某低品位硫化镍铜矿工艺矿物学研究

彭再华 朱贤文

(1.中南大学 资源加工与生物工程学院，长沙 410083；2.西藏玉龙铜业股份有限公司，西藏 昌都 854000；3.西部矿业集团科技发展有限公司，西宁 810006；4.青海省有色矿产资源工程技术研究中心，西宁 810006；5.青海省高原矿物加工工程与综合利用重点实验室，西宁 810006)

我国的镍矿资源以硫化铜镍矿为主，常用浮选法回收硫化镍矿[1，2]，在浮选生产中存在铜镍分离困难[3]、易浮、易泥化含镁硅酸盐脉石矿物难抑制[4-6]和原生硫化矿物易被氧化、过粉碎[7]等问题。某镍铜矿随着不断被深部开采，矿石逐渐趋于“贫细杂”，给该矿产资源的综合利用造成一定困难。本文对该镍铜矿的化学成分、矿物组成、结构构造以及矿物的嵌布特征等进行了系统分析研究，查找影响有用矿物回收的工艺矿物学因素，为该矿石的高效回收提供技术支撑[8，9]。

1 矿石多元素成分及物相

1.1 多元素成分

矿石的多元素化学成分见表1。由表1可知，矿石中有价金属主要是Ni，品位为0.38%，伴生元素Cu品位为0.09%，Co品位为0.01%，Au品位为0.10 g/t，Ag品位为0.69 g/t，可考虑综合回收。脉石类SiO2含量较高，其次为MgO和Al2O3，推测应含有较多的铝硅酸盐、镁铝硅酸盐等。

表1 矿石的多元素分析结果

1.2 镍、铜物相

原矿中主金属镍、铜的化学物相分析结果见表2。由表2可知，该矿石中氧化镍占比为1.14%，赋存于硅酸盐及硫酸盐中的镍占比为14.86%，氧化镍为由于氧化作用残留于磁性铁中的镍，硅酸镍为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，硫酸镍为水溶性镍，如碧矾、含镁碧矾等，这三类矿物均为氧化作用的产物，难以浮选回收；氧化相及结合相的铜占比为2.76%，铜氧化率低，对铜的浮选回收有利。

表2 Ni、Cu的化学物相分析结果

1.3 矿物组成

通过能谱分析、X-ray衍射分析、光学显微镜鉴定，查明该矿石主要矿物组成，结果见表3。由表3可知，该矿石中，金属矿物以镍、铜、铁硫化矿物为主，包括镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、少量黄铁矿、红砷镍矿、针镍矿等。脉石矿物主要有长石、黑云母、辉石、镁闪石、滑石、绿泥石、石英等，脉石矿物中片状及纤状矿物较多。

表3 矿石的矿物成分及含量

2 矿石结构构造

2.1 矿石的构造

在本文中，矿石构造主要是指镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等金属矿物及其集合体与硅酸盐脉石矿物之间的空间分布关系，为矿石在选冶工业中的利用提供技术依据。

1)浸染状构造

磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿等金属硫化物呈粒度较均匀的细粒集合体，或形成不连续细脉，较密集且均匀分布于矿石中，是该矿石中相对较富硫矿石重要构造之一(图1、图2)。

图1 细粒浸染状构造

图2 脉状浸染构造

2)斑杂状构造

镍黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物形成不规则它形粒状集合体，粒度不一，较均匀地分布于矿石中，是该矿石中较普遍存在的构造，但以贫硫矿石较多，富硫矿石很少(图3、图4)。

图3 斑杂状构造(富矿石)

图4 斑杂状构造(贫矿石)

3)星点状构造

磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿呈细小粒状，或不规则他形集合体，零星分布于矿石中，是该矿石中最普遍的构造形式之一(图5)。

图5 星点状构造

2.2 矿石的结构

矿石结构主要指光学显微镜下所能辨别的镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、钛铁矿等金属硫化矿物、金属氧化矿物的形态特征，及其与脉石矿物的嵌布关系为重点进行描述，为矿石的有效利用提供依据。

1)他形结构

镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿等硫化物多为他形晶粒，常形成不规则集合体，分布于脉石矿物中或粒间。

2)中细粒结构

细小的镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿及其集合体，粒度约0.01 mm。钛铁矿或氧化钛大多粒度分布在0.01～0.5 mm。

3)不等粒结构

矿石中金属硫化物及其集合体粒度大小不一，相差悬殊，细小集合体粒度约0.01 mm，粗大集合体可达约2.4 mm。

4)柱状或短脉状填充结构

硫化物相对较富集的矿石中，普遍可见黄铜矿、硫化物-磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿填充矿石微裂隙或脉石矿物颗粒解理裂隙，形成板柱状、短脉状或叶片状分布。

5)共生边结构

大多镍黄铁矿与磁黄铁矿共生，黄铜矿与磁黄铁矿共生，少量镍黄铁矿与黄铜矿共生，或三种硫化物共生，其接触边界紧密光滑，具有共生边结构特点。

6)自形—半自形晶粒结构

矿石中钛铁矿、金红石、磷灰石、榍石、红砷镍矿、辉砷镍矿多以自形晶粒或半自形晶粒的形势存在。

3 主要矿物的嵌布特征

3.1 镍矿物

矿石中独立的镍矿物主要为硫化物，包括镍黄铁矿、红砷镍矿、针镍矿、辉砷镍矿，此外，磁黄铁矿、黄铁矿、滑石中均分散有微量镍。镍黄铁矿含Ni在32%～38%，平均含Ni 34.46%，Ni/Fe摩尔比在1.0～1.4，波动较大。红砷镍矿平均含Ni 45.31%、As 53.92%。针镍矿含镍52.61%，辉砷镍矿含Ni 31.72%、Co 3.74%。

