玻利维亚Thayamontana含自然铜的高品位氧化铜矿选别试验研究

亢选雄 叶国华 朱思琴 梁雪崟

(昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 650093)

铜是人类使用最早的金属之一，在人类生产和生活中有着不可代替的作用[1]。随着资源的不断开发利用，相对易选的硫化铜储量正在逐步减少，复杂难处理氧化铜矿所占铜矿比例不断扩大。因此，研究与开发氧化铜矿已是当前重点之一[2]。

目前，氧化铜矿的选别工艺主要有浮选[3]、化学浸出[4]和选冶联合[5]等。其中浮选工艺是目前最成熟、最普遍的方法。浮选可分为直接浮选和活化浮选两种工艺，直接浮选指不经过预先活化，直接使用捕收剂浮选；活化浮选是预先添加活化剂改变氧化铜矿物表面结构，使其可浮性发生变化，然后再加入捕收剂进行浮选[6]。由于直接浮选工艺只适用于处理以高品位孔雀石为主、性质较简单的易选氧化铜矿石，对于相对复杂的氧化铜矿并不适用，因此目前对氧化铜矿常采用活化浮选工艺。

对于自然铜，目前常用的选别方法有浮选和重选等。顾庆香[7]针对某自然铜含量为6.6%的氧化铜矿，在六粗两扫的浮选闭路流程下，得到了铜品位25.61%、回收率74.79%的铜精矿。胡根华[8]针对澳大利亚某富含自然铜硫化铜矿石，先用重选工艺进行回收，再通过磨矿—浮选—弱磁选流程，最终从重选尾矿中获得铜品位为32%、回收率为95%的优良指标。

鉴于此，依据玻利维亚Thayamontana氧化铜矿(含自然铜)的性质特点，采用重—浮联合流程对其进行了选别试验研究，以期为高效合理地开发利用含自然铜的氧化铜矿石提供新思路。

1 原矿性质

1.1 化学成分与物相分析

矿石取自玻利维亚Thayamontana铜矿山，矿石为灰色，有蓝绿色和肉红色的斑杂，表面呈土状，裂隙发育。碎矿产品在镜像下可见孔雀石、自然铜等金属矿物。其化学成分和铜矿物相分别见表1、2。

表1 矿石主要化学组分

由表1可知，原矿中主要金属组分Cu品位较高，达3.86%；伴生组分金、银的含量分别为0.03、4.86 g/t，未达到工业回收标准，可不用考虑其综合回收；脉石组分以SiO2为主，还含有少部分易泥化的CaO和MgO等碱性脉石矿物。

由表2可知，矿石铜氧化率高达73.57%，其中结合氧化铜占有率为9.07%，该矿石属高品位氧化铜矿；矿石中硫化铜的占有率为14.25%，可考虑优先回收；自然铜占有率高达12.18%，由于自然铜具有良好的延展性，往往难以磨碎导致其浮选困难，选别时应特别注意自然铜对浮选指标的影响。

表2 铜物相分析

1.2 矿物组成

通过XRD(X射线衍射)对矿物组成分析可知，矿石中金属矿物主要为铜、铁的氧化物及少量的硫化物等，代表矿物为孔雀石、赤铜矿、赤铁矿、褐铁矿、铜蓝、斑铜矿、蓝辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿、自然铜等。脉石矿物主要为石英、斜长石、方解石、白云母、黑云母、高岭石、绢云母等。其主要矿物嵌布特征如图1所示。

由图1可知，1)孔雀石是含量最多的铜矿物，孔雀石常为他形，呈细脉状或者树枝状，主要嵌布形式有：①孔雀石与石英颗粒集合体共生，嵌布在石英颗粒间；②孔雀石以细粒集合体呈土状存在；③孔雀石与黏土矿物伴生或包裹在黏土矿物中，这部分孔雀石较难回收；2)矿石中自然铜为不规则粒状且粒径粗大，大部分自然铜呈星点状分布在矿石中，自然铜常常与赤铜矿、赤铁矿、铜蓝等伴生，部分自然铜被赤铜矿沿着边缘交代；3)脉石矿物由石英与斜长石、方解石等共同构成。在石英颗粒间常有金属矿物呈星点状分散分布，赤铁矿、赤铜矿、孔雀石等构成海绵陨铁结构在石英颗粒之间胶结。在颗粒集合体之间，常有赤铁矿、赤铜矿、孔雀石分布，这也是造成该矿石难选的原因之一。

