楊磊 許陽芳 吳偉

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

1 前言

新疆地處歐亞大陸腹地，構造上位于東半球古生代幾大板塊的結合部位，各類地質作用極其活躍，許多重要的成礦帶在此匯合，為形成各類成因礦產提供了絕好的場所。因此，新疆的銅鎳礦成因類型應有盡有。目前形成工業(yè)生產的主要分布在哈密和阿勒泰地區(qū)，其中以哈密地區(qū)為首，約占78%，阿勒泰地區(qū)約占20%。

新疆銅鎳礦山均是以銅鎳混合浮選作為首選工藝作為選礦工藝初期建設，獲得銅鎳混合精礦進行火法粗冶煉，得到冶煉含銅高冰鎳后送至冶煉廠選擇性浸出并精煉得到金屬產品。隨著市場金屬價格的變化影響，目前哈密地區(qū)已普遍形成銅鎳混合精礦浮選再分離的格局，銅鎳礦山產出浮選銅、鎳精礦分別銷售，其中銅鎳互含超標問題一直是技術上需要解決的障礙所在。阿勒泰地區(qū)至今仍采用混選方式，但亦對銅鎳分離保持技術上的需求。

新疆有色金屬研究所作為新疆地區(qū)專業(yè)選礦研究單位，對以上兩個地區(qū)的銅鎳礦山的選礦研究開展過大量的試驗研究工作，并提供了相關的技術成果作為建設依據(jù)。本文是針對新疆有色金屬研究所開展的銅鎳選礦分離工藝技術研究工作進行論述與分析,希望給予該類選礦技術的提升以助力。

2 銅鎳分離行業(yè)現(xiàn)狀與技術難點分析

目前國內銅鎳分離常采用以下兩種工藝：一是先浮選得到銅鎳混合精礦后經冶煉形成中間產品高冰鎳，然后再磨礦再浮選分離。二是直接浮選分離獲得銅精礦和鎳精礦。通常，前者用于銅鎳礦物粒度細且彼此嵌布十分致密的礦石，后者用于銅鎳礦物粒度較粗且彼此嵌布關系不甚緊密的礦石。銅、鎳硫化礦物的浮選分離一直是銅鎳硫化礦選礦的重要課題。特別是隨著經濟的不斷發(fā)展及人們環(huán)境保護意識的不斷提高，用成本相對低廉的選礦工藝盡可能獲得組成較為單一的選礦產品，降低銅、鎳冶煉工藝給料的復雜性，進而降低冶煉成本，減少冶煉工序有害廢物的排放量，已成為銅鎳硫化礦選礦工藝研究的重要方向。

銅鎳分離技術難點：

（1）銅鎳硫化物一般致密共生，嵌布粒度細，鎳礦物很少形成單獨鎳礦物，多半是分散在其他硫化礦，主要是磁黃鐵礦和黃銅礦中。鎳也常常以類質同象形式存在于磁黃鐵礦中。

（2）銅鎳礦石中的脈石主要為蛇紋石、自云石、白云母及滑石等，其存在對精礦品位及浮選過程有一定的影響。在銅鎳硫化礦浮選中都存在提高精礦品位及回收率，降低精礦中MgO含量的問題。因為MgO屬高熔點物質，如果含量過高不但會造成冶煉成本的增加，而且會因此造成爐渣相黏度過大而導致爐子結瘤，渣相分離困難，降低冶煉回收率。

（3）常規(guī)銅鎳分離的實質是銅硫分離，即采用石灰法，此法的主要缺陷是必須在高堿(pH≥12)介質中進行，高堿介質浮選帶來的問題是浮選操作困難，石灰易結垢、固結而堵塞管道，且不利于貴金屬礦物的回收。

（4）某些離子對浮選影響在正常pH下磨礦后，一些離子可以改變礦物的浮選行為：如磨礦機中鐵的電池效應起作用時，鈣離子可以活化硫化銅、鎳礦石的浮選。由于礦漿呈堿性的緣故，礦漿液相中存在有銅鎳和鐵離子，在磨礦和浮選過程中發(fā)生氧化還原反應，與硫代硫酸鹽離子形成金屬絡合物，從而影響浮選指標。

（5）兼顧伴生貴金屬的回收問題。在銅鎳硫化礦石中，常伴有一定量的金、銀及鉑族元素如鉑、鈀、鋨、銥等貴金屬，這些元素的賦存狀態(tài)比較復雜，但它們在浮選過程中大都富集在鎳精礦中。所以，從混合精礦中分離出部分基本不含這些元素的銅精礦，有利于對這些貴金屬元素的富集及回收。

