某含铜尾矿粗砂工艺矿物学特征及选矿试验研究

曾令明 ，林清泉，周兆钰，黄权兵，戴智飞

（1.江西铜业技术研究院有限公司，江西 南昌 330096；2.江西铜业股份有限公司永平铜矿，江西，上饶 334506）

1 引言

中国是全球最大的铜金属消费国，据最新数据显示中国铜资源的对外依存度已超过78%，由于新冠疫情的影响，海外铜金属矿山受到巨大冲击，供需失衡导致国际铜价高涨，极大影响了制造业的发展［1］。国内铜金属矿山由于长期开发，面临巨大的资源枯竭压力，纷纷谋求产业绿色转型升级，对尾矿等二次资源进行再利用。而从尾矿中提取有价值的铜、金、钨、硫等有价元素，对提高资源回收率具有重要意义［2-6］。

永平铜矿是一座以铜、硫为主，伴生金、银、钨、锌等多种有价元素的大型矽卡岩矿，选厂年处理矿石量约320 万t。为高效回收利用资源，进行了很多选矿工艺和药剂方面的研究，铜和硫的选矿回收率得到了显著提高，但铜硫选矿的尾矿中铜、钨等元素依然具备较高的回收价值［7-9］。目前，永平铜矿采用铜硫依次优先浮选工艺回收铜和硫，选硫尾矿经分级抛尾后进行白钨矿的分选回收。在白钨矿的回收工艺中，需预先分级将粗粒级的尾砂抛尾。经分级后，尾砂中铜品位得到了显著富集，铜品位可达0.1%～0.15%，经折算铜金属量有230.4～345.6 t/a，具有较好的经济回收价值。

本文基于工艺矿物学分析结果，分析了含铜尾矿中粗砂的工艺矿物学特性，查明了粗尾砂中铜损失的原因，并制定了合理可行的选矿工艺对铜资源进行回收利用［10-12］。对类似矿山尾矿中资源的回收利用，可提供技术借鉴。

2 工艺矿物学研究

2.1 化学成分和矿物组成分析

对粗尾砂样品进行了化学多元素分析和铜、硫的化学物相分析，并采用经镜下鉴定、X 射线衍射分析、扫描电镜分析和MLA 检测方法对矿物组成进行了分析，分析结果分别见表1、表2、表3 和表4。由结果分析可知：

表1 粗尾砂化学多元素分析结果 %

表2 粗尾砂中铜的化学物相分析结果 %

表3 粗尾砂中硫的化学物相分析结果 %

表4 粗尾砂中主要矿物种类及含量 %

（1）粗尾砂中铜品位为0.094%，原生硫化铜占铜总量的76.60%，次生硫化铜占铜总量的14.89%，矿物组成主要以黄铜矿（CuFeS2）为主。尾砂中硫品位为0.76%，含量较低，且大部分赋存在硫化物中。

（2）粗尾砂中主要的脉石矿物为石英、云母、石榴石、长石、方解石等，其中石英含量高达44.72%，若需进行磨矿将铜矿物与脉石矿物充分单体解离，难度较大。

2.2 重要矿物的产出形式

2.2.1 黄铜矿（CuFeS2）

CuFeS2是粗尾砂中铜的最主要赋存矿物，多呈不规则粒状（见图1a），除5%左右呈单体产出外，多以各种形式与其他矿物连生。呈单体产出的CuFeS2粒度普遍在0.02 mm 以下，部分甚至小于0.005 mm（见图1b）。根据与其他矿物的嵌连比例，可将CuFeS2连生体颗粒大致分为三种类型：

（1）以CuFeS2为主的连生体。颗粒中CuFeS2体积含量通常大于50%，与其嵌连的矿物主要是石英和方解石，嵌连方式多为包裹或半包裹（见图1c）。这种类型的CuFeS2粒度相对较细，主要分布在0.005～0.03 mm 之间，数量上约占样品中铜矿物总量的5%。

（2）以脉石为主的连生体。颗粒中CuFeS2体积含量为25%～50%，CuFeS2多呈微细的不规则状沿石英、方解石、绿泥石等脉石矿物边缘，紧密镶嵌或包裹在这些脉石中（见图1d）。这种类型的CuFeS2粒度相对较粗，主要分布在0.01～0.08mm之间，数量上占样品中CuFeS2总量的10%左右。

（3）CuFeS2的极贫连生体。数量上约占样品中CuFeS2总量的80%。颗粒中CuFeS2的体积含量通常小于25%，部分甚至小于5%。这种连生体中CuFeS2的粒度极不均匀，粗者可达0.1 mm 左右，微细者小于0.001 mm，一般变化于0.005～0.08 mm之间。据镜下粗略统计，粒度大于0.04 mm 的约占50%。颗粒中CuFeS2多呈浸染状包裹在主要由石英、方解石、绿泥石和闪石等脉石组成的集合体中（见图1d），通常这些脉石集合体粒度也相对较粗。

