青海省格尔木地区镍矿选矿工艺研究

董国来，张继阳

吉林省地质科学研究所，吉林 长春 130012

0 引言

镍是一种难熔耐高温的银白色金属，具有良好的延展性、机械强度和很高的化学稳定性，由于具有优良性能，现已广泛用于军事、航天及航空等各个领域[1]。该矿石工艺类型为硫化物辉石岩型镍铜钴矿。主要金属矿物：镍黄铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等。主要脉石矿物：辉石、橄榄石、黑云母等。矿石构造主要是稀疏浸染状构造和斑杂状构造，矿石结构主要为他形不规则粒状或他形粒状集合体结构、自形—半自形结构、交代结构、碎裂结构。通过原矿化学多元素分析和光谱半定量分析，查明了有益有害组分。硫化铜镍矿的处理一般都经过选矿，只有个别的高品位硫化铜镍矿不经过选矿而直接进行冶炼[2]。本次的选矿实验项目受吉林大学委托，进行矿山选矿实验研究，目的是对矿石的加工技术条件和工业利用性能进行研究和分析，证明矿石是否具有可选性。在镍矿传统选矿工艺中，多数采用一段磨矿浮选工艺流程，而且对有益元素回收的重视程度不足。本次实验根据矿石的性质和特点，工艺上采用二段磨矿工艺流程，药剂制定方面采用水玻璃和羧甲基纤维素钠混合抑制剂的药剂方案，提高了镍精矿的品位和产品的最终回收效率，特别是实现了有益元素铂族元素的部分回收，提高了矿山开发的经济效益。在选矿实验领域中，为同类型矿石选矿实验研究提供了参考和依据。

1 样品采集

样品分别采自现有探矿工程中的钻孔岩心，采用1/2劈心法。该矿区镍的平均品位约为0.6%，根据矿区矿石的分布特点，样品采集共分P4X1、P4A1、P4B1、P4C1、P4K1五个采样点，其中P4X1点采集围岩样品250 kg,镍质量分数为0.065%；P4A1点采集贫矿样品200 kg,镍质量分数为0.32%；P4B1点采集贫矿样品160 kg,镍质量分数为0.39%；P4C1点采集富矿样品200 kg,镍质量分数为0.72%；P4K1点采集富矿样品230 kg,镍质量分数为0.88%；样品总重为1 040 kg。样品在实验室经过破碎、筛分、混匀、缩分，最终试验样品粒度为2 mm以下。根据入选品位要求并遵循最大限度利用原则进行了配矿，配矿后样品镍原矿品位为0.58%，与矿区平均品位相近，符合试验要求与规定。

2 实验与结果

2.1 原矿镍的物相分析

通过原矿镍的物相分析结果见表1，可以看出，镍中硅酸镍和硫酸镍占比为22.62%，此类矿物基本难以回收，试验最终的目的是尽量保证硫化镍的回收效率，同时实现部分氧化镍的回收指标。

表1 镍矿原矿物相分析结果

由表1可见，在现有的选矿方法和经验中，硅酸镍无法选出，硫化镍是我们的目的矿物，需要最大限度地保证硫化镍的回收，是本次试验研究的重中之重。

2.2 浮选工艺流程探索试验

磨矿分级是选矿工艺必须的作业之一，在选矿生产中，磨矿作业占据了选矿作业相当大的成本[3]，所以在选矿试验研究中，要注重磨矿细度的选择和流程的确定。磨矿细度试验是选矿试验研究的基础性研究，科学合理地确定磨矿细度是制定流程工艺的基础性依据。只有准确的磨矿细度，才能既保证产品的最佳品位和回收率，又能防止过度磨矿的情况发生，而且对后期连续性扩大试验提供依据。浮选流程探索采用了一段磨矿试验、混合再磨试验两种流程作为对比研究，试验结果见表2、表3，试验流程见图1。

表2 一段磨矿试验结果

表3 混合再磨试验结果

图1 混合磨矿试验流程图Fig.1 Flow chart of mixed grinding test

由表2、表3可见：一段磨矿试验获得镍精矿的品位是9.41%、回收率34.36%，混合再磨磨矿试验获得镍精矿的品位是13.94%、回收率是46.08%。可见采用混合再磨磨矿工艺获得的指标比较好，有助于镍元素的回收，而且品位比较高，有利于后期的闭路试验。

