蔣 英 李 波 洪秋陽 梁冬云 劉 超

（1.廣東省科學(xué)院資源綜合利用研究所，廣東 廣州 510650；2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650；3.廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650）

銅、鎳是重要的金屬原料，在鋼材、機(jī)械制造、軍事、航天航空等方面具有極其重要的作用，被各國作為保證國民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的戰(zhàn)略物資進(jìn)行儲備［1-2］。全球銅、鎳資源開發(fā)利用以銅鎳硫化礦石為主，隨著世界各國對銅鎳需求量不斷提高，優(yōu)質(zhì)銅、鎳資源的開發(fā)程度不斷加大，銅、鎳資源日趨貧、細(xì)、雜化［1，3-4］。銅鎳硫化礦床的形成均與基性和超基性巖有關(guān)，蝕變的發(fā)生導(dǎo)致原生硫化礦物與次生硫化礦物交錯共生，多數(shù)礦石具有礦物組成復(fù)雜、品位低、易被氧化的特征。此外，由于銅鎳硫化礦石中含鎂脈石礦物含量較高，普遍具有易泥化、可浮性好的特點(diǎn)，導(dǎo)致其選礦存在鎳回收率低、銅鎳分離困難等問題［5］。因此開展銅鎳硫化礦工藝礦物學(xué)研究，查明銅、鎳賦存狀態(tài)，據(jù)銅鎳硫化礦的礦石類型、礦物共生組合、嵌布特性、礦石品位和貴金屬含量等因素合理選擇分選流程，對減少金屬銅鎳損失、提高銅鎳分離效率及綜合回收率具有重要意義。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)成分分析

本次研究的樣品取自某銅鎳多金屬礦，從礦樣中選擇具有代表性塊狀礦石樣制成光片，其余樣品經(jīng)破碎、混勻、篩分（篩孔尺寸為2 mm）后，再混勻縮分制成實(shí)驗(yàn)樣品備用。采用X射線熒光光譜并結(jié)合化學(xué)定量分析對礦石樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析的結(jié)果見表1。

注：其中Au、Ag、Pt、Pd含量的單位為×10-6。

由表1表明，礦石中有價元素為銅和鎳，其品位超出礦產(chǎn)工業(yè)品位要求，鈷、金、鉑、鈀達(dá)到綜合回收品位要求。

1.2 礦石礦物組成

XRD實(shí)驗(yàn)儀器為德國BRUKER D8 Advance型X射線衍射儀，測試條件：工作電壓40 kV，工作電流40 mA，2θ掃描角度范圍為5°～90°，狹縫0.2 mm，掃描速度4°/min。礦石X射線衍射圖譜見圖1，礦石MLA礦物組成結(jié)果見表2。

從圖1、表2可知：礦石中主要有用礦物為鎳黃鐵礦和黃銅礦；其它金屬硫化物為磁黃鐵礦，少量黃鐵礦；含微量貴金屬礦物，包括砷鉑礦、銻鉑礦、斜鉍鈀礦、方鉍鈀礦、自然金、銀金礦和自然銀。脈石礦物主要為硅酸鹽礦物，其中蛇紋石、綠泥石、陽起石、金云母、滑石、橄欖石、斜方輝石等鎂硅酸鹽礦物含量較高，蛇紋石是其中含量最多的脈石礦物，X射線衍射分析顯示蛇紋石以葉蛇紋石和利蛇紋石為主，另含有少量方解石等碳酸鹽礦物及磁鐵礦等氧化物。

1.3 礦石貴金屬成分分析

礦石中存在金、銀、鉑、鈀等多種貴金屬礦物，通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，貴金屬礦物主要呈微細(xì)顆粒包裹于目的礦物鎳黃鐵礦及黃銅礦中，少數(shù)包裹于脈石礦物中。這些貴金屬具有重要的綜合回收價值，應(yīng)予以關(guān)注并最大限度地進(jìn)行回收。

1.3.1 鉑鈀礦物

礦石含 Pd 0.32×10-6、Pt 0.10×10-6。鉑鈀屬于稀貴金屬，極稀少，礦石中主要有斜鉍鈀礦、方鉍鈀礦、銻鉑礦和砷鉑礦，其化學(xué)成分見表3。

