1、矿物加工工程新疆某浸染状氧化铜镍矿选冶联合试验研究柏亚林1,杨俊龙1,郭艳华1,王军2,何海涛11.西北矿冶研究院,甘肃 白银 730900;2.白银新大孚科技化工有限公司,甘肃 白银 730900中图分类号:TD952.1;TD954文献标识码:A文章编号:10010076(2023)01010507DOI:10.13779/ki.issn1001-0076.2023.01.011摘要新疆某浸染状氧化铜镍矿含铜 0.89%、镍 0.55%,为了开发利用该矿产资源,对其矿石性质进行了详细的研究,结果表明,该矿石工业类型属于超基性岩风化壳型铜镍矿,铜主要以孔雀石、硅孔雀石形式存在,镍主要赋存于绿
2、泥石中。铜、镍氧化率分别为 74.16%、96.57%,矿石风化严重,含泥量较大,属于难选氧化铜镍矿。在矿石性质研究的基础上,对矿石进行了浮选、搅拌浸出、池浸等方案对比试验研究,采用池浸回收铜、镍效果较好。当磨矿细度为0.074 mm 占 45%、矿浆质量浓度为 20%、硫酸用量为 50 g/L、浸出时间为 24 d 时,铜浸出率可达 81.27%、镍浸出率为 60.32%;对铜镍浸出液采用铁置换沉铜中和除铁硫化法沉镍,可以获得海绵铜品位 92.05%、铜置换率为 97.35%,硫化镍中镍品位为 24.32%、镍沉淀率为 86.78%。最终铜的回收率为 79.12%,镍的回收率为 52.35%
3、,实现了铜、镍的有效回收。本研究可为该矿山的开发利用提供技术依据,也可为同类型氧化铜镍矿石开发利用提供参考。关键词氧化铜镍矿;选冶联合;池浸;铜镍分离 铜、镍是我国重要的有色金属,在国民经济中占据重要地位。铜具有良好的导电性、延展性和抗腐蚀等特性,被广泛应用于电气、机械和化工等领域1。镍具有良好的机械强度、延展性、耐高温以及化学性质稳定等特性,广泛用于飞机、雷达和导弹等军工业和航空工业。我国铜镍矿主要以硫化铜镍矿为主,硫化铜镍矿占全国铜镍矿总储量的 86%。随着我国铜镍资源的不断深入开采,易选硫化矿石越来越少,矿石逐渐“贫、细、杂”化。为充分利用铜镍矿产资源,从氧化铜镍矿资源中回收铜镍成为当今
4、研究的重要方向2-7。铜镍矿包括硫化铜镍矿和氧化铜镍矿。硫化铜镍矿常用的选矿工艺包括优先浮选法、混合浮选法、混合分离浮选法、闪速浮选法、酸浸活化浮选法、电化学调控浮选法和生物浸出法等。目前,对氧化铜镍矿的回收工艺研究较少,主要有火法冶金、湿法冶金和选冶联合等三种方法。本文以新疆某浸染状氧化铜镍矿为研究对象,该矿石铜、镍氧化率高、含泥大,一直未得到有效的利用。通过对其进行详细的试验研究,最终确定采用选冶联合工艺,为实现该铜镍资源的高效分离及回收提供了技术依据。1矿石性质1.1原矿多元素及物相分析代表性原矿取自新疆某矿,其化学多元素分析结果见表 1,主要矿物含量见表 2。铜、镍物相分析结果分别见表
5、 3 和表 4。从表 1、表 2 中可以看出,矿石中可以回收的元素为铜、镍,铜含量为 0.89%,镍含量为 0.55%。金属矿物主要为褐铁矿,少量硅孔雀石和孔雀石等;脉石矿物主要为石英及橄榄石、角闪石等含镁硅酸盐矿物。由表 3、表 4 可知,铜主要以氧化铜形式存在,含 收稿日期:2022 07 27基金项目:国家重点研发计划项目(2019YFC1907300);白银市科发 202139 号(2021-1-9G)作者简介:柏亚林(1976),男,甘肃陇南人,本科,高级工程师,主要从事难选矿选冶试验及资源综合利用研究。表 1 化学多元素分析结果/%Table 1 Multi-element ana
