云南某高硫低品位鉛鋅礦工藝礦物學(xué)研究

呂 超 張 晶 楊 林 張曙光

(1.昆明冶金研究院有限公司,云南 昆明 650031;2.云南省選冶新技術(shù)重點實驗室,云南 昆明 650031;3.共伴生有色金屬資源加壓濕法冶金技術(shù)國家重點實驗室,云南 昆明 650031)

鉛鋅礦是重要的戰(zhàn)略性資源，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著不可替代的作用，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、軍工業(yè)、電氣工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、輕工業(yè)等領(lǐng)域[1-3]。因此，開發(fā)利用鉛鋅資源具有重要的戰(zhàn)略意義。

在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中涉及工藝礦物學(xué)研究[4-6]。工藝礦物學(xué)是研究礦石化學(xué)性質(zhì)、礦物組成、礦物特性的一門應(yīng)用學(xué)科，在確定合理的選礦工藝、優(yōu)化選礦工藝流程結(jié)構(gòu)以及提高礦山選廠生產(chǎn)指標(biāo)等方面發(fā)揮著重要的作用[7-10]。

云南某礦山因多年的開采，采礦深度不斷增加，新采礦區(qū)礦石性質(zhì)也發(fā)生了很大的變化。為確定合理的工藝流程，本文以云南某高硫低品位鉛鋅礦為對象，開展工藝礦物學(xué)研究，對礦石成分、礦石結(jié)構(gòu)及構(gòu)造、礦物的嵌布特征等進(jìn)行了檢測分析，較全面地了解礦石的工藝礦物學(xué)特性，為礦石的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)多元素分析

為準(zhǔn)確測定礦石中各元素的含量，進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Analysis results of chemical multi-elements of the ores%

由表1可知，礦石中有價元素主要為Pb、Zn、Fe和S，含量分別為3.20%、3.04%、26.36%和30.84%;礦石中Ag含量為128.3 g/t，具有綜合利用價值;礦石中主要雜質(zhì)成分SiO2、Al2O3和CaO的含量分別為18.36%、6.15%和3.16%，有害元素As含量較高，為0.56%。

1.2 礦石鉛鋅物相分析

為查明礦石中鉛、鋅的賦存狀態(tài)，進(jìn)行鉛、鋅化學(xué)物相分析，結(jié)果如表2和表3所示。

表3 礦石鋅物相分析結(jié)果Table 3 Analysis results of the zinc phase of the ores%

由表2可知，礦石中鉛主要以方鉛礦的形式存在，分布率達(dá)86.36%，以鉛礬和白鉛礦形式存在的鉛含量較少，分布率分別為6.26%和4.38%，另外還有少量的鉛鐵礬及其他鉛，分布率為3.00%。方鉛礦是主要回收的目的礦物，其余含鉛礦物因技術(shù)及經(jīng)濟(jì)原因較難回收。

表2 礦石鉛物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of the lead phase of the ores%

由表3可知，礦石中鋅主要以硫化鋅的形式存在，分布率為92.43%，另外還有少量的硫酸鋅、氧化鋅以及鋅鐵尖晶石及其他鋅。

1.3 礦石礦物組成

通過顯微鏡、礦物自動分析儀(MLA)等定性、定量分析手段對礦石進(jìn)行礦物組成分析，結(jié)果見表4。

表4 礦石礦物組成及含量Table 4 Minerals composition and content in the ores%

由表4可知，礦石由6類26種礦物組成，硫化物占64.06%，硫酸鹽占0.13%、碳酸鹽占3.32%、硅酸鹽占20.24%、氧化物占11.95%、磷酸鹽占0.30%。目的元素鉛、鋅、硫、銀、砷的載體礦物主要為方鉛礦、鐵閃鋅礦、硫砷鉛礦、黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、白鉛礦、石膏，含量分別為2.93%、5.06%、0.11%、55.15%、0.40%、0.37%、0.20%、0.13%，另有少量的黝銅礦(0.02%)、黝錫礦(0.01%)、雄黃(0.01%)、磁黃鐵礦(偶見)、鉛礬(偶見)。脈石礦物主要為石英(10.50%)、高嶺石(7.80%)、蒙脫石(6.00%)、白云母(3.50%)、鉀長石(2.37%)、方解石(1.10%)、銳鈦礦(1.45%)等。

