选铜尾矿综合回收铜硫铁试验研究

郭灵敏，洪建华，曹喜民

（1.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；2.江西铜业集团公司 城门山铜矿，江西 九江 332000）

选铜尾矿综合回收铜硫铁试验研究

郭灵敏1，洪建华2，曹喜民2

（1.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；2.江西铜业集团公司 城门山铜矿，江西 九江 332000）

在工艺矿物学研究的基础上，采用弱磁-脱泥-铜硫混浮-中矿集中脱泥工艺流程对高碱、高泥、品位低的城门山选铜尾矿进行了铜硫铁等有价元素的综合回收选矿试验研究。试验获得铜精矿铜品位8.29%、回收率为9.16%，硫精矿硫品位为48.40%、回收率为58.87%，铁精矿铁品位为56.70%、回收率为2.51%、尾砂产率为62.53%、含硫品位为0.17%。经脱泥选别后的尾砂主要由石英和钾长石组成、易发生氧化的金属硫化物硫含量低，已达到建筑材料硫化物含量（按SO3质量计）小于0.5%的要求、经筛析表明粒度适中，从技术指标看，适用于建材予以综合利用。

尾矿；弱磁选；预先脱泥；活化剂；中矿处理；硫化物含量

1 引言

目前城门山铜矿选矿厂处理能力近8000t/d（约270万t/a），年产尾矿约240余万t。截至2013年底，现有的刘家沟尾矿库尾矿堆存量已达到370.4 万m3，按目前的尾矿排放量计算，使用年限仅有5～8年，以后又将面临着征地建新尾矿库的问题［1］。由于矿山毗邻赤湖，周边海拔、地形均不太适合建设大容量的尾矿库，因此，遵循“减量化、再利用、资源化、减量化优先”的原则［2］，城门山铜矿提出了对尾矿资源进行综合利用的设想：通过选矿技术将尾矿中易发生氧化的金属硫化物硫含量降低至建筑材料的要求，将较大部分的尾矿用作建材，这样可大幅度减少尾矿堆存量，达到延长刘家沟尾矿库使用年限、减少对矿山周围生态环境的污染破坏的目的，通过回收尾矿中铜硫铁等有价组分，可促成经济效益、社会效益和环保效益多赢的新局面。尾矿综合回收和利用是衡量一个国家科学技术水平和经济发展水平的标志之一，是利在当代、功在千秋的事业［3］。

2 试样性质

2.1 主要化学成分分析

样品的化学多元素分析结果分别列于表1，铜、硫和铁的化学物相分析结果则分别见表2、表3、表4。

表1 样品的主要化学成分 %

表2 样品中铜的化学物相分析结果 %

表3 样品中硫的化学物相分析结果 %

表4 样品中铁的化学物相分析结果 %

2.2 矿物组成及含量

样品为灰白色的粉末样。经镜下鉴定、X射线衍射分析、扫描电镜分析和MLA（矿物参数自动分析系统）测定综合研究查明，样品中金属硫化物主要是黄铁矿，次为白铁矿、黄铜矿、斑铜矿和铜蓝，偶见辉铜矿、辉钼矿和闪锌矿；铁矿物含量较低，主要包括褐铁矿、单质铁和极少量的磁铁矿；脉石矿物以石英和钾长石居多，其次是绢云母、高岭石、绿泥石、蒙脱石和少量的石榴石、透辉石、透闪石、金红石、方解石和菱铁矿，其他微量矿物尚见斜长石、白云石、黑云母、铁滑石、重晶石、磷灰石、锆石和榍石等。根据镜下鉴定和MLA的测定，结合化学多元素分析和元素化学物相分析结果，计算得出样品中主要矿物的重量含量列于表5。

表5 样品中主要矿物的含量 %

2.3 主要矿物赋存状态

（1）铜矿物。包括黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿和铜蓝，以黄铜矿和铜蓝较为常见。铜矿物多为不规则粒状，以铜蓝为代表的次生硫化铜矿物交代其他铜矿物的现象十分普遍，呈单体产出的铜矿物占52.53%，其余以极贫连生体（颗粒中铜矿物的体积含量小于25%）所占比例最高，在-0.019mm的粒级中铜矿物的解离度达73.59%、呈极贫连生体产出者仍占20.10%。在铜矿物连生体中，与其嵌连关系较密切的矿物主要是石英，次为黄铁矿、长石、褐铁矿和绢云母等。