图1 CuFeS2 不同嵌布类型的SEM 背散射图像

总体来说，损失在粗尾砂中的CuFeS2解离程度较低，绝大部分都与脉石矿物紧密镶嵌，且粒度极不均匀。特别是第三种类型的连生体中，大部分CuFeS2粒度大于0.04 mm，预计进一步适度磨矿可获得单体解离形成铜的富连生体。因此从矿物嵌布粒度分析，对于粒度大于0.04 mm 的CuFeS2，除第一、二种类型连生体中的CuFeS2以外，第三种类型连生体中粒度较粗的CuFeS2也可以得到进一步的回收。然而，对于粒度小于0.04 mm 的CuFeS2，因其粒度过细、分散程度过高、与脉石矿物的镶嵌关系过于复杂，预计即使进一步细磨也很难得到较充分的解离。

2.2.2 黄铁矿（FeS2）

FeS2是粗尾砂中最主要金属硫化物。形态多为自形、半自形或不规则粒状，部分呈单体状态产出，其余部分主要与石英、方解石和云母等脉石矿物镶嵌构成不同比例的连生体，自形、半自形的粒状FeS2嵌布在石英和方解石中（见图2a），少量与CuFeS2、绿泥石和闪石等矿物交生（见图2bc），部分FeS2的边缘或裂隙因氧化作用被赤铁矿、褐铁矿等次生矿物交代，粒度较细，一般变化于0.02～0.15 mm 之间，极个别粗者可达0.25 mm 左右。FeS2与CuFeS2嵌布关系并不密切，仅少部分与CuFeS2嵌连，且与FeS2嵌连的CuFeS2粒度不仅较为细小，且嵌布关系较为复杂，这部分CuFeS2即使细磨也难以与FeS2分离。

2.2.3 脉石矿物

粗尾砂中脉石矿物种类较多，主要是石英、方解石、石榴石和长石，其次是绿泥石、辉石和闪石等。总体来看，样品中脉石矿物形态多为不规则粒状，大部分呈单体状态产出，少量与FeS2或CuFeS2等金属硫化物呈连生关系（见图2a-b）。经比较，石英和方解石与金属硫化物的嵌连关系更为紧密，且部分绿泥石、云母、闪石和长石也与金属硫化物嵌连。

图2 FeS2 和其他脉石矿物不同嵌布类型的SEM 背散射图像

2.3 铜矿物和硫矿物的嵌布粒度特征

采用MLA 对粗尾砂中铜矿物和硫矿物的嵌布粒度特征进行了分析，结果见表5 所示。由结果分析可知：粗尾砂中铜矿物和硫矿物均具微细粒-细粒分布的特征，但硫矿物粒度相对较粗。其中，铜矿物的产出粒度分布有两个特点：一是粒度分布较为分散，在0.005～0.074 mm 之间的各个粒级中分布较为均匀，铜分布率在11%～19%之间；二是整体粒度明显较细，虽然与硫矿物均属微细粒-细粒分布的范畴，但实际上差异较为明显，具体表现为+0.037 mm 部分铜矿物占比仅为35.49%，而硫矿物高达69.13%。

表5 铜矿物和硫矿物的嵌布粒度特征分析结果

综合分析可知，该含铜粗尾砂需进行超细磨才能将铜矿物与其他脉石矿物充分解离。此外，脉石矿物不仅含有大量的硅酸盐难磨矿物，还含有部分易泥化的绿泥石等物质，会对磨矿解离和浮选分离指标造成较大的影响。

2.4 铜矿物和硫矿物的解离度及嵌连关系

选择合适的磨矿细度使绝大部分目的矿物充分单体解离，是获得理想选矿技术指标的前提。采用MLA 对粗尾砂中铜矿物和硫矿物分别进行了解离度、嵌连关系的测定，测定结果分别见表6、表7。由结果分析可知：

表6 粗尾砂中铜矿物和硫矿物的解离度分析结果 %

表7 粗尾砂中铜矿物和硫矿物连生体与嵌连矿物的比例 %

（1）粗尾砂中呈单体产出的铜矿物仅占6.47%，即使加上富连生体（颗粒中铜矿物的体积含量大于75%）所占比例亦仅为7.69%，而呈贫连生体（颗粒中铜矿物的体积含量小于75%）产出的铜矿物却占92.31%，特别是极贫连生体占比高达80.63%。在铜矿物连生体中，与其嵌连关系最密切的矿物是石英和方解石，其次是绿泥石、闪石、云母等，而与硫矿物嵌连者仅占3.94%。

（2）粗尾砂中硫矿物的解离度为41.66%，在硫矿物连生体中，与其嵌连关系最密切的矿物主要是石英和方解石，其次为绿泥石、闪石、云母等，与铜矿物连生者占1.76%。