2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1 礦石構(gòu)造

肉眼觀察，礦石多呈淺灰、灰黑色，-10 cm碎塊狀，部分礦石中方鉛礦、黃鐵礦較為富集，自形程度、解理發(fā)育均比較好，此類礦石易碎，多呈-5 cm碎塊狀。大多數(shù)礦石具稠密浸染—塊狀構(gòu)造，黃鐵礦、方鉛礦、鐵閃鋅礦等金屬礦物稠密浸染于礦石中，含量大于50%，部分超過75%，構(gòu)成礦石的稠密浸染狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。在圍巖中，部分礦石具脈狀構(gòu)造，主要由方解石、高嶺石、石英等充填于礦石裂隙中，構(gòu)成礦石的脈狀構(gòu)造。

2.2 礦石結(jié)構(gòu)

礦石中金屬礦物主要具包含結(jié)構(gòu)、自形—半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、乳濁結(jié)構(gòu)、內(nèi)部解理結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)。巖石主要具不等粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)、顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)等。

(1)包含結(jié)構(gòu)。礦石中金屬礦物的主要結(jié)構(gòu)，黃鐵礦、方鉛礦、鐵閃鋅礦、毒砂、黃銅礦共生關(guān)系密切，均出現(xiàn)不同程度的包裹與被包裹現(xiàn)象。其中，黃鐵礦中常包裹塵點—細(xì)粒狀磁黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、鐵閃鋅礦，鐵閃鋅礦中包裹塵點—細(xì)粒狀黃銅礦、方鉛礦、黝錫礦。

(2)自形—半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中黃鐵礦、方鉛礦、毒砂部分顆粒呈自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，其余顆粒以及鐵閃鋅礦、黃銅礦、硫砷鉛礦、黝銅礦等均呈他形粒狀結(jié)構(gòu)。

(3)乳濁結(jié)構(gòu)。礦石中鐵閃鋅礦多包裹塵點狀、細(xì)粒狀黃銅礦，黃銅礦在鐵閃鋅礦中呈乳濁體分布，少數(shù)呈葉片體分布，乳濁體形狀不規(guī)則。

(4)內(nèi)部解理結(jié)構(gòu)。礦石中方鉛礦具此結(jié)構(gòu)，方鉛礦解理發(fā)育完全，顯示為黑三角孔及階梯狀黑線，集合體易破碎為自形顆粒。

(5)交代結(jié)構(gòu)。礦石中黃鐵礦顆粒邊緣及裂隙被毒砂交代，部分微晶黃鐵礦被毒砂交代，二者混雜分布;方鉛礦邊緣、裂隙及解理縫被硫砷鉛礦、白鉛礦、鉛礬交代。

(6)不等粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)。巖石的主要結(jié)構(gòu)之一，變晶由重結(jié)晶的石英組成，顆粒粒度大小懸殊，顆粒間充填金屬礦物。

(7)顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)。巖石中部分礦石具此結(jié)構(gòu)，變晶主要由重結(jié)晶的絹云母、高嶺石、蒙脫石組成，顆粒重結(jié)晶呈顯微鱗片狀，部分浸染泥質(zhì)集合體呈砂屑狀。