（6）銅鎳礦資源貧、細、雜化的問題隨著銅鎳礦資源象其它金屬礦資源一樣，向貧、細、雜過渡，即所需處理的低品位礦石的礦量比例增大，細粒嵌布的礦石居多，礦石物質組成和相互嵌布關系更加復雜化，要獲得銅鎳浮選分離的高指標，難度加大。

目前銅鎳分離技術的進展主要在電化學，微生物浸出，化學選礦幾個方面得到發(fā)展。在浮選方面主要為浮選新藥劑的研制。由銅鎳分離的難題可知，要獲得銅鎳浮選分離的良好指標，很大程度上取決于對銅礦物較好的捕收及銅精礦中對鎳礦物的有效抑制。因此，國內外研制了大量的對銅礦物有強捕收力和高選擇性的捕收劑以及強化對鎳礦物抑制作用的抑制劑，還進行了某幾種藥劑的組合使用的研究，實踐證明，由于兩種或兩種以上藥劑組合在一起產生了協(xié)同效應，使得浮選效果出現(xiàn)了1+1＞2的增效效應。據(jù)文獻報導，王毓華等采用HA和石灰作組合抑制劑，原礦含1.70%Ni和1.15%Cu，經浮選分離可獲得含銅25.09%，鎳1.30%的銅精礦和含鎳3.55%和銅1.29%的鎳精礦，銅鎳作業(yè)回收率分別為88.2%和96.5%。郭宏以赤柏松銅鎳礦銅鎳混合精礦為研究對象，采用復合抑制劑JY406抑制鎳，降低精礦銅鎳互含。采用纖維素分散礦泥，減少精礦銅鎳互相夾帶，降低互含。劉緒光采用亞硫酸鈉和石灰組合抑制劑抑制磁黃鐵礦，添加ZnSO4提高抑制效果，增大了銅、鎳礦物的可浮性差距。閉路試驗結果表明，鎳精礦品位和回收率分別由7.59%和82.57%提高到9.4%和83.14%，銅精礦品位和回收率分別由l9.68%和42.37%提高到19.03%和58.95%。魏星等采用新疆哈密佳泰資源開發(fā)有限公司研制JT2代替氰化物，工業(yè)試驗的銅精礦銅品位和回收率分別為37.84%和70%，鎳精礦鎳品位和回收率分別為6.43%和96.33%，銅精礦中的鎳品位和鎳精礦中的銅品位均在1%以下。楊文生等采用石灰和YFA(黃腐酸)組合藥劑成功地浮選分離了銅鎳混合精礦。E·E·奧斯羅日拉婭在銅鎳礦石銅浮選回路中添加亞硫酸鹽或亞硫酸氫鹽，提高了鎳浮選給礦中硫代硫酸根離子濃度以抑制鎳礦物的浮選。研究表明，在鎳浮選回路中增加捕收劑的用量，添加硫酸分解硫代硫酸根離子或添加過氧化氫調整劑，可阻止硫代硫酸根離子對鎳礦物的抑制。法克清等將閃速浮選技術應用于吉林某銅鎳礦石磨礦一浮選回路，優(yōu)先浮選已單體解離的可浮性好的銅鎳礦物，使4.4%的閃速浮選精礦未經再磨直接進入銅鎳分離作業(yè)，從而減少了磨礦負荷，處理每噸原礦節(jié)省藥劑1.59元，總浮選時間縮短約4min，該工藝流程與現(xiàn)場生產工藝流程比較，銅鎳精礦中銅、鎳品位分別提高了0.19%和0.48%，銅、鎳回收率分別提高了2.68%和2.33%。銅鎳分離在國內外都獲得了成功，但目前來說銅精礦里面鎳品位低于0.3%的選礦指標很少見。

3 試驗礦石性質研究

3.1 工藝礦物學研究結果簡述

通過能譜分析、X-ray衍射分析、光學顯微鏡鑒定，查明該礦石由20多種礦物組成。

金屬硫化礦物主要為：磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、紫硫鎳礦、斑銅礦、輝銅礦、黝銅礦等；

