湖北某金銅選廠尾礦工藝礦物學(xué)研究

王 芳， 朱 丹， 魯 力， 魏均啟， 潘詩(shī)洋

(1.湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心,湖北 武漢 430034； 2.自然資源部 稀土稀有稀散礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430034)

隨著礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)品位不斷降低,金屬礦山產(chǎn)生大量的尾礦,不但危害周圍生態(tài)環(huán)境,而且對(duì)資源造成極大浪費(fèi)[1-3]。尾礦的綜合利用已納入中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系[4-5]。選擇部分尾礦資源進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)利用,充分利用礦產(chǎn)資源,對(duì)促進(jìn)資源枯竭型城市循環(huán)經(jīng)濟(jì)、延長(zhǎng)危機(jī)礦山服務(wù)年限及保護(hù)生態(tài)環(huán)境都具有十分重要的意義[6]。在綜合開(kāi)發(fā)利用尾礦之前,需要弄清尾礦的物質(zhì)組成、化學(xué)成分、粒度及分布狀態(tài)等問(wèn)題[5,7],才能更好的開(kāi)發(fā)利用尾礦。本文以湖北某金銅選廠尾礦為研究對(duì)象,研究其工藝礦物學(xué)特征,對(duì)以后此尾礦的綜合開(kāi)發(fā)利用具有重要指導(dǎo)意義。

1 尾礦的化學(xué)成分

對(duì)選廠尾礦進(jìn)行多元素化學(xué)分析,在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心化學(xué)分析室完成,采用的分析儀器為X射線熒光光譜儀、等離子體發(fā)散光譜儀及電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS),分析精度高。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 The chemical analysis results of multi-elements of tailings

由表1可以看出,尾礦中主要化學(xué)成分為SiO2和CaO,少量Al2O3、MgO 、TFe等；元素Au、Cu、S含量較低,Au僅為0.22μg/g,Cu為0.078%,S為0.75%。而Fe相對(duì)較高,TFe達(dá)到12%左右,Pb、Co、Ni、Cr、Mo、Cd、As、Hg等有害元素含量較低。

2 尾礦物質(zhì)組成

2.1 礦物組成及含量

對(duì)尾礦進(jìn)行篩分,每個(gè)粒級(jí)分別磨制砂光片和砂薄片進(jìn)行巖礦鑒定,偏光顯微鏡采用Lecia DM2500P,通過(guò)砂光片和砂薄片偏光顯微鏡鑒定結(jié)合X射線衍射分析(圖1),表明尾礦中礦物組成礦物種類較多,金屬礦物以黃銅礦、黃鐵礦及磁鐵礦為主,含微量斑銅礦、銅藍(lán)及赤鐵礦等。脈石礦物以方解石為主,其次有石英、長(zhǎng)石、綠簾石、白云母等(圖2-a)。主要礦物及含量見(jiàn)表2。

圖1 尾礦的XRD圖譜
Fig.1 X-ray powder diffraction patterns of tailings

1.尾礦；2.方解石；3.石英；4.赤鐵礦、褐鐵礦；5.鈉長(zhǎng)石；6.白云母；7.高嶺石；8.微斜長(zhǎng)石；9.綠簾石。

表2 尾礦中礦物組成及含量Table 2 The analysis results of the mineral content for tailings

2.2 尾礦中主要礦物特征

(1) 銅礦物。銅礦物種類較多,有黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦及銅藍(lán)等,但含量較少。黃銅礦呈半自形—他形粒狀,少數(shù)呈單體,大部分與脈石(圖2-b)連生,少數(shù)與其他銅礦物鑲嵌連生(圖2-c)或呈包裹關(guān)系(圖2-d)。斑銅礦呈他形粒狀,少數(shù)呈單體,多與黃銅礦或脈石連生。輝銅礦、銅藍(lán)含量甚少,主要被黃銅礦包裹。

(2) 黃鐵礦。含量約為1%左右,淺黃色反射色,呈半自形—他形粒狀,很少呈單體,多與脈石礦物鑲嵌接觸連生(圖2-e)。

(3) 磁鐵礦。含量達(dá)8%左右,呈半自形—他形粒狀,有的已氧化為褐鐵礦或赤鐵礦,多數(shù)呈單體,少數(shù)與脈石簡(jiǎn)單接觸連生或在脈石中呈浸染分布(圖2-f)。

