硫化鉛鋅礦選礦工程設計特征分析

陳 薇

（礦冶科技集團有限公司）

隨著鉛鋅資源的大量開發(fā)，礦山建設規(guī)模越來越大，選礦工藝和技術(shù)裝備水平不斷提高，先進可靠的選礦廠設計在礦山建設項目中的作用越來越重要。本文主要借鑒國內(nèi)鉛鋅選礦廠的生產(chǎn)實踐，從設計角度對選礦廠設計建設特征進行總結(jié)分析，為建設更加先進的綠色高效鉛鋅選礦廠提供有益借鑒。

1 我國鉛鋅礦產(chǎn)資源特點

我國鉛鋅資源較為豐富，類型繁多，資源前景良好。鉛、鋅資源儲量均位居世界第2 位，根據(jù)國土資源部2019 年《中國礦產(chǎn)資源報告》，至2018 年鉛鋅礦產(chǎn)查明資源（金屬）儲量分別為9 216.3 萬t 和18 755.6 萬t［1］。作為我國的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源之一，鉛鋅礦產(chǎn)地分布廣泛但又相對集中，遍及全國各?。▍^(qū)），主要集中于云南、內(nèi)蒙古、廣東、廣西、湖南、甘肅、四川、陜西等省區(qū)，占全國鉛鋅合計儲量的70%以上［2］。

我國鉛鋅礦床類型較全，并具特色，成礦作用復雜多樣，根據(jù)礦床的成因不同，我國鉛鋅礦床主要類型：①碳酸鹽巖型礦床規(guī)模不均，大、中、小型都有，品位較高，典型礦床有廣東凡口鉛鋅礦、云南會澤鉛鋅礦、南京棲霞山鉛鋅礦；②泥巖—細碎屑巖型礦床規(guī)模以大、中型為主，品位較富，典型礦床有甘肅廠壩-李家溝鉛鋅礦、內(nèi)蒙古東升廟鉛鋅礦；③砂、礫巖型礦床規(guī)模以大、中型為主，甚至超大型，品位較富，典型礦床有云南蘭坪金頂鉛鋅礦；④海相火山巖型礦床規(guī)模以大中型為主，品位中等偏富，典型礦床有青海錫鐵山鉛鋅礦、甘肅白銀小鐵山鉛鋅礦；⑤矽卡巖型鉛鋅礦往往品位較高，礦床規(guī)模也多為中、小型，典型礦床有湖南水口山鉛鋅礦、內(nèi)蒙古白音諾爾鉛鋅礦。

我國鉛鋅礦床普遍為綜合性礦床，常見的金屬礦物有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦，并共伴生多種有價組分和礦物類型，如廣東凡口超大型鉛鋅礦為鉛鋅銀硫汞組合，湖南水口山礦床為鉛鋅銀金組合，特別是伴生元素銀的儲量較為豐富，江西冷水坑鉛鋅礦床伴生的銀儲量達到大型規(guī)模［3］。

復雜多樣的成礦作用造就了鉛鋅礦床類型的多樣性，也決定了我國中、小型鉛鋅礦床眾多，大型、超大型礦床較少，大中型礦床占有儲量多的特點。據(jù)統(tǒng)計，我國超大型、大型礦床的數(shù)量僅占全國具有一定規(guī)模礦床總數(shù)的1.7%，但資源儲量卻占總資源儲量的74%，其中超大型鉛鋅礦床（云南蘭坪金頂、廣東凡口及甘肅西成地區(qū)）鉛鋅儲量占全國的33%［2］。

我國鉛鋅資源的另一個特點是貧礦多、富礦少，對全國116個中型以上鉛鋅礦床進行統(tǒng)計，我國鉛鋅礦床鉛+鋅平均品位小于7.5%的礦床占71.6%，鉛+鋅平均品位在7.5%～15%的礦床占24.1%，鉛+鋅平均品位大于15%的礦床僅占4.3%。

2 鉛鋅礦石類型及其綜合回收特點

從目前已查明的鉛鋅資源來看，硫化礦占絕大多數(shù)，儲量中約90%為原生硫化礦石，但是由于鉛鋅礦床類型多樣，且分布不均勻，導致鉛鋅資源稟賦差，礦石類型復雜，難處理共伴生組分多，分選難度較大。