6、lysis of the raw ore组分CuNiFeSCaOMgO含量0.890.5514.800.254.5025.54组分SiO2Al2O3AsCrCoMn含量36.836.440.050.180.010.15第 1 期矿产保护与利用No.12023 年 2 月Conservation and Utilization of Mineral ResourcesFeb.2023量占总铜的 74.16%,硫化铜含量占 20.22%;镍主要以氧化镍形式存在,含量占总镍的 96.57%,该铜镍矿为典型的氧化铜镍矿石。1.2主要矿物嵌布特征该矿石工业类型为浸染状氧化铜镍矿石,属于超 基 性 岩 风
7、 化 壳 型 铜 镍 矿。铜 矿 物 主 要 为 孔雀石 Cu2(CO3)(OH)2、硅 孔 雀 石 Cu2H2Si2O5(OH)4nH2O,偶见黄铜矿 CuFeS2、铜蓝 CuS 等硫化铜矿物。孔雀石和硅孔雀石是主要含铜矿物,与褐铁矿、脉石之间关系密切,如图 1 所示。绿泥石扫描电镜能谱微区分析结果见图 2、表 5 所示,通过扫描电镜分析可知,镍主要以类质同象形式赋存于绿泥石和少量褐铁矿中,偶见镍黄铁矿和紫硫镍矿。keV图 2绿泥石 X 射线能谱分析图Fig.2 X-ray energy spectrum analysis of chlorite2试验结果与讨论2.1原则工艺流程的确定由原矿
8、性质研究结果可知,该矿石为氧化铜镍矿,铜的氧化率为 74.16%,镍的氧化率为 96.57%,氧化铜矿根据其矿物成分宜采用浮选或浸出工艺,氧化镍(主要为硅酸镍)采用浮选一般无法回收,多采用火法或湿法冶金工艺进行回收。该矿石铜镍氧化率较高,风化严重,本研究主要针对浮选、搅拌浸出、池浸等三种原则工艺流程进行探索试验8-11。其中浮选采用硫氧混合浮选工艺,磨矿细度0.074 mm 占 70%,石灰用量 1 000 g/t、硫化钠 500 g/t、硫酸铜 300 g/t、六偏磷酸钠 500 g/t、丁基黄药 300 g/t、J-622 60 g/t、2 号油20g/t,其中 J-622 主要成分为酯类
9、、烷基或芳基二硫代磷酸盐及醇类等,是一种对铜镍矿有较好效果的捕收起泡剂;搅拌浸出磨矿细度0.074 mm 占80%,浸出时间8 h,硫酸浓度 60 g/L,矿浆浓度 20%,搅拌速度 300 r/min;池浸磨矿细度0.074 mm 占 45%,池浸时间 24 d,硫酸浓度 50 g/L,矿浆浓度 20%。三种原则工艺流程对比试验结果见表 6。由表 6 可以看出,采用浮选工艺流程,铜、镍的回收率均较低,该方案不可行。采用搅拌浸出和池浸均可回收铜镍,搅拌浸出铜浸出率 68.96%、镍浸出率48.30%,池浸铜浸出率 71.95%、镍浸出率 50.22%。搅拌浸出一次性投资大,对设备要求较高,生产
