有效回收甘肃某低品位铜镍混合矿的工艺矿物学研究.pdf

6 有色金属 选矿部分2 0 1 4 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 明j s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 4 ．0 3 ．0 0 2 有效回收甘肃某低品位铜镍混合矿的工艺矿物学研究 唐广群1 ，王虹2 ，马松博2 1 ．中国恩菲工程技术有限公司，北京1 0 0 0 3 8 ；2 ．金川集团股份有限公司选矿厂，甘肃金昌7 3 7 1 0 0 摘要通过工艺矿物学研究，在查明甘肃某低品位钢镍混合矿中的有价组分、赋存状态、矿物组成、次生蚀 变、嵌布粒度及结构、构造等特性的基础上，探讨分析矿石中达到工业利用品级的镍矿物和铜矿物的回收价值及利用 途径。建议采用分段磨矿、分段选别的工艺流程。在细磨的磨矿条件下得到铜镍混合精矿。 关键词工艺矿物学；铜镍混合矿；赋存状态；镍矿物；铜矿物 中图分类号1 D 9 5 2 ；1 D 9 5 4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 4 0 3 - 0 0 删4 S t I l d y 佃P r 帆e 鹋M i m r a I o 留f o r 删V e I yR e ∞v e 咖gB u 墩C 叩p e 卜N i c k e lC o n c 蚰t m t e f 胁aL o w G r a d eC u ．N iO №o fG a 碰m z A ⅣGG 嘲鲫u n l ，黝ⅣG 丑- o 时，ms D 啦护 】．饥讹删E 吲n 硎叼C D 印僦抗册，眈承叼I D D D 3 8 ，饥i 眦； C D n 伽加研。厂 m ，l 讯u 吼G m 印C D ．，工翻．，m ，l c №叼G 口凇“帘7 I o D ，傩i ㈣ A b s 打a c t T h m u g l lt h ep r o c e s sI I I i n e r a l o 影咖d y ，a f I e rv e r i f i c 撕帆t I l ep r o p e n i e si n t l l e l o w 一黟a d e C u N im i 】【e do r eo fG a I l s u ，s u c ha sv a l u a b l ee l e m e n t s ，0 c c u n ℃n c es t a t e ，I n i r l e r a l c o m p o s i t i o n ，s e c o n d 揶了 a l t e 觚o n ， s i z ed i s s e m i n a t i o n ，s 垃u c t I I r ea n dc o n s t l u c t i o n ，e t c ．T h er e c o v e m b l ev a l u e 锄du t i l i z a t i o nw a yo f n i c k e l锄d c o p p e rn l i n er a l s t h a tr l e ∞h e st l l e i n d u s t r i a l 伊a d e w e r e i n v e s t i g a t e d a I l d a I l a l y z e d ． I tw 鹤 鲫g g e s t e d t h a ta d o p t i n gt h ep l 佻e 鸥o fs t a g e 面n d i n g 甜l ds t a g es e p 啦6 0 n ，t l l e c o Ⅸ e r a I l dn i c k e lb u l k c o n c e n t m t ec o u l db eo b t a i n e du n d e rf i n e n e s s 酣n d i n g ． K e yw I D r d s p r o c e s sI n i n e r a l o g y ； I l l i x e dc o p l 燃一n i c k e lo r e ；o c c 峨n c e 她t e ；l l i c k e ll n i n e r a l ； c o p p e r m j n e l ．