刚果（金）某低氧化率铜钴矿选冶联合试验研究①

张恩普，石玉臣，张 骄，张志兵，巴红飞

（北方矿业有限责任公司，北京100053）

铜是人类最早使用的金属之一，被广泛应用于电气、机械制造、国防工业等领域［1－2］；钴更是世界战略性矿产资源，在航空、航天、电池等工业领域取得广泛应用［3－5］。在自然界中，钴金属通常与铜伴生，铜钴矿是钴金属的主要来源［6－7］。位于刚果（金）东南部的加丹加高原铜钴资源丰富，是世界上铜钴金属的重要生产基地［8］。随着刚果（金）地区铜钴矿开采不断加深，矿石氧化率呈下降趋势［9］，仅靠单一的浸出工艺难以将铜钴金属充分回收利用，选冶联合工艺势必成为下一阶段的发展趋势［10－12］。本文以刚果（金）某低氧化率铜钴矿为研究对象，探明选冶联合处理该矿石的工艺技术参数，为矿山资源综合开发利用提供技术支持。

1 试验原料及方法

1．1 试验原料

试验所用原料为刚果（金）某铜钴矿矿体岩芯样，矿石主要化学成分如表1所示。从表1可见，该矿物中铜含量2．41%，钴含量0．18%，SiO2含量61．39%。

表1 矿石主要化学成分分析结果（质量分数）／%

矿石中铜和钴化学物相分析结果分别如表2和表3所示。由表2可知，矿样中铜主要为氧化铜，其次为次生硫化铜、微量原生硫化铜。表3显示，矿样中的钴绝大部分存在于碳酸盐中，少量为硫化钴和硅酸盐。

表2 矿石铜物相分析结果

表3 矿石钴物相分析结果

1．2 试验原理与方法

由矿石中铜、钴化学物相组成及矿物组成可知，铜、钴在氧化矿物和硫化矿物中均有分布，但主要集中在氧化矿物中。氧化矿物中的铜钴金属可通过酸浸法回收。

该铜钴矿中氧化铜主要以孔雀石（Cu2CO3（OH）2）和蓝磷铜矿（Cu3（PO4）（OH）3）等形式存在。在酸性浸出过程中，主要发生如下反应［13］：

该铜钴矿中钴矿物主要是菱钴矿（CoCO3），其次为硫铜钴矿（CuCo2S4）。在酸性浸出过程中菱钴矿主要发生如下反应：

通过原矿直接浸出探索试验得知，在最佳条件下铜浸出率80．50%、钴浸出率68．57%，酸耗202 kg／t矿。直接原矿浸出会导致硫化矿物中的铜钴无法得到回收，金属回收率偏低，因此初步选定硫化矿浮选-浮选尾矿浸出的选冶联合工艺流程，原则流程如图1所示。

图1 选冶联合原则流程

2 试验结果与分析

2．1 硫化矿浮选试验

2．1．1 硫化矿粗选条件试验

硫化矿粗选条件试验按图2所示流程开展，重点考察磨矿细度、捕收剂种类及用量、起泡剂用量、NaHS用量、浮选时间等因素对硫化粗精矿品位、回收率的影响。

图2 硫化矿粗选试验流程

通过条件试验，确定磨矿细度－0．074 mm粒级占70%，采用戊基黄药与Z-200组合作为硫化矿粗选捕收剂，戊基黄药用量100 g／t、Z-200用量35 g／t、NaHS用量200 g／t，硫化矿粗选时间不低于10 min。

2．1．2 硫化矿精选条件试验

为研究抑制剂种类及用量、精选作业次数对精矿品位的影响，开展了硫化矿精选条件试验，确定采用CMC作为硫化矿精选抑制剂，用量为50＋30 g／t（精选1＋精选2），精选以3次作业为宜。精选试验流程见图3。

图3 硫化矿精选试验流程

2．1．3 硫化矿闭路试验

在硫化矿粗选及精选条件试验基础上，分别进行开路及闭路试验，其中硫化矿闭路试验流程及结果分别如图4和表4所示。

图4 硫化矿闭路试验流程

由表4可知，通过硫化矿闭路浮选，得到产率1．20%的硫化矿精矿，精矿含铜50．81%，含钴1．62%；铜回收率24．79%，钴回收率11．10%。同时可以看出，硫化矿闭路浮选铜钴回收率均接近硫化矿中铜钴分配率，说明硫化矿中的铜钴回收较为彻底。

表4 硫化矿闭路流程试验结果

2．2 硫化矿浮选尾矿浸出试验

以硫化矿浮选尾矿为原料进行浸出，考察了浸出液固比、硫酸用量、浸出温度、浸出时间等因素对铜钴浸出率的影响，结果表明硫化矿浮选尾矿最优浸出条件为：浸出液固比2∶1，硫酸用量202 kg／t原矿，常温浸出3 h。在该条件下，铜浸出率93．98%，钴浸出率72．44%；钴浸出率偏低可能是因为硅酸盐中钴及部分硫化物中钴难以浸出。

2．3 原矿直接浸出与硫化矿浮选-浮选尾矿浸出指标对比

原矿直接浸出与硫化矿浮选-浮选尾矿浸出综合指标对比如表5所示。通过硫化矿浮选、浮选尾矿搅拌浸出的选冶综合流程，铜回收率达到95．47%，钴回收率75．50%。采用选冶联合工艺，铜钴回收率得到了大幅提升，且酸耗略有降低。

表5 不同工艺方案指标对比

3 结 论

1）试验原料为刚果（金）某铜钴矿，分析结果表明该矿氧化率偏低，铜品位2．41%，钴品位0．18%，硫化物中铜分布率27．39%，硫化物中钴分布率16．45%。

2）可采用硫化矿浮选-浮选尾矿浸出工艺流程进行处理。硫化矿闭路浮选得到精矿铜品位50．81%、钴品位1．62%，浮选铜回收率24．79%、钴回收率11．10%；浮选尾矿在液固比2∶1、硫酸用量202 kg／t矿条件下常温搅拌浸出3 h，尾矿铜浸出率93．98%，钴浸出率72．44%；选冶综合铜回收率95．47%，钴回收率75．50%，酸耗199．58 kg／t矿。与原矿直接浸出相比，硫化矿浮选-浮选尾矿浸出流程铜回收率提高了14．95个百分点，钴浸出率提高了6．93个百分点。研究成果可为矿山的开发和设计提供参考。