10、成本较高。池浸相对于搅拌浸出,虽然浸出周期较长,但工艺条件较为简单、投资小、成本低,生产中更易于实现,且对该矿石的铜镍浸出率最高。因此,确定池浸工艺作为该矿石选别的原则工艺。2.2池浸条件试验2.2.1磨矿细度对铜镍浸出率的影响常温下将矿石用酸液进行浸泡,一方面考虑与酸的有效接触,另一方面考虑渗透性问题,因此池浸矿石粒度不能太粗亦不能过细。按图 3 工艺流程及条 表 2 主要矿物含量/%Table 2 The content of the main mineral矿物名称含量矿物名称含量褐铁矿5.0钛铁矿、榍石、白钛石0.2孔雀石、硅孔雀石1.2紫硫镍矿0.1黄铁矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿0.3橄
11、榄石、绿泥石、滑石等50.0黄铜矿、铜蓝0.2角闪石等其他脉石41.5磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿1.5合计100.0 表 3 铜物相分析结果/%Table 3 The results of copper phase analysis相别硫化铜自由氧化铜结合氧化铜其他总铜含量0.180.490.170.050.89分布率20.2255.0619.105.62100.00 表 4 镍物相分析结果/%Table 4 The results of nickel phase analysis相别硅酸盐镍硫化物镍硫酸镍总镍含量0.530.0190.0050.554分布率95.673.430.90100.00
12、 图 1脉状孔雀石、褐铁矿充填于矿石裂隙中Fig.1 Veined malachite and limonite are filled in ore fissures 106 矿产保护与利用2023 年件进行磨矿细度试验,试验结果见图 4。从图 4 可知,在磨矿细度为0.074 mm 占 10%条件下,矿石铜、镍浸出率较低,随着磨矿细度的增加,铜镍浸出率均有所提高,当磨矿细度0.074 mm 含量超过 45%时,铜镍浸出率呈下降趋势,这说明磨矿粒度太细,矿石渗透性变差,影响浸出率。因此,适宜的磨矿细度为0.074 mm 占 45%。2.2.2硫酸用量对铜镍浸出率的影响在磨矿细度为0.074 m
13、m 占 45%、矿浆质量浓度为 20%、浸出时间为 21 d 条件下,进行硫酸用量试验,试验结果见图 5。由图 5 结果可以看出,硫酸用量对铜镍浸出率影响较大,随着硫酸用量的增加,铜镍浸出率呈上升趋势,当硫酸用量增加到 50 g/L,铜镍回收率不再增加,说明此时硫酸用量已达到饱和。因此,适宜的硫酸用量为 50 g/L。2.2.3浸出时间对铜镍浸出率的影响在磨矿细度为0.074 mm 含量占 45%、矿浆质量浓度为 20%、硫酸用量为 50 g/L 条件下,进行浸出时间试验,试验结果见图 6。表 5 绿泥石 X 射线能谱检测结果/%Table 5 X-ray energy spectrum re
14、sults of chlorite矿物名称及编号OMgAlSiFeNiCu总量镍绿泥石12346.6411.381.8218.629.509.712.32100.00镍绿泥石12430.016.676.6636.509.2010.96/100.00绿泥石12650.1116.585.6915.9010.820.90/100.00绿泥石12749.6715.720.4221.3912.80/100.00绿泥石12850.9510.464.6323.328.831.350.42100.00含镍绿泥石13048.9612.786.9714.8411.212.372.87100.00绿泥石13953.
