摘要：為提高剛果（金）SICOMINES銅鈷礦區(qū)內(nèi)廢石的分選技術(shù)指標(biāo)，有必要對(duì)其進(jìn)行化學(xué)元素組成、礦物分布特征、元素賦存狀態(tài)、嵌布粒度等工藝礦物學(xué)研究。結(jié)果表明，該廢石屬發(fā)生強(qiáng)烈氧化的銅鈷多金屬共生礦，銅礦物主要為孔雀石、輝銅礦和硅孔雀石，呈粒度變化較大的不規(guī)則團(tuán)塊狀或粒狀嵌布在脈石中，粒度細(xì)小者與脈石的鑲嵌關(guān)系大多較為復(fù)雜；鈷礦物主要賦存狀態(tài)為鈷土礦，主要呈不規(guī)則土狀或結(jié)核狀分布在脈石中，沿邊緣及裂隙可見形態(tài)多變的褐鐵礦交代，與銅礦物的鑲嵌關(guān)系不甚密切。銅礦物和鈷土礦均具不均勻中細(xì)粒嵌布的特點(diǎn)。在-0.074 mm占95%左右的細(xì)度條件下，樣品中90%以上的銅礦物呈單體產(chǎn)出；在-0.019 mm占95%左右的細(xì)度條件下，樣品中90%以上的鈷土礦呈單體產(chǎn)出。廢石中，白云母、綠泥石和碳酸鹽類礦物含量較高，在磨礦過程中易生成細(xì)泥而惡化分選環(huán)境，影響分選指標(biāo)。建議探索重選-浮選聯(lián)合的分選流程，減弱過磨產(chǎn)生的泥化現(xiàn)象，以提高銅鈷精礦品位和

回收率。

關(guān)鍵詞：銅鈷礦；廢石；工藝礦物學(xué)；分選指標(biāo)

中圖分類號(hào)：TD952 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）02-00-07

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.016

Study on process mineralogy of copper-cobalt ore waste Rock in Congo （Kinshasa）

LI Sheng

（Sicomines Sarl， Beijing 100039， China）

Abstract： In order to improve the separation technical index of waste rock in SICOMINES copper-cobalt mining area in the Congo （Kinshasa）， it is necessary to carry out process mineralogy research on its chemical element composition， mineral distribution characteristics， element occurrence state， embedded particle size and so on. The results show that the waste rock belongs to the copper-cobalt polymetallic ore with strong oxidation， the copper minerals are mainly malachite， chalcocite and sillimachite， which are embedded in the gangue in irregular lumps or grains with large particle size changes， the inlay relationship between the fine particles and the gangue is mostly complex; the main occurrence state of cobalt minerals is cobaltite， which is mainly distributed in gangue in irregular soil or nodule form， limonite metasomatism with variable forms can be seen along the edges and fractures， and is not closely related to the mosaic of copper minerals. Both copper minerals and cobalt earth minerals are characterized by uneven distribution of medium-fine particles. At the fineness of -0.074 mm accounting for about 95%， more than 90% of copper minerals in the sample are produced as monomers; at the fineness of -0.019 mm accounting for about 95%， more than 90% of the cobalt ores in the sample are produced in single form. In the waste rock， the content of muscovite， chlorite and carbonate minerals is high， and it is easy to produce fine mud in the grinding process， which worsens the separation environment and affects the separation index. It is suggested to explore the separation process of gravity separation-flotation combination to reduce the sliming phenomenon caused by overgrinding， so as to improve the grade and recovery rate of copper-cobalt concentrate.