（2）黄铁矿和白铁矿。黄铁矿多为自形、半自形或不规则粒状，少数为圆粒状，个别由于氧化作用而发生褐铁矿化，粒度不甚均匀，个别粗者可达0.20mm左右，一般变化于0.01～0.10mm之间；白铁矿以晶体形态常为细小的板片状、具明显的双反射和非均质性而有别于黄铁矿，晶体粒度普遍在0.01mm以下，部分甚至小于0.005mm，少数聚合成不规则状集合体，可交代黄铁矿，但与铜矿物的嵌连关系并不十分密切。呈单体产出的黄铁矿（包括白铁矿）占94.55%，其余部分大多与石英镶嵌构成不同比例的连生体，少数与铜矿物、铁矿物、长石、绢云母和高岭石连生，连生方式以包裹型镶嵌居多，主要是微细的白铁矿和部分黄铁矿呈浸染状零星分布在脉石中从而致构成极为复杂的交生关系。

（3）铁矿物。包括磁铁矿和褐铁矿 其中磁铁矿偶见呈半自形粒状或不规则状，沿边缘可发生轻微的假象赤铁矿化，粒度0.02mm～0.2mm不等。褐铁矿分布相对较为广泛，多为孔洞较为发育的不规则团块状，胶状环带常见，局部经脱水作用可过渡为蛇曲状的水赤铁矿，部分交代铜矿物或黄铁矿，在交代强烈的颗粒中，铜矿物和黄铁矿可呈微细的残余出现，但本身又可被铜矿物交代，少数呈浸染状嵌布在脉石中，粒度粗者可达0.5mm左右，一般0.01mm～0.3mm。

（4）脉石矿物。主要以石英和钾长石居多，其次是绢云母、高岭石、绿泥石和蒙脱石等。其中石英呈细粒和微晶质两种形式产出，前者多为不规则碎屑状，粒度多在0.02mm～0.15mm之间；钾长石的产出形式与细粒石英基本一致，半自形板片状或不规则粒状，少数可发生不同程度的高岭石化。绢云母为细小的鳞片状，集合体为不规则状，少数因重结晶作用而发育为微细的片状白云母。高岭石、绿泥石和蒙脱石亦主要呈不规则状集合体产出，除部分与钾长石和微晶质石英（玉髓）集合体镶嵌外，大多见于细泥中。

2.4 粒度组成

为考查城门山铜矿现场全尾试样的粒度组成情况以及铜、硫在不同粒级分布特征，进行了粒度筛析，结果见表6。

表6 试样粒度筛析结果 %

全尾试样的粒度组成分布呈粗细不均，其中+0.15mm粗粒级产率占20.25%，其中铜分布率为20.28%、硫分布率为5.28%，说明粗粒级中铜分布率较高、而硫分布率低；-0.075mm含量占60.77%，而-0.019mm微细粒级含量高达在33.53%，其中铜、硫品位及分布率最高。-0.075mm+0.019mm粒级产率为27.24%，其中铜分布率为13.64%、硫分布率为37.43%，说明目前工艺对这部分铜矿物回收较好。

3 选矿试验

3.1 回收原则

为了简化流程，节省成本，选矿回收原则为不采用磨矿工序直接进行重、磁、浮联合选别作业，以回收尾矿中的铜硫铁等有价组分。

3.2 铁回收试验

城门山铜矿选矿厂磨矿采用半自磨+球磨工艺［4］，年处理矿石近270万t。考虑矿石在磨矿过程中，钢球作为磨矿介质会产生消耗，按磨矿钢球单耗约为0.7kg/t计，每年钢球消耗量多达1890多吨。根据工艺矿物学研究表明，试验样品中的铁矿物主要为褐铁矿和极少量的磁铁矿，为回收其中的强磁性铁矿物，有必要在实验室开展选铁试验，初步探索出其选铁回收工艺及选别指标。

