通过重力分选和浮选技术优化氧化-硫化铜矿的回收

为何这个铜矿故事重要

铜几乎贯穿现代生活的所有动力来源，从电动汽车和智能手机到电网与数据中心。随着可开采的高品位铜矿日益减少，行业不得不转向品位更低、结构更复杂且更难处理的矿石。本文研究如何通过明智地将两种经典分选方法结合并微调使铜颗粒起泡的化学条件，更高效地从伊朗一个此类难处理矿床中提取铜。

具有微小有价颗粒的难处理岩石

研究人员处理了来自Ali Goodarz铜区的钻芯样品，整体铜品位仅约0.5%。显微观察显示混合复杂：铜以硫化物（黄铜矿）和氧化物（孔雀石）两种形式存在，与黏土和铁氧化物紧密互生。铜粒度非常细，大多小于74微米，因而在水中容易呈泥状行为。细粒度、粘性黏土和混合矿物类型的结合，使得用常规方法从围岩中分离铜变得困难。

逐颗粒窥探矿石内部

为确定最佳处理方式，团队首先对矿物组成进行了详细描绘。他们使用X射线衍射和X射线荧光识别主要矿物如石英、长石、碳酸盐和若干种黏土，并测定总体化学成分。原子吸收测试表明铜品位低且仅部分氧化，金只以微量存在。高分辨电子显微镜和元素分布图揭示了铜矿物与铁氧化物和黏土的结合方式，并确认大多数黄铜矿粒在目标研磨粒度下已呈游离状。对矿物逐项的这种认识指导了加工步骤和运行条件的选择。

先让重力做初步分选

由于部分颗粒密度明显高于其它颗粒，研究者首先尝试了湿式摇床，这种装置通过倾斜、振动的表面和流动水按密度对颗粒进行分级。他们测试了不同的粒级范围，发现相对细的物料（至约120微米）在铜品位与回收率之间提供了最佳折衷。在此阶段，单靠重力分选可将约三分之二的铜回收至适度富集的产品中，但铜品位仍不足以直接使用。重力环节更适合作为预富集步骤，去除明显废石并将更小、更富集的料流送入后续工艺。

让铜颗粒在气泡上“漂浮”

第二阶段依赖浮选，通过化学药剂使含铜颗粒疏水，从而附着到气泡上上浮，而废矿物下沉。像孔雀石这样的氧化铜矿通常对常用的捕收剂响应不佳，因此团队首先用硫代氢化钠对其表面进行“硫化”处理。这一处理在氧化颗粒表面形成薄薄的类硫化层，便于常规黄药类捕收剂吸附。通过数十次试验，研究人员调整了浆液酸碱度（pH）、捕收剂的种类与用量，以及硫化剂的类型与投加量。结果表明，轻度碱性pH约9.5、相对较高的联合捕收剂投量，以及采用硫代氢化钠而非硫化钠，能产生更强且更可控的响应，带来高铜品位与回收率。

为更纯净的金属微调参数

在确定了最佳粗选条件后，团队进一步优化。提高总捕收剂浓度可持续提升回收率，直至每吨矿石约500克，此后收益可能趋于平缓或带入过多不想要的物料。对于硫化处理，硫代氢化钠500克/吨被发现是一个理想剂量：过少会导致氧化铜未被激活，过多则会通过过度包覆表面干扰浮选。在这些优化条件下，直接浮选实现了约22.5%的铜品位，并使超过94%的铜进入粗精矿。

结合方法以更好利用低品位矿石

先用摇床去除易分离的废石，再应用精心调控的硫化—浮选，研究者最终得到含铜约27%的洗选精矿，同时仍保留了大约70%的初始矿石中铜。对于如此低品位、富黏土且氧化—硫化混杂的矿床，这是一个令人满意的结果。简言之，本研究表明，只要理解了矿石的微观结构并将物理分选与针对性的化学处理合理结合，即便是挑战性强的铜矿石也能被转化为冶炼厂可用的精矿。随着高品位矿床的减少，此类策略将是维持铜供应、并在不显著提高成本或环境影响下持续生产的关键。

引用: Sobouti, A., Rezai, B. Optimization of copper recovery from oxide-sulfide ores through gravity separation and flotation techniques. Sci Rep 16, 11970 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42015-y

关键词: 铜矿处理, 浮选, 重力分选, 硫化处理, 低品位矿石