Keywords： copper-cobalt ore; waste rock; process mineralogy; separation index

剛果（金）因豐富的銅鈷礦產(chǎn)資源而聞名，特別是鈷儲(chǔ)量占世界鈷資源儲(chǔ)量的52%[1-4]。但是，近百年的開采利用形成了數(shù)十億噸的銅鈷礦廢石，占據(jù)大量土地，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害，這些廢石普遍含銅0.5%～1.5%，造成大量資源浪費(fèi)[5-6]。針對(duì)礦區(qū)內(nèi)銅鈷礦廢石氧化率高、易泥化等特點(diǎn)，SICOMINES銅鈷礦開展了浮選、重選等選礦試驗(yàn)研究，但是由于缺乏系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究，無法根據(jù)礦石特性選擇合理的工藝流程，技術(shù)指標(biāo)一直未達(dá)到預(yù)期效果[7]。本文通過化學(xué)元素分析、X射線衍射（XRD）、光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、礦物自動(dòng)分析儀（MLA）等手段，對(duì)該銅鈷礦廢石的化學(xué)元素組成、礦物分布特征、元素賦存狀態(tài)、嵌布粒度等進(jìn)行系統(tǒng)研究，以提高銅鈷精礦品位和回收率，為此類廢石的綜合回收找尋出路[8]。

1 化學(xué)元素分析和物相分析

銅鈷礦廢石的主要化學(xué)分析結(jié)果如表1所示，其銅、鈷元素的物相分析結(jié)果如表2和表3所示。

從化學(xué)元素分析和物相分析結(jié)果可知，樣品中可供選礦回收的有用元素主要是銅和鈷，品位分別為1.01%和0.045 2%，鉛、鋅、銀等其他有價(jià)金屬元素含量均太低，綜合利用價(jià)值不大。為達(dá)到富集銅礦物和鈷礦物的目的，需要選礦排除的脈石組分主要是SiO2，其次為CaO、MgO和Al2O3，四者合計(jì)含量為74.50%。

2 銅鈷礦物分布特征

經(jīng)XRD、掃描電鏡和MLA等的綜合分析，樣品中銅礦物主要為孔雀石、輝銅礦和硅孔雀石，含少量赤銅礦、黑銅礦、銅藍(lán)、藍(lán)磷銅礦和藍(lán)輝銅礦，偶見黃銅礦、斑銅礦和自然銅；鈷礦物僅見鈷土礦；其他金屬礦物包括褐鐵礦和少量磁鐵礦，偶見黃鐵礦；脈石礦物以石英和白云石居多，次為云母（主要為白云母，少量黑云母）、長(zhǎng)石（正長(zhǎng)石為主）和綠泥石，含少量方解石、磷灰石及金紅石，其他微量礦物尚見自然鐵、菱鎂礦、蛇紋石、滑石、石膏、硅鈣石、獨(dú)居石和鋯石等。

2.1 輝銅礦

輝銅礦是樣品中最主要的硫化銅礦物，反射光下為微帶白色的淡藍(lán)色，分布不均勻，局部較為富集。主要產(chǎn)出形式大致分為3種：一是聚合成粒度較粗的不規(guī)則團(tuán)塊狀集合體嵌布在脈石中，局部顯微孔洞較為發(fā)育，而且沿孔洞邊緣可見褐鐵礦分布，同時(shí)沿顆粒邊緣及裂隙常見細(xì)脈狀孔雀石、黑銅礦等次生銅礦物充填交代，粒度變化較大，一般介于0.1～0.6 mm（見圖1）；二是呈微細(xì)的粒狀以星散浸染狀的形式嵌布在脈石中，主要粒度變化范圍為0.01～0.15 mm；三是呈各種形態(tài)與銅藍(lán)、孔雀石、硅孔雀石、黑銅礦等次生銅礦物緊密鑲嵌。

2.2 孔雀石

孔雀石是樣品中分布最廣泛的銅礦物，產(chǎn)出形式大致分為3種：一是多呈放射狀集合體、不規(guī)則粒狀、細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀、皮殼狀、膠狀沿脈石礦物的孔洞及裂隙充填，且沿顆粒邊緣及裂隙常見細(xì)脈狀硅孔雀石及脈石分布（見圖2），粒度一般介于0.05～1.00 mm；二是呈細(xì)小的不規(guī)則粒狀、纖維狀以浸染狀的形式嵌布在脈石中，粒度普遍在0.1 mm以下；三是沿輝銅礦、銅藍(lán)等次生硫化銅礦物的邊緣及裂隙交代，或與黑銅礦緊密鑲嵌，粒度一般小于0.08 mm。