图1 主要矿物堪布特征

2 结果与讨论

2.1 自然铜选矿

由矿物组成分析可知，除孔雀石、赤铜矿、铜蓝、斑铜矿外，矿石中含有一定的自然铜等较难处理的铜矿物。由于自然铜结晶较大且延展性良好，所以在碎矿作业时，大部分自然铜会被碾磨成薄片状，导致浮选泡沫很难将其负载上来，从而使自然铜浮选回收变得更为困难[10]，且自然铜的比重(8.4～8.95)与主要脉石矿物石英的比重(2.65)具有较大差异，故可以采用重选法对自然铜进行富集。为此，针对矿石中的自然铜，开展了摇床重选试验。试验流程如图2所示，最终在磨矿细度为-0.074 mm含量占85%条件下，可得到铜品位为46.35%、回收率为 16.81%的精矿。

图2 摇床重选流程图

2.2 浮选条件试验

重选尾矿中主要有用矿物为孔雀石、赤铜矿、铜蓝、斑铜矿、蓝辉铜矿、黄铜矿等，由于铜蓝、斑铜矿、蓝辉铜矿、黄铜矿属于易浮的硫化矿物，而孔雀石、赤铜矿属难选氧化铜矿，依据矿石该特点，采用易—难两步浮选法对其进行分步浮选。第一步以松醇油作为起泡剂、戊基黄原酸钠+丁基铵黑药组合作捕收剂同时加入优先选出易浮矿物；第二步使用硫化钠+D2同时加入强化活化，戊基黄原酸钠+丁基铵黑药并辅以羟肟酸同时加入进行强化捕收，对难浮矿物进行强化浮选。由于该矿石为相对难选的高品位氧化铜矿，回收率为重要考察指标，因此在开路条件试验下采用了“两粗一扫”流程，试验流程见图3。

图3 浮选条件流程图

2.2.1 磨矿细度对浮选指标的影响

磨矿作业可以使金属矿物与脉石矿物解离，合理的磨矿细度不仅可以保证目的矿物充分解离，而且能避免矿石过磨导致的泥化现象对浮选指标造成影响。为考察磨矿细度对浮选指标的影响，在粗选Ⅰ、粗选Ⅱ、扫选Ⅰ作业的硫化钠用量分别为3 000、150、0 g/t，戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量为30+40、0、0 g/t，松醇油的用量为10、20、10 g/t，硫化钠和D2用量为0、2 000+150、0 g/t、羟肟酸钠+戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量为0+0+0、150+120+40、80+60+20 g/t的条件下，进行了磨矿细度试验，试验流程如图3所示，试验结果见图4。

图4 磨矿细度试验结果

从图4可以看出，在磨矿细度-0.074 mm含量为70%～85%时，随着磨矿细度的提高，浮选精矿回收率明显上升，品位略有下降；当磨矿细度-0.074 mm含量达到85%时，回收率达到最大；当磨矿细度-0.074 mm含量超过85%时，铜精矿回收率有所下降，品位几乎没有变化。说明在一定范围内，随着磨矿细度的增加矿物解离度增强，回收率增加。但当磨矿细度达到一定的值后，继续磨矿并不能再提高回收率。综合考虑，选择磨矿细度为-0.074 mm含量占85%为宜。

2.2.2 硫化钠用量对浮选指标的影响

硫化钠是氧化铜矿浮选中常用的硫化剂，硫化钠可通过硫化作用促进药剂与铜矿物的捕收作用[11]。同时硫化钠又是氧化铜矿的抑制剂，适量硫化钠可以活化氧化铜，而过量则会抑制硫化后的氧化铜矿物[12]。因此硫化钠用量在氧化铜矿活化浮选流程中显得十分重要。

鉴于此，对硫化钠用量进行了两次粗选试验，固定磨矿细度为85%，粗选Ⅰ、粗选Ⅱ、扫选Ⅰ作业戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量为30+40、0、0 g/t，松醇油的用量为10、20、10 g/t，D2用量为0、150、0 g/t、羟肟酸钠+戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量为0+0+0、150+120+40、80+60+20 g/t的条件下，进行了硫化钠用量条件试验。试验流程见图3，试验结果见图5，其中a、b、c、d、e分别表示硫化钠在粗选Ⅰ、粗选Ⅱ用量为3 000、0，3 000、1 000，3 000、2 000，4 000、2 000，5 000、2 000 g/t。

图5 硫化钠用量试验结果

从硫化钠用量条件试验可以看出，在粗选Ⅰ、粗选Ⅱ作业硫化钠用量为a～d g/t时，随着硫化钠用量的增加，铜精矿的品位逐渐下降，回收率明显上升。在硫化钠粗选Ⅰ、粗选Ⅱ作业用量为4 000、2 000 g/t，精矿回收率达最大值，硫化钠用量继续增加，浮选精矿的回收率和品位变化幅度不大。综合考虑，选择硫化钠粗选Ⅰ、粗选Ⅱ作业用量为4 000、2 000 g/t为宜。

