李玄武 張亞輝 雷治武 吳安平 李 立 洪歡歡

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430070)

金川集團(tuán)有限公司是我國最大的鎳生產(chǎn)基地，其金屬鎳年產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的85%以上。金川鎳礦石為富含鎂硅酸鹽脈石礦物的低品位銅鎳硫化礦石［1］。在閃速爐冶煉冰鎳的過程中，當(dāng)冰鎳中的MgO 含量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致爐渣黏度大、渣相分離困難、冶煉回收率低等一系列問題，嚴(yán)重時(shí)冶煉無法進(jìn)行。對(duì)于富含鎂硅酸鹽脈石礦物的低品位銅鎳硫化礦石，如何降低浮選精礦中MgO 的含量一直是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)［2-3］。

研究表明［4］，銅鎳硫化礦中蛇紋石、綠泥石等含鎂脈石礦物除了通過連生體、礦泥罩蓋和機(jī)械夾雜等途徑進(jìn)入浮選精礦外，礦漿中的難免金屬離子Cu2+、Ni2+等對(duì)蛇紋石、綠泥石等含鎂脈石礦物的活化也是造成其進(jìn)入銅鎳浮選精礦的重要途徑。福馬西羅等［5］研究發(fā)現(xiàn)，在pH=7 ～10 的范圍內(nèi)(銅鎳硫化礦的浮選pH 值一般為8.5 ～9.5)，Cu2+和Ni2+能有效地活化蛇紋石和綠泥石，活化后的蛇紋石和綠泥石能被黃藥浮選捕收。曹釗等［8］研究發(fā)現(xiàn)，Cu2+和Ni2+能有效地吸附在綠泥石表面，從而強(qiáng)化黃藥對(duì)綠泥石的浮選捕收。張亞輝等［9］使用FTIR 研究了黃藥在黃銅礦、鎳黃鐵礦和黃鐵礦表面的吸附形式，結(jié)果表明，黃原酸鹽分子主要通過與礦物表面金屬離子的相互作用而吸附在礦物表面，這為研究被金屬離子活化的含鎂脈石礦物的黃藥浮選提供了參考。

以往關(guān)于銅鎳硫化礦浮選降鎂的研究主要集中在蛇紋石、綠泥石等脈石礦物的抑制劑和分散劑的研制上，而對(duì)如何消除Cu2+、Ni2+對(duì)蛇紋石和綠泥石的活化卻較少研究。張亞輝等［5］提出，使用EDTA、草酸、檸檬酸等絡(luò)合劑清洗吸附在蛇紋石、綠泥石等脈石礦物表面的銅鎳活化離子的同時(shí)使用高效抑制劑，是銅鎳硫化礦浮選降鎂的有效途徑。張亞輝、熊學(xué)廣等［10］通過組合使用檸檬酸+六偏磷酸鈉使金川銅鎳硫礦浮選精礦的MgO 含量降低了1.24 個(gè)百分點(diǎn)。

本試驗(yàn)以金川鎳礦二礦區(qū)礦石為研究對(duì)象，在檸檬酸－改性淀粉藥劑體系下，進(jìn)行了提高精礦銅鎳品位、降低MgO 含量的研究。

1 原礦性質(zhì)

1.1 原礦主要化學(xué)成分分析

原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 原礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical component analysis results of raw ore %

從表1 可知:原礦中有回收利用價(jià)值的元素主要為Ni 和Cu，品位分別為1.28%和0.86%，鐵有綜合回收價(jià)值。雜質(zhì)成分主要為SiO2和MgO，分別占33.85%和28.61%。

1.2 原礦鎳銅物相分析

原礦鎳銅物相分析結(jié)果見表2、表3。

表2 原礦鎳物相分析結(jié)果Table 2 Nickel phase analysis results of raw ore %

表3 原礦銅物相分析結(jié)果Table 3 Copper phase analysis results of raw ore %

從表2 可知，原礦中的鎳主要以原生硫化鎳形式存在，占總鎳的95.69%。

從表3 可知，原礦中的銅主要以原生和次生硫化銅形式存在，二者占總銅的94.58%。

1.3 原礦主要礦物成分分析

原礦中的主要礦物組成見圖1(XRD 圖譜)。

圖1 原礦的XRD 圖譜Fig.1 The XRD spectrum of raw ore

從圖1 可知，原礦中主要的含鎳礦物為鎳黃鐵礦，含鎂礦物為蛇紋石、鎳綠泥石和滑石。

綜上所述，該礦石是典型的富含鎂硅酸鹽脈石礦物的低品位銅鎳硫化礦石。

2 模擬現(xiàn)場生產(chǎn)流程和藥劑制度試驗(yàn)

