新疆铜镍选矿分离工艺技术的研究与进展

杨磊 许阳芳 吴伟

（新疆有色金属研究所 乌鲁木齐 830000）

1 前言

新疆地处欧亚大陆腹地，构造上位于东半球古生代几大板块的结合部位，各类地质作用极其活跃，许多重要的成矿带在此汇合，为形成各类成因矿产提供了绝好的场所。因此，新疆的铜镍矿成因类型应有尽有。目前形成工业生产的主要分布在哈密和阿勒泰地区，其中以哈密地区为首，约占78%，阿勒泰地区约占20%。

新疆铜镍矿山均是以铜镍混合浮选作为首选工艺作为选矿工艺初期建设，获得铜镍混合精矿进行火法粗冶炼，得到冶炼含铜高冰镍后送至冶炼厂选择性浸出并精炼得到金属产品。随着市场金属价格的变化影响，目前哈密地区已普遍形成铜镍混合精矿浮选再分离的格局，铜镍矿山产出浮选铜、镍精矿分别销售，其中铜镍互含超标问题一直是技术上需要解决的障碍所在。阿勒泰地区至今仍采用混选方式，但亦对铜镍分离保持技术上的需求。

新疆有色金属研究所作为新疆地区专业选矿研究单位，对以上两个地区的铜镍矿山的选矿研究开展过大量的试验研究工作，并提供了相关的技术成果作为建设依据。本文是针对新疆有色金属研究所开展的铜镍选矿分离工艺技术研究工作进行论述与分析,希望给予该类选矿技术的提升以助力。

2 铜镍分离行业现状与技术难点分析

目前国内铜镍分离常采用以下两种工艺：一是先浮选得到铜镍混合精矿后经冶炼形成中间产品高冰镍，然后再磨矿再浮选分离。二是直接浮选分离获得铜精矿和镍精矿。通常，前者用于铜镍矿物粒度细且彼此嵌布十分致密的矿石，后者用于铜镍矿物粒度较粗且彼此嵌布关系不甚紧密的矿石。铜、镍硫化矿物的浮选分离一直是铜镍硫化矿选矿的重要课题。特别是随着经济的不断发展及人们环境保护意识的不断提高，用成本相对低廉的选矿工艺尽可能获得组成较为单一的选矿产品，降低铜、镍冶炼工艺给料的复杂性，进而降低冶炼成本，减少冶炼工序有害废物的排放量，已成为铜镍硫化矿选矿工艺研究的重要方向。

铜镍分离技术难点：

（1）铜镍硫化物一般致密共生，嵌布粒度细，镍矿物很少形成单独镍矿物，多半是分散在其他硫化矿，主要是磁黄铁矿和黄铜矿中。镍也常常以类质同象形式存在于磁黄铁矿中。

（2）铜镍矿石中的脉石主要为蛇纹石、自云石、白云母及滑石等，其存在对精矿品位及浮选过程有一定的影响。在铜镍硫化矿浮选中都存在提高精矿品位及回收率，降低精矿中MgO含量的问题。因为MgO属高熔点物质，如果含量过高不但会造成冶炼成本的增加，而且会因此造成炉渣相黏度过大而导致炉子结瘤，渣相分离困难，降低冶炼回收率。

（3）常规铜镍分离的实质是铜硫分离，即采用石灰法，此法的主要缺陷是必须在高碱(pH≥12)介质中进行，高碱介质浮选带来的问题是浮选操作困难，石灰易结垢、固结而堵塞管道，且不利于贵金属矿物的回收。

（4）某些离子对浮选影响在正常pH下磨矿后，一些离子可以改变矿物的浮选行为：如磨矿机中铁的电池效应起作用时，钙离子可以活化硫化铜、镍矿石的浮选。由于矿浆呈碱性的缘故，矿浆液相中存在有铜镍和铁离子，在磨矿和浮选过程中发生氧化还原反应，与硫代硫酸盐离子形成金属络合物，从而影响浮选指标。