2.2.3 D2用量对浮选指标的影响

D2是一种优良的氧化铜活化剂，其主要活性成分是2，5-二硫酚-1，3，4-硫代二唑，研究发现活化剂D2与硫化钠配合使用浮选指标更好[13]。因此，在第二次粗选作业时考察了活化剂D2用量对浮选指标的影响，硫化钠粗选Ⅰ、粗选Ⅱ、扫选Ⅰ作业用量为2000、4000、0 g/t，其他药剂用量与硫化钠条件试验同。流程如图3所示，结果见图6。

图6 D2用量试验结果

从6图可以看出，当活化剂D2用量在0～150 g/t时，随着活化剂用量的增加，浮选精矿的品位逐渐降低，回收率有明显的上升趋势，而当D2药剂用量达到150 g/t之后回收率和品位均趋于平缓，说明当D2的用量达到150 g/t之后，继续增加活化剂用量并不能提高矿石的回收率，反而会增加选矿药剂成本。故综合考虑选择D2药剂用量为150 g/t。

2.2.4 捕收剂用量对浮选指标的影响

时至今日，黄药依然是氧化铜矿使用最多的捕收剂，而戊基黄药则是黄药类捕收剂中较为普遍和成熟的药剂之一。但随着氧化铜矿石性质越来越复杂，单一捕收剂不能很好地对氧化铜矿进行富集，因此戊基黄药常与丁基胺黑药组合使用。由铜矿物相分析可知，原矿中含有9.68%的结合氧化铜，而有研究表明，羟肟酸对结合氧化铜的回收具有一定作用[14]。鉴于此，试验选择目前较为普遍和成熟的戊基黄原酸钠与捕收能力和选择性都比较好的丁基铵黑药组合，并辅以选择性好、对结合氧化铜有显著回收效果的羟肟酸配合使用。

为了减少浪费、节约成本，在第二次粗选时考察了捕收剂用量对氧化铜浮选效果的影响。固定磨矿细度-0.074 mm含量为85%、粗选Ⅰ、粗选Ⅱ、扫选Ⅰ作业戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量为30+40、0、0 g/t、松醇油的用量为10、20、10 g/t、硫化钠和D2用量为0、2 000+150、0 g/t条件下进行捕收剂用量条件试验，其流程如图3所示，试验结果如图7所示。图7中a、b、c、d分别表示羟肟酸钠+戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量为0+150+50、100+120+40、150+120+40、150+150+50 g/t。

从图7可以看出，组合捕收剂羟肟酸钠+戊基黄原酸钠+丁基铵黑药用量从0+150+50 g/t增长到150+120+40 g/t时，粗选泡沫产率和回收率都有明显上升，铜精矿的品位逐渐下降，而当组合捕收剂用量从150+120+40 g/t增长到150+150+50 g/t时，粗选泡沫产率和回收率上升缓慢，铜精矿品位变化幅度不大，说明当组合捕收剂用量达到150+120+40 g/t时易浮铜矿物已基本上浮，再增加选矿药剂对选别指标意义不大，故综合考虑选择第二次粗选时捕收剂用量羟肟酸钠+戊基黄原酸钠+丁基铵黑药为150+120+40 g/t。

2.3 全流程闭路试验

根据上述条件试验结果，在最佳药剂条件下，采用重选、重选尾矿经三次粗选两次精选两次扫选的重—浮联合流程，对该矿石进行了闭路选矿试验。全流程闭路试验流程如图8所示，试验结果见表3。由表3可知，摇床精矿Cu品位为46.35%、浮选精矿Cu品位为22.21%，Cu总回收率达 85.29%。

表3 选矿闭路试验

图8 选矿闭路试验

3 结论

1)玻利维亚Thayamontana铜矿含Cu 3.86%、Cu氧化率为70.69%，并有13.07%的铜以自然铜形式存在，属含自然铜的高品位难选氧化铜矿。矿石中金属矿物以自然铜和氧化铜矿为主，脉石矿物以硅酸盐矿物为主，含有高岭石绢云母等易泥化的黏土性矿物。

2)针对矿石中含自然铜矿物较高的特点，采用重选工艺对其进行选矿富集，在磨矿细度为-0.074 mm含量占85%的条件下，得到了品位46.35%，回收率为 16.81%的重选铜精矿；采用易—难分选对摇床尾矿进行Cu回收，在最佳工艺条件下进行闭路试验，可得到摇床精矿Cu品位为46.35%、浮选精矿Cu品位为22.21%、Cu总回收率达85.29%的良好技术指标。