南非西北省铂金矿的选矿工艺研究

2021-03-11李文宝

世界有色金属 2021年22期

庄涛，李文宝

（1.中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330000；2.金川集团南非思威铂业公司，南非）

铂金是世界上最稀有的矿种之一，主要集中在南非、俄罗斯、加拿大和美国。中国铂资源匮乏，对外依存度达90%以上，铂属于中国战略性矿产资源[1]。铂金不仅在珠宝首饰业备受人们青睐，在工业领域也有广泛的应用。铂族金属PGM的4E代表着58%铂、32%钯、8%铑、2%金。在盛产铂金的南非目前有3个含铂族金属的地质系统：梅伦斯基矿脉（Merensky Reef），上部铬矿脉群（Upper Group Chrome）和普兰特矿脉（Plant Reef）[2]。梅伦斯基矿脉是布什维尔德杂岩的主要铂矿体，由辉岩组成，内含铬铁矿夹层，金属硫化物主要有黄铁矿，镍黄铁矿和黄铜矿。南非西北省铂金矿前期开采矿石以Merensky为主，开采部分UG2，而这两种矿石的矿物组成和特性又各不相同，在选别工艺上也各有特点。为有效同时处理这两种矿石，分别开展了Merensky、UG2详细的工艺矿物学研究，Merensky、UG2和两种混合矿样进行了流程比选研究，最终确定了最佳的工艺流程和矿石配比，为实现矿山资源利用的选矿技术可行性、工艺方案的合理性和效益最大化奠定基础。

1 矿石性质

（1）多元素分析

铂金矿矿石含有两种典型的类型，分别为Merensky和UG2.其矿石多元素分析详见表1。

表1 Merensky和UG2多元素分析

表1结果表明，Merensky的金属含量普遍要高于UG2，特别是铂族金属（4E）,S的含量也是如此，而UG2中Cr2O3的含量远高于Merensky，这就存在单选UG2时可同时考虑回收Cr2O3的可能。本文对Cr2O3的选别暂不论述。

（2）铂族金属（PGM）类型

原矿在碎磨至40%-75μm后进行矿物组成分析，铂金的分布详见图1。

图1 Merensky和UG2铂金分布图

从图中可以看出Merensky的铂族金属（PGM）主要集中在铂金-碲化铋中，而UG2则主要是硫化铂金，碲化铋易于在粗选中选别。如果不能早收，它将损失在精选的尾矿中；如果磨矿细度过细，将导致氧化的发生，而影响浮选的效果。

在UG2中存在明显的铁-铂金合金，在Merensky中却不含有，这部分矿石将难以浮选。

（3）铂金（PGM）解离分析

在磨矿细度-75μm 40%下分析铂金解离度，详细结果详见表2。

表2 铂金解离度表

解离度表表明Merensky在磨矿细度-75μm 40%下，已解离的单体铂金和与硫化物连生的铂金占比较高，可考虑采用快速浮选的工艺获得高品位精矿。

而UG2在磨矿细度-75μm 40%下，易于浮选的单体铂金和与硫化矿连生的铂金占比仅21.5%,而大部分铂金连生或者共生与硅酸盐或者氧化物中，这就需要通过进一步的磨矿来提高浮选的回收率。

（4）主要的金属矿物组成

主要的金属矿物组成详见表3。

表3 主要的金属矿物组成

Merensky和UG2中镍黄铁矿和磁黄铁矿的占比相当，分别在38%左，Merensky中的黄铜矿要高于UG2，而UG2中的黄铁矿高于Merensky。

（5）碎磨功指数试验

试验分别对Merensky、UG2和废石进行了破碎功指数和邦德功指数试验，试验结果分别见表4、表5和表6

表4 Merensky碎磨功指数结果

表5 UG2碎磨功指数结果

表6 废石碎磨功指数结果

三种矿样的功指数试验结果均表明，在粒度偏粗时其破碎功指数、棒磨功指数和邦德球磨功指数212μm都介入软和中等之间，但在进一步增加磨矿细度后，其邦德球磨功指数增加显著。

2 试验研究

矿山含有Merensky和UG2两种矿石，在前期生产过程中以Merensky为主，但也有部分UG2被采出，而UG2又可能单独堆放，因此在实际生产中考虑Merensky和UG2混合处理的情况。因此试验的主要目的在于通过试验研究确定混合矿样的选别流程，确定混合矿样中Merensky和UG2的混合比例，达到与采矿不同矿种出矿相协调，为现场实际生产提供指导和依据。

