基于工藝礦物學(xué)的某鉛鋅尾礦中資源綜合回收可行性研究

趙瑜，謝賢，童雄

(昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，云南省金屬尾礦資源二次利用工程研究中心，云南 昆明 650093)

據(jù)統(tǒng)計，各類金屬礦山尾礦堆存量已達(dá)60～80億t，且每年以約3億t的速度增長[1-2]。隨著尾礦堆存量的日益增加，尾礦堆存的問題日益突出，如：占用土地、污染環(huán)境、存在安全隱患等[3-4]。針對這些問題，很多研究者從尾礦堆存技術(shù)方面考慮，開發(fā)新的尾礦干堆工藝取代傳統(tǒng)尾礦濕堆工藝，這在某種程度上的確可以解決部分尾礦堆存的問題，但卻無法兼顧部分尾礦日益凸顯的資源屬性。礦產(chǎn)的資源屬性與技術(shù)條件密切相關(guān)，隨著研究不斷的深入，一系列尾礦綜合利用技術(shù)被開發(fā)，使得以前“毫無價值”的尾礦現(xiàn)在也能在某些場景中發(fā)揮價值。對尾礦的綜合利用方法概括起來主要有：尾礦再選回收有價元素，充當(dāng)部分建材原料，充填采空區(qū)，作為肥料、土壤改良劑，制備微晶體等[5]。目前，由于技術(shù)條件、政策環(huán)境和發(fā)展意識等方面的問題，我國的尾礦綜合利用率只有10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外的60% ～ 80%的水平[6]。如何回收利用這一部分資源成為一個重要課題[7]。

再選前，充分研究尾礦相關(guān)性質(zhì)顯得尤為關(guān)鍵。本文以某選廠堆存的鉛鋅老尾礦為研究對象，通過系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究，弄清了該尾礦的元素組成、礦物組成以及主要可回收有價組分，并對主要礦物進(jìn)行了粒度分布、解離度以及嵌布特性分析，為該尾礦的資源綜合利用提供參考依據(jù)。

1 實 驗

1.1 實驗樣品

本文研究對象為云南省某鉛鋅礦山選廠堆存的老尾礦，為保證該尾礦取樣的代表性，取樣550 kg，根據(jù)選礦試驗及工藝礦物學(xué)研究用樣樣品制備方法，將全部樣品自然晾干，并采用堆錐法混勻、均縮分后備樣，并從樣品中均勻縮分出尾礦試樣20 kg，進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，其余樣品用于選礦實驗研究。試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

從表1中數(shù)據(jù)可知，尾礦中主要有價元素Pb、Zn、Ag的 品 位 分 別 為0.84%、3.67%和4.2 g/t，同時，尾礦中還含有一定量的鍺，鍺含量為3.05 g/t，其中的鉛和鋅具有一定的回收價值，可采取“重點收鋅、兼顧收鉛”的策略。

表1 尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果/%Table 1 Analysis results of multi-elemens of the tailings

1.2 研究方法與儀器

完成樣品制備后，首先對試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，然后在此基礎(chǔ)上以礦物定量解離分析系統(tǒng)（MLA）為主，結(jié)合X射線衍射測試（XRD）、X射線能譜分析（EDS）以及掃描電鏡觀察對該尾礦試樣的礦物組成，主要礦物嵌布共生情況、解離度特征等進(jìn)行詳盡的工藝礦物學(xué)研究。

2 MLA工藝礦物學(xué)分析

礦物解離度分析儀（MLA）是工藝礦物學(xué)參數(shù)自動定量分析測試系統(tǒng)[8]。MLA 可分析的內(nèi)容包括礦物豐度、樣品元素分布、粒子和顆粒尺寸分布、礦物組合、解離度和嵌布關(guān)系等，是目前國內(nèi)外最先進(jìn)和快速的工藝礦物學(xué)研究設(shè)備[9]。

在本研究中，采用MLA對該尾礦試樣的礦物組成，主要礦物的嵌布共生情況、解離度特征進(jìn)行了分析。在試驗中MLA共對礦樣中的168624個礦物顆粒進(jìn)行了分析和統(tǒng)計，分析條件為電壓25 kv，電流40.0 μA，束斑6.5。

2.1 尾礦礦物組成

通過MLA分析與XRD物相分析相結(jié)合，得出該尾礦的礦物組成見表2。

由表2可知，尾礦試樣共由19種礦物組成，以碳酸鹽礦物為主，其次為金屬硫化物、硫酸鹽、金屬氧化物、石英和硅酸鹽礦物等，其中白云石和方解石的含量分別達(dá)到58.36%和23.05%，為選別過程中主要的脈石礦物，含鉛礦物（3種）和含鋅礦物（7種）為主要目的礦物。

