非洲某硫化銅鈷礦銅鈷賦存特征與可選性

郜 偉 肖儀武 方明山

(礦冶科技集團有限公司 礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京102600)

某銅礦床位于非洲中南部贊比亞—剛果(金)銅鈷成礦帶內，是著名的特大型銅資源基地。該礦床不但含有大量銅資源，還富含一定量的鈷，對該礦床中的銅鈷礦進行工藝礦物學分析，研究其銅鈷的可利用價值具有重要的研究意義。本文研究的銅鈷礦產自該礦床，含銅1.92%、鈷0.09%，且銅、鈷主要以獨立硫化礦物的形式存在，礦石組分較復雜，產出特征尚不明確。為充分辨明該銅鈷礦資源的可利用性，采用工藝礦物學分析手段系統分析該銅鈷礦的礦物產出特征和解離度特征，在此基礎上探究其可選性。

1 礦物組成及銅鈷賦存狀態

1.1 礦物組成

礦石中銅礦物大部分為黃銅礦，含少量斑銅礦和微量黝銅礦。鈷礦物主要為硫鈷礦，含微量鈷鎳黃鐵礦。其他金屬礦物主要有黃鐵礦、少量磁黃鐵礦、金紅石、赤鐵礦、褐鐵礦、輝鉬礦等。非金屬礦物主要為石英和正長石，其次為白云母、金云母、白云石、方解石和綠泥石以及少量的鈉長石、磷灰石、高嶺石等。礦石的礦物組成及相對含量見表1。

表1 礦石的礦物組成及相對含量Table 1 Mineral composition and relative content of the ore /%

1.2 銅鈷賦存狀態

采用光學顯微鏡及AMICS自動分析系統對礦石中礦物進行查找，共查找顆粒約500萬顆。結果顯示：銅、鈷絕大部分以獨立礦物形式存在；銅的獨立礦物主要為黃銅礦，含少量斑銅礦和微量黝銅礦；微量銅以類質同象形式賦存在硫鈷礦中；鈷的獨立礦物主要為硫鈷礦(Co,Ni)3S4，少量為鈷鎳黃鐵礦(Co，Ni，Fe)9S8。銅在各礦物中的平衡計算結果見表2。硫鈷礦和鈷鎳黃鐵礦的掃描電鏡譜分析結果分別見表3、表4。由表3可知，硫鈷礦中普遍含有銅，部分含有鐵、鎳，鈷含量集中在40%～50%，硫含量在40%左右。由表4可知，鈷鎳黃鐵礦中硫含量在30%～34%，鈷含量較高，鎳含量小于0.20%。鈷在各礦物中的平衡計算結果見表5。

表2 銅在各礦物中的平衡計算結果Table 2 Equilibrium calculation result of copper in various minerals /%

表3 硫鈷礦的主要化學成分Table 3 Main chemical compositions of linnaeite /%

表4 鈷鎳黃鐵礦的主要化學成分Table 4 Main chemical compositions of cobalt-bearing pentlandite /%

表5 鈷在各礦物中的平衡計算結果Table 5 Equilibrium calculation of cobalt in various minerals /%

由銅、鈷的賦存狀態可知，選礦回收的目的礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、硫鈷礦和鈷鎳黃鐵礦。

2 礦石中目的礦物的產出特征

2.1 銅礦物

黃銅礦主要呈不規則狀、他形粒狀嵌布在脈石礦物中(圖1)。此外，黃銅礦與斑銅礦的嵌布關系較為密切，部分黃銅礦被斑銅礦交代產出，偶見黃銅礦被斑銅礦交代充填呈脈狀結構產出；少量黃銅礦與硫鈷礦、鈷鎳黃鐵礦復雜共生嵌布(圖2)，還可見部分黃銅礦中包裹微細粒硫鈷礦、鈷鎳黃鐵礦。

圖1 黃銅礦呈不規則狀產出(光學顯微鏡，反光)Fig.1 Chalcopyrite grains disseminate as irregular shaped grain (Optical microscope，Reflection)

圖2 黃銅礦與硫鈷礦、鈷鎳黃鐵礦復雜共生(光學顯微鏡，反光)Fig.2 Chalcopyrite associates with linnaeite and cobaltpentlandite(Optical microscope，Reflection)

斑銅礦含量相對較低，主要以不規則狀嵌布在脈石礦物中，少量斑銅礦交代黃銅礦嵌布，偶見斑銅礦呈蠕蟲狀結構嵌布在黃銅礦中。

2.2 鈷礦物的產出特征

硫鈷礦是礦石中主要的鈷礦物，常與黃銅礦緊密共生(圖3)，部分被鈷鎳黃鐵礦交代產出(圖2)，二者嵌布關系較為復雜，可見呈網格狀分布，有時可見硫鈷礦被磁黃鐵礦交代產出，偶爾可見硫鈷礦呈不規則狀嵌布在脈石礦物中。

圖3 硫鈷礦交代黃銅礦產出(光學顯微鏡，反光)Fig.3 Linnaeite associates with chalcopyrite (Optical microscope Reflection)

