Всесторонний анализ технологических схем флотации медно-кобальтовой руды: три основных способа и производственные практики

Медь и кобальт являются важными стратегическими металлическими ресурсами, широко используемыми в аккумуляторах для новых источников энергии, аэрокосмической отрасли, производстве цементированных карбидов, а также в электротехнике и электронике. Поскольку медно-кобальтовая руда является одним из основных источников кобальта, её обогащение имеет решающее значение для обеспечения безопасности национальных поставок стратегических ресурсов. Среди различных методов обогащения медно-кобальтовых руд, флотация является наиболее широко применяемым методом благодаря своей высокой адаптивности, большой пропускной способности и высокой эффективности разделения. В данной статье проводится систематический анализ технологических схем флотации, ключевых технологий и новейших методов добычи медно-кобальтовых руд, что служит полезным справочным материалом для специалистов отрасли.

1. Основные проблемы при флотации медно-кобальтовой руды

Флотационная переработка медно-кобальтовых руд сопряжена со многими трудностями, главные из которых заключаются в следующем:

1. Сложный минеральный состав и значительные колебания скорости окисления

Минералы меди и кобальта в медно-кобальтовых рудах обычно встречаются как в виде сульфидов, так и в виде оксидов, причем степень их окисления может значительно варьироваться. Например, медно-кобальтовая руда SICOMINES в ДРК имеет степень окисления около 70%, что делает её типичной медно-кобальтовой рудой с высокой степенью окисления. Сульфидные минералы относительно хорошо флотируются, тогда как оксидные минералы флотируются плохо, что требует применения различных стратегий флотации.

2. Высокое содержание шлама, ухудшающее условия флотации

Некоторые медно-кобальтовые руды содержат большое количество углеродистого шлама и мелкого ила, которые покрывают поверхность ценных минералов, потребляют значительные объемы флотационных реагентов и серьезно ухудшают эффективность флотации. В одной из сульфидно-оксидных смешанных медно-кобальтовых руд содержание углерода достигает 6,63%, что затрудняет достижение хорошего общего коэффициента извлечения с помощью одной только традиционной флотации.

3. Сложность разделения меди и кобальта

Минералы меди и кобальта обладают схожей плавучестью, поэтому обеспечение их эффективного разделения является основной задачей процесса флотации. Минералы кобальта, как правило, имеют мелкозернистую структуру, что еще больше усложняет процесс их разделения.

2. Три основных способа флотации медно-кобальтовых руд

В зависимости от свойств руды и целей обогащения процессы флотации медно-кобальтовой руды в основном подразделяются на три типа: флотационное разделение сыпучих материалов — флотация, селективная флотация, и асинхронная флотация.

2.1 Флотация медно-кобальтовых руд — флотационное разделение

Это наиболее широко применяемый способ флотации медно-кобальтовых руд. Основная идея заключается в том, что сначала получение мелкодисперсного медно-кобальтового концентрата методом массовой флотации, а затем получение отдельных медного и кобальтового концентратов методом сепаративной флотации.

Технологическая схема:

• Шлифование: Руда в том виде, в каком она добывается из рудника, дробится и подается в шаровую мельницу, при этом плотность измельчения поддерживается на уровне 50%–55%, а степень измельчения перелива обычно составляет 75%–80% при размере частиц 0,074 мм.
• Массовая флотация: Целлюлоза поступает в флотационную схему, как правило, с одна черновая обработка, три промежуточные и три чистовые, в результате чего получается объемный медно-кобальтовый концентрат и хвосты. Для регулирования pH пульпы до значения 9–10 добавляются модификаторы.
• Повторная заточка: Массовый концентрат обезвоживается в сгустителе, а затем повторно измельчается в шаровой мельнице до степени измельчения, как правило, 80%–85%, с прохождением через сито с ячейками 0,045 мм.
• Разделение меди и кобальта: Переработанный перелив поступает на этап флотационной сепарации. Для подавления плавучести кобальтовых минералов добавляется депрессант кобальта (например, комбинированный депрессант из извести и BP32), а для извлечения меди используется коллектор меди (например, CC98). Флотационная сепарация, как правило, включает в себя одна черновая обработка, две промежуточные и две чистовые, производя отдельно медный и кобальтовый концентраты.