礦石類型主要有鉛鋅礦石、銅鉛鋅礦石、鉛銻礦石、鉛鋅錫銻礦石、銅鋅礦石等，其中以硫化鉛鋅礦為主，以鋅為主的鉛鋅礦床較多，以鉛為主的鉛鋅礦床不多，單鉛礦床更少。礦石類型復雜導致共伴生組分較多。據(jù)統(tǒng)計，我國大多數(shù)鉛鋅礦床普遍共伴生Cu、Fe、S、Ag、Au、Sn、Sb、Mo、W、Hg 等近20 種元素，有些礦床開采的礦石，伴生元素達50 多種，這些共伴生有用組分的綜合利用，大大提升了我國鉛鋅礦床的開發(fā)價值［4］。

雖然礦床類型較多，但鉛、鋅礦物的賦存形式基本一致，主要以方鉛礦和閃鋅礦的形式存在，方鉛礦的天然可浮性良好，是最易浮的硫化礦物之一；而閃鋅礦的天然可浮性很大程度上取決于其本身所含的雜質(zhì)，尤其是鐵的含量，含鐵較高的鐵閃鋅礦難浮，而當?shù)V石中含鎘較高時，閃鋅礦卻容易浮選。因此，礦石性質(zhì)的特點決定了硫化鉛鋅礦的選礦工藝以浮選為主。浮選的效果、采用的工藝流程以及浮選工藝條件等與所處理礦石的礦物組成及其結(jié)構(gòu)特點密切相關(guān)。當?shù)V石中只含有鉛鋅礦物時，浮選工藝條件及流程相對比較簡單。如果除了鉛鋅礦物外，還含有銅礦物、黃鐵礦、貴金屬以及其他伴生礦物且要兼顧綜合回收時，他們的分離富集就會變得比較復雜，處理該類型礦石時往往需要采用較為復雜的浮選工藝。如甘肅小鐵山復雜難選多金屬礦通過浮選技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)出了銅精礦、鉛鋅精礦及硫精礦，不僅回收了主要元素銅、鉛、鋅，還同步綜合回收了有價元素金、銀、硫。

3 選礦廠設計特征分析

硫化鉛鋅礦的選礦廠設計要以礦石工藝礦物學及選礦試驗為依據(jù)，深入了解鉛鋅礦物及其共伴生組分的賦存狀態(tài)、嵌布特點及選別特性等，同時充分借鑒國內(nèi)外同類型礦石鉛鋅選礦廠的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，因地制宜地選擇符合礦石物性、合理可行的工藝流程，以回收鉛、鋅為主，最大限度地回收共伴生有價組分，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。本文從設計角度總結(jié)分析國內(nèi)硫化鉛鋅礦選礦廠的設計特點及特征，如設計規(guī)模特征、碎磨工藝特征、選別工藝及產(chǎn)品方案特征、裝備特征等，結(jié)合選礦廠生產(chǎn)實踐，總結(jié)經(jīng)驗，為類似硫化鉛鋅多金屬礦選礦廠的設計及生產(chǎn)提供有益參考。

3.1 設計規(guī)模特征

選礦廠的設計規(guī)模一般根據(jù)礦床的賦存條件、礦床可采儲量、礦山的開采能力、選礦產(chǎn)品市場需求等技術(shù)經(jīng)濟條件來確定。從當前國內(nèi)鉛鋅礦山建設規(guī)模來看，基本上與我國中、小型鉛鋅礦床眾多，大型、超大型礦床較少，大、中型礦床占有儲量多的鉛鋅儲量分布特征一致。因此，鉛鋅選礦廠的設計規(guī)模中、小型居多，建設規(guī)模普遍在2 000 t/d以下，大于3 000 t/d的大型選礦廠較少。