2.3 抑制剂探索试验

抑制剂在金属矿物浮选中，主要的作用是抑制脉石矿物的上浮，有些抑制剂还可以起到分散细泥的作用。在浮选工艺中合适的抑制剂种类，能有效地抑制脉石矿物及杂质的上浮。在国内的镍矿选矿方法中，羧甲基纤维素钠是极为常见且有效的抑制剂。羧甲基纤维素钠属于阴离子表面活性剂，无毒、无味、不溶于酸和甲醇、乙醇及苯等有机溶剂，易溶于水，并具有一定黏度，耐热性较稳定。温度大于20 ℃时，黏度迅速上升，45 ℃则开始减慢，80 ℃以上长时间加热可使胶体变性导致黏度下降[4]。在镍矿的浮选工艺中，羧甲基纤维素是极为有效的抑制剂，试验结果见表4。

由表4可见，不使用羧甲基纤维素钠时，获得的精矿产品指标的品位 8.14%、回收率30.39 %，加入500 ×10-6羧甲基纤维素钠后，获得的精矿产品的品位13.91%、回收率45.65%，显而易见，加入羧甲基纤维素钠产品指标显著提升，说明该抑制剂起到了比较好的作用。

表4 抑制剂探索试验结果

2.4 捕收剂探索试验

捕收剂的作用是把目的矿物浮选出来。捕收剂既要有准确地选择性，也要有较好地捕收效果，而且要考虑到该类药剂的经济因素。在镍矿石的浮选中，丁基黄药是较为常用的捕收剂。黄药学名黄原酸，为不安定的无色或黄色油状物，用作选矿药剂主要是它含有碱金属盐类或胺类[ 5]。丁胺黑药在极个别选矿厂中有过使用，本次实验采用丁胺黑药与丁基黄药进行比较，试验结果见表5。

表5 捕收剂探索试验结果

由表5可见，使用丁基黄药作为捕收剂，所得镍精矿品位13.89%、回收率42.96%；丁胺黑药作为捕收剂获得的精矿产品的品位为6.05%、回收率为24.08%。可见，丁基黄药作为捕收剂获得的产品指标明显好于丁胺黑药。

2.5 活化剂硫酸铜用量试验

较为易选矿石中，由于矿石具有较好的可浮性，一般不需要加入活化剂就能获得较好的浮选指标，但本次试验研究的矿石矿物粒度较细，而且含有部分氧化镍矿物，需要加入硫酸铜作为活化剂，试验结果见表6。

由表6可见，不使用硫酸铜时，粗选之后产品品位为5.21%，回收率仅为54.33%。回收效果比较差，而随着硫酸铜用量的增加，粗选之后产品的指标在不断上升，当活化剂硫酸铜用量为200 ×10-6时，浮选出的粗精矿回收率和产率比较好，继续增加硫酸铜用量后，回收率和产率不再增加，证明该药剂须采用的药剂量为200×10-6。

表6 活化剂硫酸铜用量试验结果

2.6 水玻璃用量试验

水玻璃是硫化矿浮选试验中常用的抑制剂，有比较好地分散细泥的作用，对多数脉石矿物抑制效果比较好。水玻璃是一种黏稠的高浓度强碱性水溶液，是将石英砂与纯碱，或石英与硫酸钠及碳粉共同熔融制得，颜色呈青灰色或淡黄色。水玻璃可分为硅酸钾型水玻璃和硅酸钠型水玻璃，浮选试验常用的是硅酸钠型水玻璃[6]，试验结果见表7。

表7 水玻璃用量试验结果

由表7可见，随着水玻璃用量的增加，镍粗精矿产品品位和回收率在不断提升，当用量达到2 000×10-6时，产品品位5.28%、回收率74.62%，继续增加用量，品位和回收率基本不发生变化，说明应该采用2 000×10-6的用量比较适宜。

2.7 综合条件试验

经过前期大量的基础性试验，根据磨矿细度试验结果、药剂探索试验结果、药剂用量试验结果，分析得出该实验研究的最优条件，再次进行综合条件试验得出最佳的工艺条件，试验结果见表8。