Типичные рабочие характеристики:

С помощью данного процесса из сульфидной медно-кобальтовой руды можно получить медный концентрат с содержанием меди 29%–35% Cu и коэффициентом извлечения меди 90%–94% Cu, а также кобальтовый концентрат с содержанием 2%–4% Co и коэффициентом извлечения 55%–65% Co. В случае медно-кобальтовой руды из Хайнаня в оптимизированных условиях путь массовой флотационной сепарации позволил получить медный концентрат с содержанием 24,90% Cu и коэффициентом извлечения 83,83%, а также кобальтовый концентрат с содержанием 1,11% Co и коэффициентом извлечения 88,28%.

Этот маршрут имеет высокая адаптивность и также применим к низкосортным мелкорассеянным медно-кобальтовым рудам, однако эффективность разделения меди и кобальта при использовании исключительно флотации ограничена.

2.2 Селективная флотация

Технологический процесс селективной флотации осуществляется по следующей схеме: “Сначала медь, потом кобальт” последовательность операций, в результате которой получаются отдельные концентраты меди и кобальта.

Технологическая схема:

• В щелочной среде с pH ~10 для подавления пирита используется известь, а минералы меди извлекаются методом флотации с применением режима добавления реагента по принципу “голодания”.
• Затем хвосты медьфлотации подвергаются обработке активаторами, такими как сульфат меди, для активации кобальтовых минералов, после чего проводится флотация кобальта в слабокислой или сильнокислой (pH = 3,2) среде.

При переработке замбийской медно-кобальтовой руды схема селективной флотации, включающая “один этап грубой флотации, один этап доочистки и три этапа очистки” для меди, с последующими “одним этапом грубой флотации, одним этапом доочистки и двумя очистками” кобальта из медных хвостов, позволила получить медный концентрат с содержанием 31,76% Cu при извлечении 94,03%, а также кобальтовый концентрат с содержанием 3,25% Co при извлечении 55,29%.

2.3 Асинхронная флотация (сначала сульфиды, затем оксиды)

Для смешанные медно-кобальтовые руды, содержащие как сульфиды, так и оксиды, асинхронная флотация (также называемая флотацией по принципу “сначала сульфиды, потом оксиды”) в настоящее время является наиболее эффективным технологическим способом.

Технологическая схема:

• Этап 1 — Флотация сульфидов: Сначала проводится флотация сульфидов меди и кобальта, которые легче всплывают. При флотации сульфидов в качестве депрессанта часто используется КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза), а в качестве коллекторов — МБ и Mac-12.
• Этап 2 — Флотация с сульфидизацией оксидов: Ценные металлы в хвостах сульфидного поглотителя содержатся преимущественно в оксидной форме. A сульфидирующий агент (например, гидросульфид натрия NaHS или сульфид натрия Na₂S) добавляют для сульфидизации оксидных медно-кобальтовых минералов, преобразуя их поверхности в сульфидное состояние перед флотацией.

Типичные рабочие характеристики:

Для смешанной сульфидно-оксидной медно-кобальтовой руды (2,63% Cu, 0,04% Co, 6,63% C) после предварительной флотационной очистки от углеродистого шлама и последующей асинхронной флотации был получен медно-кобальтовый концентрат с содержанием меди 21,12% Cu и высоким коэффициентом извлечения меди, равным 88,55%. Исследования показывают, что гидросульфид натрия (NaHS) более эффективен, чем сульфид натрия (Na₂S) для флотации оксидных медно-кобальтовых руд методом сульфидизации.