1.3.2 金礦物

礦石含Au 0.14×10-6、Ag 4.30×10-6。金?；瘜W(xué)成分見表4，其平均含Au 75.53%、Ag 24.47%，大部分金粒中Ag含量高于20%，可稱為銀金礦，少數(shù)為銀含量小于5%的自然金。

2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石構(gòu)造

礦石成礦母巖主要為橄欖巖和二輝橄欖巖，母巖普遍遭受蛇紋石化、陽起石化、局部有碳酸鹽化。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造和稀疏浸染狀構(gòu)造。

（1）塊狀構(gòu)造：金屬硫化物含量較高的礦石形成致密塊狀，多為富含銅鎳的塊狀硫化礦石。

（2）條帶狀構(gòu)造：磁黃鐵礦、富銅鎳硫化礦等金屬硫化物在礦石中具有條帶狀，與脈石礦物相間排列。

（3）浸染狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造：鎳黃鐵礦、富銅鎳硫化礦等金屬硫化物在脈石礦物中分布為較密集的點(diǎn)狀或細(xì)脈狀。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)主要有他形不等粒結(jié)構(gòu)、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)（結(jié)狀結(jié)構(gòu)、格狀結(jié)構(gòu)），部分硫化物呈脈狀穿插結(jié)構(gòu)、脈狀填充結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。

（1）他形不等粒結(jié)構(gòu)：磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦呈大小不一的他形粒狀，分布于脈石礦物及其粒間。

（2）海綿隕鐵結(jié)構(gòu)：超基性巖中磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦共生，呈他形晶集合體嵌布于蛇紋石等硅酸鹽脈石中。

（3）固溶體分離結(jié)構(gòu)（結(jié)狀結(jié)構(gòu)、格狀結(jié)構(gòu)）：在塊狀硫化礦石中，部分黃銅礦與鎳黃鐵礦或磁黃鐵礦固溶體分離，沿磁黃鐵礦晶粒間、雙晶面呈微-細(xì)粒分布。

（4）脈狀穿插結(jié)構(gòu)：部分磁鐵礦沿鎳黃鐵礦碎裂縫充填，呈脈狀穿插分布。

（5）脈狀填充結(jié)構(gòu)：部分鎳黃鐵礦與黃銅礦沿著磁黃鐵礦裂隙充填。

（6）網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)：部分磁鐵礦沿鎳黃鐵礦碎裂縫充填，呈網(wǎng)絡(luò)狀分布。

3 礦石主要礦物的嵌布特征

3.1 鎳黃鐵礦（（Fe，Ni）9S8）

鎳黃鐵礦為礦石中最主要的鎳礦物。顯微鏡下鎳黃鐵礦主要呈粒狀、葉片狀與磁黃鐵礦和黃銅礦連生，具有以下幾種嵌布形式：①鎳黃鐵礦與磁黃鐵礦、黃銅礦固溶體分離，呈碎裂不規(guī)則粒狀嵌布于磁黃鐵礦中（圖2（a）），為塊狀硫化礦石中鎳黃鐵礦的主要嵌布形式；②微細(xì)粒鎳黃鐵礦沿磁黃鐵礦粒間、裂理或雙晶面分布（圖2（b））；③超基性巖中的磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦充填于蛇紋石等硅酸鹽礦物粒間呈海綿隕鐵結(jié)構(gòu)，磁鐵礦沿著鎳黃鐵礦解理面充填，呈網(wǎng)絡(luò)狀（圖2（c））；④鎳黃鐵礦呈細(xì)粒浸染狀嵌布于方解石等脈石礦物中（圖2（d））。

鎳黃鐵礦化學(xué)成分能譜檢測結(jié)果顯示其平均含Ni 35.41%、S 33.13%、Fe 29.83%、Co 1.24%、Mg 0.14%、Al 0.09%、Si 0.15%。n（Ni）∶n（Fe）≈1.15，鈷以類質(zhì)同象進(jìn)入鎳黃鐵礦晶格，是鈷的主要載體礦物。

3.2 黃銅礦（CuFeS2）

黃銅礦是礦石中最主要的銅礦物，與磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦緊密共生，嵌布形式主要有：①與鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦固溶體分離，呈不規(guī)則粒狀包含于磁黃鐵礦中（圖2（e）），此為礦石中黃銅礦的主要嵌布形式；②黃銅礦沿磁黃鐵礦粒間、雙晶面分布，嵌布粒度微細(xì)（圖2（f））；③少量微細(xì)粒黃銅礦零星嵌布于脈石礦物中。

