Beneficiation Process for Complex Sulfide Ores

7.2.3 Beneficiation Process for Complex Sulfide Ores

Complex  sulfide  ores  discussed  here  involve  copper  sulfur  ore,copper  sulfur  iron  ore,copper molybdenum  ore,and  copper  nickel  ore.

7.2.3.1  Flotation  Separation  of  Copper  Sulfide  Ore

Copper sulfide deposit is one of the main types of copper deposits in China.Most of these deposits are  copper  pyrite  and  copper  skarn  deposits,which  are  widely  distributed.They  can  be  dense massive  or  disseminated.There  is more pyrite  in  dense  massive  ore than  in  disseminated  ore.The characteristics  of dense massive  copper bearing pyrite  are  that pyrite  is the main mineral with  a content  as  high  as  50%-95%,with  little  gangue  minerals.For  this  kind  of  ore,the  tailings  are pyrite  concentrate   after  the  copper   sulfide  mineral  is   floated.If  gangue  content  is  high,tailings should  also  be  produced.As  to  the  disseminated  copper  pyrite,there  are  relatively  small  amount of copper and iron sulfides which are disseminated in gangue.

A   Selective   Flotation   Process

Copper  flotation  goes  first,followed  by   sulfur  flotation.In  the  case  of  dense  massive   ore,high alkaline  pulp  with  over   600-800g/m³free  Ca0   and  high  xanthate  dosage   are  generally  used  to float  copper  with  sulfur  depressed,producing  sulfur  concentrate  as  a  flotation  tailing.In  the  case of  disseminated  ore,sulfur  flotation  of  the  tailings  from  copper  flotation  is  necessary  and  low alkaline  pulp  is  used  as  far  as  possible  in  copper  flotation  in  order  to  reduce  the  sulfate  acid consumption and ensure safer operation in sulfur flotation.

B    Bulk   Flotation   Process

For the copper sulfur ore with low sulfur content and easy-to-float copper minerals,bulk flotation is  carried  out  in  weak  alkaline  pulp,and   then  copper  and  sulfur  in  the  bulk  concentrate  are separated in the high alkalinity pulp by adding lime.

C   Selective   and   Bulk   Flotation   Process

Collectors  of  good   selectivity  such  as  Z-200   or  OSN-43   and  ester-105   are  used  for  selective flotation of copper minerals with good floatability,where part of the copper concentrate is obtained.  Then bulk flotation is carried out with its bulk concentrate of copper and sulfur being separated then by floating copper and depressing sulfur.This process can avoid the possible depression of copper minerals by large quantity of lime and does not need a lot of sulfuric acid to activate pyrite.

The reagent regime for copper sulfur ore can be concluded as:

(1)High  selective  collectors  such  as  lipid  with  good  selectivity  but  weak  strength  to  collect pyrite  should be used.

(2)Lime  is  commonly  used  to  give  strong  alkaline  environment  and  depress  pyrite.The  pH  or the  content  of free  CaO  in  pulp  can  affect  the  separation  significantly.The  general  rule  is  that  a large amount of lime should be added when dealing with dense massive ore containing more pyrite, so  that  the  free  CaO  in  the  pulp  can  reach  about  800g/m³to  depress  pyrite.For  the  disseminated ore  with  less  pyrite,controlling  the  pH  of  pulp  with  lime  at  9-12  can  float  copper  and  depress sulfur.The  disadvantage  of this  method  is  that  the  sticky  foam  is  easy  to  cause  spilling  over  the  concentrate launder and may cause calcium accumulation in the equipment and pipelines.

(3)Lime together with sulphurous acid is a widely used pyrite depressing method without using of toxic  cyanids  and  is  suitable  for  copper  sulfide  ore  with  high  sulfur  or  slime  content,or  with active pyrite which is not easy to be depressed by lime.The key is to control the appropriate pulp pH  at  6.5-7  and  the  amount  of  sulphurous  acid,and  strengthen  aeration  and  agitation.Compared with  the  lime  only  method,it  has  the  advantages  of  stable  operation,good  copper  index  and  low consumption of activators such as sulfuric acid.

(4)Lime together with organic depressant is also a method to give good depressing of pyrite.

(5)Lime together with  cyanide  is  suitable  for  pyrite with high  floatability.The  depressed pyrite can be floated after reducing pH by adding sulfuric acid.

(6)Heating  can  also be used  to  accelerate the  surface  oxidation  of pyrite  and  depress  pyrite.