云南會澤鉛鋅礦是我國大型特富鉛鋅礦床之一，目前探明儲量鉛金屬48.67 萬t、鋅金屬101.42萬t，伴生稀貴金屬銀、鍺、鎘，平均地質(zhì)鉛品位8.35%、鋅品位17.41%，選礦廠設計規(guī)模2 000 t/d［5］。云南蘭坪鉛鋅礦是我國超大型鉛鋅礦床之一，探明鉛、鋅金屬儲量1 583.24 萬t，也是我國最大的硫化鉛鋅礦床；該礦經(jīng)過多年的開采，礦山資源仍比較豐富，目前尚保有鉛鋅工業(yè)礦石量7 787.46 萬t，鉛金屬量90.67 萬t、平均品位1.16%，鋅金屬量5 783.6 t、平均品位7.43%；該礦山在不同時期建設了5個選礦廠，現(xiàn)有總生產(chǎn)規(guī)模達6 700 t/d，最大的選礦廠設計規(guī)模為3 000 t/d，選礦廠小而多、布置分散、生產(chǎn)成本高等問題嚴重制約了礦山的規(guī)?；a(chǎn)。因此，針對硫化鉛鋅礦山，從設計角度而言，選礦廠的設計規(guī)模在開展多因素技術(shù)經(jīng)濟評價的基礎上應盡可能大型化，以實現(xiàn)礦山規(guī)模化生產(chǎn)和低成本運營。國內(nèi)典型硫化鉛鋅選礦廠生產(chǎn)規(guī)模見表1。

3.2 碎磨工藝特征

碎磨作業(yè)是選礦廠的關(guān)鍵作業(yè)，選擇合適的碎磨工藝流程是選礦廠設計中最重要的工作之一，通常要根據(jù)選礦廠入選礦石性質(zhì)、設計規(guī)模、磨礦產(chǎn)品粒度要求及類似選礦廠生產(chǎn)實踐等進行相應的技術(shù)經(jīng)濟比較工作。近年，新建的鉛鋅選礦廠較少，在產(chǎn)的選礦廠基本上是在原有基礎上改擴建的，而且建設時期較早。因此，當前選礦廠普遍采用常規(guī)兩（三）段破碎+球磨的碎磨工藝流程，如白音諾爾鉛鋅礦、會澤鉛鋅礦等。隨著半自磨工藝在有色金屬礦山獲得廣泛推廣應用及國內(nèi)半自磨機加工制造能力地飛速提升，少數(shù)新建或改擴建大、中型鉛鋅選礦廠逐步采用半自磨工藝代替常規(guī)碎磨工藝，如蘭坪鉛鋅礦于2014 年建成投產(chǎn)的3 000 t/d 選廠采用了半自磨工藝，凡口鉛鋅礦于2019 年實施的選礦廠技術(shù)升級改造工程采用了半自磨工藝。

從設計角度而言，新建或改擴建鉛鋅選礦廠應根據(jù)項目實際情況，進行技術(shù)經(jīng)濟比較工作，確定適宜的碎磨工藝流程；采用流程短、占地面積小、自動化水平高以及高效節(jié)能的半自磨工藝流程是目前的發(fā)展趨勢。國內(nèi)典型硫化鉛鋅選礦廠的碎磨工藝見表2。

3.3 選別工藝及產(chǎn)品方案特征

我國鉛鋅礦產(chǎn)資源的特點決定了浮選法是目前硫化鉛鋅礦石的主要選礦方法，共伴生有價組分的綜合回收導致了選礦工藝流程的復雜性。流程設計時要針對具體的礦石性質(zhì)，摸清礦石嵌布粒度特性，并依據(jù)選礦試驗及類似選礦廠的生產(chǎn)經(jīng)驗，選擇適合礦石特性的科學合理的工藝流程和產(chǎn)品方案。

根據(jù)礦物可浮性差異，并結(jié)合當前國內(nèi)鉛鋅選礦廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，硫化鉛鋅礦浮選工藝流程可分為優(yōu)先浮選流程、混合浮選流程及聯(lián)合流程3大類。在此基礎上，針對具體的礦石性質(zhì)，衍生出等可浮浮選流程、異步浮選流程、分支串流浮選流程等［5］。如蘭坪鉛鋅礦、白音諾爾鉛鋅礦以及廠壩鉛鋅礦均采用了鉛鋅優(yōu)先浮選工藝流程，依次產(chǎn)出鉛精礦、鋅精礦；會澤鉛鋅礦采用等可浮—異步浮鉛—鋅硫異步混選—鉛鋅硫分離的工藝流程，依次產(chǎn)出鉛精礦、鋅精礦和硫精礦，選別中伴生的有價組分也同步富集到了相應的精礦產(chǎn)品中。