黃銅礦化學(xué)成分能譜檢測結(jié)果顯示其平均含Cu 34.32%、Fe 30.47%、S 34.94%，普遍含少量鎂、硅、鋁雜質(zhì)，部分黃銅礦含鎳、鋅、銀。

3.3 磁黃鐵礦（Fe1-xS）

磁黃鐵礦為礦石中含量最高的硫化礦物，與鎳黃鐵礦和黃銅礦密切連生，粒間或雙晶面間常有熔離分離的鎳黃鐵礦或黃銅礦（圖2（a）、（b）、（f）），呈他形粒狀集合體，或嵌布于硅酸鹽脈石中（圖2（c））。少量細(xì)粒微細(xì)粒磁黃鐵礦零星嵌布于硅酸鹽脈石中。

磁黃鐵礦化學(xué)成分能譜檢測結(jié)果顯示其平均含F(xiàn)e 59.82%、S 39.05%，普遍含少量雜質(zhì)硅，部分含鎳、銅、鎂、鋁等。

3.4 含鎳蛇紋石（（Ni，Mg）6［Si4O10］（OH）8）

蛇紋石是礦石最主要的脈石礦物。X射線衍射分析顯示蛇紋石以葉蛇紋石和利蛇紋石為主。能譜分析結(jié)果顯示蛇紋石平均含Mg 20.80%、Fe 11.86%、Ni 0.14%，普遍含錳、鋁、鈣、鉻、鉀等雜質(zhì)。鎳存在于蛇紋石中將使部分鎳損失于尾礦中，影響其回收。此外，蛇紋石可浮性較好，在磨礦過程中易泥化，極易在浮選過程中進(jìn)入鎳精礦中。

3.5 貴金屬礦物嵌布特征

礦石中鉑鈀礦物主要呈微細(xì)顆粒包裹于目的礦物鎳黃鐵礦中，少數(shù)包裹于脈石礦物中（圖3）。金粒呈微細(xì)粒渾圓狀、渾圓條狀或自形晶包裹在鎳黃鐵礦、黃銅礦等硫化物中（圖3）。

4 礦石目的礦物的嵌布粒度及解離特性

4.1 嵌布粒度

礦石中目的礦物鎳黃鐵礦、黃銅礦與磁黃鐵礦關(guān)系密切，大部分鎳黃鐵礦、黃銅礦與磁黃鐵礦連生或呈細(xì)小固溶體分布在磁黃鐵礦中?；阢~、鎳礦物與磁黃鐵礦的難分離性，考慮到選礦不作分選，因此除分別測定鎳黃鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦的嵌布粒度外，也測定全硫化物（鎳黃鐵礦、黃銅礦與磁黃鐵礦）的嵌布粒度，結(jié)果見圖4。

由圖4可知：由于硫化礦物之間緊密連生，全硫化礦物的嵌布粒度較粗，以粗粒-中粒嵌布為主，大于0.08 mm粒度占有率為88.58%；磁黃鐵礦的嵌布粒度較粗，與全硫化物類似，以粗粒-中粒嵌布為主，鎳黃鐵礦與黃銅礦的嵌布粒度相似，以細(xì)粒嵌布為主，其中小于0.01 mm的難選粒級占7%左右。

4.2 解離特性

目的礦物黃銅礦和鎳黃鐵礦在不同磨礦細(xì)度下的解離度測定結(jié)果如圖5所示。

圖5表明：黃銅礦和鎳黃鐵礦由于嵌布粒度較細(xì)和嵌布關(guān)系復(fù)雜，解離性較差，黃銅礦解離性略差于鎳黃鐵礦；在磨礦細(xì)度-0.075 mm分別占67%、77%、87%、91%時，鎳黃鐵礦的解離度分別為60%、70%、76%、78%，而黃銅礦解離度分別為56%、65%、71%、74%，即使磨礦細(xì)度-0.075 mm占有率超過90%，黃銅礦和鎳黃鐵礦的解離度均不超過80%。鎳黃鐵礦與黃銅礦主要與磁黃鐵礦緊密連生，其次與蛇紋石、磁鐵礦等礦物連生，以多相連生體為主。

