浮选柱在四川某难选铜镍硫化矿中的试验研究与应用.pdf

Apr.2024Vol.53.No.2（Sum 305）2024 年 4 月第 53 卷第 2 期（总第 305 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY镍是一种银白色的金属，具有铁磁性和延展性。它可以导电和导热。纯镍以及镍合金在国民经济中有着广泛的应用。随着电气工业、机械工业、建筑业和化学工业的发展，对镍的需求也越来越大。镍的主要用途包括制作金属材料，如不锈钢、耐热合金钢和其他合金。它还可以用于电镀工艺，在钢材和其他金属材料的表面形成一层耐用且耐腐蚀的表层，具有良好的防腐性能。此外，镍还可以作为石油化工氢化过程中的催化剂使用。镍还被用作化学电源的材料，用于制作电池。它还可以用于制作颜料和染料，以及陶瓷和铁素体等产品。总之，镍及其化合物在国民经济行业中具有广泛的应用价值1。通过查阅相关资料得知，在世界范围内硫化镍矿仅占了总储量的约25%，因硫化镍矿作为唯一能采用简单经济的机械选矿方法回收的矿种，所提取的镍量却约占目前镍总产量的百分之六十多2。而随着矿产资源的被大量开发，易选的铜镍富矿石逐渐减少，低品位难选复合贫矿的开采量所占比例越来越高，如前所述，要有效的回收硫化矿中的铜、镍金属，就必须通过更加先进的技术和先进的设备进步予以解决。四川某硫化铜镍矿选厂，矿石含镍一般为0.3%耀1.2%，含铜一般为 0.05%耀0.3%，含钴一般0.01%耀0.05%，是一个集铜、镍、钴、硫、铁等多金属于一体多金属共伴生矿床。铜镍矿石中的铜*收稿日期：2023-11-17作者简介：蔡贵红（1989-），男，云南昆明人，工程师，从事选矿工艺和选矿设备的实践及研究工作。Apr.2024Vol.53.No.2（Sum 305）2024 年 4 月第 53 卷第 2 期（总第 305 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY浮选柱在四川某难选铜镍硫化矿中的试验研究与应用*蔡贵红（云南润矿矿业科技开发有限公司，云南 昆明 652103）摘要：使用浮选柱替代传统浮选机在铜镍混合浮选工艺中提高镍精矿品位的可行性。研究表明，对 Ni 品位为 2.37%，Cu 品位为 0.63%的某铜镍粗精矿进行混合精选试验，经过浮选柱一段选别，取得了混合精矿 Ni 品位为 8.55%，Cu 品位为 3.56%的选矿指标；同比试验浮选机，浮选柱一段混合精选，作业回收率与浮选机基本持平的情况下，精矿镍品位提高了 3.1 个百分点，铜品位提高了 1.46 个百分点。关键词：浮选柱；铜镍浮选；混合精选；品位提高中图分类号：TD952文献标识码：A文章编号：1006-0308（2024）02-0052-06Experimental Study and Application of Flotation Columnon Sichuan One Refractory Copper-nickel Sulphide OreCAI Gui-hong(Yunnan Runkuang Mining Technology Development Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 652103,China)ABSTRACT：A Flotation column is used to instead of the traditional flotation machine in the process of copper-nickel mixedflotation process,in order to improve the feasibility of nickel concentrate grade.The study results show,that one copper-nickel roughconcentrate with a Ni grade is 2.37%，a Cu grade is 0.63%which was used for the mixed cleaning experiment,after