智利北部某极难选氧化铜尾矿回收工艺研究

章国权

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

铜是最早被人类发现的金属之一。远在铁使用之前，铜就广泛地应用于人类的生产和生活中，为推进人类的文明作出了贡献。世界铜资源在地理分布上很不平衡，主要集中于南北美洲西海岸、非洲中部、俄罗斯西伯利亚和中亚，其次是阿尔卑斯山脉和中东、美国东南部、西南太平洋沿岸及其岛屿。其中南北美洲西海岸的铜储量约占世界总储量的50%左右，而智利铜资源储量就达到了世界总储量的25%左右。智利对世界铜市场的影响举足轻重[1]。智利的北部有世界第一大铜矿丘基卡马塔斑岩铜矿和艾尔阿芙拉斑岩铜矿，铜金属储量分别为5 838万t和780万t[2]。

智利北部科皮亚波地区某铜尾矿铜品位约1.83%、金品位约2.12 g/t，该尾矿中铜、金品位如此之高分析其主要原因：①该矿的原矿为氧化与硫化混合矿且原矿中铜品位极高；②原选矿厂分选工艺落后未考虑到氧化铜矿的回收导致铜精矿铜回收率不高；③该矿开采年代久远。另外，氧化铜矿普遍较硫化铜矿难选，处理方法比较复杂，常常必须采用联合流程或化学方法处理才能获得较好的技术指标[3]。氧化铜矿的可选性取决于铜矿物的种类、脉石的组成、矿物与脉石的共生关系以及含泥量的多少等因素[4]。

1 传统氧化铜矿选矿方法

(1)浮选法[5]。浮选法分为硫化浮选法和直接浮选法。硫化浮选法应用最为广泛，主要通过硫化钠、硫氢化钠等可溶性硫化物将氧化矿物预先硫化，然后采用浮选硫化矿的方法进行浮选；直接浮选法则不需要进行硫化，直接采用皂类、高级黄药等对氧化矿物进行浮选获得合格精矿。

(2)硫酸浸出—沉淀—浮选法。该工艺主要通过硫酸浸出、浸出液铁屑置换(沉淀)和沉淀铜的浮选等主要工序进行选别。该工艺能够保证较高的铜回收率，矿石中伴生的金、银可以得到综合回收，对高氧化率的矿石尤其有效。但该工艺的缺点是不适合处理含钙镁碳酸盐高的矿石，处理这类矿石酸耗大、成本较高；另外采用该工艺环保压力较大，尤其在智利这种对环境要求相对严格的国家。

(3)氨浸出法。该工艺包括用氨及铵盐溶液对粉状矿石进行浸出。包括浸出矿浆固液分离、含铜的氨溶液的蒸馏、提铜等主要工序。该工艺可以直接处理尾矿，也可还原焙烧后再浸金。该工艺的优点是铜回收率高，试剂可以循环使用。

(4)离析法。离析法是将粉矿加入2%～3%的煤粉和0.5%～1%的食盐，在中性或还原性气氛下进行高温焙烧，氧化铜矿被还原为金属铜的煤粉颗粒在表面析出，然后用浮选的方法回收金属铜。该工艺可以获得较高的铜回收率，伴生金、银也可得到有效回收。目前，该工艺主要停留在实验室阶段，少见有工业应用实例。

2 智利尾矿矿石性质

智利某氧化铜尾矿铜品位约1.83%、金品位约2.12 g/t，但矿石性质复杂，粒度分布不均，铜矿物嵌布粒度不均，氧化程度极高，氧化率在90%以上，矿石泥化严重。矿石中的有价矿物主要为蓝铜矿、孔雀石、斑铜矿、黝铜矿，少量黄铜矿、铜蓝、辉铜矿；脉石矿物主要为石英、方解石、长石等。原矿主要化学元素分析及铜物相分析结果分别见表1、表2。

表1 原矿主要化学元素分析结果 %

注：Au、Ag含量单位为g/t。

由表1可知，该尾矿铜品位高且伴生金、银，总体价值较高，若能有效分选铜并综合回收金、银将给企业带来极佳的经济效益。

表2 原矿铜物相分析结果 %

由表2可知，该铜尾矿氧化率为91.25%，且结合氧化铜占18.61%，将严重影响选矿回收率，该尾矿属于极难分选矿物。如果采用传统的选矿工艺可能面临极大的挑战性，必须在传统工艺的基础上提出创新，才能够实现该铜尾矿资源的有效利用。