a l 目前，镍矿床最重要的工业类型是硫化铜镍矿 床，可通过选矿富集减少后期处理的物料量，冶炼 能耗较低，资源综合利用好；其次是红土型镍矿 床，采出的矿石不能通过选矿显著富集，而是直接 采用冶金的方法处理，投资和运行成本很高，利用 规模普遍有限【1 ] 。我国已探明的镍矿有7 0 余处， 总储量为8 0 0 多万t ，基础储量10 0 0 多万t ，占世 界第8 位，其中硫化镍矿约占总储量的8 7 ％，氧化 镍矿约占1 3 ％。主要分布在甘肃、四川、云南、青 海、新疆、陕西等1 5 个省、自治区中，其中甘肃 最多。2 0 1 0 年甘肃省镍矿产量占全国产量的约 9 0 ％，镍矿资源储量占全国储量的约7 0 ％[ 2 | 。 甘肃某铜镍混合矿床含矿岩体为二辉橄榄岩， 侵入下元古界深变质岩中，矿石次生蚀变强烈， 性质复杂，人选矿石品位低。基于矿石的工艺矿 物学特性是确定选矿工艺流程及工艺参数的重要依 据[ 川，为了高效、合理的回收利用这类矿石， 本文以查明矿石中主要矿物的工艺矿物学特性为基 础，注重寻找主要矿物之间的差异及联系，探讨矿 石中铜、镍矿物的工业利用价值和回收途径，并为 今后“优化工艺流程，提升选矿指标”提供精确、 全面、细致的矿物学支持。 1 矿石性质 1 ．1 矿物组成及化学成分 定量分析代表性样品，首先进行X 射线荧光 收稿日期2 0 1 4 _ o l 1 8修回日期2 0 l 伽3 一1 9 作者简介唐广群 1 9 6 8 一 ，男，内蒙古宁城人，高级工程师，主要从事选矿咨询设计工作。 万方数据 2 0 1 4 年第3 期唐广群等有效回收甘肃某低品位铜镍混合矿的工艺矿物学研究 7 光谱全元素定性分析，结合x 射线荧光光谱分析 结果，最后对光谱指示有价、有害以及含量较高的 元素进行化学分析，其中包括主要回收元素镍、 铜、钴及共伴生的有价元素金、银、铂、钯等，分 表1 T a b l e1 析结果见表l 。 矿石磨光薄片经显微镜下观察、X 射线衍射分 析、电子探针及主要金属M L A 自动矿物分析仪等 综合研究分析表明，矿石的组成矿物种类很多，主 原矿化学分析结果 M l l l t i e l e 啪n ta I I a l y s i sr e s u l to f1 1 l n o f _ I I l i n eo r e，％ 相别 硫化镍氧化镍硅酸镍 总镍 原生硫化铜次生硫化铜自由氧化铜结合氧化铜总铜硫化钴氧化钴硅酸盐中钴总钴 点查皇笪；Q2 2 l ；≥塑2z 2垒2l 墨l Q 2 塑；22 2 璺墨 ≥；垒笠2 要金属硫化物为镍黄铁矿、紫硫镍矿、黄铜矿、黄 铁矿，均为可供利用的工业矿物，此外磁铁矿、白 云石以及蛇纹石、绿泥石、透闪石、滑石等硅酸盐 矿物是矿石的主要矿物组成，还含有微量的贵金属 矿物砷铂矿和金银矿。矿石中金属矿物的含量低， 占矿物总量的6 ．O ％，金属硫化物含量更低，仅占 矿物总量的3 ．9 ％；非金属矿物含量高，占矿物总 量的9 4 ．0 ％，其中蛇纹石、绿泥石、滑石、白云石 的含量均较高。 1 ．2 有用元素化学物相分析及赋存状态 为了解矿石中铜、镍、钴在不同矿物类别中的 分布情况，对铜、镍、钴3 个有用组分进行了化学 物相分析，结果见表2 。 从表2 中可以看，硫化镍占矿石总镍的 6 6 ．0 ％，硫化铜占矿石总铜的7 7 ．6 ％，硫化钴占矿 石总钴的7 2 ．1 ％。