5 礦石礦物磁性分析

磁性分析采用WCF-3電磁分選儀，通過控制磁場強(qiáng)度對各礦物進(jìn)行磁選分離，100 mT主要富集磁黃鐵礦，1 200 mT非磁產(chǎn)品主要富集鎳黃鐵礦、黃銅礦等非磁礦物。取磨礦細(xì)度為-0.075 mm占67%的原礦，篩分為+0.12 mm、0.074～0.12 mm和-0.074 mm 3個粒級，取粒級為0.074～0.12 mm的產(chǎn)品（產(chǎn)率為20.80%）進(jìn)行磁性分析試驗(yàn)，磁選分離得到的粗選單礦物經(jīng)淘洗、雙目鏡下挑選得到最終單礦物，結(jié)果見表5。

表5表明，Cu、Ni和Co 3種元素在450 mT磁性產(chǎn)品和在非磁產(chǎn)品中富集。從礦物物性分析，黃銅礦和鎳黃鐵礦屬于弱磁性或非磁性礦物，一方面銅、鎳、鈷與磁黃鐵礦密切連生，隨著強(qiáng)磁性礦物磁黃鐵礦的富集而富集，另一方面單體的黃銅礦和鎳黃鐵礦依本身的磁性進(jìn)入非磁產(chǎn)品。MgO主要賦存于蛇紋石、陽起石、橄欖石等多種鎂硅酸鹽礦物中，這類硅酸鹽礦物磁性分布較廣，因此MgO在各磁性段內(nèi)均有分布，以非磁性產(chǎn)品中含鎂最低。因此，采用強(qiáng)磁預(yù)富集，在650 mT磁性產(chǎn)品中，可獲得產(chǎn)率為51.77%，Cu、Ni、Co和MgO的回收率分別為79.68%、88.78%、80.31%和56.05%，Cu、Ni、Co和MgO的品位分別為0.26%、0.59%、0.02%和26.02%的粗精礦?？梢姀?qiáng)磁預(yù)富集銅、鎳、鈷的富集比較低，而鎂的去除效果也不顯著。

6 主要元素在礦石中的賦存狀態(tài)

根據(jù)礦石礦物含量和各礦物鎳、銅、鈷含量，作出鎳、銅、鈷在礦石中的平衡分布見表6。

表6表明：礦石中鎳礦物主要以鎳黃鐵礦形式存在，其鎳占總鎳的68.98%；磁黃鐵礦中含鎳含量達(dá)2.38%，賦存于其中的鎳占總鎳的17.94%；分散于脈石礦物中鎳占總鎳的12.64%。因此，單獨(dú)分選鎳黃鐵礦，鎳的理論回收率約69%，浮選回收鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦等硫化礦物，鎳的理論回收率為87%左右。礦石黃銅礦中銅占總銅的86.13%；賦存于磁黃鐵礦中的銅占6.84%，鎳黃鐵礦中的銅占0.10%，分散于脈石礦物中銅占總銅的6.93%；由于磁黃鐵礦和脈石中的銅主要以微細(xì)固溶體或包裹體的黃銅礦形式存在，無法通過細(xì)磨的方法將其解離，預(yù)計(jì)銅的理論回收率為86%左右。礦石中鈷主要以類質(zhì)同象方式賦存于鎳黃鐵礦中，其含鈷量高達(dá)1.24%，賦存于鎳黃鐵礦中鈷占總鈷的55.79%；賦存于磁黃鐵礦中的鈷占總鈷的13.85%；賦存于黃銅礦中的鈷占總鈷的1.12%；分散于脈石礦物中鈷占總鈷的29.23%。通過浮選鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦，可綜合回收鈷金屬，預(yù)計(jì)鈷的理論回收率為69%左右。

7 影響選礦的礦物學(xué)因素

7.1 銅鎳賦存形式的影響

礦石中的銅主要以金屬硫化物形式存在，但磁黃鐵礦和脈石中的銅主要以微細(xì)固溶體或包裹體的黃銅礦形式存在，無法通過細(xì)磨的方法將其解離，因此，這部分銅將無法回收。礦石中的鎳主要以金屬硫化物形式存在，但分散于脈石中的鎳由于粒度過細(xì)，細(xì)磨將增加選礦成本，并造成脈石礦物泥化嚴(yán)重，這部分鎳極易損失于尾礦中。