硫化鉛鋅礦選別工藝的另外一個典型特征是階段磨礦、階段選別。某些鉛鋅硫化礦中的目的礦物致密共生，互相鑲嵌，嵌布粒度細且不均勻，直接浮選難以分離，根據(jù)礦物的具體性質(zhì)，原礦經(jīng)粗磨后可浮選產(chǎn)出粗精礦，對粗精礦再磨提高單體解離度后再進行分離浮選，可降低精礦互含及提高金屬回收率。如會澤與毛坪鉛鋅礦對鉛硫混合粗精礦采用了再磨工藝，凡口鉛鋅礦對鋅粗精礦采用了再磨工藝。國內(nèi)典型硫化鉛鋅選礦廠選別工藝及產(chǎn)品見表3。

3.4 選礦廠裝備特征

從當前國內(nèi)硫化鉛鋅選礦廠的實際生產(chǎn)情況來看，由于大部分選礦廠規(guī)模屬中、小型，且建設時間較早，因此采用的碎磨工藝及選別工藝流程特點決定了選礦廠的裝備水平。以圓錐破碎機為核心的兩（三）段破碎、格子型球磨機與螺旋分級機組成閉路磨礦以及小型自吸式浮選機等在選礦廠中比較常見，且自動化控制水平偏低。

近年來，隨著選礦設備向著更大、更優(yōu)和高效節(jié)能的方向不斷發(fā)展，鉛鋅選礦廠的建設規(guī)模逐步大型化，對選礦廠的裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量及綜合經(jīng)濟效益提出了更高的要求，新建或改擴建選礦廠逐步采用以半自磨機為核心的半自磨工藝、大型充氣式浮選機等。如南京棲霞山鉛鋅礦在2007年改擴建項目中使用充氣機械攪拌式XCF/KYF 系列浮選機替代了SF系列小型浮選機［6］。

通過多年的生產(chǎn)實踐，高效節(jié)能的立式攪拌磨機逐步取代了選礦廠中用于再磨設備的普通球磨機，由于其占地面積小、節(jié)能環(huán)保、操作管理方便等優(yōu)勢，該設備已在銅、鉬等有色金屬選礦廠獲得廣泛應用。鉛鋅選礦廠也不甘落后，如凡口鉛鋅礦在2019 年選礦廠技改工程中，鉛、鋅粗精礦再磨選用了進口美卓立磨機。

隨著浮選柱在銅、鉬等行業(yè)的廣泛應用，它在國內(nèi)鉛鋅選礦廠精選段的使用成為鉛鋅選礦設備的一大亮點。經(jīng)實踐證明，一段浮選柱作業(yè)可代替2～3段浮選機作業(yè)，尤其對再磨后細粒級鉛、鋅礦物的選別比浮選機更具有優(yōu)勢，該設備具有占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高以及操作維護方便等優(yōu)點。如南京棲霞山鉛鋅礦于2016年采用柱機聯(lián)合鉛選別工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浮選機選別工藝，解決了生產(chǎn)指標不穩(wěn)定、礦漿滿溢等問題，使得生產(chǎn)環(huán)境得到了很大改善，顯著降低了選礦能耗［7］。都龍礦區(qū)新田銅鋅錫選礦廠在鋅精選段采用三段浮選柱對細粒級鐵閃鋅礦實現(xiàn)了有效回收，解決了常規(guī)浮選機機械夾帶嚴重而導致鋅精礦品質(zhì)差、金屬互含高的難題。

4 結(jié)語

（1）我國鉛鋅礦床普遍為綜合性礦床，礦石類型復雜，難處理共伴生組分多，分選難度較大，當前各選礦廠所采用的工藝流程不盡相同，具有復雜多樣性的特點。

（2）設計中應結(jié)合項目實際情況，根據(jù)鉛鋅礦石物性特點以及選礦試驗研究，制定與鉛鋅礦物可選性相匹配的選礦工藝流程，注重資源綜合利用，在充分回收鉛、鋅主金屬礦物的前提下，應兼顧共伴生有價組分的高效回收。

（3）設計中應根據(jù)鉛鋅選礦廠普遍存在的階段磨礦、階段選別工藝特征，研究采用新工藝、新技術(shù)。碎磨流程向半自磨工藝流程發(fā)展，立式攪拌磨機作為再磨設備的優(yōu)勢越來越明顯，逐步成為粗精礦再磨的主流設備。

（4）選礦廠的建設規(guī)模應盡可能大型化，在廣泛吸收國內(nèi)外礦山成功經(jīng)驗的基礎上，應采用大型、高效、節(jié)能、自動化程度高的選礦設備。