one sectionalmineral processing by flotation column,we can get the mineral separation indicators that mixed concentrate with Ni grade is 8.55%,Cugrade is 3.56%;comparing with the experimental flotation machine,after one sectional mineral processing by flotation column,theoperation recovery rate is the same,the nickel concentrate grade is increased by 3.1%,copper grade is increased by 1.46%.KEY WORDS：flotation column;copper-nickel flotation;mixed cleaning;grade improvement52表 1原矿多元素分析结果Tab.1The multi-element analysis results of raw ore%元素NiCuZnPbBaOTa2O5SrOZrO2TiO2CaOK2OCl元素SP2O5SiO2Al2O3Co3O4FeMnCr2O3V2O5MgONaO质量百分比2.140.11134.554.230.033211.520.1370.1980.018 521.560.339质量百分比0.5380.130.0180.001 50.009 030.002 50.019 60.006 10.4396.380.2150.052 3和镍主要呈现硫化物的形式存在。具体来说，镍主要存在于镍黄铁矿中，而铜则主要赋存于黄铜矿中。此外，钴也主要含于镍黄铁矿中，与镍以类同象形式共存3。主要脉石矿物为橄榄石、辉石、角闪石，少量斜长石、黑云母、金云母等。鉴于原工艺流程存在复杂性、操作困难、不易控制，并且铜镍精矿品位低且综合回收率低等问题，开展了铜镍粗精矿混合精选浮选柱的试验研究。1原矿性质分析该铜镍硫化矿石中的主要矿石矿物主要包括磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，同时还有少量的磁铁矿、钛铁矿、黄铁矿和方黄铜矿等，它们在矿石中的含量各不相同，为 5%耀80%，含量在 5%左右一般即可达镍边界品位 0.2%。矿石矿物各自以单晶或集合体形态相互交错、连生，或呈树枝状、粒状镶嵌混杂在一起。各矿物特征为：淤磁黄铁矿：主要形态为他形粒状，粒度分布为 0.02耀1.0 mm 不等，部分呈叶片状，叶片的宽度一般在0.01耀0.1 mm。它在矿石中的嵌布粒度通常较细，且经常混杂有其他矿物，例如镍黄铁矿、黄铜矿、脉石矿物等。这些不规则形状的集合体可能出现单一的磁黄铁矿组成，也可能会混杂入其他矿物；于镍黄铁矿：多呈半自形及其集合体，单晶粒度一般 0.02耀0.4 mm，集合体见 2 mm 左右者。集合体中可见少量脉石矿物包体。镍黄铁矿可单独产出，也可同其他金属矿物混生、连生产出；盂黄铜矿：他形粒状及其集合体，一般 0.01耀0.3 mm，可单独产出，也可见同其他金属矿物混生、连生产出；榆黄铁矿：粒状，一般 0.01耀0.04 mm、集合体可见 0.1 mm 左右者；虞磁铁矿：半自形耀他形粒状，一般 0.01耀0.1 mm；愚钛铁矿：半自形晶为主，一般 0.02耀0.1 mm。超基性岩的造岩矿物是脉石矿物的重要组成部分，主要包括橄榄石、辉石、角闪石，少量斜长石、黑云母、金云母等。脉石矿物粒度一般0.5耀5 mm，变化较大，以中细粒为主。橄榄石常见蛇纹石化，次为滑石化；辉石、角闪石常见次闪石化、绿泥石化。另外，矿石中见少量后期方解石脉，脉宽 0.2耀1.0 mm 不等4。1.1多元素分析矿石的多元素分析结果见表 1。从表中数据可知：矿石中有价金属镍品位为 0.538%，铜品位为 0.13%，含 Fe 11.52%、CaO6.38%、MgO 21.56%、SiO234.55%、Al2O34.23%。