7.2 銅鎳礦物結(jié)構(gòu)的影響

礦石中鎳黃鐵礦普遍較易破碎，其裂隙發(fā)育，磁鐵礦和蛇紋石等脈石礦物充填于其中，這樣的礦石結(jié)構(gòu)容易造成部分鎳黃鐵礦在磨礦后表面被磁鐵礦和脈石礦物顆粒罩蓋［6-7］，從而影響鎳黃鐵礦表面與浮選藥劑作用，最終影響鎳的金屬回收率。部分黃銅礦呈固溶體分離結(jié)構(gòu)，沿磁黃鐵礦粒間與雙晶面呈微細(xì)粒分布，這部分黃銅礦因粒度過細(xì)而無法通過磨礦解離回收。

7.3 磁黃鐵礦的影響

磁黃鐵礦作為礦石中最主要的硫化礦物，且與鎳黃鐵礦、黃銅礦緊密共生。因此在選礦過程中，磁黃鐵礦易隨鎳黃鐵礦及黃銅礦進(jìn)入銅鎳精礦，從而降低銅鎳品位。此外，銅鎳也易隨磁黃鐵礦進(jìn)入尾礦，進(jìn)而影響銅鎳的回收率。

7.4 脈石礦物的影響

礦石中蛇紋石、滑石、綠泥石、云母類層狀硅酸鹽礦物種類多，且總含量超過50%，因此在選礦過程中需加強(qiáng)對這些易浮脈石礦物的分散與抑制，進(jìn)而減少其對銅鎳回收的影響。此外，由于礦石中蛇紋石含鎳，因此，存在于蛇紋石中的鎳將損失在尾礦中，影響鎳回收率。

根據(jù)以上工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，為降低易浮的含鎂硅酸鹽礦物對后續(xù)鎳精礦品位的影響，選礦小型試驗(yàn)采用“預(yù)先脫除脈石—銅鎳混合浮選”工藝流程。通過對原礦進(jìn)行選擇性磨礦，利用MIBC預(yù)先脫除部分易浮脈石，碳酸鈉作礦漿pH調(diào)整劑，CMC作MgO脈石的抑制劑，硫酸銅和丁基黃藥分別作銅鎳礦物的活化劑和捕收劑，全流程浮選閉路試驗(yàn)獲得了含Ni 7.78%、Cu 2.91%、Co 0.24%，回收率分別為Ni 72.98%、Cu 66.57%、Co 51.29%的銅鎳混合精礦，實(shí)現(xiàn)了銅、鎳、鈷的有效回收。

8 結(jié) 論

（1）礦石為賦存于蝕變超基性巖中的鎳礦床，伴生銅、鈷及貴金屬鉑、鈀、金、銀。礦石中目的礦物為鎳黃鐵礦和黃銅礦，主要金屬硫化物為磁黃鐵礦，脈石礦物主要為蛇紋石、橄欖石和陽起石等鎂硅酸鹽礦物。

（2）硫化礦集合體與磁黃鐵礦的嵌布粒度較粗，以粗粒-中粒嵌布為主，鎳黃鐵礦與黃銅礦以細(xì)粒嵌布為主。磁黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦三者緊密連生，不易磨礦解離，即使磨礦細(xì)度-0.075 mm含量超過90%，黃銅礦和鎳黃鐵礦的解離度均不超過80%。

（3）元素賦存狀態(tài)研究表明，單獨(dú)分選鎳黃鐵礦，鎳的理論回收率約69%，同時浮選鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦，可綜合回收鈷金屬，預(yù)計(jì)鈷的理論回收率為69%左右，鎳的理論回收率87%左右。磁黃鐵礦和脈石中的銅主要以微細(xì)固溶體或包裹體的黃銅礦形式存在，無法通過細(xì)磨的方法將其解離，預(yù)計(jì)銅的理論回收率為86%左右。

（4）礦石存在金、銀、鉑、鈀等多種貴金屬礦物，這些貴金屬具有重要的綜合回收價值，應(yīng)予以關(guān)注并最大限度地進(jìn)行回收。