（5）兼顾伴生贵金属的回收问题。在铜镍硫化矿石中，常伴有一定量的金、银及铂族元素如铂、钯、锇、铱等贵金属，这些元素的赋存状态比较复杂，但它们在浮选过程中大都富集在镍精矿中。所以，从混合精矿中分离出部分基本不含这些元素的铜精矿，有利于对这些贵金属元素的富集及回收。

（6）铜镍矿资源贫、细、杂化的问题随着铜镍矿资源象其它金属矿资源一样，向贫、细、杂过渡，即所需处理的低品位矿石的矿量比例增大，细粒嵌布的矿石居多，矿石物质组成和相互嵌布关系更加复杂化，要获得铜镍浮选分离的高指标，难度加大。

目前铜镍分离技术的进展主要在电化学，微生物浸出，化学选矿几个方面得到发展。在浮选方面主要为浮选新药剂的研制。由铜镍分离的难题可知，要获得铜镍浮选分离的良好指标，很大程度上取决于对铜矿物较好的捕收及铜精矿中对镍矿物的有效抑制。因此，国内外研制了大量的对铜矿物有强捕收力和高选择性的捕收剂以及强化对镍矿物抑制作用的抑制剂，还进行了某几种药剂的组合使用的研究，实践证明，由于两种或两种以上药剂组合在一起产生了协同效应，使得浮选效果出现了1+1＞2的增效效应。据文献报导，王毓华等采用HA和石灰作组合抑制剂，原矿含1.70%Ni和1.15%Cu，经浮选分离可获得含铜25.09%，镍1.30%的铜精矿和含镍3.55%和铜1.29%的镍精矿，铜镍作业回收率分别为88.2%和96.5%。郭宏以赤柏松铜镍矿铜镍混合精矿为研究对象，采用复合抑制剂JY406抑制镍，降低精矿铜镍互含。采用纤维素分散矿泥，减少精矿铜镍互相夹带，降低互含。刘绪光采用亚硫酸钠和石灰组合抑制剂抑制磁黄铁矿，添加ZnSO4提高抑制效果，增大了铜、镍矿物的可浮性差距。闭路试验结果表明，镍精矿品位和回收率分别由7.59%和82.57%提高到9.4%和83.14%，铜精矿品位和回收率分别由l9.68%和42.37%提高到19.03%和58.95%。魏星等采用新疆哈密佳泰资源开发有限公司研制JT2代替氰化物，工业试验的铜精矿铜品位和回收率分别为37.84%和70%，镍精矿镍品位和回收率分别为6.43%和96.33%，铜精矿中的镍品位和镍精矿中的铜品位均在1%以下。杨文生等采用石灰和YFA(黄腐酸)组合药剂成功地浮选分离了铜镍混合精矿。E·E·奥斯罗日拉娅在铜镍矿石铜浮选回路中添加亚硫酸盐或亚硫酸氢盐，提高了镍浮选给矿中硫代硫酸根离子浓度以抑制镍矿物的浮选。研究表明，在镍浮选回路中增加捕收剂的用量，添加硫酸分解硫代硫酸根离子或添加过氧化氢调整剂，可阻止硫代硫酸根离子对镍矿物的抑制。法克清等将闪速浮选技术应用于吉林某铜镍矿石磨矿一浮选回路，优先浮选已单体解离的可浮性好的铜镍矿物，使4.4%的闪速浮选精矿未经再磨直接进入铜镍分离作业，从而减少了磨矿负荷，处理每吨原矿节省药剂1.59元，总浮选时间缩短约4min，该工艺流程与现场生产工艺流程比较，铜镍精矿中铜、镍品位分别提高了0.19%和0.48%，铜、镍回收率分别提高了2.68%和2.33%。铜镍分离在国内外都获得了成功，但目前来说铜精矿里面镍品位低于0.3%的选矿指标很少见。

3 试验矿石性质研究

3.1 工艺矿物学研究结果简述

通过能谱分析、X-ray衍射分析、光学显微镜鉴定，查明该矿石由20多种矿物组成。

金属硫化矿物主要为：磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、紫硫镍矿、斑铜矿、辉铜矿、黝铜矿等；