15、0116.987.8215.586.61/100.00绿泥石14849.4911.161.6622.8414.85100.00角闪石13727.276.573.8317.0212.48C 21.32Ca 11.51100.00角闪石14641.2511.576.8124.236.93Ca 9.20100.00蛇纹石14951.7021.230.6022.404.08/100.00蛇纹石13345.9421.12/24.888.06/100.00蛇纹石13153.6821.85/20.733.74/100.00滑石13444.9816.30/29.786.47/100.00高岭土13654.28
16、5.5513.4621.233.92/1.57100.00方解石15056.04/C 19.24Ca 24.72100.00 表 6 原则工艺流程对比试验结果/%Table 6 Results of Principle process flow exploration test原则工艺流程产物名称产率品位回收率/浸出率CuNiCuNi浮选粗精矿13.921.450.6222.6715.66尾 矿86.080.800.5477.3384.34给 矿100.000.890.55100.00100.00搅拌浸出浸渣81.240.340.3568.9648.30池浸(未磨)浸渣80.520.310.3
17、471.9550.22 原矿铜镍浸出液磨矿细度(变)浸渣浸 出池浸条件矿浆浓度 20%硫酸用量 40 gL-1池浸时间 21d图 3磨矿细度试验工艺流程及条件Fig.3 Process flow and conditions of grinding fineness test 102030405060708050556065707580铜浸出率镍浸出率浸出率/%磨矿细度(-0.074 mm含量)/%图 4磨矿细度试验结果Fig.4 Results of grinding fineness test第 1 期柏亚林,等:新疆某浸染状氧化铜镍矿选冶联合试验研究 107 05101520253035
18、102030405060708090铜浸出率镍浸出率浸出时间/d浸出率/%图 6浸出时间试验结果Fig.6 Results of leaching time test 由图 6 可知,随着浸出时间的增加,铜镍浸出率呈增加趋势,当浸出时间超过 24 d 后,浸出达到平衡,铜镍浸出率变化不大。因此,适宜的浸出时间为 24 d。2.3铜镍分离试验铜镍浸出液中可供回收的有价金属为铜和镍,干扰金属离子为铁、铝、钙、镁等。铜镍分离通常采用冶金处理方法,如电积萃取和置换除杂沉淀12-13,由于电积萃取工艺一次性投资较大,结合现场实际情况,确定采用铁置换铜除铁硫化法沉淀镍工艺方案,原则工艺流程见图 7,主要反
19、应如式(1)(3)所示:铁置换铜:Fe+Cu2+=Fe2+Cu(1)除铁:H2O2+4OH+2Fe2+=2Fe(OH)3(2)硫化法沉淀镍:NiSO4+Na2S=NiS +Na2SO4(3)2.3.1铁粉用量对铜置换的影响本次试验采用还原铁粉作为铜的置换剂进行铜的置换试验14-15。由于硫酸残余量较大,因此,在置换中还原铁粉应取过量。取 1 L 池浸液,在保持浸液温度为 50 条件下进行铜置换铁粉用量试验,置换时间 40 min,试验结果见图 8。从图 8 可以看出,随着铁粉用量的增加,溶液中铜离子浓度逐渐降低,铜置换率逐渐升高,当铁粉用量为 6 g/L 时,置换效果最好。2.3.2置换时间对
20、铜置换的影响取 1 L 池浸液,加入 6 g 铁粉,在保持浸液温度为50 条件下进行铜置换时间条件试验,试验结果见图 9。由图 9 可知,随着置换时间的延长,溶液中铜离子浓度先降低后升高,铜置换率先升高后降低,当置 303540455055605060708090铜浸出率镍浸出率浸出率/%硫酸用量/(gt-1)图 5硫酸用量试验结果Fig.5 Results of dosage of sulfuric acid 置换沉铜池浸液上清液过滤、洗涤中和除铁海绵铜过滤、洗涤上清液硫化钠沉淀镍滤渣还原铁粉水双氧水+碳酸钙水过滤、洗涤硫化镍尾水图 7铜镍分离原则工艺流程Fig.7 Process flow
21、 of separation principle of copper and nickel 23456780.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50768084889296100gL-1gL-1图 8铁粉用量试验结果Fig.8 Results of dosage of iron powder 图 9置换时间试验结果Fig.9 Results of dosage of displacement time test 108 矿产保护与利用2023 年换时间为 35 min 时,溶液中铜离子浓度最低,铜置换率最高。2.3.3铜置换后溶液除铁试验浸出液进行铁置换铜
22、后,其溶液中含有较多其他金属离子,如果直接采用硫化钠沉淀其中的镍,难以保证硫化镍的品位,甚至不能产出合格的硫化镍精矿。因此,对置换铜后溶液进行除铁试验。以双氧水作为氧化剂、碳酸钙粉作为 pH 调整剂,进行除铁试验,双氧水用量为 15 g/L,氧化时间为 30 min,Fe2+充分氧化成 Fe3+。温度为 50,碳酸钙粉用量为 40 g/L,沉淀时间为 2 h,除铁试验结果见表 7。表 7 除铁试验结果Table 7 Results of iron removal test浸液离子浓度/(gL1)置换后溶液中离子浓度/(gL1)镍损失率/%除铁率/%Ni2+Fe2+Ni2+Fe3+1.2013.