采用Φ400mm鼓式电磁弱磁机进行了磁选探索试验，结果见表7。

表7 弱磁选试验结果 %

试验结果表明，当磁场强度为0.20T时，获得产率为0.16%、品位（TFe）为56.70%的铁精矿。铁精矿经镜检分析表明主要由金属铁、磁铁矿和褐铁矿等矿物组成。

3.3 硫回收试验从简单实用方面考虑进行单独回收硫试验方案。

3.3.1 试验方案

为充分回收尾矿中的黄铁矿等含硫矿物，针对其铜低硫高及含泥多等特点，尤其是其中一部分黄铁矿在生产选别流程中（铜硫分离）受到抑制其可浮性变差。回收试验方案采用脱泥、脱药、活化、捕收等措施。

3.3.2 试验结果

全尾试样采用螺旋溜槽预先脱泥进行选硫闭路试验，采用一粗一扫三精、中矿集中脱泥返回工艺流程，试验结果：硫精矿品位47.04%、 回收率为65.35%，获得产率62.63%，含硫品位为0.18% （SO30.45%）的尾砂。

表8 试样选硫闭路试验结果 %

3.4 铜硫回收试验

铜硫回收的关键是解决铜硫分离问题，探索试验结果表明，在铜硫混合浮选段采用高级黄药（戊黄药）作捕收剂、采用硫化钠作活化剂等将会导致铜硫分离难度加大。为此，乙基黄药与丁铵黑药作为组合捕收剂、硫酸作活化剂以改善铜硫分离效果。

3.4.1 抑制剂筛选试验

对含铜品位为0.29%左右的铜硫混合精矿要产出品位5.0%以上的铜精矿，富集比需达到18倍以上。黄铁矿的可浮性变化使铜硫分离难以控制，因此对黄铁矿的有效抑制是铜硫分离的难点之一［5］；选择有效的抑制剂是解决铜硫分离问题的关键点，为此有必要开展铜硫分离抑制剂筛选试验（给矿样为铜硫混合精矿），试验结果见表9。

表9 抑制剂筛选试验结果 %

从铜回收指标来看，采用CaO+AC作组合抑制剂较采用CaO+FA时铜回收率高9.72个百分点，为此选用CaO+AC作组合抑制为适宜。

3.4.2 流程结构试验

探索试验结果表明，当选用硫化钠作活化剂时，铜硫分离难度加大，获得的铜精矿品位较采用硫酸为活化剂时低5个百分点。但是采用硫酸为活化剂时，获得的尾砂硫含量为0.3%以上。为进一步降低尾砂硫含量，将尾砂中硫含量降至0.2%以下，进行了流程结构试验：考虑一部分硫可浮性较差，而试验表明硫化钠为有效活化剂，为此增加扫二作业并添加硫化钠作活化剂，同时采用戊黄药（高级黄药）为捕收剂，达到强化活化捕收作用，以进一步降低尾砂硫含量的目的，试验结果见表10。

表10 流程结构试验结果 %

试验结果表明，通过增加一次扫选作业来调整流程结果，并在扫二作业中通过采取强化活化捕收等有效措施，使尾砂硫含量由0.56%（一粗一扫）降至0.17%（ 一粗两扫），试验效果显著。

3.4.3 脱泥方式对比试验

脱泥方式将影响着铜硫回收效果，考虑现场采纳旋流器方案，为此，进行了旋流器脱泥沉砂与螺旋溜槽脱泥矿砂方铜硫混合浮选开路对比试验，数据结果见表11。

表11 脱泥方式开路对比试验结果 %

采用旋流器预先脱泥量产率为23.47%时，其沉砂经选别后获得的尾砂含硫量降至0.17%，而采用螺旋溜槽脱泥量产率为30%时，其矿砂经选别后获得的尾砂含硫量降至0.19%，结果表明旋流器脱泥方案技术上可行。