表2 尾礦的礦物組成Table 2 Mineral composition of tailings

2.2 目的元素賦存狀態(tài)

中鉛和鋅的賦存狀態(tài)及分布結(jié)果見表3、4。

表3 鉛的主要賦存狀態(tài)Table 3 Main occurrence state of lead

表4 鋅的主要賦存狀態(tài)Table 4 Main occurrence state of zinc

由表3、4可知，含鉛礦物主要有白鉛礦、方鉛礦及部分含鉛鋅褐鐵礦，其中，方鉛礦和白鉛礦較易回收。含鋅礦物主要有閃鋅礦、菱鋅礦和硅酸鋅，三種礦物中的鋅占總鋅的95%以上，其中閃鋅礦和菱鋅礦是回收的主要對象。該尾礦中主要待回收的鉛鋅礦物既有氧化物礦物又有硫化物礦物，且氧化礦比例較高，其中鉛礦物氧化礦占比高達(dá)83.67%，鋅礦物氧化礦占比高達(dá)94.32%。

該尾礦中鉛鋅礦物大部分都為氧化礦，可能的原因是：（1）原礦在選別過程中通過浮選回收了易浮的硫化礦，尾礦中殘留了少量硫化礦與大量氧化礦；（2）尾礦中殘留的少量硫化礦物長期浸泡于成分復(fù)雜的尾礦庫積水中發(fā)生氧化成為氧化礦，這進(jìn)一步降低了尾礦中硫化礦物的比例。根據(jù)該尾礦中鉛鋅礦物存在狀態(tài)及其比例，綜合考慮各種回收工藝及藥劑特點，對其鉛鋅回收工藝提出如下探索方向：優(yōu)先浮選硫化礦、再硫化胺法浮選氧化礦。該尾礦中鉛鋅礦物有效回收的關(guān)鍵在于氧化礦部分的選別效果，因此在選礦試驗中應(yīng)對該部分進(jìn)行著重探索。

2.3 目的礦物粒度分布及解離特性

（1）目的礦物粒度分布特征分析

通過MLA對各主要礦物的粒度分布特征進(jìn)行分析和統(tǒng)計，得出主要目的礦物粒度特征分布曲線見圖1，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到鉛鋅元素的粒度分布情況見表5。

圖1 主要目的礦物的正累積粒度曲線Fig.1 Positive accumulative particle size curve of main target minerals

表5 試樣的粒度組成及分布率Table 5 Particle size and distribution of samples

由圖1可看出，白鉛礦和方鉛礦粒度偏細(xì)，菱鋅礦和硅鋅礦的粒度分布比較均勻，而閃鋅礦的粒度較粗。由表5可以看出，尾礦粒度較粗，各粒級區(qū)間的分布率基本隨粒度的減小而減小，+75 μm粒級的累計分布率達(dá)到57.49 %，-38 μm粒級的累計分布率僅為25.76%。從鉛鋅元素分布來看，鉛礦物在細(xì)粒級中產(chǎn)生了一定的富集現(xiàn)象，鉛品位隨著粒度減小而增大；鉛主要分布在-28 μm的微細(xì)粒級中，-28 μm微細(xì)粒級中鉛的分布率達(dá)50.81%，結(jié)合鉛賦存狀態(tài)分析，鉛主要以白鉛礦的形式存在，微細(xì)粒級中鉛的回收難度較大，除選擇適宜的藥劑制度加強(qiáng)氧化鉛礦物的回收外，還應(yīng)加入分散劑強(qiáng)化分散消除礦泥對微細(xì)粒鉛礦物浮選的影響；鋅則主要分布在+75 μm的粗粒級中，+75 μm粒級中鋅的分布率達(dá)51.35%，結(jié)合圖2可知，粗粒級鋅礦物中閃鋅礦、菱鋅礦、硅鋅礦均占有一定比例，在因此，要提高鋅的回收效果，需對這部分粗粒級含鋅礦物進(jìn)行再磨才能使提高這部分鋅的回收率，但磨礦過程中應(yīng)注意盡可能減少對鉛礦物的過磨避免鉛礦物的進(jìn)一步過粉碎。