現(xiàn)場流程及藥劑制度見圖2，實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場流程試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖2 現(xiàn)場生產(chǎn)流程Fig.2 In-situ production process

表4 實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場生產(chǎn)流程試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The laboratory test index of simulating in-situ process %

從表4 可見，實(shí)驗(yàn)室按現(xiàn)場磨礦細(xì)度(－0.074 mm 占90.12%)，采用現(xiàn)場1 粗2 精3 掃、中礦順序返回流程，取得了Ni、Cu 品位分別為8.75%、5.11%，MgO 含量6.76%，Ni、Cu 回收率分別為81.89%、71.78%的鎳銅混合精礦。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 粗選條件試驗(yàn)

粗選條件試驗(yàn)采用1 次粗選流程，由于Ni、Cu 礦物在浮選過程中的關(guān)聯(lián)性非常好，條件試驗(yàn)過程中僅分析Ni、MgO 的指標(biāo)。

3.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)的氫氧化鈉用量為900 g/t(礦漿pH=9.5)，絡(luò)合清洗劑檸檬酸用量為1 500 g/t，抑制劑改性淀粉用量為30 g/t，捕收劑丁基黃藥用量為80 g/t，起泡劑J622 用量為60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 磨礦細(xì)度試驗(yàn)銅鎳粗精礦指標(biāo)Table 5 The copper and nickel rough concentrate index at different grinding fineness %

從表5 可知，隨著磨礦細(xì)度的提高，粗精礦Ni 品位小幅下降，Ni 回收率顯著上升，MgO 含量小幅上升。綜合考慮，確定磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%。

3.1.2 粗選檸檬酸用量試驗(yàn)

粗選檸檬酸用量試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為－0.074 mm占90.12%，氫氧化鈉用量為900 g/t(礦漿pH =9.5)，改性淀粉用量為30 g/t，丁基黃藥為80 g/t，J622 為60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6 可知，隨著檸檬酸用量的增加，粗精礦Ni品位上升、Ni 回收率和MgO 含量下降。綜合考慮，確定粗選檸檬酸用量為1 500 g/t。

表6 檸檬酸用量試驗(yàn)銅鎳粗精礦指標(biāo)Table 6 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of cirtic acid

3.1.3 粗選改性淀粉用量試驗(yàn)

粗選改性淀粉用量試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%，氫氧化鈉用量為900 g/t(礦漿pH=9.5)，檸檬酸用量為1 500 g/t，丁基黃藥為80 g/t，J622 為60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 改性淀粉用量試驗(yàn)銅鎳粗精礦指標(biāo)Table 7 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of modified starch

從表7 可見，隨著改性淀粉用量的增加，粗精礦Ni 回收率和MgO 含量下降，Ni 品位變化不大。綜合考慮，確定粗選改性淀粉用量為10 g/t。

3.1.4 礦漿pH 值試驗(yàn)

礦漿pH 值試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%，檸檬酸用量為1 500 g/t，改性淀粉為10 g/t，丁基黃藥為80 g/t，J622 為60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 礦漿pH 值試驗(yàn)銅鎳粗精礦指標(biāo)Table 8 The copper and nickel rough concentrate index at pulp pH tests

從表8 可見，隨著pH 的增大，粗精礦Ni 品位和Ni 回收率均先上升后下降，MgO 含量先下降后上升。因此，確定粗選礦漿pH=9.5，對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉用量為900 g/t。

3.1.5 丁基黃藥用量試驗(yàn)

丁基黃藥用量試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%，氫氧化鈉用量為900 g/t(礦漿pH=9.5)，檸檬酸用量為1 500 g/t，改性淀粉為10 g/t，J622 為60 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 丁基黃藥用量試驗(yàn)銅鎳粗精礦指標(biāo)Table 9 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of butyl xanthate