鈷鎳黃鐵礦的含量相對較低，常與黃銅礦緊密嵌布在一起(圖2、圖4)，少量被硫鈷礦交代(圖2)，二者嵌布關系復雜，有時可見鈷鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦共生，部分鈷鎳黃鐵礦沿磁黃鐵礦的晶面呈細脈狀包裹在磁黃鐵礦中，這部分包裹在磁黃鐵礦中的鈷鎳黃鐵礦在銅鈷浮選過程中易損失在尾礦中。

圖4 鈷鎳黃鐵礦與黃銅礦緊密嵌布(光學顯微鏡，反光)Fig.4 cobalt-bearing pentlandite closely embedded with chalcopyrite(Optical microscope，Reflection)

3 礦石中目的礦物的粒度及解離度特征

硫化銅礦物和硫化鈷礦物的嵌布關系密切，且硫化鈷礦物量相對較低，硫化銅礦物量為5.25%，硫化鈷礦物量僅為0.18%。粒度測量時不僅單獨測定了硫化銅礦物、硫化鈷礦物粒度，還將二者當做銅鈷礦物集合體進行粒度測定，數據見表6，以便能更準確地表述礦石中重要礦物的工藝粒度。

表6 礦石中銅、鈷礦物的粒度組成表Table 6 Grain size distributions of copper and cobalt minerals in the ore

由表6可知，礦石中硫化銅礦物、銅鈷礦物集合體嵌布粒度均較粗，在+0.074 mm粒級的分布率分別為83.83%和82.33%；硫化鈷礦物粒度相對較細，在+0.074 mm粒級的分布率為52.76%，在-0.020 mm粒級的分布率高達12.27%。

由于硫化鈷礦物粒度較細，且硫化鈷礦物與硫化銅礦物之間嵌布關系密切，因此宜采用混合浮選再分選的方式回收銅鈷。

此外，分別對硫化銅礦物、硫化鈷礦物和銅鈷礦物集合體進行解離度測定，結果見表7～9。根據解離度數據變化情況，宜選用磨礦細度為-0.074 mm占比65%的細度進行銅鈷混合浮選。由于該細度條件下，硫化鈷礦物的解離度僅為49.95%，連生體部分大部分與黃銅礦連生，占比為42.40%，因此在銅鈷分選時應先對銅鈷混合精礦進行再磨。

表7 不同磨礦細度時硫化銅礦物的解離度Table 7 Liberation degree of copper sulfide minerals with different grinding fineness

表8 不同磨礦細度時硫化鈷礦物的解離度Table 8 Liberation degree of cobalt sulfide minerals with different grinding fineness

表9 不同磨礦細度時銅鈷礦物集合體的解離度Table 9 Liberation degree of copper cobalt mineral aggregate with different grinding fineness

4 推薦選礦試驗方案

根據銅、鈷礦物的粒度解離度特征，決定采用一段磨礦細度為-0.074 mm占比65%的細度進行混合浮選，獲得銅鈷混合精礦。從由光學顯微鏡分析結果可知，銅鈷混合精礦中硫化鈷礦物以單體為主，單體解離度不高，僅為58.65%；連生體部分中大部分硫化鈷礦物相對較粗，且與硫化銅礦物關系簡單。銅鈷混合精礦中銅礦物、鈷礦物的產出特征見圖5。

圖5 銅鈷混合精礦中硫化銅、硫化鈷礦物的產出特征(光學顯微鏡，反光)Fig.5 Characteristics of copper sulfide and cobalt sulfide minerals (Optical microscope，Reflection)

從圖5可以看出，由混合浮選得到的銅鈷混合精礦可通過再磨礦的方式使銅、鈷礦物達到更好的解離效果，從而實現銅、鈷分離，獲得銅精礦、鈷精礦。探索試驗閉路試驗結果顯示，采用混合浮選再浮選工藝處理該硫化銅鈷礦可獲得銅品位35.33%、銅回收率91.96%的銅精礦和鈷品位1.31%、鈷回收率60.68%的鈷精礦。

5 結論

1)非洲某銅鈷礦原礦含銅1.92%、鈷0.09%，其中的鈷品位較低，難以有效回收。

2)礦石中銅礦物嵌布粒度較粗，鈷礦物嵌布粒度相對較細，二者嵌布關系較為密切，且鈷礦物與黃銅礦共生關系復雜，嚴重影響選礦過程中含鈷礦物的綜合回收。礦石中有少量的銅鈷礦物以微細粒嵌布在脈石礦物中，且部分鈷礦物與磁黃鐵礦的嵌布關系復雜，浮選時可能造成鈷的損失。

3)建議采用-0.074 mm占比65%的磨礦細度進行銅鈷混合浮選，后續通過再磨實現銅、鈷的分離。實驗室探索閉路試驗可獲得銅品位35.33%、銅回收率91.96%的銅精礦和鈷品位1.31%、鈷回收率60.68%的鈷精礦。采用“銅鈷混合浮選再分選”的工藝流程，有望實現銅，鈷資源的綜合回收。