2.3 硅孔雀石

硅孔雀石是樣品中含量?jī)H次于孔雀石和輝銅礦的銅礦物，產(chǎn)出形式主要是呈不規(guī)則狀、脈狀、網(wǎng)脈狀、土狀嵌布于石英等脈石礦物顆粒間隙、裂隙或孔洞中。硅孔雀石常與孔雀石、褐鐵礦緊密嵌生（見圖3）。與孔雀石相比，硅孔雀石粒度更為細(xì)小，一般介于0.01～0.70 mm。

2.4 鈷土礦

鈷土礦是樣品中鈷的最主要賦存礦物，常見的伴生銅礦物主要為藍(lán)磷銅礦，而與其他銅礦物的嵌連關(guān)系不密切，主要呈不規(guī)則土狀或結(jié)核狀分布在脈石中，沿邊緣及裂隙可見形態(tài)多變的褐鐵礦等次生礦物交代（見圖4），粒度極不均勻，粗者可達(dá)1 mm左右，一般介于0.01～0.40 mm。

2.5 脈石礦物

樣品中脈石以石英和白云石居多，次為云母、綠泥石和長(zhǎng)石等。其中，石英大多呈粒度較為細(xì)小的微粒狀，常呈條帶狀與細(xì)片狀白云母或綠泥石混雜交生而具云母片巖的構(gòu)造特征。白云石分布廣泛，呈自形、半自形粒狀，菱面體晶形發(fā)育、解理清晰，少數(shù)礦塊較為富集而成為最重要的脈石礦物。總體來看，由于礦石中白云母和碳酸鹽類礦物的含量較高，它們均屬硬度較低、結(jié)合力較弱的礦物，因此有利于磨礦過程中銅礦物的解離，但是這些礦物的可浮性大多較好，而且容易發(fā)生泥化，其結(jié)果是惡化銅礦物的分選環(huán)境，預(yù)計(jì)對(duì)氧化銅礦物的回收影響尤為顯著。

3 銅鈷賦存狀態(tài)

銅和鈷是樣品中最主要的有價(jià)元素，為進(jìn)一步查明它們?cè)跇悠分械姆植继攸c(diǎn)，根據(jù)主要礦物含量及掃描電鏡能譜微區(qū)成分分析結(jié)果，對(duì)樣品中銅和鈷元素進(jìn)行分布平衡概算，結(jié)果如表4所示。

結(jié)果表明，樣品中銅的賦存形式較為分散，以孔雀石和輝銅礦產(chǎn)出的銅分別占46.36%和27.78%；其次為硅孔雀石和鈷土礦，占比分別為5.51%和5.42%；以銅藍(lán)、赤銅礦、黑銅礦、藍(lán)磷銅礦、黃銅礦、斑銅礦及自然銅存在的銅含量較少，合計(jì)分布率為11.81%；銅以類質(zhì)同象的形式或呈機(jī)械夾雜物分布于褐鐵礦或脈石礦物中，占比約為3.12%。樣品中，鈷主要賦存于鈷土礦中，其分布率為81.77%，鈷以類質(zhì)同象的形式或呈機(jī)械夾雜物分布于孔雀石、硅孔雀石、硫化銅礦物、褐鐵礦及脈石等礦物中，合計(jì)分布率為18.23%。

4 銅礦物、鈷礦物的嵌布粒度

樣品中主要目的礦物的粒度組成及其分布特點(diǎn)對(duì)確定磨礦細(xì)度和制訂合理的選礦工藝流程有著直接的影響。為此，采用MLA對(duì)礦石中硫化銅礦物（包括輝銅礦、銅藍(lán)、黃銅礦、斑銅礦）、氧化銅礦物（包括孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦、黑銅礦和藍(lán)磷銅礦）和鈷土礦的嵌布粒度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5