В случае медно-кобальтовой руды в ДРК (1,70% Cu, 0,70% Co, скорость окисления Cu — 35%–40%), двухступенчатый процесс флотации (сначала сульфиды, затем оксиды) позволил получить сульфидный концентрат с содержанием 21,91% Cu и 7,70% Co (выход Cu — 71,96%, выход Co — 66,17%) и оксидный концентрат с содержанием 20,42% Cu и 18,10% Co (выход Cu — 11,60%, выход Co — 15,29%). Общий выход Cu по двум стадиям составил 83,56%, а общий выход Co — 81,46%.

Последний прорыв:

Компания «Хуаган Майнинг» в сотрудничестве с Центрально-Южным университетом и Хунаньским научно-исследовательским институтом цветных металлов успешно разработала новый сборный коллектор на основе органического амина, гидроксиаминовой кислоты и ксантата специально для оксидных медно-кобальтовых руд и новаторски предложил “Асинхронная флотация по принципу ”сначала сульфиды, потом оксиды» процесс. Данная технология была внедрена в промышленные условия на медно-кобальтовом руднике SICOMINES, что позволило достичь коэффициента извлечения меди при флотации на уровне 86%, при этом показатели извлечения меди и кобальта улучшились на 12% и 20% соответственно по сравнению с аналогичными ресурсами. В 2024 году этот проект был удостоен второй премии Национальной премии за достижения в области науки и техники.

3. Режим использования флотационных реагентов

Режим использования реагентов при флотации медно-кобальтовых руд зависит от типа руды и в основном включает следующие категории:

3.1 Модификаторы

Лайм является наиболее широко используемым модификатором и понижателем pH, который обычно добавляется в дозе 400–1000 г/т для доведения pH пульпы до щелочного диапазона. Для углеродистых руд, содержащих шлам, применяются специальные модификаторы, такие как BK‑530 может использоваться для уплотнения углеродистых веществ.

3.2 Сульфидирующие вещества (для оксидных руд)

Ключевым фактором при флотации оксидов меди и кобальта является флотация сульфидизации. К широко используемым сульфидирующим веществам относятся:

• Гидросульфид натрия (NaHS): хорошая селективность, повышает селективность флотации медно-кобальтовых руд из пустой породы.
• Сульфид натрия (Na₂S): широко применяется, но менее селективен.
• Комбинированные сульфидирующие агенты: сочетание гидросульфида натрия и сульфида аммония (в соотношении 1:1) может дать синергетический эффект и повысить эффективность флотации.

3.3 Коллекционеры

• Флотация сульфидов: как правило бутилксантат, изопропилксантат (40–80 г/т), MB и Mac‑12, и т. д.
• Флотация оксидов: схема использования комбинированных реагентов с применением бутилксантат с вспомогательный коллектор MC‑07 можно использовать. Новый сборный коллектор на основе органического амина, гидроксиаминовой кислоты и ксантата демонстрирует отличные показатели при флотации оксидных медно-кобальтовых руд.
• Разделение меди и кобальта: медный коллектор CC98 обычно используется (10–20 г/т).

3.4 Депрессанты

• Депрессанты на основе кобальта: при разделении меди и кобальта, а lime + BP32 Комбинированный депрессант используется для подавления осаждения кобальтовых минералов.
• Вещества, снижающие содержание пустой породы: силикат натрия и CMC часто используются в качестве комбинированных депрессантов.
• Углеродные депрессанты: BK‑530 эффективно подавляет образование углеродистых веществ.

3.5 Вспениватели

Сосновое масло (также известное как масло 2#) широко применяется, как правило, в дозе 20–30 г/т.

4. Комбинированный процесс флотации и магнитной сепарации

Если медно-кобальтовая руда имеет сложный минералогический состав и одной только флотации недостаточно для эффективного извлечения кобальта, для дополнительного извлечения можно применять магнитную сепарацию. Кобальт обладает слабой магнитной восприимчивостью, что делает этот метод подходящим для оксидных руд, содержащих значительное количество магнитных минералов.

