非洲某硫化铜钴矿铜钴赋存特征与可选性

郜 伟 肖仪武 方明山

(矿冶科技集团有限公司 矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京102600)

某铜矿床位于非洲中南部赞比亚—刚果(金)铜钴成矿带内，是著名的特大型铜资源基地。该矿床不但含有大量铜资源，还富含一定量的钴，对该矿床中的铜钴矿进行工艺矿物学分析，研究其铜钴的可利用价值具有重要的研究意义。本文研究的铜钴矿产自该矿床，含铜1.92%、钴0.09%，且铜、钴主要以独立硫化矿物的形式存在，矿石组分较复杂，产出特征尚不明确。为充分辨明该铜钴矿资源的可利用性，采用工艺矿物学分析手段系统分析该铜钴矿的矿物产出特征和解离度特征，在此基础上探究其可选性。

1 矿物组成及铜钴赋存状态

1.1 矿物组成

矿石中铜矿物大部分为黄铜矿，含少量斑铜矿和微量黝铜矿。钴矿物主要为硫钴矿，含微量钴镍黄铁矿。其他金属矿物主要有黄铁矿、少量磁黄铁矿、金红石、赤铁矿、褐铁矿、辉钼矿等。非金属矿物主要为石英和正长石，其次为白云母、金云母、白云石、方解石和绿泥石以及少量的钠长石、磷灰石、高岭石等。矿石的矿物组成及相对含量见表1。

表1 矿石的矿物组成及相对含量Table 1 Mineral composition and relative content of the ore /%

1.2 铜钴赋存状态

采用光学显微镜及AMICS自动分析系统对矿石中矿物进行查找，共查找颗粒约500万颗。结果显示：铜、钴绝大部分以独立矿物形式存在；铜的独立矿物主要为黄铜矿，含少量斑铜矿和微量黝铜矿；微量铜以类质同象形式赋存在硫钴矿中；钴的独立矿物主要为硫钴矿(Co,Ni)3S4，少量为钴镍黄铁矿(Co，Ni，Fe)9S8。铜在各矿物中的平衡计算结果见表2。硫钴矿和钴镍黄铁矿的扫描电镜谱分析结果分别见表3、表4。由表3可知，硫钴矿中普遍含有铜，部分含有铁、镍，钴含量集中在40%～50%，硫含量在40%左右。由表4可知，钴镍黄铁矿中硫含量在30%～34%，钴含量较高，镍含量小于0.20%。钴在各矿物中的平衡计算结果见表5。

表2 铜在各矿物中的平衡计算结果Table 2 Equilibrium calculation result of copper in various minerals /%

表3 硫钴矿的主要化学成分Table 3 Main chemical compositions of linnaeite /%

表4 钴镍黄铁矿的主要化学成分Table 4 Main chemical compositions of cobalt-bearing pentlandite /%

表5 钴在各矿物中的平衡计算结果Table 5 Equilibrium calculation of cobalt in various minerals /%

由铜、钴的赋存状态可知，选矿回收的目的矿物主要为黄铜矿、斑铜矿、硫钴矿和钴镍黄铁矿。

2 矿石中目的矿物的产出特征

2.1 铜矿物

黄铜矿主要呈不规则状、他形粒状嵌布在脉石矿物中(图1)。此外，黄铜矿与斑铜矿的嵌布关系较为密切，部分黄铜矿被斑铜矿交代产出，偶见黄铜矿被斑铜矿交代充填呈脉状结构产出；少量黄铜矿与硫钴矿、钴镍黄铁矿复杂共生嵌布(图2)，还可见部分黄铜矿中包裹微细粒硫钴矿、钴镍黄铁矿。

图1 黄铜矿呈不规则状产出(光学显微镜，反光)Fig.1 Chalcopyrite grains disseminate as irregular shaped grain (Optical microscope，Reflection)

图2 黄铜矿与硫钴矿、钴镍黄铁矿复杂共生(光学显微镜，反光)Fig.2 Chalcopyrite associates with linnaeite and cobaltpentlandite(Optical microscope，Reflection)

斑铜矿含量相对较低，主要以不规则状嵌布在脉石矿物中，少量斑铜矿交代黄铜矿嵌布，偶见斑铜矿呈蠕虫状结构嵌布在黄铜矿中。

2.2 钴矿物的产出特征

硫钴矿是矿石中主要的钴矿物，常与黄铜矿紧密共生(图3)，部分被钴镍黄铁矿交代产出(图2)，二者嵌布关系较为复杂，可见呈网格状分布，有时可见硫钴矿被磁黄铁矿交代产出，偶尔可见硫钴矿呈不规则状嵌布在脉石矿物中。

图3 硫钴矿交代黄铜矿产出(光学显微镜，反光)Fig.3 Linnaeite associates with chalcopyrite (Optical microscope Reflection)