按有色金属矿石类型划分标准， 此矿石属于铜镍混合型矿石。 矿石中镍主要分布于镍黄铁矿、紫硫镍矿中， 镍黄铁矿中分布的镍约占矿石总镍的3 2 ．5 0 ％，紫 硫镍矿中分布的镍约占矿石总镍的2 9 ．4 2 ％，二者 合计占6 1 ．9 2 ％。黄铁矿、黄铜矿中有类质同象镍 的存在，黄铜矿中的镍占矿石总镍的0 ．1 3 ％，黄铁 矿中的镍占矿石总镍的1 ．1 ％，此外磁铁矿、铬铁 矿中亦有类质同象镍的存在，磁铁矿、铬铁矿中的 镍约占矿石总镍的0 ．7 l ％，合计占1 ．9 4 ％，这部分 镍将随矿物一起进入精矿中。 氧化态的镍占矿石总镍的2 2 ．6 ％，其他分散在 硅酸盐脉石矿物中的镍占矿石总镍的1 1 ．3 ％，因 此，本矿石中无法有效回收韵镍占矿石总镍的3 3 ．9 ％。 铜基本上存在于独立的铜矿物黄铜矿 包括方 黄铜矿 中，少量的以墨铜矿形式存在，未见其它 铜矿物。脉石中铜的分散量很少。黄铜矿中的铜占 矿石总铜的7 8 ．5 2 ％，此外黄铁矿、镍黄铁矿、紫 硫镍矿中的铜约占矿石总铜的2 ．0 1 ％，这部分铜将 随黄铁矿、镍黄铁矿、紫硫镍矿一起进入精矿。因 此，矿石中大部分铜可以回收利用，精矿中铜的理 论回收率可达8 0 ．5 3 ％。 1 ．3 矿石结构构造 该矿石结构多样，具有他形粒状、脉状、鳞片 状、叶片状、片状、自形晶粒状、格状、放射结核 状、网状、网脉状、交代残余状、树枝状、似鹿角 状、揉皱结构等；矿石构造主要有海绵晶铁构造、 半海绵晶铁构造、假海绵晶铁构造、斑杂状构造、 星点状构造、浸染状构造、角砾状构造等[ “] 。 2 矿石的次生蚀变 通过对矿石次生蚀变的观察研究，矿石中金属 矿物具有四大明显特征镍黄铁矿普遍被紫硫镍矿 蚀变交代；镍黄铁矿和紫硫镍矿在矿石中的含量近 于相等；黄铁矿明显存在早期、晚期两个期次，晚 期黄铁矿自形晶体完整、干净，以穿切其它矿物的 脉状体为多；磁黄铁矿很少见，而常见到的是黄铁 矿及硫含量明显不足的黄铁矿 过渡相 。这种含硫 不足的黄铁矿 过度相 ，既不是标准黄铁矿，又不 万方数据 8 有色含晨 选矿部分2 0 1 4 年第3 期 是标准的磁黄铁矿，这表明矿石经过明显的后期热 液蚀变。 从非金属矿物组合看，具有两大特征橄榄 石、辉石含量大幅度减少，而绿泥石、蛇纹石、透 闪石等次生矿物则成为主要的、含量较高的脉石矿 物；较多出现了自云石、菱镁矿、滑石等强蚀变次 生矿物。两者均反映出矿石曾受到强烈的后期热液 蚀变的影响。 后期蚀变的几个化学反应式可近似地表示为 2 M g ，F e 汹O H 卿s i o 硝。以嘣S i 舡 o H 冷2 F e n 1 橄榄石蛇纹石磁铁矿 3 M g ，F e 2 s i 舭 4 H 如舶一心唧5 O H 一脚一2 唧． 2 辉石蛇纹石 2 1 M g s i 0 3 6 C a ，F e s i 0 3 7 H 2 0 S i O 广 顽透辉石 M g ，F b i 4 0 ，“O H 一3 C a 2 M 舀 S i 4 0 ，， 2 O H 2 3 绿泥石透闪石 2 M 移 s i 鼽 o H 寸3 C o 厂唰则弗M g c 0 扣3 助 4 蛇纹石滑石菱镁矿 C a 2 M 9 5 S ∞1 1 2 0 H 4 C 0 广H 搬醛叩讨2 c a M g C 0 3 2 5 透闪石滑石白云石 1 、 2 式反应生成蛇纹石， 3 式反应生成 的绿泥石，它实际上属于蛇纹石的范畴， 4 、 5 式反应生成滑石、菱镁矿、白云石。前3 个反 应式可视为弱蚀变；后两个反应式可视为强蚀变。 由于矿石次生蚀变强烈，辉石、橄榄石转化为 绿泥石、蛇纹石、滑石、白云石等，使这些矿物含 量大幅度升高，特别是绿泥石、蛇纹石、滑石等影 响浮选指标的矿物含量的升高，给镍、铜矿物的浮 选富集带来了很大的困难，同时也是精矿中镁含量 高的主要原因。 3 有用矿物的工艺矿物学特征及嵌布 粒度 3 ．