云南某含銅鐵尾礦工藝礦物學(xué)

路沛瑤 陸顯志 陳英杰 丁 湛 余 攀 柏少軍, 2

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，昆明 650093;2.復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650093)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)也隨之迅速發(fā)展，鐵礦石資源的處理量日漸增加，并產(chǎn)出大量的尾礦[1-3]。根據(jù)近幾年的不完全統(tǒng)計(jì)，我國鐵礦石尾礦儲(chǔ)量竟高達(dá)十幾億t，占世界總量的1/3，鐵尾礦的年排放量逐年增加[4-6]。由于早期選礦水平有限，鐵礦尾礦中所含有價(jià)元素難以回收利用。近年來，隨著選礦技術(shù)的發(fā)展，為了推進(jìn)礦業(yè)的綠色發(fā)展，對鐵尾礦資源的二次利用顯得尤為重要。

云南某鐵尾礦資源儲(chǔ)量高達(dá)近500萬t，主要有價(jià)回收元素為鐵和銅。鐵和銅資源在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和一個(gè)國家的生活中起著至關(guān)重要的作用[7-8]?；诖耍疚膶υ颇夏澈~鐵尾礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，查明了尾礦的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、有價(jià)金屬鐵、銅的賦存狀態(tài)，研究結(jié)果可為后續(xù)此類尾礦的開發(fā)利用提供一定的技術(shù)支撐。

1 原礦性質(zhì)

礦石樣品來自云南某礦山含銅鐵尾礦，化學(xué)成分見表1，尾礦中銅物相和鐵物相的分析結(jié)果分別見表2～3，礦石中主要礦物粒度分析見表4。

表1 尾礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果

表2 礦石銅物相分析結(jié)果

表3 礦石鐵物相分析結(jié)果

表4 含銅鐵尾礦的篩分分析結(jié)果

由表1可知，尾礦中主要的有價(jià)金屬為銅和鐵，其中銅含量為0.15%，接近銅礦石開采的邊界品位，鐵含量15.54%，高于目前國內(nèi)鐵尾礦的品位，脈石礦物主要成分為SiO2和Al2O3。

由表2可知，尾礦中的銅礦物主要為硫化銅，占銅總量的66.67%，結(jié)合氧化銅含量小于0.01%，氧化率約33%，因此可以通過浮選實(shí)現(xiàn)尾礦中銅的回收。

由表3可知，鐵礦物主要是硅酸鐵、菱鐵礦和黃鐵礦等，磁性鐵占6.71%。在現(xiàn)有選礦技術(shù)條件下，硅酸鐵難以利用，菱鐵礦等弱磁性鐵可以采用強(qiáng)磁選回收，磁鐵礦可采用弱磁選來分選。

由表4可知，原礦中-74 μm粒級(jí)含量約為63.61%，-25 μm粒級(jí)分布率為32.43%，表明尾礦粒度細(xì)但分布不均勻。銅和鐵在-25 μm粒級(jí)的分布率約為33%，此粒級(jí)尾礦含泥量較高，對銅鐵的回收不利。+74 μm粒級(jí)的銅品位較高，為0.16%，此粒級(jí)中銅的分布率也很高。-74+38 μm粒級(jí)的鐵品位相對較高。

此外，原礦在顯微鏡下觀察到約80%的目的礦物達(dá)到了單體解離，部分目的礦物呈連生體或包裹體存在。

綜上所述，實(shí)現(xiàn)硫化銅礦和磁鐵礦的有效回收是該資源的開發(fā)利用的關(guān)鍵。在回收有用金屬銅鐵時(shí)，通過細(xì)磨礦后，可對粒級(jí)+38 μm粒級(jí)以上尾礦進(jìn)行選別。

2 礦石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

含銅鐵尾礦礦石結(jié)構(gòu)分析如圖1所示。從圖1可以看出，尾礦礦石結(jié)構(gòu)主要有半自型晶結(jié)構(gòu)(a)、鑲邊結(jié)構(gòu)(b)和斑狀結(jié)構(gòu)(c)組成。半自型晶結(jié)構(gòu)的其中一種礦物含量超過50%，晶粒具有部分的完整鏡面，黃鐵礦、褐鐵礦與脈石礦物連生體可清晰看出，黃鐵礦含量基本在55%左右。鑲邊結(jié)構(gòu)中，褐色的脈石礦物沿中粒黃銅礦邊緣交代呈現(xiàn)出鑲邊狀。斑狀結(jié)構(gòu)中，磁鐵礦與脈石礦物呈連生體存在，并且可以清楚的看到磁鐵礦呈斑狀結(jié)構(gòu)。