1.2铜镍矿石的物相分析从表 2 数据可知，矿石中的镍主要为硫化镍，占 86.11%，硅酸镍含量较少，占 13.89%。从 表 3 数 据 可 知，铜 主 要 为 硫 化 铜，占94.12%，氧化铜和结合铜含量较少。1.3试验物料性质分析本次试验物料主要为浮选机“二粗三扫二精”浮选流程中含 Ni 品位 2.37%，Cu 品位 0.63%的铜镍混合粗精矿，该铜镍硫化矿石中的脉石矿物以相别硫化镍硅酸镍总镍占有量86.1113.89100.00质量百分比0.460.0750.53相别硫化铜氧化铜结合铜总铜占有量94.123.142.74100.00质量百分比0.160.000 530.000 470.17表 2铜镍矿石中镍的物相分析结果Tab.2The phase analysis results of nickelin copper-nickelore%表 3铜镍矿石中铜的物相分析结果Tab.3The phase analysis results of copperin copper-nickel ore%蔡贵红：浮选柱在四川某难选铜镍硫化矿中的试验研究与应用53Apr.2024Vol.53.No.2（Sum 305）2024 年 4 月第 53 卷第 2 期（总第 305 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY蛇纹石、滑石为主，其 MgO、CaO 含量较高，脆质特性易泥化，容易被磨矿产生的其他金属离子活化，而且天然可浮性较好，在浮选中难以抑制，含有的镁、硅等杂质元素在选矿过程中易与镍、铜等有用元素形成复杂的多金属矿物，对浮选过程造成严重影响。因此，针对如何有效提高此种性质复杂的铜镍混合精矿品位和相关指标，开展了小型浮选柱混合精选试验研究。2试验结果与分析2.1试验设备及其优势试验设备为 XIBITI 小型试验浮选柱 1 台，型号为 XLC-75，规格为 准75 伊 2 000 mm 如图 1 所示，小型空气压缩机 1 台、30L 试验专用搅拌桶 1个5。与传统浮选机相比，浮选柱具有以下特点：淤可生成大量均匀的微气泡。传统机械搅拌式浮选机产生的气泡群平均直径为 1.2耀2.9 mm，而浮选柱内可以产生大量平均直径为 0.4耀0.6 mm 的微气泡。微细粒矿物（粒度 约45 滋m）的选别需要更小的气泡，机械搅拌式浮选机难以产生小气泡，故在微细粒浮选方面浮选柱更具优势；于具有高倍矿化几率。在传统机械搅拌式浮选机中，转子产生高紊流速度差实现气泡与颗粒的碰撞，高度紊流不仅消耗了大量浮选机内能而且易使粗粒从气泡脱落。在浮选柱内，气泡与颗粒逆向运动，具有较高的相对速度，紊流度低，矿粒不易从气泡上脱落，因此提高了颗粒的附着率6。2.2试验流程本次试验主要针对，浮选机“二粗三扫二精”浮选流程中含 Ni 品位为 2.37%，含 Cu 品位为0.63%的混合粗精矿，开展了浮选柱混合精选试验，以考察浮选柱的主要因素对铜镍混合精矿的品位和回收率的影响，试验流程见图 2。2.3充气量试验在给矿流量 300 mL/min，泡沫层厚度 70 cm条件下，开展了浮选柱充气量的浮选条件试验，试验结果见图 3。试验结果可以看出，随着充气量增加，精矿的品位逐渐降低。在不同充气量条件下，浮选柱铜镍混合精矿中 Ni 品位分别为：10.27%，9.3%，8.76%，7.46%，6.85%，5.05%；Cu 品位分别为：5.62%，5.04%，4.63%，3.95%，2.74%，2.32%。在现场生产流程中，同作业段混合精矿中 Ni 的品位为 5.28%，Cu 的品位为 1.58%。浮选柱最优条件下，混合精矿中 Ni 品位比浮选机高 3.48%，Cu 品位比浮选机高 3.05%。综合混合精矿品位的提升和回收率，最佳充气量选定为4.5 L/min。2.4泡沫层厚度试验在给矿流量 300 mL/min，充气量 4.5 L/min 条件下，开展了浮选柱泡沫层厚度的浮选条件试验，试验结果见图 4。试验结果可以看出，随着泡沫层厚度增加，精矿的品位逐渐升高。在不同泡沫层厚度条件下，浮选柱铜镍混合精矿 Ni 品位分别为：5.12%，6.95%，7.17%，7.75%，8.83%，8.9%；Cu 品位分别为：2.93%，3.08%，3.39%，3.93%，4.33%，4.65%。