(4) 方解石。為最主要脈石礦物,含量約為60%左右,呈半自形—他形粒狀,主要呈單體,有的與金屬礦物連生,呈簡(jiǎn)單接觸或之中有金屬礦物浸染狀分布。

(5) 石英。主要脈石礦物之一,含量約為15%,呈他形粒狀,或粒狀集合體,大部分為單體,少數(shù)與金屬礦物鑲嵌連生或包裹細(xì)小金屬礦物顆粒。

3 鐵、銅、硫、金及銀在尾礦各粒級(jí)中的分布

對(duì)尾礦樣品進(jìn)行粒度分級(jí)后,對(duì)各個(gè)粒級(jí)中的Fe、Cu、S、Au、Ag進(jìn)行化學(xué)分析,并計(jì)算出上述元素的分布率,結(jié)果列于表3。

圖2 尾礦的顯微照片
Fig.2 The photomicrographs of tailings

a.尾礦中主要脈石礦物；b.黃銅礦與脈石礦物連生；c.黃銅礦與斑銅礦連生；d.黃銅礦中包含銅藍(lán)；e.黃鐵礦與脈石礦物連生；f.磁鐵礦與脈石礦物連生。

由表3知,尾礦中TFe含量隨著粒度減小而增加,TFe含量與粒度呈負(fù)相關(guān)；尾礦中Cu、 Au含量也與粒度有關(guān),除>0.25 mm區(qū)間外,Au、Cu含量隨著粒度減小而減少,呈正相關(guān)。S和Ag量與粒度沒(méi)有相關(guān)性；尾礦中TFe、Cu、Au、Ag等有用元素主要分布于<0.045 mm區(qū)間中；而>0.25 mm區(qū)間的樣品中金屬元素含量較少。

表3 TFe 、Cu、S、Au、Ag在尾礦各粒級(jí)中的品位及分布率Table 3 The distribution of TFe 、Cu、S、Au、Ag in different granularrank of the tailings

4 不同粒級(jí)金屬礦物單體解離度分析

對(duì)不同粒級(jí)的尾礦樣品磨制砂光片在偏光顯微鏡下進(jìn)行金屬礦物單體解離度統(tǒng)計(jì)分析,金屬礦物單體解離度分析結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4知,尾礦中金屬礦物單體解離度,在>0.25 mm中單體解離度較差,未發(fā)現(xiàn)黃銅礦、黃鐵礦及磁鐵礦單體。在0.25～0.045 mm中黃銅礦、黃鐵礦及磁鐵礦的單體解離度總體上隨粒徑減少而增大,但因黃銅礦、黃鐵礦含量較低,單體解離度變化不大。不同粒級(jí)脈石礦物的單體解離度變化不大,均在95%以上。由于<0.045 mm,粒度較細(xì),鏡下無(wú)法統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)論

(1) 選廠尾礦中SiO2和CaO的含量較高,金屬元素Fe的含量相對(duì)較高,Pb、Co、Ni、Cr、Mo、Cd、As、Hg等有害元素含量低。

表4 不同粒級(jí)主要金屬礦物單體解離度Table 4 The liberation degree of main mineral in the different granular of tailings

(2) 尾礦中脈石礦物以方解石為主,其次有石英、長(zhǎng)石等,金屬礦物以磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦為主,其次有少量的斑銅礦、赤鐵礦等。

(3) 尾礦粒度分布較細(xì),<0.045 mm占50%左右,且金屬元素含量與粒度具有相關(guān)性,且金屬元素主要分布于粒度<0.045 mm區(qū)間內(nèi)。

(4) 從不同粒級(jí)單體解離度看,黃銅礦、黃鐵礦單體解離度變化不大,而磁鐵礦單體解離度隨著粒徑減少而增大,但脈石礦物的解離度變化不大。

綜合以上研究,尾礦中金屬礦物含量低,粒度細(xì),單體解離度低,回收難度較大,但脈石礦物中方解石含量多,且有害元素含量低,可以考慮用于酸性、微酸性土壤改良。