圖1 含銅鐵尾礦的礦石結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of copper-containing iron tailings

2.2 礦石構(gòu)造

含銅鐵尾礦的金屬礦物是黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、褐鐵礦，其中95%以上已達(dá)到單體，連生體少見，在5～50 μm的粒徑約占90%，100～200 μm的約占10%。塊石構(gòu)造如圖2所示，主要為塊狀構(gòu)造(a)和浸染狀構(gòu)造(b)。其中，塊狀構(gòu)造中的礦石致密，無空隙，礦物分布無方向。礦石中的金屬礦物的含量達(dá)到75%以上，此構(gòu)造類型的礦石內(nèi)生、外生和變質(zhì)成因的各類礦石中。浸染狀構(gòu)造中脈石礦物的基質(zhì)中分布著星散狀或不規(guī)則狀的礦石礦物集合體，礦石礦物的分布沒有方向性，該構(gòu)造類型的礦石中因有用礦物嵌布粒度細(xì)而不易分選，需要較高的磨礦細(xì)度才能與脈石礦物分離。褐鐵礦常呈致密塊狀或膠態(tài)，由膠體礦物組成，外表具有渾圓彎曲光滑的表面者成為膠狀構(gòu)造，經(jīng)重結(jié)晶而轉(zhuǎn)變成變膠體后，外表曲面參

差不平，稱變膠狀構(gòu)造，常有凝縮裂紋和纖長晶體呈放射狀橫穿幾個(gè)環(huán)帶。

3 主要礦物的嵌布特征

3.1 黃銅礦

黃銅礦的化學(xué)組成：CuFeS2，其表面常有藍(lán)色，紫褐色的斑狀錆色，綠色和黑色條痕，呈現(xiàn)金屬光澤。解離度不完全、性脆，硬度為3～4 HM，密度為4.1～4.3 g/cm3。顯微鏡下觀察到的黃銅礦為黃色，黃銅礦的反射率略小于黃鐵礦(45%左右)，弱非均質(zhì)性。粒徑一般為5～60 μm，少數(shù)的在100～200 μm。黃銅礦的含量占該尾礦的0.3%左右，其中單體占95%以上，偶見與脈石礦物構(gòu)成連生體，如圖3～4所示。

圖2 含銅鐵尾礦的礦石結(jié)構(gòu)Fig.2 Construction of copper-containing iron tailings

圖3 呈單體存在的黃銅礦Fig.3 Chalcopyrite in the presence of a monomer

圖4 黃銅礦及黃鐵礦呈單體出現(xiàn)Fig.4 Chalcopyrite and pyrite in the presence of monomers

3.2 磁鐵礦

磁鐵礦的化學(xué)組成為Fe3O4，顏色為鐵黑色，條痕呈黑色，屬于半金屬光澤，并且不透明。沒有解理，有時(shí)具(111)裂理，性脆，硬度為5.5～6HM，相對密度為4.9～5.20 g/cm3，具有很強(qiáng)的磁性。通過觀察，該礦物中的磁鐵礦為灰色微棕褐色，高硬度，反射率較低(20%左右)，均質(zhì)性，具磁性，粒徑變化于10～50 μm，含量為0.1%左右，所見均為單體,偶見它們與脈石礦物成連生體，見圖5～6。

圖5 磁鐵礦與黃銅礦呈單體產(chǎn)出Fig.5 Magnetite and chalcopyrite in the form of monomers

圖6 磁鐵礦與脈石礦物連生體Fig.6 Magnetite and chalcopyrite associated with gangue minerals

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦的化學(xué)組成為FeS2，呈淺黃銅色，其表面具有黃褐色錆色，條痕綠黑色或者褐黑色，帶有強(qiáng)金屬光澤，不透明。黃鐵礦的斷口為參差狀，性質(zhì)為脆性，硬度為6～6.5 HM，密度為4.9～5.2 g/cm3。通過顯微鏡觀察，該含銅鐵尾礦中的黃鐵礦為淡黃色，屬于高硬度，并且高反射(50%左右)，均質(zhì)性。其粒徑一般為5～100 μm，黃鐵礦的含量占0.5%左右，其中95%以上為單體，偶見與脈石礦物構(gòu)成連生體，如圖7～8所示。

