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铜选择性活化镍黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿中镍的浮选
I. O. Otunniyi bull; M. Oabile bull; A. A. Adeleke bull; P. M
Endonidis
摘要
引言不同的硫化矿在铜活化巯基化合物的泡沫浮选前景上有不同的反应。在BCL Selebi-Phikwe矿体中，镍黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿共存，并且磁黄铁矿中镍黄铁矿的嵌布受到限制，因此解离受到限制。在镍黄铁矿的存在下，磁黄铁矿甚至可能被电流抑制。在这种情况下，矿石对铜活化的反应可能不容易预测。为了探索这种可能性，研究了不同剂量的铜添加剂对这种矿石的浮选情况，并对镍回收率变化进行特别关注。还监测了铜，铁，钴和石英的变化。
结果与不添加硫酸铜相比，随着硫酸铜添加剂量的增加，镍的回收率和品位增大，但其趋势中出现了最大值，此后得到了抑制。在这种情况下，为了得到最好的品位、回收率，最佳的药剂用量是15-30g/t。该反应是可以理解的，因为在水溶液体系中主要的铜物质可以是离子或氢氧化物，这取决于浓度等因素。作为离子，铜因此表现为活化作用，当作为氢氧化物，它将产生抑制效果。磁黄铁矿和黄铜矿的回收率也随着镍黄铁矿略有增加。
结论为了实现对矿石中的镍黄铁矿具有活化作用，使用硫酸铜作为巯基捕收剂，用量必须是最佳的； 太高的用量会产生抑制效果。
关键词 泡沫浮选 镍黄铁矿 磁黄铁矿 黄铜矿 硫酸铜活化剂
引言
自1973年以来，博茨瓦纳Selebi-Phikwe的镍黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿矿体由BCL（Bamangwatu Concessions Limited）选矿厂开采，为了获取镍和铜。各种资源引用品位为0.55-0.71%Ni和0.58-0.75%Cu原矿，得到品位为2.5-3.5%Ni和3.2-4.5%Cu精矿。该矿预计在2010年或在2014年开采完，但随着勘探和采矿工作的进一步深入，该矿的寿命可延长至2024年。在进一步的勘探中，资源报告的边界品位定为0.3%镍当量。因此，随着该矿开采寿命的延长，随之而来的挑战是在2014年后通过提高产量、品位和提高生产效率来保持收益。
记录矿厂绩效的数据显示，镍回收率约为85%，但在20世纪90年代降至80%以下。采取了各种努力提高回收率，包括：改变浮选流程，引入更大的浮选槽以增加缓慢浮选矿物的浮选时间；因磁黄铁矿中含有微细散布的目标矿物镍黄铁矿，用鼓式磁选机处理浮选尾矿，以回收弱磁性磁黄铁矿；定时地更换旧的粗选，扫选和精选的浮选槽；磨矿和浮选控制系统的自动化。这些努力使得回收率回复到83-86%。
在这些努力中，化学方面停留在丁基黄药捕收剂与一般起泡剂，而表面活性剂修饰并没有被探索。活化剂的前景被认为值得研究，以提供更多的选择来最大限度地提高品位-回收率结果，延长矿山开采时间。为了将黄铁矿活化为黄原酸盐，可以考虑添加铜、铅或银。尽管这些金属中任何一种的黄原酸酯化合物与镍的黄原酸酯化合物相比具有较低的解离常数，但它们会稳定表面的黄药物质从而提高回收率，而铜已被大多用于许多硫化矿物选矿。然而，由于从一个矿床到另一个矿床，甚至在同一个矿体内的矿物成分的广泛变化，对众所周知的浮选方案或试剂的反应可能变化很大；因此，在没有经过调查的情况下，不能抢先得出一定的结论。因此，必须仔细地考察该矿体的矿物学特性以及在共生硫化物存在下CuSO4相互作用的化学原理。
Selebi-Phikwe矿体由四种共存的硫化物矿物 - 镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿以及其他矿物组成，而主要的脉石是角闪石，石英，云母和长石，一般形成约占68%（表1）。钴以固态溶液形式存在于镍黄铁矿中，原矿品位约0.05%。在黄药存在下，不同的硫化物矿物在不同的pH条件下有利于浮选; 特别是磁黄铁矿，与镍黄铁矿相比，将在相对较低的pH下易于浮选，这样镍黄铁矿可以选择性地在具有足够碱性pH值的矿浆中浮选。这些硫化物的差异浮选已被证实，其中黄铜矿的天然可浮性被作为络合剂的二氧化硫与二乙烯三胺增强，而镍黄铁矿和磁黄铁矿则被抑制。黄药添加后，镍黄铁矿的抑制效果不久就恢复了，以将其与磁黄铁矿分离。使用异丁基黄原酸钠，从Merensky矿石获得的硫化物的可浮性也显示出不同：黄铜矿最高，磁黄铁矿最低。这种背景明显地展现探索块磁黄铁矿（24.1％）和镍黄铁矿精矿和黄铜矿（均仅3.7％）的抑制的可能性，但是磁铁矿约含有矿石中总镍含量的14%，这可以从表1中的组成推断。因此，总磁黄铁矿含量抑制意味着通过这种工艺设计，总体回收率将被限制在86%以下。