试验的内容包括四大部分，分别为磨矿细度试验、Merensky的试验研究、UG2的试验研究和混合矿样的试验研究。通过对Merensky和UG2的试验研究，进而确定混合矿样的选别流程。

2.1 磨矿细度试验

磨矿细度试验分别从Merensky和UG2开展，确定最佳的磨矿细度。

（1）Merensky磨矿细度

试验分别从多个磨矿细度（35%、60%、80%75m）论证最佳单段磨矿单段选别（MF1）磨矿细度。单段磨矿单段选别详见图2和图3，阶段磨矿阶段选别详见图4。

图2 单段磨矿单段浮选磨矿细度结果

图3 单段磨矿单段浮选磨矿细度结果

图4 阶段磨矿阶段选别磨矿细度

表2和表3表明，35%75μm的粒度可以提前获得高品位的精矿，但总回收率略低于其他更细的磨矿细度。

表4表明，二段磨矿细度在80%75μm可获得较好的指标。

（2）UG2磨矿细度试验

UG2磨矿细度试验详见图5和图6。

图5 UG2不同磨矿细度的指标

图6 UG2不同磨矿细度与品位及浮选时间的关系

试验表明，对于UG2应采用阶段磨矿阶段选别，一段磨矿粒度为40%75μm，二段磨矿为80%75μm，Merensky在一段磨选40%75μm后均可获得较好的指标。

综上所述Merensky的磨矿细度正如嵌布特性，一段磨矿40%75μm便可获得较好的回收指标，而UG2因其磨矿细度有区别，特采用阶段磨矿阶段选别的流程。

2.2 Merensky试验

南非目前铂金选矿的典型工艺流程分为单段磨矿单段选别（MF1）和阶段磨矿-阶段选别（MF2）工艺，试验分别从这两个工艺入手，分别对Merensky开展了MF1和MF2的对比试验；

试验确定了MF1的磨矿细度为-0.075mm 50%，MF2的一段磨矿细度为-0.075mm 40%，二段磨矿细度为-0.075mm 80%。浮选药剂中调整剂为CuSO4,捕收剂为SIBX,起泡剂为KU90,Merensky的抑制剂为KU90。

MF1工艺流程详见图7，工艺指标详见表7,MF2工艺流程详见图7，工艺指标详见表8。

图7 单段磨矿单段浮选工艺流程

表7 单段磨矿单段浮选指标

图8 Merensky浮选工艺流程

表8 Merensky浮选工艺指标

在Merensky的MF1和MF2的对比试验中，MF1的指标优于MF2,且MF1的流程相对更简单，从投资和运营方面也更加有优势。

2.3 UG2试验

从表3的粒度分析中初步表明，在磨矿细度-75μm 40%下，易于浮选的单体铂金和与硫化矿连生的铂金占比仅21.5%，而大部分铂金连生或者共生与硅酸盐或者氧化物中，需要通过进一步的磨矿来提高浮选的回收率。因此MF1流程不适用与UG2矿样，在工艺矿物学研究基础上确定了阶段磨矿-阶段浮选工艺流程[3]，UG2采用MF2的磨矿和浮选流程，一段磨矿细度为-0.075mm 40%，二段磨矿细度为-0.075mm 80%。浮选药剂除调整剂与Merensky有所区别外，其他药剂都与Merensky一致，调整剂为CuSO4，捕收剂为SIBX，起泡剂为KU90，抑制剂为KU5。UG2的工艺流程和指标分别详见图9和表9。

图9 UG2浮选工艺流程

表9 UG2浮选工艺指标

UG2的原矿品位低于Merensky，回收率也相对偏低，但其品位高于Merensky。在UG2精矿品位为198g/t时，回收率为76%，精矿中含有1.7%的Cr2O3。在品位为150g/t时，回收率可以提高至82%，但精矿中Cr2O3含量为3.4%。

2.4 混合矿试验

在矿产开采前期，主要矿物为Merensky，开采部分UG2，因此混合矿的选别流程采用Meresky的MF2工艺流程，UG2的混入比例按照10%递增混入，根据预估的矿山出矿比例，初步确定了混合矿1（Merensky：UG2配比9:1）和混合矿2（Merensky：UG2配比8:1）进行试验，以确定最佳的工艺流程和矿石配比。

试验分别从Merensky与UG的比例9:1和8:1开展试验。试验的工艺指标详见表10和表11。