金属氧化矿物主要为：磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿、铬铁矿等；

硅酸盐矿物主要为：长石、辉石、黑云母、橄榄石、闪石、蛇纹石、斜帘石、透闪石、方解石、榍石、磷灰石、高岭土、石膏等。

该矿石中金属矿物含量较高，硫化矿物约20%，其中镍铜硫化物约4%，铁硫化物约16%，氧化物约3%，以磁（赤）铁矿为主；硅酸盐矿物约77%，以辉石、长石、黑云母较多，其次为橄榄石、绿泥石、闪石、斜帘石、蛇纹石等，磷灰石、榍石、金红石等副矿物约1%。

综合矿样中，金属硫化物粒度分布不均匀，铁硫化物粒度较粗，约67%分布在0.1mm以上，镍、铜硫化物粒度相对较小，镍硫化物约80%分布在0.02mm以上，黄铜矿约81%分布在0.02mm以上。

矿石氧化较弱，蚀变稍强。金属矿物仅微量为次生硫化物和赤铁矿等氧化产物；脉石矿物中，辉石绿泥石化现象较普遍，长石多有绢云母和绿泥石化蚀变现象，少量辉石滑石化。

3.2 化学物相分析结果

该矿石中Ni、Cu的化学物相分析结果见表1、2。

表1 镍化学物相分析结果 %

硫酸镍是指水溶性镍，如碧矾、含镁碧矾等，硅酸镍是指以离子状态被某些硅酸盐矿物吸附或与其钙镁离子置换形成的含镍硅酸盐矿物，氧化镍指由于氧化作用残留于磁性铁中的镍，这三类矿物均为氧化作用的产物，是浮选难以富集的。

该镍铜矿石中，硫化相镍占比为88.34%，氧化相镍占比约3%，硅酸盐及水溶性镍占比约9%。

表2 铜化学物相分析结果 %

硫酸铜中的铜主要是指水溶性的，包括胆矾和水胆矾，结合氧化铜是指无论是用机械方法，还是化学方法都不能使之分离出来的铜矿物，这两部分铜都是浮选方法无法回收的。

该镍铜矿石中，硫化相铜占比为99.60%，氧化相及水溶相铜占比为0.38%。

3.3 影响铜镍分选的矿物学因素分析

矿石中镍铜矿物多以独立的矿物集合体形式分布于脉石中，镍铜矿物紧密共生形成的硫化物集合体占比很低，但这两种矿物均与磁黄铁矿共生很紧密，硫化物集合体占比较高。黄铁矿中含有微量的类质同相Ni元素（0.*%-1.*%），与镍、铜硫化物及磁黄铁矿均有较多的连生集合体。

除有价硫化矿物镍黄铁矿、黄铜矿外，还分布有相对较多的磁黄铁矿、黄铁矿。一方面，由于镍铜硫化物多与铁硫化物共生，具共生边结构，而硫化镍矿物本身解理发育，在磨矿过程中多沿其解理裂隙破裂，与磁黄铁矿形成连生体的几率较大，这部分硫化镍矿物要么随磁黄铁矿被捕收，要么随其损失于尾矿中；一方面，部分镍黄铁矿、黄铜矿是沿磁黄铁矿裂隙呈火焰状、叶片状、粒状等固溶体分离矿物存在的，这部分硫化镍矿物有些交代侵蚀磁黄铁矿形成较大的集合体颗粒，与磁黄铁矿的接触边界极不规则，有些则粒度较小，呈蠕虫状或细粒状等包裹于磁黄铁矿中，这种硫化镍矿物在磨矿过程中也非常容易形成与磁黄铁矿的连生体，要么随磁黄铁矿被捕收，要么随其损失于尾矿中。

矿石中磁铁矿交代镍铜硫化物的现象较普遍。磁铁矿多形成脉状沿镍黄铁矿、黄铜矿边缘和裂隙分布，磁铁矿内常包裹有镍、铜硫化矿物的残留微粒，在磨矿过程中这种磁铁矿脉如果被破碎分离，残留于磁铁矿内的硫化镍就很难被回收，大多损失于尾矿中；