（2）目的礦物解離度特征分析

表6為幾種主要的目的礦物的解離度，由解離度數(shù)據(jù)結(jié)合目的礦物粒度分布情況可知，鉛礦物在分布粒級較細(xì)的情況下其及解離度仍然較低，說明鉛的嵌布粒度很細(xì)，這可能成為鉛品位提升的一個巨大障礙，且考慮到鉛的品位較低，故在選別過程中不能盲目對精礦鉛品位有太高的要求；幾種目的礦物的單體解離度均較低，因此必須通過磨礦過程提高單體解離度，否則無法進(jìn)行有效的分選。

表6 主要目的礦物解離度Table 6 Dissociation degree of main target minerals

2.4 目的礦物共生嵌布特性

（1）目的礦物的共生關(guān)系

共生關(guān)系分析結(jié)果表明，各主要礦物間的共生關(guān)系總體比較簡單，主要目的礦物自由表面積比例總體均較高，鉛鋅礦物僅與白云石、方解石少量共生。這一特性說明該尾礦中目的礦物與脈石分開的較為徹底，有利于目的礦物與脈石的分離。

（2）目的礦物的嵌布特性

表7 目的礦物的共生關(guān)系表/%Table 7 Intergrown relation of the target minerals

毒砂 0.00 0.22 0.00 0.00 0.00白云石 7.41 7.80 4.27 3.81 5.87方解石 3.24 6.14 1.73 1.76 2.05重晶石 0.10 0.24 0.02 0.12 0.49硬石膏 1.08 0.78 0.51 0.25 0.28石英 0.09 0.00 0.00 0.08 0.20白云母 0.44 0.44 0.21 0.10 0.22鋯石 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00自由表面積 81.58 77.85 81.86 85.40 79.18合計 100.00100.000100.0010 0.00100.00

白鉛礦、閃鋅礦、菱鋅礦、硅鋅礦的嵌布特征均較為簡單，多與白云石、方解石、含鋅角閃石和菱鋅礦等連生，存在少量包裹于其他礦物的情況。方鉛礦嵌布特征則呈現(xiàn)兩種明顯的特點：一種嵌布特征較為簡單，存在少量包裹關(guān)系，粒度較粗；一種則以微細(xì)粒（多為納米級）包裹形態(tài)，星點狀包裹于白鉛礦、閃鋅礦中。目的礦物嵌布情況總體較為簡單，與共生關(guān)系分析結(jié)果保持一致。這說明該尾礦可通過磨礦較容易地提高目的礦物單體解離度，建議磨礦過程中采用探索較短時間的磨礦。

3 結(jié) 論

（1）通過對該尾礦的多元素分析，發(fā)現(xiàn)其中的鉛和鋅品位較高，具有一定的回收價值。通過進(jìn)一步的礦物組成分析發(fā)現(xiàn)，該尾礦樣共含有19種礦物，碳酸鹽礦物占據(jù)絕大部分，其次為金屬硫化物、硫酸鹽、金屬氧化物、石英和硅酸鹽礦物等；含鉛礦物共3種，為白鉛礦、方鉛礦和含鉛鋅褐鐵礦，其中，方鉛礦和白鉛礦中鉛分布率較高，為主要回收對象；含鋅礦物共7種，包括菱鋅礦、閃鋅礦、硅鋅礦、鋅鐵尖晶石、鋅尖晶石、含鋅角閃石和含鉛鋅褐鐵礦，其中閃鋅礦、菱鋅礦和硅酸鋅三種礦物中的鋅占總鋅的95%以上，閃鋅礦和菱鋅礦為主要回收對象。

（2）XRD、MLA和掃描電鏡的分析結(jié)果表明，各主要礦物間的共生關(guān)系總體比較簡單，自由表面積比例總體均較高；尾礦整體粒度較粗，鉛礦物粒級分布較細(xì)，在細(xì)粒級部分產(chǎn)生了一定的富集現(xiàn)象，鋅礦物粒級分布較粗；各主要礦物的解離度水平整體較差，單體解離度均較低。

（3）該尾礦中主要待回收的鉛鋅礦物既有氧化礦又有硫化礦，建議采用先浮選硫化礦再浮選氧化礦的工藝流程。為加強(qiáng)細(xì)粒級鉛礦物的回收需加入分散劑強(qiáng)化分散減小礦泥對鉛浮選的影響，必要時需要進(jìn)行脫泥作業(yè)；鉛礦物嵌布粒度細(xì)，且尾礦鉛品位，其的回收存在很大的困難，是該尾礦選別很難突破的一個瓶頸，應(yīng)將鉛的回收放在次要地位，主要考察鋅的回收。