金屬氧化礦物主要為：磁鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦等；

硅酸鹽礦物主要為：長石、輝石、黑云母、橄欖石、閃石、蛇紋石、斜簾石、透閃石、方解石、榍石、磷灰石、高嶺土、石膏等。

該礦石中金屬礦物含量較高，硫化礦物約20%，其中鎳銅硫化物約4%，鐵硫化物約16%，氧化物約3%，以磁（赤）鐵礦為主；硅酸鹽礦物約77%，以輝石、長石、黑云母較多，其次為橄欖石、綠泥石、閃石、斜簾石、蛇紋石等，磷灰石、榍石、金紅石等副礦物約1%。

綜合礦樣中，金屬硫化物粒度分布不均勻，鐵硫化物粒度較粗，約67%分布在0.1mm以上，鎳、銅硫化物粒度相對較小，鎳硫化物約80%分布在0.02mm以上，黃銅礦約81%分布在0.02mm以上。

礦石氧化較弱，蝕變稍強。金屬礦物僅微量為次生硫化物和赤鐵礦等氧化產物；脈石礦物中，輝石綠泥石化現(xiàn)象較普遍，長石多有絹云母和綠泥石化蝕變現(xiàn)象，少量輝石滑石化。

3.2 化學物相分析結果

該礦石中Ni、Cu的化學物相分析結果見表1、2。

表1 鎳化學物相分析結果 %

硫酸鎳是指水溶性鎳，如碧礬、含鎂碧礬等，硅酸鎳是指以離子狀態(tài)被某些硅酸鹽礦物吸附或與其鈣鎂離子置換形成的含鎳硅酸鹽礦物，氧化鎳指由于氧化作用殘留于磁性鐵中的鎳，這三類礦物均為氧化作用的產物，是浮選難以富集的。

該鎳銅礦石中，硫化相鎳占比為88.34%，氧化相鎳占比約3%，硅酸鹽及水溶性鎳占比約9%。

表2 銅化學物相分析結果 %

硫酸銅中的銅主要是指水溶性的，包括膽礬和水膽礬，結合氧化銅是指無論是用機械方法，還是化學方法都不能使之分離出來的銅礦物，這兩部分銅都是浮選方法無法回收的。

該鎳銅礦石中，硫化相銅占比為99.60%，氧化相及水溶相銅占比為0.38%。

3.3 影響銅鎳分選的礦物學因素分析

礦石中鎳銅礦物多以獨立的礦物集合體形式分布于脈石中，鎳銅礦物緊密共生形成的硫化物集合體占比很低，但這兩種礦物均與磁黃鐵礦共生很緊密，硫化物集合體占比較高。黃鐵礦中含有微量的類質同相Ni元素（0.*%-1.*%），與鎳、銅硫化物及磁黃鐵礦均有較多的連生集合體。

除有價硫化礦物鎳黃鐵礦、黃銅礦外，還分布有相對較多的磁黃鐵礦、黃鐵礦。一方面，由于鎳銅硫化物多與鐵硫化物共生，具共生邊結構，而硫化鎳礦物本身解理發(fā)育，在磨礦過程中多沿其解理裂隙破裂，與磁黃鐵礦形成連生體的幾率較大，這部分硫化鎳礦物要么隨磁黃鐵礦被捕收，要么隨其損失于尾礦中；一方面，部分鎳黃鐵礦、黃銅礦是沿磁黃鐵礦裂隙呈火焰狀、葉片狀、粒狀等固溶體分離礦物存在的，這部分硫化鎳礦物有些交代侵蝕磁黃鐵礦形成較大的集合體顆粒，與磁黃鐵礦的接觸邊界極不規(guī)則，有些則粒度較小，呈蠕蟲狀或細粒狀等包裹于磁黃鐵礦中，這種硫化鎳礦物在磨礦過程中也非常容易形成與磁黃鐵礦的連生體，要么隨磁黃鐵礦被捕收，要么隨其損失于尾礦中。

礦石中磁鐵礦交代鎳銅硫化物的現(xiàn)象較普遍。磁鐵礦多形成脈狀沿鎳黃鐵礦、黃銅礦邊緣和裂隙分布，磁鐵礦內常包裹有鎳、銅硫化礦物的殘留微粒，在磨礦過程中這種磁鐵礦脈如果被破碎分離，殘留于磁鐵礦內的硫化鎳就很難被回收，大多損失于尾礦中；