表8 综合条件试验结果

由表8可见，试验结果与前期基础性试验基本相符合，说明基础性试验方法和方案是正确的，在确定综合条件试验之后，可以开展实验室内连续性闭路试验。

2.8 闭路试验

选矿实验中，需要将中矿按实际生产过程中返回到相应的作业环节,使中矿分配至精矿及尾矿中，能够较真实的反映出浮选的客观规律，为此，需要进一步做闭路实验，即在综合条件实验的基础上使用单槽设备模拟连续闭路实验流程。重复若干次实验，每一次得到的中间产物，给到下一次相应作业中，直到最终物料基本平衡[7]，试验结果见表9、表10。

表9 闭路试验结果

表10 铂族元素回收率结果

由表9可见，闭路试验取得的结果为精矿产品镍品位11.67%、回收率76.14%；铜品位2.01%，回收率80.75%，实现了有用元素的基本回收，同时符合原矿物相分析结果，可见，本次试验是较为成功的，最终所取得的产品指标也较为理想。

由表10可见，此次试验研究回收了部分铂族元素，在今后对该矿山的开采和开发时，要注意铂族元素的回收，而且需要进一步研究，尤其是若开展可行性研究或者扩大型实验时，要注意铂族元素的回收。

2.9 尾矿水质分析

尾矿回水和精矿过滤回水经多次循环使用后，其中含有的金属离子，非金属离子和浮选药剂组分不断积累，影响精矿质量，降低回收率，增加药剂消耗量，也会对金属硫化矿的有效分离造成困难，试验结果见表11，12。

表11 尾矿水质分析结果

由表11、表12可见，通过尾矿水质分析结果得出，尾矿水各项排放指标符合规定要求，这说明该项实验结果符合环保规定要求。通过循环水用量试验结果得出，改变尾矿回收水用量的多少，对最终的产品指标基本不造成影响，符合环境保护的要求。

表12 循环水用量试验结果

3 分析与讨论

(1)通过尾矿岩矿分析与镜下观察，发现极少量金属矿物，粒径0.01～0.05 mm，粒径及其细小应为硅酸镍矿物。脉石含量大部分为0.1～0.5 mm,为褐色、片状、黑云母。余下为辉石、橄榄石、及少量斜长石，粒径一般在0.05～0.1 mm左右。硫化物矿物已基本选出。

(2)单纯地使用水玻璃或者羧甲基纤维素钠作为抑制剂，浮选效果都达不到预期指标，该类矿石采用水玻璃与羧甲基纤维素钠混合抑制剂效果比较理想，同时要注重两者的药剂比例，本次试验中采用二者4：1的比例取得了非常显著的效果。

(3)在选矿试验过程中，发现了部分铂族元素可回收利用，这对提高该矿山的经济效益帮助比较大。

4 结论

(1)矿石中主要回收的金属矿物为镍黄铁矿，其次铜为伴生元素，可以综合回收。

(2)该矿石中主要金属矿物：镍黄铁矿、黄铁矿、次为磁黄铁矿，最少为黄铜矿。主要脉石矿物：辉石、橄榄石、黑云母等。

(3)由于镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿紧密共生，呈浸染斑杂构造，为了提高镍精矿的品位，需提高磨矿细度，采用了二段磨矿工艺。同时为了提升镍精矿的回收率，采用一次扫选中矿与粗选精矿混合再磨的工艺流程，试验结果较为理想，取得了较好的选矿指标。

(4)铂族金属元素为伴生有益组分，原矿铂品位0.059×10-6、钯品位0.04×10-6，在本次试验中得到了较好回收,可大大提高矿山的经济效益，在以后的矿山开发中要注意回收。在矿石工艺矿物学中重点查清铂族元素的结构、构造、粒度大小、各粒级占比以及赋存状态，以便今后进一步研究。

(5)试验最终采用浮选工艺流程，原矿中镍的品位为0.58%，铜的品位为0.091%，原矿经过一次粗选，一次扫选后，粗选精矿与一次扫选中矿混合后再磨至-0.045 mm占84%粒度级，经两次精选、一次扫选最终获得镍精矿镍品位11.67%，回收率为76.14%；铜品位2.01%，回收率为80.75%的浮选指标。