7.2.3.2  Separation  of  Copper  Sulfur  Iron  Ore

Copper sulfur iron ore is mainly  skarn type copper deposits,which are normally  small in reserves and  of  low  grade,containing  mainly   chalcopyrite,and  some  magnetite,pyrite   and  pyrrhotite.

Selective flotation or bulk flotation followed by separation is often adopted for copper and sulfur, while  low  intensity  magnetic  separation  is  used  for  the  recovery  of  magnetite.Flotation  can  go ahead  of  magnetic  separation  or  vice  versa.If  magnetic  separation  is  carried  out  first,the  sulfur content  in  iron  concentrate  is  readily  higher  than  required  because  pyrrhotite  can  influence  the quanlity of the iron concentrate.It is critical to improve the flotation recovery of pyrrhotite both for increasing sulfur recovery and for decreasing sulfur content in iron concentrate.

One  example  of  copper  sulfur  iron  ore  is  Daye  Iron  Mine.It  is  a  large  iron  mine  containing copper,sulfur  and  cobalt,treating   10000t  ROM  ore  per  day.The  ore  is  crushed  in  a  three-stage open  circuit  and  ground  in  a  two-stage  closed-circuit.Bulk  flotation  with  two  roughers  and  two cleaners  is  carried  out  to  obtain  copper  sulfur  bulk  concentrate,where  cobalt,gold  and  other associated  components  also  report to the bulk  concentrate.Copper  flotation  is  then  carried  out by depressing  sulfur  in  high  alkaline  pulp  at  pH>12  with  the  help  of  lime,where  both  copper  and sulfur  concentrate  are  obtained.Gold,silver  and  other  valuable  components  report  to  the  copper concentrate while cobalt reports to sulfur concentrate and can be sold as sulfur cobalt concentrate.  The tailings of bulk flotation are treated by low-intensity magnetic  separation to recovery iron and produce  iron  concentrate.

7.2.3.3   Flotation   Separation   of  Copper   Molybdenum   Ore

Copper  molybdenum  deposit   finds  its  greatest  industrial  utilization  in  porphyry   copper   sulfide deposits.Porphyry  copper  sulfide  deposit  is  of  large  reserve   and  is  an  important  resource   for extracting    copper.It    is     characterized    by     low    grade:Cu     0.5%-1%,Mo    0.01%-0.03%

In   this    kind   of   ore,copper    mainly   occurs    as    chalcocite(Cu₂S)and   chalcopyrite(CuFeS₂), and  molybdenum  occurs  mainly  as  molybdenite(MoS₂).There  are  three  kinds  of  beneficiation process for copper molybdenum ore.

(1)Bulk  flotation  followed  by  regrinding  and  copper  molybdenum  separation  of  the  primary bulk  concentrate  is  the  most  widely  used  process,especially  for  porphyry  copper  ore,where  the sulfide  minerals  occur  as  coarse  grains  and  present  good  floatabilitiy.They  can  be  collected  by common cllectors such as xanthate and frothers.

In  the  one-stage  primary  grinding,over  90%of the  tailings  can  be  discarded  by  bulk  flotation, reducing  grinding  cost.The  primary  bulk  concentrate  is  reground  and  copper  molybdenum  bulk concentrate   can   be   obtained   by   depressing   sulfur   with   lime.The   copper   molybdenum   bulk concentrate   is   further    separated   by    flotation   to    get   molybdenum    concentrate   and    copper concentrate.The primary sulfur concentrate can be cleaned by flotation or gravity concentration to get final sulfur concentrate.

(2)Bulk  flotation  of  copper   and  molybdenum  and  sulfur  depression  separation  is  used  for copper molybdenum ore which is of fine-grained,low pyrite content and general  floatability.

(3)Pulsating high gradient magnetic  separation of copper molybdenum bulk concentrate utilizes the weak magnetism  of chalcopyrite while molybdenite  is non-magnetic.The  disadvantage  is  that the particle size of copper and molybdenum minerals is very fine,and the copper minerals are of quite weak magnetic,leading to relatively poor recovery and low enrichment ratio.

The  reagent  regime  for  copper  depressing  and  molybdenum  flotation  involves:Na₂S  including both  NaHS  and  ammonium   sulfide,Na₂S  accompanied  by   steam  heating,single   cyanide,cyanide accompanied  by  Na₂S,Knox  reagent,oxidizer  such  as  NaCl0  or  H₂O₂,and  organic  depressants such  as  mercapto  acetic  acid.Na₂S,cyanide  or  Knox  agents  are  much  effective  in  depressing chalcopyrite  and  bornite,while  ammonium  sulfide,ferricyanide  and  ferrocyanide,oxidant  sodium hypochlorite   and   hydrogen   peroxide   are   effective   in   depressing    secondary   copper    sulfide.  Mercaptoacetic   acid   and   other   organic   depressants   are   new   developed   molybdenum   sulfide depressants  with  no  toxic  and  high-efficiency,and  are  still  in  promotion.