另一种方法是在浮选之前解离磁黄铁矿中的镍黄铁矿，但根据矿物解离分析，镍黄铁矿的值出现在磁黄铁矿中8〜38mu;m的出溶相中。研磨至单体解离意味着泥化和夹杂问题。因此，磨至单体解离的办法是不可行的。从不同的磨矿研究结果可知：-75mu;m占48%~80%对于该作业是可取的。另一方面，活化剂是为了在一定程度地活化磁黄铁矿，其研究结果与磁黄铁矿在镍黄铁矿浮选最佳条件下的如何反应密切相关。
从各种报道来看，磁黄铁矿对硫酸铜活化剂的反应在各矿床中有所不同，回收率的改善范围也是从50%到不显著。在对pH值为7的四种产地的磁黄铁矿的一项研究中，发现硫酸铜对钠异丁基黄药（SIBX）回收Nkomati磁黄铁矿没有影响，而Phoenix磁黄铁矿回收率下降。在pH=10时，4种磁黄铁矿样品表面的电化学阻抗值均显着增加，SIBX不能浮选这4种样品。随着CuSO4的加入，三种硫化矿物的回收率显著提高；从Sudbury CNN和Phoenix磁黄铁矿的不到10%到80%以上，但对于Getrude West来说，效果可以忽略不计。已发现磁黄铁矿在矿床中的行为变化归因于其磁性、结晶学和其矿物学的非化学计量组成。
进料中重量百分含量为1.7wt％的镍黄铁矿被CuSO4抑制还是活化，取决于矿浆化学性质。在氧化性矿浆中，生成氢氧化铜沉淀而产生抑制效果，而在还原性矿浆中，铜（II）可以被还原成铜（I），并且硫被氧化，从而将镍黄铁矿表面生成CuS的氧化成Cu2S以实现活化作用。在其他的硫化矿物-黄铁矿、闪锌矿、磁黄铁矿上也出现了这种情况。
从该背景可以看出，硫化矿物与CuSO4的反应取决于各种情况，是不容易预测的。此外，在这种情况下存在单体解离限制，因为磨矿受到限制，使得磁黄铁矿中的镍黄铁矿未完全单体解离。黄铜矿的存在也会影响其他硫化物实际上的反应。要了解该情况如何影响结果，可以分别研究许多不同的变量，并仔细研究不同剂量的铜的添加量在给定pH值和磨矿粒度下的效果应该可以得出整体效果的图象。分析产物含量可以发现不同成分随时间如何变化。因此可以就镍的选矿提出一些建议。
材料与方法
矿石样品采集与粒度分析
用于研究的矿石样品是已经磨好的，来自于BCL选矿厂。该矿样是在旋流器的溢流槽收集的，溢流槽的矿是用分样机以15分钟的时间间隔持续2小时的方式给入粗选槽中。每次分样时，都需要用密度计测定一下矿浆的密度。总共采集矿浆33kg，将其搅拌，并从中取出一份矿样过滤干燥。将干燥后矿样中的大块矿破碎研磨，然后使用旋转分样器分样以保证得到的每一份矿样都具有代表性。取一份干样品用212至38mu;m的radic;2筛系列进行筛分分析，以获得矿石的给矿粒度分布（PSD）。
泡沫浮选
浮选研究使用2Ldenver浮选槽，矿浆相对密度约为1.35，叶轮转速为1200rpm。温度为22.7-23.8℃。在每次浮选开始时，加入石灰使pH保持在9左右。在不添加CuSO4的基础情况下，试验1（T1）中加入75g/t正丁基黄原酸，搅拌时间为3min。其他三个试验T2、T3和T4中分别加入15、30和45g/t剂量的CuSO4，并且矿浆在加入捕收剂之前需要搅拌5min。在每个浮选操作中，在0、1、3、6、10和15min的浮选时间间隔时分别收集五个精矿C1、C2、C3、C4和C5。这将使得反应的动力学能够针对不同的目标内容进行评价。每个试剂条件重复三次，每次得到的精矿和尾矿都需经过脱水，称重并进行程序重复的质量比较。每次所得的组分经热王水消解，所得的镍、铜、铁和钴使用原吸吸收光谱仪进行分析，最后的残余物基本被认为是二氧化硅。从这些分析知，每个试验操作都需要重新制定物相分析和沉降分析、给矿品位。计算各组分的累积品味和回收率，然后分析各试验的结果。
结果与讨论
原矿的粒度分析结果为75mu;m以下的占42%。不同矿物对于浮选条件的反应结果如下。对于一个典型的浮选试验结果，表2显示了用于计算的T1（无活化剂）重复浮选操作的数据。第一个操作T1和三次操作T2-T4相似的数据和计算全都显示在下面的整个图表中。