Технологическая схема: Остатки флотации повторно измельчаются и подаются на высокоинтенсивный магнитный сепаратор для грубой → чистой → повторной → низкоинтенсивной магнитной сепарации, в результате чего в конечном итоге получается магнитный концентрат.

Пример применения: Компания «Хуаган Майнинг» “каскадная флотация + высокоинтенсивная магнитная сепарация” Данная технология включена в каталог передовых применимых технологий Министерства природных ресурсов. Она подходит для обогащения тугоплавких медно-кобальтовых руд с высокой степенью окисления, эффективно повышая общий выход меди и кобальта и одновременно значительно снижая производственные затраты.

На горнодобывающем участке SCM в ДРК из медно-кобальтовой руды с низким содержанием и высокой степенью окисления с помощью комбинированного процесса флотации и магнитной сепарации было достигнуто общее извлечение меди (включая сульфидный концентрат, оксидный концентрат, флотационный кобальтовый концентрат и магнитный концентрат) в размере 85,17%, а общий выход кобальта составил 46,96%.

5. Комбинированный процесс обогащения и металлургии

Для трудноперерабатываемых медно-кобальтовых руд, характеризующихся высокой степенью окисления, высокой степенью ассоциации, интенсивным образованием шлама или высоким содержанием Ca/Mg, a комбинированный процесс обогащения и металлургии может быть принята. Эта концепция заключается в том, что флотация для предварительной обогащения и отделения отходов с последующим выщелачиванием. Этап предварительной флотации позволяет удалить пустую породу, потребляющую кислоту, что снижает расход кислоты на последующем этапе выщелачивания с перемешиванием и позволяет получить флотационный концентрат с более высоким содержанием меди и кобальта. Данный процесс подходит для низкосортных оксидных медно-кобальтовых руд с высоким потреблением кислоты и позволяет эффективно снизить затраты на производство кобальта.

6. Последние достижения в области исследований и будущие тенденции

6.1 Разработка новых коллекторов

• Анионный коллектор RS: в случае медно-кобальтовых руд с высоким содержанием слизи использование RS для повышения эффективности флотации может значительно улучшить показатели разделения.
• Вспомогательный коллектор MC‑07: при использовании в сочетании с бутилксантатом позволяет снизить расход реагента и одновременно повысить выход.

6.2 Применение комбинированных сульфидирующих веществ

Сочетание гидросульфид натрия и сульфид аммония (1:1) может привести к синергетическому эффекту, повышая эффективность флотации при сульфидизации оксидных медно-кобальтовых руд.

6.3 Повторная переработка флотационных хвостов

В случае флотационных хвостов, которые по-прежнему содержат некоторое количество трудноизвлекаемых медных минералов, для повторной переработки можно использовать комбинацию гравитационного, магнитного и флотационного методов.

6.4 Интеллектуальное управление

Компания “Чжэцзян Хуайю Кобальт” подала заявку на патент на «метод и систему управления процессом флотации медно-кобальтовой руды», что позволяет обеспечить точное регулирование дозирования флотационных реагентов и повысить точность технологических параметров.

Выбор технологической схемы флотации для медно-кобальтовых руд должен с учетом свойств руды. Для руд, в составе которых преобладают сульфиды, процесс массовой флотационной сепарации является разумным и надежным решением; для руд с высокой степенью окисления, асинхронная флотация (сначала сульфиды, затем оксиды) является наиболее эффективным способом; в случае сложных руд, флотационно-магнитная сепарация или комбинированные процессы обогащения и металлургии являются эффективными средствами для улучшения общего восстановления.

Благодаря постоянному появлению новых улавливателей, комбинированных сульфидирующих реагентов и продвижению инновационных технологий, таких как “каскадная флотация + высокоинтенсивная магнитная сепарация”, технология флотации меди и кобальта развивается в направлении повышенная эффективность, интеллектуальное управление и более экологичный режим работы. Эти технологические прорывы обеспечат надежную основу для эффективной разработки и переработки сложных, трудноизвлекаемых руд в крупнейшем в мире медно-кобальтовом металлогенном поясе.