3 常规选矿工艺研究

3.1 粒度分析

3.1.1 智利尾矿粒度筛析

对智利尾矿进行粒度筛析，分析结果见表3。

表3 尾矿粒度组成筛析结果

由表3可知，该铜尾矿主要分布在0.50～0.076 mm，在此范围内铜分布率合计达69.60%，所以在选矿过程中对该部分粒级中铜的回收至关重要。

3.1.2 铜尾矿单体解离度分析

对智利铜尾矿在不磨矿和不同磨矿细度的情况下进行单体解离度分析，分析结果见表4。

表4 单体解离度分析结果 %

由表4可知，在不磨矿和磨矿细度-0.076 mm粒级含量分别为55%和85%的条件下，氧化铜矿物的单体解离情况较其他矿物低，因此针对该氧化铜矿物在不磨矿情况下单体解离度已经较高，考虑不磨矿直接入浮选，磨矿反而会造成氧化铜矿物泥化加重影响分选。

3.2 硫化浮选试验

按常规思路氧化率达到91%的氧化铜矿宜采用硫化浮选工艺，该研究采用硫化钠与硫氢化钠按质量比1∶1作为硫化剂，进行硫化剂用量研究。在捕收剂丁基黄药用量为150 g/t、2#油用量为60 g/t、不磨矿的情况下进行分选，硫化剂用量在一个相对较宽的范围内波动，硫化时间5 min，试验室用1 L小型浮选机，试验进行1次粗选1次扫选。试验流程见图1，不同硫化剂用量试验结果见表5。

图1 硫化浮选试验流程

由表5可知，使用硫化剂硫化浮选工艺，在硫化剂用量为250～10 000 g/t的较大范围内，最后获得的精矿铜品位均未超过10%，铜回收率最高为12.58%。从试验现象看，加入硫化剂后浮选泡沫非常薄，在硫化剂大范围调整的情况下，浮选泡沫仍然很薄。初步分析，该智利尾矿在结构上与国内氧化铜矿存在较大差异，采用常规的硫化浮选法难以有效回收铜。

3.3 直接浮选法

表5 不同硫化剂用量浮选结果

硫化浮选工艺获得的最好分选指标铜精矿品位为9.35%、铜回收率为10.62%，铜品位和铜回收率指标均难以满足工业生产要求。为此，在上述试验的基础上进行直接浮选试验，试验仍然在试验室小型浮选机上进行。常规直接浮选主要包括脂肪酸浮选法、胺类浮选法、中性油乳浊液浮选法和螯合捕收剂浮选法等。其中脂肪酸类浮选法只适用于以孔雀石为主、脉石简单、原矿品位高的情况下，由于方解石和白云石在其药剂制度下具有可浮性，所以这种药剂对以方解石和白云石为主要脉石的复杂氧化铜矿石浮选难以实现。智利该尾矿脉石矿物中含有大量的白云石和方解石，因此排除使用脂肪酸捕收剂。试验选用碳酸钠和水玻璃调浆，十二烷基硫酸钠作为捕收剂进行浮选，试验进行1次粗选1次扫选，试验流程见图2，试验结果见表6。

图2 直接浮选试验流程

十二烷基硫酸钠用量/(g/t)产品名称产率/%铜品位/%铜回收率/%100铜精矿4.6912.5632.19尾矿95.311.3067.81原尾矿100.001.83100.00200铜精矿5.2113.0637.39尾矿94.791.2062.61原尾矿100.001.82100.00400铜精矿5.6914.7146.50尾矿94.311.0253.50原尾矿100.001.80100.00500铜精矿4.2112.5329.31尾矿95.791.3370.69原尾矿100.001.80100.00

由表6可知，获得的铜精矿的品位和回收率较硫化浮选指标优，在捕收剂用量为400 g/t时，获得的铜精矿的铜品位为14.71%、铜回收率为46.50%，但该指标仍然不够理想。

4 创新选矿工艺探索

4.1 无硫化黄药工艺

在不断的试验探索过程中，发现了该矿的特殊性，使用硫化剂无论药剂用量如何变化，硫化时间如何变化都难以获得理想的浮选指标，采用直接浮选法也没有获得合格的铜精矿，于是采用直接黄药法进行试验探索。试验流程见图3，试验结果见表7。