一方面会有微量硫化镍矿物微粒呈残留体被包裹于脉石中，可能会造成硫化镍的流失，一方面会影响镍矿物的浮选、降低精矿中镍品位。

4 试验工艺流程的确定

按照试验初期矿样（铜1.03%、镍0.9%）进行的优先选铜方案结果显示，一段粗选铜的80%及以上金属量在优先选铜作业中浮出，其中铜品位基本上保持在16%的水准，含镍在3%之内。进行铜镍分离探索试验结果显示，最好的结果镍可以降到0.72%，铜品位保证在20%以上，但铜回收率下降到70%左右。试验人员认为，铜能够大部分优先浮选出，是优先选铜方案的保证。按照经验判断，预计在实现铜精矿的产品达标（含镍小于0.5%）难度不大。但距离企业希望的铜精矿中镍含量降低到0.2%之内还有一定的差距。

在一段优先浮铜之后，我们进行了两段混合浮选的选别，最终的试验开路尾矿铜品位在0.05%、镍品位0.07%左右，整体回收效果较为稳定，铜镍回收率均在90%以上。

我们将铜优先浮选中矿以及混合浮选的两段产品混合后，按照铜镍分离的各种流程进行了探索试验，结果显示，如果简单追求混合浮选精矿后的铜镍分离，不但铜分离不彻底，而且镍精矿品位会受限。再次说明，本次试验的难点在于铜镍分离，而不在整体回收率上。

按照试验人员的要求，企业将生产出的混合铜镍精矿送至我所，由试验人员进行了铜镍直接分离的试验工作，该铜镍混合精矿中含铜7%、含镍3%左右。按照哈密地区铜镍分离流程以及某些条件的优化试验，结果显示，经过三段作业，能够分出回收率90%以上的铜精矿，含镍最低0.73%、含铜品位仅为15%。其中镍的四段产品综合而言，镍回收率在85%左右，含镍品位4.5%左右，含铜品位1.24%。指标从回收率角度看起来还行，但清楚这是作业回收率，要加上原矿的回收率综合计算，铜镍的回收率都在80%左右。而且铜镍互含问题并未彻底解决、药剂直接成本远远高于优先选铜的方案。

之后，我们将二次所送样品重新配样，得到铜0.98%、镍0.64%的试验样品，采用优先选铜方案进行了再次原则流程的试验，试验结果显示：铜有85%以上可以被优先选出，其中含镍约1.3%左右，通过抑制镍后铜精矿品位可以轻易提升到20%左右，但含镍偏高。选铜后进行混合浮选作业，经过选别后，铜镍的整体尾矿品位较低，也同样说明铜镍选别不是问题。但镍的精矿品位提升不是很理想。

为考查铜镍分离的可行程度，专门针对前期试验获得的铜（镍）粗精矿和镍（铜）粗精矿进行了工艺矿物学考查，结果表明，在磨矿细度-0.074mm占81.2%的细度下，铜精矿中黄铜矿、镍黄铁矿和磁黄铁矿的单体解离度均在83%以上，且黄铜矿与镍黄铁矿的连生比例仅在1%左右，也就是说铜精矿中镍含量较高，主要原因不是因为两种矿物连生造成的，而是因为大量易浮的镍矿物上浮，需要通过有效抑制手段达到铜镍更好的分离效果。镍精矿中虽然镍的单体解离度较低仅为63.04%，且与磁黄铁矿和铁氧化物的连生较为紧密，合计占了25%左右，但是磁黄铁矿的单体解离度很高，且矿物含量几乎占了镍精矿的一半，这是造成镍精矿品位无法提高的主要原因，因此，若想进一步提高镍精矿中镍的品位，就要想办法去除已经单体解离的占了矿物含量45.34%的这一部分磁黄铁矿和已经单体解离的占了矿物含量7.62%的铁氧化物。长期以来，在有色金属硫化矿浮选研究方面，单就磁黄铁矿的浮选行为开展研究的并不多。随着对硫化镍矿浮选研究的不断深入及冶炼对镍精矿要求的不断提高，磁黄铁矿在硫化镍浮选过程中的行为状态逐渐引起了人们的重视。