镍的反应
图1和图2显示了在矿浆中硫酸铜的不同添加量的浮选过程中，镍累积回收率和品位随着时间的变化而变化。总体考虑显示，在硫酸铜用量为15g/t的情况下，镍回收率明显提高了约6％，而不会影响品位。仔细观察，动力学显示，在第一分钟内，没有活化剂时镍的反应最快，给出了最高的测量值。这种情况迅速减缓，累积品位下降到试验的最低水平，而最终的回收率为88%。
在15g/t活化剂的条件下，初始反应速度相比无活化剂时较慢，但持续时间较长，因此总体回收率明显提高了。30g/t的情况相似，但整体回收率下降了一些，而测定值增加了。在45g/t时，结果出现了不同的趋势，在在整个实验期间回收率都是最低的，而累计测定结果最高。对于了解这种处理后矿浆中发生的情况而言，这些趋势是值得注意的。首先，处理降低了镍结果的动力学，但总体上增加了回收率。整体结果显然表明来自不同成分结果的综合。某些成分实际上在没有活化剂的情况下能够非常讯速地浮选。这些成分也许仍然能够被浮选，尽管速度较慢，但增加了整体的回收率。
对于最高剂量下的抑制情况来说，这意味着在该浓度范围内，该矿浆中氢氧化铜占优势。在pH=8-10的闪锌矿无捕收剂浮选中，观察到随着Cu2 浓度从2times;10-6 M增加到2times;10-5 M，其回收率从70％以上降至20％以下。使用图3所示的含水体系中铜的相图实例，该相图表明，随着浓度的增加，Cu2 区域减少而Cu(OH)2固溶体区域在更宽的pH范围内扩展。Cu2 →Cu(OH)2solid或Cu(OH)2aq→Cu(OH)2solid沉淀的产生取决于pH值。因此，氢氧化铜增多而闪锌矿减少。在图1和图2中，最高Cu2 用量下的抑制效果归因于在矿浆中一定浓度范围内Cu(OH)2的增加。但是，结果清楚地表明在较低剂量的情况下回收率增加，在约3.0的富集比下最佳回收率为94.5%。为了深入了解其他组分对回收率的贡献，其他矿物（尤其是含有大量镍总量的磁黄铁矿）的反应将提供信息。
磁黄铁矿的反应
Fe分析显示，在矿浆中添加15和30g/t硫酸铜时，累积回收率增加10%以上（图4a）。按45g/t的剂量，尽管Fe品位仍然随着剂量增加到45g/t而增加，但累积回收率开始明显下降（图4b）。因此，在最佳剂量之后，回收率将被换算成品位。观察到的抑制效果也归因于氢氧化铜的增加，使得只有在更高活化剂用量下才能回收最易浮选的矿物。品位-回收率综合情况（图5）显示最佳活化剂用量不应超过30g/t。由于矿石中与磁黄铁矿相比，其他含铁矿物贡献的铁量相对较少（表1），所以这种条件活化磁黄铁矿作用是很明显的。磁黄铁矿相比于镍黄铁矿的回收率低是可以理解的，因为从开始起，对于镍黄铁矿来说失去活性的矿浆是被优化。此外，在矿浆中含磁黄铁矿的镍黄铁矿能够抑制磁黄铁矿。利用傅里叶变换红外（ATR）光谱法，可以得出结论：镍黄铁矿 - 磁黄铁矿混合矿浆中的原电池相互作用促进了镍黄铁矿上双黄药和磁黄铁矿上氢氧化物的优先形成，这意味着在同一矿浆中镍黄铁矿的可浮性增强，而磁黄铁可浮性减弱。由于矿物学差异的其他浮选含义，两种矿物的回收率不能在相同的矿浆中最大化，但这里获得的回收率增加程度可以认为是令人满意的。
将磁黄铁矿回收率与镍回收率相联系，在调节后磁黄铁矿回收率增加10%，磁黄铁矿中镍黄铁矿的回收率约为十分之一。这也意味着总镍含量回收率增加约1.4%，因为总镍含量的14%位于磁黄铁矿中（表1）。在富集比为3.1的情况下，磁黄铁矿的总回收率最高为72%，除了浮选选择含有镍黄铁矿的颗粒（部分暴露是可能的）之外，约4.2%的镍仍然会与磁黄铁矿一起损失。为了回收更多的镍，进一步的努力将不得不考虑更粗粒尾矿修复以回收磁黄铁矿。
黄铜矿的反应
尽管在没有活化剂的情况下黄铜矿回收率为良好（在96%），但铜的分析表明，在15g/t活化剂用量的情况下，回收率仍然有所增加（增加到97.6%）并且品位明显更好了（图6a，b）。但在更高的活化剂用量的情况下，回收率下降了。在45g/t的活化剂用量水平，回收率远低于无活化剂而获得的值。在低回收率时铜品位最高，表明质量下降，只有最易浮选的矿物进入精矿。最高回收率为97.7%，此时品位为3.5%，表明富集比为5.0。
钴的回收率
在较高的活化剂用量的情况下，钴的累积回收率从无活化剂时的约47％增加至在更高活化剂用量时的高于60％，测定约0.11％（图7）。由于
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