從表9 可知，隨著丁基黃藥用量的增加，粗精礦Ni 回收率和MgO 含量上升，Ni 品位小幅下降。綜合考慮，確定丁基黃藥粗選用量為120 g/t。

3.1.6 粗選J622 用量試驗(yàn)

粗選J622 用量試驗(yàn)的磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%，氫氧化鈉用量為900 g/t(礦漿pH=9.5)，檸檬酸用量為1 500 g/t，改性淀粉為10 g/t，丁基黃藥用量為120 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表10 J622 用量試驗(yàn)銅鎳粗精礦指標(biāo)Table 10 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of J622

從表10 可知，隨著J622 用量的增加，粗精礦Ni回收率和MgO 含量上升，Ni 品位小幅下降。綜合考慮，確定粗選J622 用量為60 g/t。

3.2 精選條件試驗(yàn)

精選條件試驗(yàn)流程見圖3。

圖3 精選條件試驗(yàn)流程Fig.3 Condition experiments process of concentration

3.2.1 精選1 檸檬酸用量試驗(yàn)

精選1 檸檬酸用量試驗(yàn)的改性淀粉用量為5g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 檸檬酸用量試驗(yàn)銅鎳精礦指標(biāo)Table 11 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of cirtic acid

從表10 可見，隨著檸檬酸用量的增加，精礦的Ni 回收率和MgO 含量均下降，Ni 品位小幅上升。綜合考慮，確定精選1 檸檬酸用量為250 g/t。

3.2.2 精選1 改性淀粉用量試驗(yàn)

精選1 改性淀粉用量試驗(yàn)的檸檬酸用量為250 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 改性淀粉用量試驗(yàn)銅鎳精礦指標(biāo)Table 12 The copper and nickel rough concentrate index on dosage of modified starch

從表12 可見，隨著改性淀粉用量的增加，精礦的Ni 回收率和MgO 含量下降，Ni 品位變化不大。綜合考慮，確定精選1 改性淀粉用量為5 g/t。

3.3 閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)和開路試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了檸檬酸－改性淀粉體系的閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表13。

圖4 閉路試驗(yàn)流程Fig.4 The closed-circuit test process

表13 閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 13 The result of closed-circuit test %

從表13 可見，在磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%、檸檬酸－改性淀粉藥劑體系下，采用1 粗2精3 掃、中礦順序返回流程，可取得Ni、Cu 品位分別為9.03%、5.18%，MgO 含量6.18%，Ni、Cu 回收率分別為85.30%、72.82%的鎳銅混合精礦。

4 結(jié) 論

(1)金川鎳礦二礦區(qū)礦石屬典型的富含鎂硅酸鹽脈石礦物的低品位銅鎳硫化礦石，Ni、Cu 品位分別為1.28%和0.86%，鎳銅主要以硫化物形式存在;SiO2、MgO 含量分別占33.85%和28.61%，含鎂礦物主要為蛇紋石、鎳綠泥石和滑石。

(2)實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場工藝技術(shù)條件處理該礦石，取得了Ni、Cu 品位分別為8.75%、5.11%，MgO 含量6.76%，Ni、Cu 回收率分別為81.89%、71.78%的鎳銅混合精礦。

(3)在磨礦細(xì)度為－0.074 mm 占90.12%、檸檬酸－改性淀粉藥劑體系下，采用1 粗2 精3 掃、中礦順序返回流程處理該礦石，可取得Ni、Cu 品位分別為9.03%、5.18%，MgO 含量6.18%，Ni、Cu 回收率分別為85.30%、72.82%的鎳銅混合精礦。精礦Ni、Cu品位分別提高了0.28、0.07 個(gè)百分點(diǎn)，精礦Ni、Cu 回收率分別提高了3.41、1.04 個(gè)百分點(diǎn)，MgO 含量下降了0.58 個(gè)百分點(diǎn)。

(4)采用絡(luò)合劑檸檬酸絡(luò)合礦漿中的難免金屬離子Cu2+、Ni2+，減少Cu2+、Ni2+對(duì)含鎂脈石礦物的活化，并用改性淀粉高效抑制脈石礦物，從而擴(kuò)大目的礦物和脈石礦物間的可浮性差異，是銅鎳硫化礦浮選降鎂的有效方法。

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