3 选矿试验研究

3.1 工艺矿物学影响因素与选矿工艺分析

根据工艺矿物学分析结果，影响粗尾砂选矿指标的工艺矿物学因素可归纳如下：

（1）粗尾砂中铜矿物主要为CuFeS2，损失的主要原因是其嵌布粒度较细，且多呈浸染状与脉石紧密镶嵌构成不同比例的连生体，极贫连生体所占比例较高。

（2）粗尾砂中硫矿物主要为FeS2，少量为磁黄铁矿，它们损失在尾矿中的原因是粒度较细、与脉石矿物的嵌连关系十分紧密。

针对粗尾砂中铜矿物嵌布粒度微细、矿物单体解离不充分的问题，选矿工艺需要进一步细磨才有可能使其得到较充分的解离，并通过高选择性捕收剂进行回收。

3.2 不同磨矿方式和磨矿细度试验对比

根据工艺矿物学研究结果，针对含铜矿物需要超细磨的问题，试验对比了立式搅拌磨和球磨两种磨矿方式对磨矿效果的影响（见图3），并在不同磨矿方式条件下开展了磨矿细度条件优化试验（见图4）。由结果可知：

图3 不同磨矿方式磨矿曲线对比试验结果

图4 不同磨矿方式对选铜粗选回收率的影响结果

（1）相比球磨，立式搅拌磨可大幅度减少磨矿时间，并且在相对短的时间内，磨矿细度可以达到工艺的要求。

（2）随着磨矿细度的增加，球磨选铜粗选Cu回收率最高仅有60%左右，而搅拌磨可达到80%左右。相比而言，立式搅拌磨对于提高铜回收率具有明显优势。当磨矿细度-0.045 mm 含量超过90%时，铜回收率明显下降，说明过磨会严重影响铜回收率，因此选择适宜的磨矿细度为-0.045 mm 占90.71%。

3.3 开路和闭路试验

3.3.1 全流程开路对比试验

根据探索试验及条件优化试验结果，可采用立式搅拌磨对含铜粗尾砂进行细磨，最优的磨矿细度为-0.045 mm 含量占90.71%，合适的粗选捕收剂为EP 捕收剂或者丁基黄药+丁铵黑药组合捕收剂。在采用二次粗选、四次精选、中矿顺序返回的浮选流程的条件下，对比了两种捕收剂的浮选指标，结果见表8，开路试验流程图参考图5。开路试验结果可知：

表8 含铜尾砂搅拌磨再磨选铜工艺开路试验结果

（1）采用EP 为捕收剂，优先选铜工艺可获得含铜18.32%的铜精矿，说明EP 可以作为生产高品位精矿方案的捕收剂。

（2）采用丁基黄药与丁铵黑药组合捕收剂，铜硫混浮工艺可获得含铜8.55%的铜精矿。考虑到丁基黄药与丁铵黑药组合药剂具有较强的捕收能力，有利于达到较高的选铜回收率，可选择丁基黄药与丁铵黑药组合药剂作为生产低品位精矿方案的捕收剂。

3.3.2 全流程闭路对比试验

根据选铜尾矿粗尾砂选矿工艺优化试验和开路试验结果，采用铜优先浮选和铜硫混合浮选工艺均可实现铜回收。在考虑选矿工艺的同时，试验对比了两种不同的药剂制度条件下的闭路试验的效果，试验结果见表9，闭路试验流程图见图5，闭路试验推荐工艺的工艺数质量流程图见图6 所示。由闭路试验结果分析可知：

图5 含铜粗尾砂再磨优先选铜工艺闭路试验流程图

图6 高品位精矿方案闭路试验选矿工艺数质量流程图

表9 含铜尾砂搅拌磨再磨选铜工艺闭路试验结果

（1）以丁基黄药+丁铵黑药的组合药剂作为浮选捕收剂，粗尾砂选铜可获得Cu 品位7.66%、Cu回收率59.63%的铜精矿。

（2）以EP 药剂作为浮选捕收剂，粗尾砂选铜可获得Cu品位18.02%、Cu回收率41.05%的铜精矿。

根据市场对铜精矿品位的要求，推荐采用EP为捕收剂，优先选铜工艺以生产高品位铜精矿的方案，以实现对粗尾砂中铜的回收。

4 结论

（1）含铜尾矿粗尾砂中铜矿物和硫矿物的嵌布粒度微细、解离程度低，与脉石的镶嵌关系复杂，需采用高效磨矿设备进行细磨，使铜、硫矿物得到充分解离，然后采用浮选工艺进行分离回收，可实现铜、硫矿物的有效回收。

（2）采用立式搅拌磨对含铜粗尾砂进行细磨可充分解离含铜矿物，试验对比了铜硫混合浮选工艺和铜硫依次优先浮选工艺的试验指标，采用EP 捕收剂或丁基黄药+丁铵黑药组合捕收剂的两种药剂制度分选出不同品位的铜精矿。

（3）推荐以EP 作为浮选捕收剂，采用再磨后二次粗选、四次精选、中矿顺序返回的优先选铜工艺，闭路试验可获得Cu 品位18.02%、回收率41.05%的铜精矿。