To strengthen the separation of copper and molybdenum,the following methods can be used:

(1)Densification and agent removal is essential before the separation of the bulk concentrate to remove  excess  agents  in  the  bulk  concentrate  and  ensure  hat  the  agitation  and  separation  are carried  out under the  appropriate  concentration.

(2)Steam heating  of the bulk  concentrate  to  85-90℃  is used  in  some  countries  to  desorb  and  destroy the  collector  film  on  the  surface  of the  bulk  concentrate,sometimes  with  the  addition  of some lime,and introducing of oxygen or air.This method has good effect but high cost and results in complex process.

(3)Deactivating  process  which  put  the   slurry  in   storage  banks  for  a  long  time  with  air introduced,is used to make the  surface  of chalcopyrite  oxydize  and  hydrophilic.It  can  also  make the  xanthate  ineffective  because  xanthate   on  the   chalcopyrite   surface  and  in  the  pulp   can  be oxidized and decomposed at low pH and when heated or aerated for a long time.This method can

thus decrease the floatability of chalcopyrite.

(4)Stage  addition  of  sodium  sulfide  helps  to  utilize  the  heat  released  when  sodium  sulfide  is  dissolved.Part  of  sodium  sulphide  solution  is  added  to  the  stirring  tank,while  the  other  part  is added in  solid to the rougher  and  cleaner  cells,making use  of the  dissolving heat to  increase the pulp temperature and improve the depressing of chalcopyrite.

(5)Flotation  with  nitrogen   can  prevent  reagent   oxidation,reducing  the   dosage,and  is  used   in the  United   States,Canada   and  other  countries.In  the   separation   of  copper  and  molybdenum, there are as many as 6 to  8 cleaning operations,which results in a long operation line,making the depressants easy to become ineffective.Introducing of nitrogen helps to prevent the oxidation and save  Knox  consumption  by  50%-70%.

(6)Flotation columns can be used for cleaning,which present thick froth layer and are efficient for  cleaning,reducing  the  number  of  cleaning  operations.

7.2.3.4   Flotation  Separation  of  Copper   Nickel  Ore

Nickel     occurs      as     pentlandite(Fe,Ni)₉Sg,millerite      NiS,nickelite     NiAs,and     nickel-bearing pyrrhotite   in    copper   nickel    ores.The    floatability   of   pentlandite    and   millerite    is    between chalcopyrite  and  pyrrhotite,and  they  can  be  collected  with  high-grade  xanthates  such  as  butyl  or amyl xanthate in weak acid or weak alkali pulp.Cupric  sulfate is the  activator of pentlandite  and lime  is  its  depressant.The  separation  of  copper  and  nickel  is  mainly  by  flotation,while  magnetic separation and gravity concentration are usually used as supplyment.

There are two flotation separation processes for copper nickel ore:

(1)The bulk  concentrate  of copper  and  nickel  is  obtained  by  flotation,and  then  smelted  to  get nickel  matte,which  is  then   casted   and   crystallized  under  temperature-reserving   conditions  to produce  artificial rich  ore.The  rich  ore  is  then  crushed  and  ground  to  carry  out  flotation  in  high NaOH medium.This method gives relatively high recovery but claims high cost as well.It is used in many countries to get copper concentrate and nickel concentrate followed by separate smelting.

(2)Selective   flotation   is   carried   out   to   obtain   copper   concentrate   and   nickel   concentrate respectively.This  is  the  case  if  there  is  much  more  copper  than  nickel  in  the  ore  and  copper concentrate  with  low  nickel  content  can  be  obtained.It  is  desirable  that  copper  can  report  into nickel  concentrate  but  nickel  should  be  prevented  from  reporting  into  copper  concentrate.This  is because  nickel  will  be  lost  greatly  during  copper  smelting  while  the  nickel  in  the  copper concentrate can be recovered completely during smelting.

The copper nickel flotation process has the characteristics of simple process,long flotation time, less  clearners,and  early  recovery  of  copper  nickel  minerals.The  nickel   grade  in   copper  nickel  concentrate  is  generally  4%-8%.The  removal  of pyrrhotite  is  the  key  to  improve  the  quality  of copper nickel concentrate,so combined process of flotation with magnetic separation is often used.  The removal of magnetic gangue such as talc and chlorite is critical to improve the quality of nickel concentrate.