图3 无硫化黄药浮选试验流程

由表7可知，该氧化铜矿不经硫化直接采用戊基黄药进行浮选，浮选指标随着药剂用量的不断增加，铜精矿品位和回收率均不断提高；当捕收剂用量为1 000 g/t时，获得的铜精矿铜品位为18.61%，铜回收率为65.65%，铜精矿金含量为16.21 g/t，金回收率为51.78%；当捕收剂用量进一步提高到1 500 g/t时，铜精矿指标上升不明显。

4.2 无硫化药剂组合直接浮选工艺

表7 戊基黄药直接浮选试验结果

捕收剂混合使用比单独使用时可获得更好的指标，这是由于捕收剂之间产生了协同效应，捕收剂混合使用协同效应的机理主要有穿插型和层叠型共吸附、螯合机理和功能对应机理[6]。组合用药有诸多优势，针对该智利尾矿考虑在不磨矿、不硫化的条件下，使用多种高级黄药组合使用，进行1次粗选1次扫选试验。直接浮选组合药剂试验结果见表8。

表8 直接浮选组合药剂试验结果

由表8可知，直接浮选工艺组合药剂效果明显，其中Y-89、丁黄、硫氨脂(Z200)3种药剂组合获得的浮选指标最好，铜精矿铜品位为31.10%，铜回收率为82.07%，铜精矿金含量为24g/t，金回收率为52.29%。直接浮选法的关键因素是药剂用量较国内常规铜矿浮选用量大大增加，捕收剂综合用量达2kg/t以上，该工艺选矿药剂成本较大，但考虑到该尾矿无需磨矿，且原尾矿中铜、金含量相对较高，综合经济价值较高，该方法可为该尾矿或该地区类似尾矿的有效回收提供参考借鉴。

5 结 论

(1)智利北部科皮亚波地区某氧化铜尾矿铜品位约1.83%，金品位约2.12 g/t，矿石性质复杂，粒度分布不均，铜矿物嵌布粒度不均，氧化程度极高，氧化率在90%以上，矿石泥化严重，分选难度大。

(2)该尾矿在不磨矿和磨矿细度-0.076 mm粒级含量分别为55%、85%的条件下，氧化铜矿物的单体解离度接近，不磨矿条件下氧化铜单体解离度为75.02%，单体解离度较高，从综合经济效益考虑，不磨矿直接浮选。

(3)使用硫化剂硫化浮选工艺，在硫化剂用量为250～10 000 g/t较宽的用量范围内，获得的铜精矿铜品位均未超过10%，铜精矿铜回收率最高为12.58%，试验现象显示加入硫化剂后浮选泡沫稀少。

(4)采用高级黄药(戊基黄药)对该智利尾矿直接浮选不硫化，随着药剂用量的不断增加，铜精矿指标也不断提高；当捕收剂用量为1 000 g/t时，获得的铜精矿铜品位为18.61%，铜回收率为65.65%，铜精矿金含量为16.21 g/t，金回收率为51.78%；继续提高捕收剂用量，浮选指标提高效果不显著。

(5)采用Y-89、丁黄、硫氨脂(Z200)3种药剂组合浮选，当药剂总量达到2 kg/t时，获得的最佳浮选指标铜精矿铜品位为31.10%，铜回收率为82.07%，由于捕收剂之间产生了协同效应，所以混合用药指标优于单一用药指标。

(6)与该铜尾矿性质和品位相类似的资源在智利北部科皮亚波地区极其丰富，当地没有找到分离该氧化铜矿的合适方法，此次试验研究成果可为国内走出去进行矿业投资的企业，提供技术上的参考借鉴。

参 考 文 献

[1] 王 威，李以科，封 宁，等.全球铜矿资源格局分析[J].资源与产业，2013(10): 27-32.

[2] 北京矿产地质研究所.国外主要有色金属矿产[M].北京：冶金工业出版社，1987.

[3] 汤雁斌．铜绿山难选氧化铜矿石制粒堆浸新工艺研究[J].四川有色金属，2007(9): 25-27.

[4] 王 凯，崔毅琦，童 雄，等.难选氧化铜矿石的选矿方法及研究方向[J].山西冶金，2012(8)：80-83.

[5] 程 琼，库建刚，刘殿文，等.氧化铜矿浮选方法研究[J].矿产保护与利用，2005(5)：32-35.

[6] 孟庆波，邱显扬，徐晓萍，等.氧化铜矿捕收剂混合使用的协同效应综述[J].材料研究与应用，2015(3)：11-15.