０５－００４４－０５ＲｅｓｏｕｒｃｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｐｐｅｒＴａｉｌｉｎｇｓｆｒｏｍＰａｎｚｈｉｈｕａ-ＸｉｃｈａｎｇＲｅｇｉｏｎＹＡＮＧＪｉｎ-ｚｈｏｎｇ１，２，ＺＨＯＵＪｉａ-ｙｕｎ１，２，ＭＡＯＹｉ-ｌｉｎ１，２，ＣＨＥＮＸｉａｏ-ｑｉｎｇ１，２，ＬＩＵＸｉａｏ-ｆｕ１，２（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣＡＧＳ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＭｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣｈｉｎａＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｕｒｖｅｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｌｏｗ-ｇｒａｄｅｔａｉｌｉｎｇｓｆｒｏｍＰａｎｚｈｉｈｕａ-Ｘｉｃｈａｎｇ（Ｐａｎｘｉ）ｒｅｇｉｏｎａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＡｆｌｏｗｓｈｅｅｔｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆＣｕ-ＣｏｂｕｌｋｆｌｏｔａｔｉｏｎａｎｄＣｕ-Ｃｏｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｔａｉｌｉｎｇｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ０．０３９％Ｃｕａｎｄ０．００５２％Ｃｏ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅＣｕ-Ｃｏｂｕｌｋｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｇｒａｄｉｎｇ１３．３８％Ｃｕａｎｄ０．３２％Ｃｏｗｉｔｈｒｅｃｏｖｅｒｉｅｓｏｆ２１．１９％Ｃｕａｎｄ１７．２０％Ｃｏ．Ａｆｌｏｗｓｈｅｅｔｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｌｏｗｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｇｒａｖｉｔｙｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｎｕｓｅｄｔｏｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｅｂｕｌｋｆｌｏｔａｔｉｏｎｔａｉｌｉｎｇｓ，ｙｉｅｌｄｉｎｇａｎｉｒｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｇｒａｄｉｎｇ６０．９９％ＴＦｅａｔ７．１２％ｒｅｃｏｖｅｒｙａｎｄａｍｉｃａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｇｒａｄｉｎｇ８．６７％Ｋ２Ｏａｔ３０．６８％ｒｅｃｏｖｅｒｙ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｍｉｃａｉｓｓｅｐａｒａｔｅｄｏｕｔ，ｔｈｅｔａｉｌｉｎｇｓｉｓｕｓｅｄｔｏｐｒｅｐａｒｅｓｉｌｉｃｏｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｐｒｏｄｕｃｉｎｇａｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍｉｎｅｒａｌｓｉｌｉｃｏｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｗｉｔｈＳｉＯ２ｇｒａｄｅｏｆ３８．７５％．Ｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｓｅｍｅａｓｕｒｅｓ，ｔｈｅｃｏｐｐｅｒｔａｉｌｉｎｇｓｏｆＰａｎｘｉｒｅｇｉｏｎｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙｍｏｒｅｔｈａｎ５６％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏｐｐｅｒｔａｉｌｉｎｇ；ｍｉｃａ；ｓｉｌｉｃｏｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ；Ｃｕ-Ｃｏｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｃｏｐｐｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ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ＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ．３９ №５Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１９万方数据保护环境、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）／％ＣｕＳＣｏＴＦｅＰｂＺｎＶＴＲＥＯＦ０．０３９０．２９０．００５２７．６６０．０１１０．００５４０．０１８０．１１０．５８Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２Ｎａ２ＯＫ２ＯＣａＯＭｇＯＰ２Ｏ５Ａｇ１）Ａｕ１）１３．３４５２．０３２．９９３．２１５．７６２．２１０．６９７．１１０．１６１）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／％ＣｕＣｏＫ２ＯＳＣｕＣｏＫ２ＯＳ＋０．３１．１５０．１５４０．００５６３．１５０．２２４．４１１．０７１．１７１．３７－０．３＋０．１５１４．２９０．０６６０．００４３３．７５０．１２２３．５６１０．２１１７．４５９．３３－０．１５＋０．０７４３９．７４０．０３１０．００４６３．２００．１２３０．７７３０．４０４１．４２２５．９６－０．０７４＋０．０４５２７．１３０．０２６０．００６９２．７９０．２４１７．８２３１．４６２４．９２３５．８４－０．０４５＋０．０３８０．３８０．０５００．００８５１．９７０．３１０．４８０．５４０．２４０．６４－０．０３８１７．０１０．０５４０．００９３２．６７０．２９２２．９６２６．３２１４．８０２６．８６合计１００．０００．０４００．００６０３．０７０．１８１００．００１００．００１００．００１００．００对尾矿矿样进行粒级筛析表明，－０．１５＋０．０７４ｍｍ和－０．０７４＋０．０４５ｍｍ粒级中Ｃｕ、Ｃｏ、Ｋ２Ｏ、Ｓ均分布较多，细粒级－０．０３８ｍｍ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万方数据 4 * B3 A0g/t 0/ 10/ 21 0/ 220/ 2 ,0/A Z200 2A 10 7 12 ,0/A Z200 2A 10 7 12 ;4 ,0/A Z200 375 2.5 2 EA/;5 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１Ｔ。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。 **23 , 0 3 -0.074 mm0.074 mm D B623D3 D9 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－０．０７４ｍｍ粒级产品作为尾矿，剩余＋０．０７４ｍｍ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万方数据志量的各种肥料。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１２００ ℃，焙烧时间０．３３ｈ。 DD0 ,.63.,8 3 -DD0 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，２０１６，６（３）５－９．［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，２０１７（１）１－５．［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，２００９（３）３０－３１．［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，２００６，１２（６）４８－５４．［５］吕宪俊，连民杰．金属矿山尾矿处理技术进展［Ｊ］．金属矿山，２００５（８）１－４．［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，２０１５（５）２２－２４．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． �� 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