一方面會有微量硫化鎳礦物微粒呈殘留體被包裹于脈石中，可能會造成硫化鎳的流失，一方面會影響鎳礦物的浮選、降低精礦中鎳品位。

4 試驗工藝流程的確定

按照試驗初期礦樣（銅1.03%、鎳0.9%）進行的優(yōu)先選銅方案結果顯示，一段粗選銅的80%及以上金屬量在優(yōu)先選銅作業(yè)中浮出，其中銅品位基本上保持在16%的水準，含鎳在3%之內。進行銅鎳分離探索試驗結果顯示，最好的結果鎳可以降到0.72%，銅品位保證在20%以上，但銅回收率下降到70%左右。試驗人員認為，銅能夠大部分優(yōu)先浮選出，是優(yōu)先選銅方案的保證。按照經驗判斷，預計在實現(xiàn)銅精礦的產品達標（含鎳小于0.5%）難度不大。但距離企業(yè)希望的銅精礦中鎳含量降低到0.2%之內還有一定的差距。

在一段優(yōu)先浮銅之后，我們進行了兩段混合浮選的選別，最終的試驗開路尾礦銅品位在0.05%、鎳品位0.07%左右，整體回收效果較為穩(wěn)定，銅鎳回收率均在90%以上。

我們將銅優(yōu)先浮選中礦以及混合浮選的兩段產品混合后，按照銅鎳分離的各種流程進行了探索試驗，結果顯示，如果簡單追求混合浮選精礦后的銅鎳分離，不但銅分離不徹底，而且鎳精礦品位會受限。再次說明，本次試驗的難點在于銅鎳分離，而不在整體回收率上。

按照試驗人員的要求，企業(yè)將生產出的混合銅鎳精礦送至我所，由試驗人員進行了銅鎳直接分離的試驗工作，該銅鎳混合精礦中含銅7%、含鎳3%左右。按照哈密地區(qū)銅鎳分離流程以及某些條件的優(yōu)化試驗，結果顯示，經過三段作業(yè)，能夠分出回收率90%以上的銅精礦，含鎳最低0.73%、含銅品位僅為15%。其中鎳的四段產品綜合而言，鎳回收率在85%左右，含鎳品位4.5%左右，含銅品位1.24%。指標從回收率角度看起來還行，但清楚這是作業(yè)回收率，要加上原礦的回收率綜合計算，銅鎳的回收率都在80%左右。而且銅鎳互含問題并未徹底解決、藥劑直接成本遠遠高于優(yōu)先選銅的方案。

之后，我們將二次所送樣品重新配樣，得到銅0.98%、鎳0.64%的試驗樣品，采用優(yōu)先選銅方案進行了再次原則流程的試驗，試驗結果顯示：銅有85%以上可以被優(yōu)先選出，其中含鎳約1.3%左右，通過抑制鎳后銅精礦品位可以輕易提升到20%左右，但含鎳偏高。選銅后進行混合浮選作業(yè)，經過選別后，銅鎳的整體尾礦品位較低，也同樣說明銅鎳選別不是問題。但鎳的精礦品位提升不是很理想。

為考查銅鎳分離的可行程度，專門針對前期試驗獲得的銅（鎳）粗精礦和鎳（銅）粗精礦進行了工藝礦物學考查，結果表明，在磨礦細度-0.074mm占81.2%的細度下，銅精礦中黃銅礦、鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦的單體解離度均在83%以上，且黃銅礦與鎳黃鐵礦的連生比例僅在1%左右，也就是說銅精礦中鎳含量較高，主要原因不是因為兩種礦物連生造成的，而是因為大量易浮的鎳礦物上浮，需要通過有效抑制手段達到銅鎳更好的分離效果。鎳精礦中雖然鎳的單體解離度較低僅為63.04%，且與磁黃鐵礦和鐵氧化物的連生較為緊密，合計占了25%左右，但是磁黃鐵礦的單體解離度很高，且礦物含量幾乎占了鎳精礦的一半，這是造成鎳精礦品位無法提高的主要原因，因此，若想進一步提高鎳精礦中鎳的品位，就要想辦法去除已經單體解離的占了礦物含量45.34%的這一部分磁黃鐵礦和已經單體解離的占了礦物含量7.62%的鐵氧化物。長期以來，在有色金屬硫化礦浮選研究方面，單就磁黃鐵礦的浮選行為開展研究的并不多。隨著對硫化鎳礦浮選研究的不斷深入及冶煉對鎳精礦要求的不斷提高，磁黃鐵礦在硫化鎳浮選過程中的行為狀態(tài)逐漸引起了人們的重視。