(8)細(xì)晶結(jié)構(gòu)。變晶由重結(jié)晶的方解石、白云石、鐵白云石等組成，粒度在0.1～1 mm，顆粒間緊密鑲嵌。

3 主要礦物的嵌布特征

為了解礦石中礦物的嵌布粒度與嵌布特征，利用偏光顯微鏡及MLA檢測手段進(jìn)行分析。

3.1 方鉛礦

方鉛礦含量為2.93%，在-2 mm綜合樣中測量方鉛礦的工藝粒度，主要分布于-710+300 μm、-300+150 μm、-150+75 μm這3個粒級中，分布率分別為55.62%、31.18%、8.32%。鏡下觀察，方鉛礦解理發(fā)育，自形程度好，與黃鐵礦、硫砷鉛礦、白鉛礦、鐵閃鋅礦、毒砂、黃銅礦關(guān)系密切，多為共生(圖1(a));相互包裹現(xiàn)象較多，方鉛礦包裹黃鐵礦、鐵閃鋅礦、黃銅礦中(圖1(b));方鉛礦、鐵閃鋅礦呈球粒狀包裹于黃鐵礦中(圖1(c))，其中，少數(shù)方鉛礦呈5～20 μm塵點狀包裹于黃鐵礦中。

圖1 方鉛礦嵌布特征Fig.1 The embedded characteristics of galena

3.2 鐵閃鋅礦

礦石中鋅主要以鐵閃鋅礦的形式存在，含量為5.06%，在-2 mm綜合樣中測量鐵閃鋅礦的工藝粒度，主要分布于+710 μm、-710+300 μm、-300+150 μm、-150+75 μm這4個粒級中，分布率分別為8.48%、54.06%、25.44%、8.74%。鏡下觀察，鐵閃鋅礦呈他形粒狀，多與黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦共生(圖2(a))，部分與黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等相互包裹(圖2(b)和(c))，尤其是黃銅礦，少數(shù)呈脈狀分布于鐵閃鋅礦中，多數(shù)呈5～15 μm塵點狀、細(xì)粒狀包裹于鐵閃鋅礦中(圖2(d))。

圖2 鐵閃鋅礦嵌布特征Fig.2 The embedded characteristics of marmatite

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦含量為55.15%。鏡下觀察，呈自形—半自形—他形粒狀，與方鉛礦、鐵閃鋅礦、毒砂、黃銅礦、磁黃鐵礦的關(guān)系均較為密切，相互共生、相互包裹、與毒砂混雜分布等(圖3(a)～(c))。在黃鐵礦中，常包裹塵點狀方鉛礦、細(xì)粒鐵閃鋅礦、塵點狀黃銅礦、磁黃鐵礦(圖3(d))，此現(xiàn)象可能導(dǎo)致硫精礦中含鉛、鋅、銅較高，造成產(chǎn)品質(zhì)量差及金屬損失。

