王亚运， 郭素红， 于传兵(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

1 前言

全球大约有一半的钴资源分布于非洲，其中主要分布于刚果(金)、赞比亚等地区[1]。而我国的钴资源较少，目前已探明的钴资源仅占全球的1%左右[2-3]。钴具有熔点高、机械性能强等特点，被广泛应用于航空航天等领域，是国家的一种战略资源[4-5]。随着中国经济的快速发展，对钴的需求量也逐渐增加。中国的钴资源主要是依靠从国外进口，2007年对外依存度达90%，到2015年对外依存度更甚超过95%，是对外依存度较高的有色金属之一[6]。中国进口的钴矿资源中绝大部分是来自非洲的铜钴矿。

因此，为了实现高效开发利用钴资源，确定合理的选矿工艺，本文以非洲某高钙镁铜钴矿为研究对象，采用化学多元素分析、显微镜、扫描电镜-能谱分析等方法对该铜钴矿进行了工艺矿物学研究[7-8]。

2 矿石性质

2.1 化学组成

铜钴矿原矿的化学多元素分析结果见表1。

由表1可知，原矿中的有价元素铜含量为5.40%，伴生元素钴含量为0.062%，钴含量相对较低。原矿中镁、钙含量分别为8.55%和7.05%，钙镁含量较高。

2.2 铜和钴的物相分析

矿石的铜物相分析结果见表2，钴物相分析结果见表3。

由铜物相分析结果可知，矿石中铜主要以硫化铜形式存在，铜在其中的分布率为93.25%；其次以碳酸铜及自由氧化铜形式存在，铜在其中的分布率为4.49%；少量以铁、硅结合铜形式存在，铜在其中的分布率为1.94%；微量以金属铜及硫酸铜形式存在，铜在其中的分布率分别为0.20%及0.12%。

表1 铜钴矿化学多元素结果

表2 铜物相分析结果

表3 钴物相分析结果

由钴物相分析结果可知，矿石中钴主要以硫化钴形式存在，钴在其中的分布率为75.81%；其次以碳酸钴形式存在，钴在其中的分布率为19.35%，少量以氧化钴的形式存在，钴在其中的分布率为4.84%。

2.3 矿物组成及含量

矿石的X-射线衍射分析结果如图1所示，主要矿物组成及含量见表4。

①—石英; ②—白云石; ③—绿泥石; ④—黄铜矿; ⑤—斑铜矿; ⑥—金云母; ⑦—滑石图1 矿石的X-射线衍射图

X-射线衍射分析结果表明，矿石中金属矿物主要为黄铜矿及斑铜矿，脉石矿物主要为白云石及石英，其次为绿泥石、金云母及滑石等。

主要矿物组成及含量分析结果表明，矿石中铜矿物主要为黄铜矿及斑铜矿，其次为蓝辉铜矿、辉铜矿、铜蓝及孔雀石，另有少量黑铜矿、赤铜矿、蓝铜矿及硫铜钴矿，以及微量自然铜。钴矿物主要为硫铜钴矿及辉砷钴矿。其他金属矿物主要为磁铁矿，其次为赤铁矿、褐铁矿、金红石，偶见黄铁矿等。脉石矿物主要为白云石及石英，其次为绿泥石、金云母、滑石、块滑石，以及很少量高岭石、蛇纹石、长石、方解石等。

表4 矿石的矿物组成及相对含量

3 矿石性质主要矿物的嵌布特征

3.1 黄铜矿

黄铜矿是矿石中最主要的铜矿物，主要呈不规则状嵌布于脉石矿物粒间或裂隙，具体如图2所示。黄铜矿嵌布粒度以粗、中粒为主，少量黄铜矿呈细粒或微粒浸染于脉石矿物中。大部分黄铜矿与其他金属矿物共生关系不甚密切，部分黄铜矿与斑铜矿简单共生以粗粒集合体产出，具体如图3所示，有时被斑铜矿沿边缘或裂隙交代产出。有时可见黄铜矿与硫铜钴矿紧密共生，黄铜矿呈细脉充填于硫铜钴矿裂隙，或硫铜钴矿呈细粒状包裹于黄铜矿中，有时还可见辉砷钴矿呈细粒状包裹于黄铜矿中。