1 镍黄铁矿 F e ，N il ，s 8 镍黄铁矿化学组成中铁镍比接近于l 1 ，常 有类质同象混人物钴，含量为0 ．5 5 ％～2 ．3 7 ％，而且 钴含量与镍含量呈正相关关系，即镍高钴也高，有 时还含有硒、碲等。 镍黄铁矿是矿石中主要镍矿物之一，其含量约 占矿石中矿物总量的O ．5 ％。镍黄铁矿常和磁铁矿 紧密连生，二者呈网状、格子状、筛孔状嵌布，多 呈残余结构、网格结构和细粒浸染状结构；部分镍 黄铁矿呈细小粒状嵌布于脉石中。由于磁铁矿多里 细微的脉状穿插于镍黄铁矿中，使镍黄铁矿和磁铁 矿难以单体解离；部分镍黄铁矿和黄铜矿构成一种 特殊的“微晶集合体”，将“微晶集合体”中的铜、 镍分离难度很大。 3 ．2 紫硫镍矿F e № 紫硫镍矿为矿石中主要镍矿物之一，约占矿石 中矿物总量的0 ．5 ％，常含有类质同象混人物铜和 钴，类质同象混入物钴含量为0 ．8 6 ％～1 ．3 8 ％，类质 同象混入物铜含量为0 ．1 4 ％一3 ．2 4 ％。 一般呈半自形晶或细粒集合体交代镍黄铁矿和 黄铁矿，有时形成镍黄铁矿假象，常与镍黄铁矿、 黄铁矿、黄铜矿、方黄铜矿、磁铁矿等紧密共生。 紫硫镍矿蚀变严重，裂隙发育，裂隙中充填微细脉 状的磁铁矿或脉石矿物，常被磁铁矿严重交代，部 分紫硫镍矿和黄铜矿形成“微晶集合体”。紫硫镍 矿原生粒度较粗，大于1 0 恤m 者占9 0 ％，在常规 磨矿条件下易于单体解离，但紫硫镍矿中密集的磁 铁矿微脉则难以单体解离。 ”黄铜矿C u F e s 2 黄铜矿是矿石中最主要的、分布最广泛的铜矿 物，约占矿石中矿物总量的0 ．9 ％，混人物镍的含 量小于0 ．1 8 ％。 常呈他形粒状结构与黄铁矿、镍黄铁矿、紫硫 镍矿、磁铁矿密切共生。黄铜矿和磁铁矿紧密连 生，常被磁铁矿交代穿插，多呈残余结构；部分黄 铜矿沿脉石矿物的裂隙呈脉状分布；少量的黄铜矿 呈细小的 5 ～1 0p ．m 星点状分布在脉石中；可见 细粒的黄铜矿被极不规则的黄铁矿完全包围，似镶 边结构；偶见极细微的黄铜矿和镍黄铁矿或紫硫镍 矿，构成“微晶集合体”。 4 有效回收利用分析 通过对矿石的工艺矿物学研究分析，将这类矿 石有效回收利用的特点概括如下 1 矿石中含有镍、铜、钴、金、银、铂、铅、 铱、锇、钌、铑、硒、碲、铬等多种有价金属1 ，．属 超基性岩型铜镍多金属混合矿。矿石中镍、铜、钴 均达到工业利用品位，但镍含量偏低，属贫矿石 之列。 2 该矿石结构多样，矿物组成种类复杂，矿 石中主要镍矿物为镍黄铁矿、紫硫镍矿，它们的含 量相近；主要铜矿物为黄铜矿，这三种矿物均为可 供回收利用的工业矿物，此外矿石中主要矿物还有 万方数据 2 0 1 4 年第3 期唐广群等有效回收甘肃某低品位铜镍混合矿的工艺矿物学研究 9 磁铁矿、自云石以及蛇纹石、绿泥石、透闪石、滑 石等硅酸盐矿物，还含有微量的贵金属矿物砷铂 矿和金银矿。由于矿石经过强烈的次生蚀变，矿石 中含有大量的蛇纹石、绿泥石、透闪石、滑石等硅 酸盐矿物，给镍、铜矿物的浮选富集带来了很大的 困难，同时也是精矿含镁高的主要原因，可考虑在 浮选过程中添加对这类脉石矿物抑制性强的浮选药 剂，如六偏磷酸钠、古尔胶等。 3 镍黄铁矿常和磁铁矿紧密连生，部分镍黄 铁矿和黄铜矿构成“微晶集合体”。紫硫镍铁矿一 般呈半自形晶或细粒集合体交代镍黄铁矿和黄铁 矿，有时形成镍黄铁矿假象；部分紫硫镍矿和黄铜 矿形成微晶集合体。黄铜矿常呈他形粒状结构与黄 铁矿、镍黄铁矿、紫硫镍铁矿、磁铁矿密切共生。 由于金属硫化物普遍紧密共生，可将金属硫化物视 作一个回收单元，粒度明显粗于镍黄铁矿、紫硫镍 矿、黄铜矿单一矿物的粒度，这是有效回收矿石中 镍、铜矿物的有利条件。 4 从镍、铜矿物原生粒度测定结果可以看出， 镍、铜矿物在各粒级中均有分布，随着粒度变细， 有相对较小程度的富集。因此，应慎重考虑采用预 先脱泥，可采用阶段磨矿、阶段浮选工艺，注意各 粒级中镍、铜矿物的回收。