圖3 黃鐵礦嵌布特征Fig.3 The embedded characteristics of pyrite

3.4 高嶺石

高嶺石含量為7.80%，是礦石主要脈石礦物之一。鏡下觀察，顯微鱗片狀，集合體與絹云母、石英、蒙脫石等共生，分布于金屬礦物裂隙及空洞中(圖4)。

圖4 高嶺石嵌布特征Fig.4 The embedded characteristics of kaolinite

3.5 蒙脫石

蒙脫石含量為6.00%。鏡下觀察，顯微鱗片狀，集合體與黃鐵礦、石英、絹云母、高嶺石等共生(圖5)。

圖5 蒙脫石嵌布特征Fig.5 The embedded characteristics of montmorillonite

3.6 石 英

石英含量為10.50%。鏡下觀察，呈他形粒狀，多與黃鐵礦、蒙脫石、高嶺石、絹云母等共生(圖6)。

圖6 石英嵌布特征Fig.6 The embedded characteristics of quartz

4 影響選別指標(biāo)的工藝礦物學(xué)因素及推薦流程

由工藝礦物學(xué)研究結(jié)果可知:① 礦石主要有價元素為Pb、Zn、Fe、S，賦存礦物分別主要為方鉛礦、鐵閃鋅礦和黃鐵礦;② 方鉛礦、鐵閃鋅礦與黃鐵礦共生關(guān)系緊密;③ 鉛鋅品位低，而硫品位相對很高，黃鐵礦與方鉛礦和鐵閃鋅礦的礦物含量相差很大。因此，鉛、鋅和硫的礦物分選需考慮到大量黃鐵礦對鉛鋅礦物的不利影響，同時選擇適宜的磨礦細(xì)度。綜上，推薦的選別流程為鉛硫等可浮選+鉛硫分離—鋅硫等可浮選+鋅硫分離，即方鉛礦和部分黃鐵礦優(yōu)先浮出，鉛硫分離得到鉛精礦和硫精礦1，鉛硫等可浮尾礦選鐵閃鋅礦和剩余黃鐵礦，再進(jìn)行鋅硫分離得到鋅精礦和硫精礦2，硫精礦1和硫精礦2合并為硫精礦，最終得到鉛精礦、鋅精礦、硫精礦和尾礦。該種工藝流程適用于高硫鉛鋅礦，通過分段浮選黃鐵礦得到2個硫精礦，可有效解決黃鐵礦量大干擾浮選的情況，在鉛硫分離以及鋅硫分離時可根據(jù)具體的精礦品位調(diào)整磨礦細(xì)度或者在分離之前增加再磨作業(yè)。推薦的選別流程如圖7所示。

圖7 推薦工藝流程Fig.7 Recommended process procedure

5 結(jié) 論

(1)礦石中有價元素主要為Pb、Zn、Fe和S，含量分別為3.20%、3.04%、26.36%和30.84%，屬于高硫低品位硫化鉛鋅礦石;礦石中Ag含量為128.3 g/t，具有綜合利用價值;礦石中主要雜質(zhì)成分SiO2、Al2O3含量為18.36%和6.15%，有害元素As含量較高為0.56%，As含量較高可能對精礦品質(zhì)有影響。

(2)礦石由6類26種礦物組成，礦物組成復(fù)雜。目的元素鉛、鋅和硫的載體礦物主要為方鉛礦、鐵閃鋅礦和黃鐵礦，含量分別為2.93%、5.06%和55.15%，脈石礦物主要為石英、高嶺石、蒙脫石、白云母，含量分別為10.50%、7.80%、6.00%和3.50%。礦石中黃鐵礦含量超過50%，這將極不利于礦石分選。

(3)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜多樣。礦石具稠密浸染構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造;礦石中金屬礦物主要具包含結(jié)構(gòu)、自形—半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、乳濁結(jié)構(gòu)、內(nèi)部解理結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，巖石主要具不等粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)、顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)等。

(4)該礦石分選技術(shù)難度較大，主要原因有:①礦物組成復(fù)雜，主要目的礦物方鉛礦、鐵閃鋅礦、黃鐵礦與脈石礦物間共生關(guān)系緊密，且礦物間相互包裹現(xiàn)象明顯，不利于礦物的有效單體解離，易造成精礦雜質(zhì)含量高;② 主要目的礦物含量差異大，其中鉛鋅礦物含量較低，方鉛礦含量不足3%，鐵閃鋅礦含量僅約5%，而黃鐵礦含量約55%，不利于礦物分離;③ 易泥化脈石礦物含量高，典型的蒙脫石、高嶺石及絹云母等易泥化礦物含量約占15%，在分選過程中易泥化礦物會惡化礦漿環(huán)境，影響礦物的有效分離。

(5)推薦的選別流程為鉛硫等可浮選+鉛硫分離—鋅硫等可浮選+鋅硫分離，即方鉛礦和部分黃鐵礦優(yōu)先浮出，鉛硫分離得到鉛精礦和硫精礦1，鉛硫等可浮尾礦選鐵閃鋅礦和剩余黃鐵礦，再進(jìn)行鋅硫分離得到鋅精礦和硫精礦2，硫精礦1和硫精礦2合并為硫精礦，最終得到鉛精礦、鋅精礦、硫精礦和尾礦。