在现场生产流程中，同作业段混合精矿中 Ni 品位为 5.46%，Cu 品位为 1.52%。浮液位传感器给矿口精矿口尾矿口发泡器图 1试验浮选柱示意图Fig.1Schematic diagram of experimental flotation column羧甲基纤维素 1 600单位：g/t精选泡沫混合精选中矿（返回精选）混合精矿图 2浮选柱试验流程Fig.2The test flow of flotation column54表 4对比试验结果Tab.4Contrast test results%精矿品位对比0.15作业设备给矿品位精矿品位尾矿品位浮选机2.370.635.452.100.50CuNiCuNiCuNiCuNi浮选柱2.370.638.553.560.460.13+3.1+1.4684828078767572703.03.54.04.55.05.56.06.5气量 L/min1210864Ni 回收率/%Ni 精矿品位/%90888684828078763.03.54.04.55.05.56.06.5气量 L/min6.05.55.04.54.03.53.02.52.0Cu 回收率/%Cu 精矿品位/%图 3充气量大小对分选指标的影响Fig.3Effect of inflating volume on separation indicators908886848280787625 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85泡沫层厚度/mm1098765Ni 回收率/%Ni 精矿品位/%9088868482807876泡沫层厚度/mm65432Cu 回收率/%Cu 精矿品位/%25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 758085图 4泡沫层厚度分选指标的影响Fig.4Effect of foam layer thickness on separation indicators选柱最优条件下，铜镍混合精矿 Ni 品位比浮选机高 3.37%，Cu 品位比浮选机高 2.81%。综合铜镍混合精矿品位的提升和回收率，最佳泡沫层厚度选定为 70 cm。3试验对比与分析3.1小型试验指标对比试验流程为一次柱选，产出精矿和尾矿，流程如图 2。浮选机使用传统 1.5 L 试验用浮选机，试验流程、药剂制度及入选条件与浮选柱流程相同。粗选综合精矿样一次浮选柱选别试验指标：该矿样细粒级含量较大，对浮选柱泡沫层厚度和充其量等参数较为敏感，通过反复试验验证，气量 4.5 L/min，泡沫层厚度 70 cm，可得到理想试验指标。试验结果见表 4。从表 4 看出，浮选柱用于粗精矿混合精选时：一段浮选柱混合精选可把含镍 2.37%，含铜 0.63%铜镍混合粗精矿镍品位提高至 8.55%，铜品位提高至 3.56%；在相同入选物料下，用试验 1.5 L 浮选蔡贵红：浮选柱在四川某难选铜镍硫化矿中的试验研究与应用55Apr.2024Vol.53.No.2（Sum 305）2024 年 4 月第 53 卷第 2 期（总第 305 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY铜镍原矿混选精选玉（3 台 4 m3浮选机，功率是 15 kW）螺旋分级机球磨机粗选玉粗选域扫玉扫域扫芋混选精选域（1 台 4 m3浮选机，功率是 15 kW）混合精矿尾矿表 5对比试验结果Tab.5Contrast test results%技改后精矿品位对比0.17作业设备给矿品位精矿品位尾矿品位技改后2.550.618.423.260.56CuNiCuNiCuNiCuNi技改前2.730.686.191.950.730.19+2.23+1.31机刮出的混合精矿镍品位为 5.45%，铜品位为2.1%。同比试验浮选机，浮选柱一段混合精选，作业回收率与浮选机基本持平的情况下，精矿镍品位提高了 3.1 个百分点，铜品位提高了 1.46 个百分点。通过对比试验，发现浮选柱选别的精矿品位高于试验浮选机的指标。