镍黄铁矿小于0 ．0 4 硼 占6 0 ．9 7 ％，紫硫镍矿小于0 ．0 4 咖占4 9 ．7 1 ％，黄 铜矿小于0 ．0 4 衄占6 5 ．5 6 ％，这说明铜、镍矿物 粒度较细，进一步提高磨矿细度，有利于提高铜、 镍回收率及精矿品位，但小于0 ．0 1m m 粒级的含 量要严格控制。 上接第5 页 综上所述，针对该矿石的特点，为取得合理的 选矿效果，建议采用镍硫混合浮选镍硫分离流 程，若是采用选冶联合工艺综合回收镍、钴、硫和 铁，经济技术指标可能会更好。 参考文献 [ 1 ] 中华人民共和国国土资源都．中国矿产资源报告[ M ] ． 北京地质出版社，2 0 1 2 1 3 一1 9 ． [ 2 ] 编委会．矿产资源工业要求手 册[ M ] ．北京地质出版社，2 0 1 2 1 5 l 1 5 6 ． [ 3 ] 周晓文，龚恩毅，陈江安．赣南某红土镍矿工艺矿物学研 究及选矿方案论证[ J ] ．有色金属，2 0 1 1 ，6 3 2 1 9 4 ．1 9 8 ． 5 结论 1 矿石中有价元素种类繁多，其中镍、铜、 钴均达到工业利用品位，属超基性岩型铜镍多金属 混合矿，但含镍量偏低，属于贫矿石。矿石中主要 镍矿物为镍黄铁矿、紫硫镍铁矿，主要铜矿物为黄 铜矿，此外磁铁矿、白云石以及蛇纹石、绿泥石、 透闪石、滑石等硅酸盐矿物也是矿石中主要矿物成 分，还含有微量的贵金属矿物砷铂矿和金银矿。 2 鉴于该矿床中镍、铜矿物的赋存状态和粒 度分布特性，应慎重考虑采用预先脱泥，可采用阶 段磨矿、阶段浮选工艺，强化各粒级中镍、铜矿物 的回收；提高磨矿细度，严格控制小于O ．O l 一 粒级的含量；在浮选流程中添加对蛇纹石、绿泥 石、透闪石、滑石等硅酸盐矿物抑制性强的浮选药 剂，如六偏磷酸钠、古尔胶等；将铜、镍金属硫化 物视作一个回收单元，获得铜镍混合精矿，均有利 于提高铜、镍回收率和精矿品位，以及降低精矿中 镁的含量。 参考文献 [ 1 ] 李志茂，朱彤，吴家正．镍资源的利用及镍铁产业的发 展[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 9 1 2 9 3 2 ． [ 2 ] 程波．镍市的中国因素[ J ] ．中国金属通报，2 0 1 l 1 4 1 8 1 9 ． [ 3 ] 罗仙平，陈胜虎，王方汉，等．南京栖霞山铅锌银矿深部 矿石工艺矿物学研究[ J ] ．金属矿山，2 0 l O 6 9 0 _ 9 5 ，1 0 0 ． [ 4 ] 贾木欣．国外工艺矿物学进展及发展趋势[ J ] ．矿冶， 2 0 0 7 。1 6 2 9 5 9 9 ． [ 5 ] 徐莺，杨磊，刘飞燕。金川铜镍矿贫矿石选矿产品的工 艺矿物学研究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 3 3 5 2 5 5 ． [ 6 ] 任允超，刘瑞强，杨玮．某低品位镍矿石提镍降镁工艺 研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 l l 6 3 l 一3 3 ． [ 4 ] 任允超。刘瑞强，杨玮．某低品位镍矿石提镍降镁工艺 研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 1 6 3 l 一3 3 ． [ 5 ] 贾木欣．国外工艺矿物学进展及发展趋势[ J ] ．矿冶， 2 0 0 7 。1 6 2 9 5 9 9 ． [ 6 ] 曾令熙，黄亚琴，张志成。四川杨柳坪低品位镍矿工艺矿 物学特征[ J ] ．矿物岩石，2 0 0 7 ，2 7 3 2 3 2 7 ． [ 7 ] 李艳峰，费涌初．金川二矿区富矿石选矿的工艺矿物学 研究[ J 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