由此可见，选铜段主要的技术关键点为，利用有部分镍铜矿物共生关系不是很紧密的特点，可以通过较细的磨矿后，实现单体解离，同时根据黄铜矿上浮速度比镍黄铁矿上浮速度快的特性，采用优先选出部分含镍较低的高品质黄铜矿，铜精选段采用浮选与磁选联合的手段去除镍黄铁矿和磁黄铁矿。

选镍段由于大量上浮的磁黄铁矿的影响，使镍精矿品位提高困难。要想提高镍（铜）混合精矿品位，则必须针对去除这部分磁黄铁矿进行研究工作，拟定通过添加对磁黄铁矿抑制较强的组合抑制剂，解决镍黄铁矿和磁黄铁矿分离的难题，或者利用磁黄铁矿较强的磁性特点，看是否可以先使用磁选的方法将单体解离较好的强磁性矿物去除，获得较好的镍精矿产品指标。

5 推荐工艺流程与建议

本次试验确定采用铜镍等可浮浮选工艺流程对其进行分选，且在分选过程中采取如下强化措施：①选择较细的磨矿细度；②采用高选择性的铜矿物捕收剂；③选择合适有效的镍矿物抑制剂及脉石矿物分散抑制剂。为此初步制定浮选方案为：将部分单体解离较好的铜矿物优先快速浮出，铜粗精矿浮磁联合方法进一步降镍。铜镍连生较为紧密的部分以铜镍混合精矿的形式产出。即铜优先-铜镍混合浮选的工艺流程。

最终推荐的原则流程为：在磨矿细度-0.074mm占81.2%的条件下，首先进行优先选铜，铜精矿经一段精选+一段磁选的作业，获得高品质的铜精矿产品。选铜尾矿经一粗两精两扫，可获得铜镍混合精矿产品。该方案实施的关键在于强力抑制剂和高效选择性捕收剂的配合，铜精选段采用强磁进一步除去镍矿物。经闭路试验,获得铜精矿、铜镍精矿Ⅰ和铜镍精矿Ⅱ三种产品。试验结果表明，该试验流程和方案是适合矿石自身特点的技术路线。最终获得的闭路指标为：铜精矿中铜品位为26.83%,镍0.19%，铜回收率为52.04%，镍损失率0.55%；铜镍混合精矿Ⅰ+Ⅱ合并镍品位为3.59%,混合精矿铜回收率38.75%。铜综合回收率90.79%。

根据委托方对镍精矿品位的要求，本次试验推荐了镍品位3.59%、回收率81.55%的闭路试验指标。另又提供了镍品位3.21%、回收率88.52%的闭路试验指标和工艺。企业可根据后期冶炼的实际需要进行指标和工艺的选择。

6 结束语

⑴由本次铜镍分离的试验研究结果可知，要获得铜镍浮选分离的良好指标，很大程度上取决于强力抑制剂和高效选择性捕收剂的配合使用，同时合理引入磁选作业可有效提高铜镍分选指标。试验结果证明，生产出高品质的铜精矿在技术上是完全可行的，其铜品位26.83%、含镍仅为0.19%，为历史研究的最好水平。同时铜精矿与镍精矿中的氧化镁含量得到有效控制，均在2.5%以内。

⑵在铜镍混合回收中，磁黄铁矿经常以含镍磁黄铁矿的形式存在，与镍黄铁矿伴生或紧密共生，从而导致磁黄铁矿和镍黄铁矿性质极其相似，使得二者的分离过程变得非常复杂，镍精矿呈现质量差、损失多的特点。通过添加有效抑制剂提高对磁黄铁矿的抑制效果，且采用不同浮选阶段工艺依次获得相对含镍高，含硫低的铜镍精矿产品Ⅰ和铜镍精矿产品Ⅱ，可减少铜镍混合粗精矿精选返回的压力，较好实现镍黄铁矿的回收。

⑶铜镍选矿分离因矿石类型不同而技术路线不同，这一点在新疆两大铜镍产区的试验研究结果上已经非常清晰，但某些技术关键点的应用是相同的，在此次试验研究成果的基础上，我们亦开展了哈密地区铜镍分离的探索与工业试验，其结果显示可以得到优良的铜镍分离技术指标。