圖7 呈單體存在的黃鐵礦Fig.7 Pyrite in the presence of a monomer

3.4 磁黃鐵礦

磁黃鐵礦的化學(xué)組成通常由Fe1-xS表示，通常x=0～0.223,屬于硫化礦，它一般為深青銅黃色，帶有褐色和錆色，有時(shí)呈黃棕色，有明亮的灰黑色條痕，金屬光澤，不透明。它是脆性的，硬度為3.5～4.5 HM，相對密度為4.6～4.7 g/cm3，具弱磁性到強(qiáng)磁性。觀察后看出該礦物為乳黃色微帶棕色，中等硬度，反射較黃銅礦低(40%左右)，非均質(zhì)性，具磁性。粒徑一般為20～50 μm，個(gè)別達(dá)500 μm，含量較少，所見者均為單體，如圖9所示。

圖8 黃鐵礦及黃銅礦單體與脈石礦物呈連生體存在Fig.8 Pyrite and chalcopyrite monomers associated with gangue minerals

圖9 磁黃鐵礦與黃鐵礦呈單體Fig.9 Pyrrhotite and pyrite in the form of monomers

4 影響尾礦中銅、鐵回收的工藝礦物學(xué)因素

在選礦的過程中，影響選礦工藝指標(biāo)的因素很多，但其中主要的因素是礦石性質(zhì)，礦石的性質(zhì)不同，采取的選礦方案也不同。根據(jù)工藝礦物學(xué)結(jié)果來看，該尾礦石中的鐵主要賦存在黃鐵礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦中、少量賦存于褐鐵礦中，其中褐鐵礦中的鐵回收意義不大。由上述工藝礦物學(xué)分析可以看出，尾礦中的鐵主要以半自型晶結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)形式存在，與脈石礦物呈連生體存在，對于尾礦中的黃鐵礦，浮選過程中通過銅硫分離可提高該鐵尾礦中精礦的品質(zhì)，而此礦石中的磁黃鐵礦，弱磁分選過程磁黃鐵礦不可避免的進(jìn)入鐵精礦中將導(dǎo)致鐵精礦中硫含量增加，影響鐵精礦品質(zhì)。鐵尾礦中黃銅礦粒度不均勻，在該鐵尾礦中賦存的黃銅礦呈鑲邊結(jié)構(gòu)，加之部分黃銅礦與脈石礦物連生，因此，通過磨礦可為黃銅礦浮選的有效富集和回收創(chuàng)造必要條件。黃銅礦的含量在該鐵尾礦中占0.3%左右，銅的含量較低，采用銅硫混選-銅硫分離的分選工藝，可較好地回收該尾礦中硫化銅礦物。此外，尾礦中含有30%的游離氧化銅礦，如何強(qiáng)化這部分銅礦物的分選對高效開發(fā)該鐵尾礦資源也十分重要。

通過上述工藝礦物學(xué)分析的結(jié)果可知，該尾礦石中主要礦物-25 μm的分布率較高，在33%以上，嵌布粒度不僅細(xì)而且分布不均勻。因此，對于這類的尾礦在磨礦作業(yè)時(shí)，選擇磨礦工藝時(shí)要合理化，既要達(dá)到最大限度的單體解離，又要避免過粉碎、泥化現(xiàn)象的出現(xiàn)。根據(jù)該尾礦的性質(zhì)，和礦石的嵌布粒度，可采用銅硫混選-銅硫分離的分選工藝，經(jīng)過一次粗選、一次掃選、兩次精選的原則流程得到較高的選礦指標(biāo)。

5 結(jié)論

1)云南某含銅鐵尾礦的銅品位為0.15%，鐵的品位為15.54%，主要的金屬銅礦物為黃銅礦，它占銅總量的66.67%，鐵礦物主要是碳酸鹽，如硅酸鐵和菱鐵礦，磁性鐵占6.71%，如何實(shí)現(xiàn)黃銅礦和磁鐵礦的有效回收對該資源的開發(fā)利用具有重要的實(shí)踐意義。

2)礦石的結(jié)構(gòu)以半自型晶結(jié)構(gòu)為主，礦物嵌布粒度比較均勻，粒徑5～50 μm；目的礦物的單體解離度約為80%。銅鐵尾礦的粒度分析結(jié)果表明；原礦中-74 μm粒級(jí)含量約為63.61%，尾礦的粒度較細(xì)，但不均勻，在回收有用金屬銅、鐵時(shí)，通過細(xì)磨礦后，可對粒級(jí)+38 μm粒級(jí)以上進(jìn)行選別。

3)基于尾礦的工藝礦物學(xué)研究，擬采用銅硫混合浮選—銅硫分離的分選工藝，可較好地回收該尾礦中硫化銅礦物。通過弱磁選可以實(shí)現(xiàn)尾礦中磁鐵礦的回收。此外，尾礦中含有30%的游離氧化銅礦，如何強(qiáng)化這部分銅礦物的分選對高效開發(fā)該尾礦資源也十分重要。