这表明，对于该物料而言，采用浮选柱进行提质效果显著，相较于浮选机具有更明显的优势。3.2技改后工业试验指标对比经过多次的论证和讨论，该工艺在生产中进行了改进并实施，加装 1 台 准2.4 伊 12 m 浮选柱替代原流程浮选机混合精选玉和混合精选域作业（技改工艺流程图如图 5，图 6 所示），经过改进后的工艺流程进行了调试和问题处理，并正式投入生产。在稳定生产一年后，对混合精矿产品进行了对比分析。与改造前相比，在原矿品位和回收率基本持平的情况下，混合精矿的镍和铜品位分别提高了 2.23 个百分点和 1.31 个百分点。试验结果如表 5 所示。3.3浮选柱提高铜镍精矿品位的原因分析1）浮选柱采用了逆流平稳接触的流动方式，增大了捕收铜镍有用矿物的机会，使得有用矿物在浮选过程中的短路现象得到优先解决，提高了浮选速度；2）浮选柱产生的气泡细小且均匀，表面积大，在逆流条件下与矿粒接触概率高，使得有用矿物能够更充分地与气泡附着，从而提高精矿品位；3）浮选柱的泡沫层厚度远大于传统浮选机且可调节，大大增强了二次富集效果的作用，提高了精矿品位。图 5技改前工艺流程图Fig.5Process flow chart before technical innovation564结 语1）从原矿多元素分析及铜镍矿石物相分析结果表明，矿石中的镍品位为 0.538%，铜品位为0.13%，镍主要为硫化镍，占 86.11%，硅酸镍含量较少，占 13.89%，铜主要为硫化铜，占 94.12%，氧化铜和结合铜含量较少。主要脉石矿物为超基性岩的造岩矿物，主要为橄榄石、辉石、角闪石，少量斜长石、黑云母、金云母等；2）Ni 品位为 2.37%，Cu 品位为 0.63%的某铜镍粗精矿进行混合精选试验，经过浮选柱一段选别，取得了混合精矿 Ni 品位为 8.55%，Cu 品位为3.56%的选矿指标；同比试验浮选机，浮选柱一段混合精选，作业回收率与浮选机基本持平的情况下，精矿镍品位提高了 3.1 个百分点，铜品位提高了 1.46 个百分点；3）经过对技改后工业试验的探索应用，进一步验证了浮选柱在选别该混合粗精矿时。不仅可以提高了精矿品质，同时也能简化工艺流程。同比原浮选机二次混合精选工艺流程，浮选柱一段混合精选，在原矿品位和回收率基本持平的情况下，精矿镍品位提高了 2.23 个百分点，铜品位提高了 1.31 个百分点，浮选柱选别的精矿品位高于原流程中浮选机二次混合精选所达到的指标。参考文献：1 唐萍芝，陈欣，王京.全球镍资源供需和产业结构分析J.矿产勘查，2022，13（1）：152-156.2 谢杰.某复杂难选硫化铜镍矿中矿细磨、柱机联合再选工艺应用实践研究J.世界有色金属，2017（14）：52-54.3 周贺鹏，邹丽萍，雷梅芬，等.某难选低品位铜镍硫化矿选矿工艺研究J.矿业研究与开发，2013，33（5）：44-46，69.4 黎祖焕，王连金，郑银珠.HGZS 型叠层高频振动细筛在成宗选矿厂的应用J.现代矿业，2015，31（11）：243-245.5 蔡贵红，张汉平.云南某白钨矿加温精选浮选柱试验研究J.云南冶金，2022，51（5）：49-55.6 宋子翔，韩继康，王伟之，等.浮选柱技术发展与应用现状J.金属矿山，2019（6）：20-26.7 余新文，杨晓军，殷志刚.分支浮选在低品位镍矿中的应用研究J.矿产综合利用，2015（4）：39-41，45.8 田玉福，马子宁，张治川，等.地球物理测井在金属矿勘察中的应用J.四川地质学报，2011，31（4）：485-488.9 雷梅芬.微细粒难选铜镍硫化矿浮选新工艺及机理研究D.赣州：江西理工大学，2011.10 蔡贵红.某矿区硫铁铅锌矿中回收硫铁浮选柱试验研究J.中国金属通报，2021（2）：44-4511 翟爱峰，刘炯天，曹亦俊，等.西南某铜矿浮选柱半工业试验研究J.有色金属（选矿部分），2008（2）：34-37，45.铜镍原矿混选精选（准2.4伊H12 m 浮选柱）螺旋分级机球磨机粗选玉粗选域扫玉扫域扫芋尾矿混合精矿图 6技改后工艺流程图Fig.6Process flow chart after technical innovation蔡贵红：浮选柱在四川某难选铜镍硫化矿中的试验研究与应用57