3.2 斑铜矿

斑铜矿也是矿石中主要的铜矿物之一，主要呈不规则状嵌布于脉石矿物粒间或裂隙，具体如图4所示。斑铜矿常被辉铜矿、蓝辉铜矿及铜蓝交代，有时交代黄铜矿以集合体产出。斑铜矿嵌布粒度以中粒为主，少量斑铜矿呈微细粒浸染于脉石矿物中。辉铜矿、蓝辉铜矿等交代斑铜矿会使其在磨矿过程中易过粉碎，影响铜的回收率。斑铜矿中有时包裹硫铜钴矿或辉砷钴矿，斑铜矿有时呈细粒包裹于磁铁矿中。

图4 斑铜矿呈不规则状嵌布于脉石矿物粒间或裂隙 (显微镜 反光)

3.3 硫铜钴矿

硫铜钴矿是矿石中主要的钴矿物之一，主要呈细粒产出，部分嵌布于脉石矿物裂隙，或包裹于脉石矿物中，有时与黄铜矿、斑铜矿共生关系密切，多呈细粒包裹于黄铜矿或斑铜矿中，具体如图5所示。

图5 硫铜钴矿呈微细粒包裹于脉石矿物 (显微镜 反光)

3.4 辉砷钴矿

辉砷钴矿也是矿石中主要的钴矿物之一，主要呈细粒、微粒产出，部分嵌布于脉石矿物裂隙，或包裹于脉石矿物中，部分嵌布于黄铜矿与脉石矿物粒间或包裹于黄铜矿、斑铜矿中，具体如图6所示。

图6 细粒辉砷钴矿包裹于脉石矿物中 (显微镜 反光)

3.5 磁铁矿

磁铁矿是矿石中主要的铁矿物，含量较低，主要呈半自形晶-它形晶粒状嵌布于脉石矿物裂隙或粒间，具体如图7所示。粒度以中、粗粒为主，边缘有时被氧化为赤铁矿，少量磁铁矿呈细粒状集合体嵌布于脉石矿物中。大部分磁铁矿与硫化矿物共生不密切，部分磁铁矿与黄铜矿等硫化矿物呈简单的共生关系产出，有时可见磁铁矿中包裹细粒黄铜矿或斑铜矿。磁铁矿产出粒度相对较粗。

图7 磁铁矿呈半自形晶-它形晶粒状嵌布于脉石矿物裂隙或粒间 (显微镜 反光)

4 主要矿物的粒度统计分析及单体解离特性

4.1 主要矿物的粒度统计

矿石中硫化铜矿物集合体、硫铜钴矿、辉砷钴矿及磁铁矿的嵌布粒度的统计结果见表5和表6。

表5 重要矿物的嵌布粒度统计结果

表6 重要矿物的嵌布粒度统计分析结果 %

由表5及表6可知，硫化铜矿物集合体呈粗、中、细粒不均匀分布，以中粒为主，0.074mm粒级以上的分布率为73.57%，这部分为易解离易选硫化铜矿物。硫铜钴矿及辉砷钴矿均以细粒为主产出，0.074mm粒级以上的分布率分别为32.36%、16.95%。磁铁矿呈粗、中、细粒不均匀分布，以中粒为主，0.074mm粒级以上的分布率为72.48%。从粒度分布来看，矿石中辉铜矿等硫化铜矿物集合体与硫铜钴矿、辉砷钴矿嵌布粒度差别很大，选择合适的磨矿细度，兼顾铜、钴回收率是选矿的难点。