钴镍黄铁矿的含量相对较低，常与黄铜矿紧密嵌布在一起(图2、图4)，少量被硫钴矿交代(图2)，二者嵌布关系复杂，有时可见钴镍黄铁矿与磁黄铁矿共生，部分钴镍黄铁矿沿磁黄铁矿的晶面呈细脉状包裹在磁黄铁矿中，这部分包裹在磁黄铁矿中的钴镍黄铁矿在铜钴浮选过程中易损失在尾矿中。

图4 钴镍黄铁矿与黄铜矿紧密嵌布(光学显微镜，反光)Fig.4 cobalt-bearing pentlandite closely embedded with chalcopyrite(Optical microscope，Reflection)

3 矿石中目的矿物的粒度及解离度特征

硫化铜矿物和硫化钴矿物的嵌布关系密切，且硫化钴矿物量相对较低，硫化铜矿物量为5.25%，硫化钴矿物量仅为0.18%。粒度测量时不仅单独测定了硫化铜矿物、硫化钴矿物粒度，还将二者当做铜钴矿物集合体进行粒度测定，数据见表6，以便能更准确地表述矿石中重要矿物的工艺粒度。

表6 矿石中铜、钴矿物的粒度组成表Table 6 Grain size distributions of copper and cobalt minerals in the ore

由表6可知，矿石中硫化铜矿物、铜钴矿物集合体嵌布粒度均较粗，在+0.074 mm粒级的分布率分别为83.83%和82.33%；硫化钴矿物粒度相对较细，在+0.074 mm粒级的分布率为52.76%，在-0.020 mm粒级的分布率高达12.27%。

由于硫化钴矿物粒度较细，且硫化钴矿物与硫化铜矿物之间嵌布关系密切，因此宜采用混合浮选再分选的方式回收铜钴。

此外，分别对硫化铜矿物、硫化钴矿物和铜钴矿物集合体进行解离度测定，结果见表7～9。根据解离度数据变化情况，宜选用磨矿细度为-0.074 mm占比65%的细度进行铜钴混合浮选。由于该细度条件下，硫化钴矿物的解离度仅为49.95%，连生体部分大部分与黄铜矿连生，占比为42.40%，因此在铜钴分选时应先对铜钴混合精矿进行再磨。

表7 不同磨矿细度时硫化铜矿物的解离度Table 7 Liberation degree of copper sulfide minerals with different grinding fineness

表8 不同磨矿细度时硫化钴矿物的解离度Table 8 Liberation degree of cobalt sulfide minerals with different grinding fineness

表9 不同磨矿细度时铜钴矿物集合体的解离度Table 9 Liberation degree of copper cobalt mineral aggregate with different grinding fineness

4 推荐选矿试验方案

根据铜、钴矿物的粒度解离度特征，决定采用一段磨矿细度为-0.074 mm占比65%的细度进行混合浮选，获得铜钴混合精矿。从由光学显微镜分析结果可知，铜钴混合精矿中硫化钴矿物以单体为主，单体解离度不高，仅为58.65%；连生体部分中大部分硫化钴矿物相对较粗，且与硫化铜矿物关系简单。铜钴混合精矿中铜矿物、钴矿物的产出特征见图5。

图5 铜钴混合精矿中硫化铜、硫化钴矿物的产出特征(光学显微镜，反光)Fig.5 Characteristics of copper sulfide and cobalt sulfide minerals (Optical microscope，Reflection)

从图5可以看出，由混合浮选得到的铜钴混合精矿可通过再磨矿的方式使铜、钴矿物达到更好的解离效果，从而实现铜、钴分离，获得铜精矿、钴精矿。探索试验闭路试验结果显示，采用混合浮选再浮选工艺处理该硫化铜钴矿可获得铜品位35.33%、铜回收率91.96%的铜精矿和钴品位1.31%、钴回收率60.68%的钴精矿。

5 结论

1)非洲某铜钴矿原矿含铜1.92%、钴0.09%，其中的钴品位较低，难以有效回收。

2)矿石中铜矿物嵌布粒度较粗，钴矿物嵌布粒度相对较细，二者嵌布关系较为密切，且钴矿物与黄铜矿共生关系复杂，严重影响选矿过程中含钴矿物的综合回收。矿石中有少量的铜钴矿物以微细粒嵌布在脉石矿物中，且部分钴矿物与磁黄铁矿的嵌布关系复杂，浮选时可能造成钴的损失。

3)建议采用-0.074 mm占比65%的磨矿细度进行铜钴混合浮选，后续通过再磨实现铜、钴的分离。实验室探索闭路试验可获得铜品位35.33%、铜回收率91.96%的铜精矿和钴品位1.31%、钴回收率60.68%的钴精矿。采用“铜钴混合浮选再分选”的工艺流程，有望实现铜，钴资源的综合回收。