由于磁黄铁矿中镍黄铁矿的熔离现象，磁黄铁矿与镍黄不能达到完全的分离，为确定磨矿后磁黄铁矿的含镍量，磨矿后，分离-37 μm样品得到的磁黄铁矿“单”矿物，含Ni约2.6%。部分黄铁矿中分散有类质同相的镍元素，从能谱分析数据看，黄铁矿平均含Ni 0.72%。此外，脉石矿物中的镁闪石、绿泥石、滑石等均含有0～0.8%的Ni元素，分离磨矿后得到的微细粒泥样品，化学分析其含Ni 0.21%。主要独立镍矿物的X-ray能谱分析结果见图6～9。

图6 镍黄铁矿的X-ray能谱图

图7 红砷镍矿的X-ray能谱图

图8 针镍矿的X-ray能谱图

图9 辉砷镍矿的X-ray能谱图

矿石中镍黄铁矿是镍元素的主要赋存矿物形式，多为他形，常形成不规则集合体分布。镍黄铁矿粒度大小不一，最大集合体粒度可达0.5 mm，大多分布在0.01～0.5 mm。从集合体形态和结构看，似为多期成矿。部分镍黄铁矿集合体为粒状或似粒状，内部结构致密(图10、图11)，与脉石接触边界整齐，部分为不规则集合体，边界清晰但不规整，多分布于较硬质脉石的间隙中(图12、图13)，较易与脉石完全分离；部分粒状或似粒状镍黄铁矿集合体内部孔隙发育，或形成不规则集合体分布，边界参差(图14)，或沿脉石解理和裂理贯入分布，边界较规整，部分集合体由于微裂隙和解理发育，使集合体较碎裂(图15、图16)，不易与脉石完全分离，易形成包裹和半包裹连生体。

图10 镍黄铁矿集合体内孔隙发育，沿脉石裂隙和周边充填

图11 黄铜矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿构造

图12 镍黄铁矿充填于脉石粒间隙中，黄铜矿及磁黄铁矿沿脉石解理方向定向填充

图13 镍黄铁矿零星分布，集合体内微裂隙可见脉石充填

图14 金属硫化物沿脉石孔隙、裂隙呈似定向分布

图15 金属硫化物集合体沿脉石解理充填呈叶片状

图16 镍黄铁矿-磁黄铁矿集合体内孔隙发育

3.2 铜矿物

矿石中铜主要以黄铜矿的矿物形式赋存。黄铜矿平均含Cu 32.53%，Cu/Fe摩尔比在0.93～0.97，较稳定。黄铜矿的X-ray能谱分析谱图见图17。

图17 黄铜矿的X-ray能谱图

矿石中的铜主要以黄铜矿的矿物形式赋存，他形，常形成不规则集合体分布。从矿样看，其粒度大小悬殊，最大集合体粒度可达5 mm，细小颗粒仅0.05 mm左右，大多分布于0.01～0.5 mm。矿石中黄铜矿集合体粒度最小约0.01 mm，最大可达1.8 mm，大多集中分布于0.01～0.03 mm，多为他形粒状集合体，少量呈细窄脉状或长板状。大多黄铜矿集合体结构致密，部分呈单矿物集合体，粒度大小不一，或呈浸染状分布(图18)，或沿裂隙断断续续分布，在裂隙节点形成粗大的集合体颗粒(图19、图20)，或夹杂少量其它硫化物形成不连续的似平行脉状穿插分布于矿石中(图21)，少量黄铜矿集合体呈长板状或短脉状沿脉石矿物颗粒解理裂隙填充(图22)。但粒度细小的颗粒，沿矿石裂隙或脉石矿物解理裂隙充填黄铜矿，由于粒度和形态的问题，易产生包裹或半包裹连生体。

图18 黄铜矿单矿物集合体呈不等粒密集分布

图19 黄铜矿集合体沿矿石裂隙充填，节点处粒状集合体孔隙发育，包裹致密同质残体

图20 黄铜矿为主的金属硫化物沿矿石裂隙分布

图21 大小不一的黄铜矿颗粒夹杂少量其它硫化物形成不连续脉状分布

图22 黄铜矿、磁黄铁矿形成短脉状或长板状沿脉石颗粒解理裂隙分布

4 结论

1)某镍铜矿属硫化型镍铜矿石，Ni品位0.38%，硫化率84.00%，Cu品位0.09%，硫化率97.24%，铜氧化率低，对铜的浮选回收有利。Co品位0.01%，Au品位0.10 g/t，Ag品位0.69 g/t，可考虑综合回收。

2)矿石中金属硫化矿物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿，其次为黄铁矿、黄铜矿、少量及微量针镍矿、闪锌矿、红砷镍矿、辉砷镍矿和方铅矿。脉石矿物中片状或纤状矿物较多，在磨矿过程中易集中于相对较粗的粒级，且有部分含镍滑石浮于矿浆表面，易进入精矿。筛选对滑石等易浮脉石的抑制剂至关重要。

3)矿石中硫酸镍为水溶性镍，如碧矾、含镁碧矾等，硅酸镍为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，氧化镍为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，影响镍的回收。

4)矿石中金属矿物构造主要为浸染状、星点状构造、斑杂状构造，显微结构则以中细粒他形结构、不等粒结构为主、其次为叶片及填充结构。