23、251.106.128.3353.81 由表 7 可知,使用双氧水+碳酸钙粉进行除铁,除铁率可达 53.81%,除铁后镍损失率为 8.33%。2.3.4硫化镍沉淀试验以除铁前含镍贵液和除铁后的含镍贵液作为原料,分别进行硫化镍沉淀试验,采用硫化钠作为镍的沉淀剂。通过不同的硫化钠用量、沉淀温度和不同沉淀时间试验对比,最终确定硫化镍沉淀最佳条件为:硫化钠用量 5 g/L,沉淀时间 40 min,沉淀温度 60。硫化镍沉淀试验结果见表 8。表 8 硫化镍沉淀试验结果Table 8 Results of nickel sulfide precipitation test沉淀前贵液镍离子浓度/(gL1)条
24、件沉淀后溶液镍离子浓度/(gL1)镍品位/%镍沉淀率/%1.19不除铁直接沉淀0.132.2489.081.07除铁后沉淀0.0224.1998.13 由表 8 可知,不除铁直接沉淀,获得硫化镍品位为 2.24%,镍沉淀率为 89.08%,除铁后沉淀可获得硫化镍品位为 24.19%,镍沉淀率为 98.13%,除铁沉淀镍的损失率较小。2.4全流程闭路试验根据条件试验确定的最佳条件,进行池浸铁置换沉铜中和除铁硫化法沉镍全流程闭路试验,试验工艺流程及药剂制度见图 10,闭路试验结果见表 9。磨矿细度:45%-0.074mm浸出液35minFe 粉 6 g/L过滤时间 30min过氧化氢 15 g/L
25、时间 2h温度 60碳酸钙粉 40 g/L过 滤海绵铜含铁尾渣硫化镍沉淀时间 40min温度 50硫化钠5 g/L过 滤硫化镍矿浆浓度:20%硫酸:50g/L硫酸浓度:15%24d池浸浸 渣Fe2+氧化Fe3+沉淀图 10闭路试验工艺流程及条件Fig.10 Closed circuit test process and conditions 从表 9 中可以看出,铜的浸出率为 81.27%,镍的浸出率为 60.32%。对铜镍浸出液采用铁置换沉铜中和除铁硫化法沉镍,可以获得海绵铜品位 92.05%,铜置换率为 97.35%,硫化镍品位为 24.32%,镍沉淀率为 86.78%。最终铜的回收率为
26、79.12%,镍的回收率为 52.35%。表 9 闭路试验结果/%Table 9 Results of Closed circuit test作业名称产品名称产率品位回收率对作业对原矿CuNiCuNiCuNi浸出浸出液/2.151.2081.2760.3281.2760.32浸 渣79.860.190.2318.7339.6818.7339.68置换沉淀海绵铜/92.05/97.35/79.12/硫化镍/24.32/86.78/52.35原矿100.000.890.55100.00100.00100.00100.00 3结论(1)该铜镍矿含铜 0.89%、镍 0.55%,铜氧化率为74.16%
27、,镍氧化率为 96.57%,矿石中金属矿物主要为褐铁矿,少量硅孔雀石、孔雀石;脉石矿物主要为石英第 1 期柏亚林,等:新疆某浸染状氧化铜镍矿选冶联合试验研究 109 及橄榄石、角闪石等含镁硅酸盐矿物。该矿石风化严重,含泥较大,属于较难选氧化铜镍矿。(2)在池浸原则工艺流程基础上,进行了详细的条件试验研究,确定池浸最佳条件为:磨矿细度0.074 mm 占 45%,矿 浆 浓 度 为 20%,硫 酸 用 量 为50 g/L,浸出时间为24 d;铜镍分离最佳条件为:铁粉用量6 g/L,置换时间 35 min,双氧水用量 15 g/L,碳酸钙用量 40 g/L,硫化钠用量 5 g/L。(3)对该浸染状
28、氧化铜镍矿采用池浸铁置换沉铜中和除铁硫化法沉镍选冶联合工艺,可以获得海绵铜品位 92.05%、铜置换率为 97.35%,硫化镍品位为 24.32%、镍沉淀率为 86.78%。最终指标为:铜的回收率为 79.12%,镍的回收率为 52.35%。(4)本次试验研究采用选冶联合工艺,实现了铜镍的高效分离回收,获得较好的试验指标,本研究可为该矿山资源的开发利用提供技术依据,也可为同类型氧化铜镍矿石开发利用研究提供参考。参考文献:伦绍雄,陆薇宇.细粒嵌布贫铜镍矿的特征及其对选矿的影响J.武汉工程大学学报,2013,35(11):3236.LUN S X,LU W Y.Mineralongical fea
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39、hnologysituation and research progress of laterite nickel oreJ.Non-ferrousMining and Metallurgy,2021,37(5):2732.15 110 矿产保护与利用2023 年 Beneficiation-metallurgy Combined Process for the Disseminated Copper-nickelOxide Ore in XinjiangBAI Yalin1,YANG Junlong1,GUO Yanhua1,WANG Jun2,HE Haitao11.Northwest I