所示。

表5結(jié)果表明，樣品中硫化銅礦物、氧化銅礦物和鈷土礦均屬較典型不均勻中細(xì)粒嵌布的范疇。當(dāng)粒級(jí)為+0.074 mm時(shí)，硫化銅礦物累計(jì)分布率為83.64%，氧化銅礦物累計(jì)分布率為80.91%，鈷土礦累計(jì)分布率為71.63%，可見硫化銅礦物和氧化銅礦物的嵌布粒度特性基本一致。單純從嵌布粒度來看，欲使90%以上的銅礦物呈單體產(chǎn)出，處理該樣品選擇-0.037 mm的磨礦細(xì)度較為適宜，此時(shí)-400目部分約占95%。而欲使90%以上的鈷土礦呈單體產(chǎn)出，處理該樣品選擇-0.019 mm的磨礦細(xì)度較為適宜，此時(shí)-800目部分約占95%。但是，礦石中白云母、綠泥石和碳酸鹽類礦物含量較高，加之礦石結(jié)構(gòu)較為疏松，易過磨泥化[9-10]。因此，實(shí)際選礦過程中選擇的磨礦細(xì)度建議在此基礎(chǔ)上適當(dāng)放粗。

5 磨礦產(chǎn)品中銅礦物、鈷礦物的解離度及連生狀態(tài)

樣品中絕大部分目的礦物呈單體狀態(tài)產(chǎn)出是獲得理想技術(shù)指標(biāo)的必要條件。為此，采用MLA對(duì)-200目磨礦細(xì)度（占比70%）下礦石中銅礦物（包括硫化銅礦物和氧化銅礦物）和鈷土礦的解離度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表6所示，銅礦物和鈷土礦連生體與不同嵌連礦物的比例如表7所示。

表6、表7結(jié)果表明，在-200目占70%的磨礦細(xì)度條件下，呈單體產(chǎn)出的銅礦物和鈷土礦分別占74.86%和54.67%。與銅礦物連生的礦物主要是石英，其次為云母和碳酸鹽礦物，僅少數(shù)與綠泥石、褐鐵礦和鈷土礦嵌連；與鈷土礦嵌連關(guān)系密切的礦物以石英、云母和綠泥石為主，少數(shù)與褐鐵礦、銅礦物和碳酸鹽礦物嵌連。顯然，相互緊密嵌連的各種目的礦物獲得解離，對(duì)提高精礦產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。

6 結(jié)論

樣品屬發(fā)生強(qiáng)烈氧化的銅鈷多金屬共生礦石。銅礦物主要為孔雀石、輝銅礦和硅孔雀石，含少量赤銅礦、黑銅礦、銅藍(lán)和藍(lán)磷銅礦，偶見藍(lán)輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦和自然銅；鈷礦物僅見鈷土礦；脈石礦物以石英和白云石居多，次為云母、長(zhǎng)石和綠泥石。樣品中銅的賦存形式較為分散，以孔雀石和輝銅礦產(chǎn)出的銅分別占46.36%和27.78%，其次為硅孔雀石和鈷土礦，占比分別為5.51%和5.42%。鈷主要賦存于鈷土礦中，其分布率為81.77%。樣品中銅礦物和鈷土礦均具不均勻中細(xì)粒嵌布的特點(diǎn)。經(jīng)推測(cè)，在-0.074 mm占95%左右的磨礦細(xì)度下，礦石中90%以上的銅礦物呈單體產(chǎn)出；在-0.019 mm占95%左右的磨礦細(xì)度下，樣品中90%以上的鈷土礦呈單體產(chǎn)出。銅礦物粒度細(xì)小者常與脈石或褐鐵礦構(gòu)成極為復(fù)雜的鑲嵌關(guān)系。因此，通過細(xì)磨礦作業(yè)保證大部分微細(xì)粒銅礦物解離的同時(shí)，那些粒度較粗的銅礦物將明顯過磨，特別是部分孔雀石、硅孔雀石等氧化銅礦物有可能發(fā)生泥化。建議探索重選-浮選聯(lián)合的分選流程，減弱因礦物過磨產(chǎn)生的泥化現(xiàn)象，達(dá)到提高銅鈷精礦品位和回收率的目的。

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