3.4.4 闭路试验

城门山铜矿尾矿含铜极低，从中要获得含铜品位大于12%的铜精矿，其富集比高达150倍以上。依据尾矿资源综合回收原则不采用磨矿工序，但可以采用加强擦洗、增加精选作业等措施来进一步提高铜精矿品位。在前期试验成果基础上进行，进行闭路试验，试验结果见表12。

表12 闭路试验结果 %

全尾试样采用旋流器分级脱泥后沉砂进行铜硫混浮一粗两扫两精——铜硫分离一粗两精、铜硫混浮中矿集中脱泥返回工艺流程，闭路试验结果：铜精矿铜品位12.28%、回收率为8.01%；硫精矿硫品位为48.42%、回收率为65.68%，尾砂产率为68.93%、含硫品位为0.18%。

4 结语

高碱、高泥、品位低的硫化矿选铜尾矿采用弱磁——脱泥——铜硫混浮——中矿集中脱泥工艺回收试验，可获得铜精矿铜品位8.29%、回收率为9.16%，硫精矿硫品位为48.40%、回收率为58.87%，铁精矿铁品位为56.70%、回收率为2.51%、尾砂产率为62.53%、含硫品位为0.17%（按SO3质量计0.42%）。经脱泥、选别后的尾砂主要由石英和钾长石组成、易发生氧化的金属硫化物硫含量低，已达到建筑材料硫化物含量小于0.5%的要求［6］、经筛析表明粒度适中，从技术指标看，适用于建材予以综合利用。

试验对于同类硫化矿尾矿综合回收选矿研究，具有一定的借鉴意义。

［1］郭灵敏.城门山铜矿尾矿资源综合利用技术开发研究报告［R］.长沙：长沙矿冶研究院有限责任公司， 2014.

［2］牟全君.循环经济与我国矿业的可持续发展［J］.中国矿业，2003（6）：21-24.

［3］李颖.我国有色金属尾矿的资源化利用研究现状［J］.河北联合大学学报（自然科学版）， 2014（1）：5-7.

［4］雷存友.城门山铜矿选矿工艺研究.有色冶金设计与研究［J］，2001（1）：8-15.

［5］李宗站.国内铜硫浮选分离研究现状［J］.现代矿业， 2010（3）：12-15.

［6］李庆繁.GB/T 15229—2011 国家标准解读及相关国家标准简介［J］.砖瓦世界， 2013（9）：24-34.

The Experimental Study on the Comprehensive Recovery of Copper and Sulfur from Copper Tailings

GUO Ling-Min1， HONG Jian-Hua2， CAO Xi-Min2
（1.Changsha Research Institute of Mining & Metallurgy Co.， Ltd， Changsha 410012， Hunan， China； 2.Chengmenshan Copper Mine，Jiangxi Copper Corporation， Jiujiang 332000， Jiangxi， China）

Based on the process mineralogy research， the comprehensive recovery of copper， sulfur， iron and other valuable elements in Chengmenshan tailings with high-alkalinity， high-mud and low-grade was carried on by using the process of field weakeningdesliming-copper&sulfur mixed flotation-middlings desliming.The experiment result shows that copper grade of copper concentrate was 8.29%， recovery rate was 9.16%； sulfur grade of sulfur concentrate was 48.40%， recovery rate was 58.87%； iron grade of the iron concentrate was 56.7%， recovery rate was 2.51%； tailings yield rate was 62.53%， sulfur grade was 0.17%.The tailings after desliming were mainly composed of quartz and potash feldspar.The sulfur content of oxidizing metal sulfide is low， which has reached the construction materials sulfide content requirement （according to the quality of the SO3meter） is less than 0.5%.The sieve analysis showed the particle was moderate in size， and was suitable for the comprehensive utilization in building materials from the aspect of technical indicators.

Tailings；magnetic separation；pre desliming；activator；middling treatment；sulphide content

TD926.4

A

1009-3842（2015）06-0017-05

2015-07-03

郭灵敏（1968-），男，江西南康人，选矿高级工程师，主要从事选矿工艺与药剂开发研究。E-mail： 2889805289@qq.com