40、nstitute of Mining and Metallurgy,Baiyin 730900,Gansu,China;2.Baiyin Xindafu Technology Chemical Co.Ltd,Baiyin 730900,Gansu,ChinaAbstract:The disseminated copper-nickel oxide ore in Xinjiang contained 0.89%copper and 0.55%nickel.An in-depthstudy of the ore properties was carried out to develop and u
41、tilize this mineral resource.According to the results,theindustrial type of ore belonged to ultrabasic rock weathering crust type copper-nickel ore,and copper was mainly in theform of malachite and chrysocolla,and nickel was mainly exsited in chlorite.The oxidation rates of copper and nickel were74.
42、16%and 96.57%respectively.The ore was severely weathered and contained large mud,which belonged to a refractorycopper-nickel oxide ore.Based on the study of ore properties,comparative tests of flotation,agitation leaching and poolleaching were carried out.The results showed that the recovery of copp
43、er and nickel by pool leaching was better.When thegrinding fineness was-0.074 mm accounting for 45%,the pulp concentration was 20%,sulfuric acid dosage was 50 g/Land leaching time was 24 d,the copper leaching rate was 81.27%and the nickel leaching rate was 60.32%.The copper-nickel leaching solution
44、was treated by a method of copper replacement with iron-iron neutralization-nickel precipitationwith sodium sulphide,and the sponge copper grade was 92.05%,copper replacement rate was 97.35%,nickel grade innickel sulfide was 24.32%,and nickel precipitation rate was 86.78%.Finally,the recovery rate o
45、f copper was 79.12%,andthe recovery rate of nickel was 52.35%.The process serves as a technical basis for the development and utilization of themine,as well as a reference for the development and utilization of the same type of copper-nickel oxide ore.Keywords:cupric nickel oxide ore;combination of
46、beneficiation and metallurgy;pool leaching;copper and nickelseparation引用格式:柏亚林,杨俊龙,郭艳华,王军,何海涛.新疆某浸染状氧化铜镍矿选冶联合试验研究J.矿产保护与利用,2023,43(1):105111.BAI Yalin,YANG Junlong,GUO Yanhua,WANG Jun,HE HaitaoBeneficiation-metallurgy combined process for the disseminatedcopper-nickel oxide ore in XinjiangJ.Conservation and Utilization of Mineral Resources,2023,43(1):105111.投稿网址:http:/E-mail:第 1 期柏亚林,等:新疆某浸染状氧化铜镍矿选冶联合试验研究 111