由此可見，選銅段主要的技術關鍵點為，利用有部分鎳銅礦物共生關系不是很緊密的特點，可以通過較細的磨礦后，實現(xiàn)單體解離，同時根據(jù)黃銅礦上浮速度比鎳黃鐵礦上浮速度快的特性，采用優(yōu)先選出部分含鎳較低的高品質黃銅礦，銅精選段采用浮選與磁選聯(lián)合的手段去除鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦。

選鎳段由于大量上浮的磁黃鐵礦的影響，使鎳精礦品位提高困難。要想提高鎳（銅）混合精礦品位，則必須針對去除這部分磁黃鐵礦進行研究工作，擬定通過添加對磁黃鐵礦抑制較強的組合抑制劑，解決鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦分離的難題，或者利用磁黃鐵礦較強的磁性特點，看是否可以先使用磁選的方法將單體解離較好的強磁性礦物去除，獲得較好的鎳精礦產品指標。

5 推薦工藝流程與建議

本次試驗確定采用銅鎳等可浮浮選工藝流程對其進行分選，且在分選過程中采取如下強化措施：①選擇較細的磨礦細度；②采用高選擇性的銅礦物捕收劑；③選擇合適有效的鎳礦物抑制劑及脈石礦物分散抑制劑。為此初步制定浮選方案為：將部分單體解離較好的銅礦物優(yōu)先快速浮出，銅粗精礦浮磁聯(lián)合方法進一步降鎳。銅鎳連生較為緊密的部分以銅鎳混合精礦的形式產出。即銅優(yōu)先-銅鎳混合浮選的工藝流程。

最終推薦的原則流程為：在磨礦細度-0.074mm占81.2%的條件下，首先進行優(yōu)先選銅，銅精礦經一段精選+一段磁選的作業(yè)，獲得高品質的銅精礦產品。選銅尾礦經一粗兩精兩掃，可獲得銅鎳混合精礦產品。該方案實施的關鍵在于強力抑制劑和高效選擇性捕收劑的配合，銅精選段采用強磁進一步除去鎳礦物。經閉路試驗,獲得銅精礦、銅鎳精礦Ⅰ和銅鎳精礦Ⅱ三種產品。試驗結果表明，該試驗流程和方案是適合礦石自身特點的技術路線。最終獲得的閉路指標為：銅精礦中銅品位為26.83%,鎳0.19%，銅回收率為52.04%，鎳損失率0.55%；銅鎳混合精礦Ⅰ+Ⅱ合并鎳品位為3.59%,混合精礦銅回收率38.75%。銅綜合回收率90.79%。

根據(jù)委托方對鎳精礦品位的要求，本次試驗推薦了鎳品位3.59%、回收率81.55%的閉路試驗指標。另又提供了鎳品位3.21%、回收率88.52%的閉路試驗指標和工藝。企業(yè)可根據(jù)后期冶煉的實際需要進行指標和工藝的選擇。

6 結束語

⑴由本次銅鎳分離的試驗研究結果可知，要獲得銅鎳浮選分離的良好指標，很大程度上取決于強力抑制劑和高效選擇性捕收劑的配合使用，同時合理引入磁選作業(yè)可有效提高銅鎳分選指標。試驗結果證明，生產出高品質的銅精礦在技術上是完全可行的，其銅品位26.83%、含鎳僅為0.19%，為歷史研究的最好水平。同時銅精礦與鎳精礦中的氧化鎂含量得到有效控制，均在2.5%以內。

⑵在銅鎳混合回收中，磁黃鐵礦經常以含鎳磁黃鐵礦的形式存在，與鎳黃鐵礦伴生或緊密共生，從而導致磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦性質極其相似，使得二者的分離過程變得非常復雜，鎳精礦呈現(xiàn)質量差、損失多的特點。通過添加有效抑制劑提高對磁黃鐵礦的抑制效果，且采用不同浮選階段工藝依次獲得相對含鎳高，含硫低的銅鎳精礦產品Ⅰ和銅鎳精礦產品Ⅱ，可減少銅鎳混合粗精礦精選返回的壓力，較好實現(xiàn)鎳黃鐵礦的回收。

⑶銅鎳選礦分離因礦石類型不同而技術路線不同，這一點在新疆兩大銅鎳產區(qū)的試驗研究結果上已經非常清晰，但某些技術關鍵點的應用是相同的，在此次試驗研究成果的基礎上，我們亦開展了哈密地區(qū)銅鎳分離的探索與工業(yè)試驗，其結果顯示可以得到優(yōu)良的銅鎳分離技術指標。