4.2 不同磨矿细度下重要矿物的单体解离特性

对不同磨矿细度下硫化铜矿物集合体、硫铜钴矿与辉砷钴矿的单体解离度进行测定，统计结果分别见表7、表8。

表7 硫化铜矿物集合体单体解离度测定结果 %

表8 硫铜钴矿与辉砷钴矿单体解离度测定结果 %

硫化铜矿物集合体单体解离度测定结果表明，硫化铜矿物集合体在磨矿细度为-0.074mm占65%时，单体解离度为84.13%，较为充分，未解离的硫化铜矿物主要与脉石连生产出，其次与磁铁矿连生。

硫铜钴矿与辉砷钴矿单体解离度测定结果表明，硫铜钴矿与辉砷钴矿单体解离较差，在磨矿细度为-0.074mm占65%时，单体解离度为60.91%，单体以及与硫化铜矿物连生体分布率合计为75.64%，解离仍不充分，其余硫铜钴矿或辉砷钴矿主要与脉石连生产出，易损失于尾矿中，是影响钴回收的主要因素之一。

5 影响铜钴回收的工艺矿物学因素分析

5.1 影响铜回收的矿物学因素

(1)矿石中硫化相中铜占比为93.25%，其他相总和占比为6.55%，主要以孔雀石、黑铜矿、赤铜矿、蓝铜矿等氧化铜形式存在，其次以铁、硅结合铜形式存在，这部分铜在浮选过程中易损失于浮选尾矿。

(2)矿石中少量硫化铜矿物呈微细粒嵌布于脉石或磁铁矿中，在磨矿过程中不易单体解离，浮选时不可避免将损失于浮选尾矿。

(3)矿石中镁除了以白云石形式存在外，还有相当部分以镁质层状硅酸盐矿物形式存在，主要为金云母，其次为少量滑石，在浮选过程中易富集于浮选精矿，造成铜精矿中镁超标。

5.2 影响钴回收的矿物学因素

(1)矿石中钴的氧化率高，主要以碳酸钴形式分布于白云石中，其次以氧化钴形式分布于黑铜矿中，分布率合计为24.19%，这部分钴在浮选过程中易损失于尾矿，是影响钴浮选回收的主要因素。

(2)矿石中硫铜钴矿及辉砷钴矿含量低，且嵌布粒度以细粒为主，而硫化铜矿物含量高且嵌布粒度较粗，当硫化铜矿物已充分单体解离时，还有部分辉砷钴矿与脉石呈贫连生体产出，是影响钴浮选回收的另一主要因素。

(3)为了强化回收细粒辉砷钴矿，一些镁质硅酸盐矿物，包括金云母及滑石，在浮选过程中易同步富集于浮选精矿，造成铜钴精矿中镁超标。

6 结论

(1) 矿石含铜5.40%，钴0.062%，为主要回收元素，伴生元素钴含量相对较低。矿石中钙镁含量较高，镁、钙含量分别为8.55%和7.05%。

(2) 矿石中铜矿物主要为黄铜矿及斑铜矿，钴矿物主要为硫铜钴矿及辉砷钴矿。其他金属矿物主要为磁铁矿，脉石矿物主要为白云石及石英。

(3) 硫化铜矿物集合体呈粗、中、细粒不均匀分布，以中粒为主；硫铜钴矿及辉砷钴矿均以细粒为主产出，硫化铜矿物集合体与硫铜钴矿、辉砷钴矿的嵌布粒度差别很大。

(4) 矿石中钴氧化率大于20%，是影响钴回收的主要因素；矿石中镁除了以白云石形式存在外，还有相当部分以镁质层状硅酸盐矿物形式存在，主要为金云母，其次为少量滑石，在浮选过程中易富集于浮选精矿，造成铜精矿中镁超标。

(5) 根据该矿石性质，在制定选矿工艺时需考虑硫化铜矿物、钴矿物的嵌布粒度差别，矿石中钴的较高氧化率对钴回收的影响，含镁矿物对浮选产品指标的影响，在保证精矿品质的情况下，同时实现铜和钴较高的回收率。