某高鐵型銅硫礦工藝礦物學特征及選礦試驗研究

張晶，唐鑫，劉遍洲，陳桃，簡勝

1.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031；2.云南省選冶新技術重點實驗室，云南 昆明 650031；3.云南迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責任公司，云南 迪慶 674507；4.昆明理工大學 國土資源工程學院﹐云南 昆明650093

銅作為人類最早使用的金屬之一，具有較多良好的物理化學性能，在建筑材料、電子電氣及國防等領域得到廣泛應用[1-3]。硫化銅是提取銅金屬的主要來源，常與硫化鐵高度共生而導致銅硫難以分離，且常伴生金、銀等稀貴金屬元素，具有極高的綜合利用價值[4-6]。

國外某銅礦選廠處理的銅礦蝕變類型達到十幾種，礦石性質(zhì)復雜，不同類型礦石混入對生產(chǎn)指標影響較大。為穩(wěn)定現(xiàn)場生產(chǎn)指標，對其中影響指標較大的高鐵型礦樣采用光學顯微鏡、物相分析和化學多元素分析等分析測試手段[7-8]，詳細地研究了其工藝礦物學特征，并進行了小型浮選閉路流程試驗，為有效解決硫化銅與硫化鐵分離困難且回收率偏低的問題，開發(fā)利用該銅礦提供了基礎技術依據(jù)。

1 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1.1 礦石的構(gòu)造

礦石主要呈灰綠色、青灰色，其主要構(gòu)造為脈狀構(gòu)造及星散浸染狀構(gòu)造，其次還有條帶狀構(gòu)造和斑雜狀構(gòu)造。

1.2 礦石的結(jié)構(gòu)

礦石中金屬礦物主要為半自形粒狀結(jié)構(gòu)，部分為包含結(jié)構(gòu)、反應邊結(jié)構(gòu)。礦石中黃銅礦、黃鐵礦主要呈半自形粒狀。部分礦石中，黃鐵礦、磁鐵礦及脈石礦物中包裹有細粒黃銅礦、輝銅礦、銅藍、砷黝銅礦等礦物。少數(shù)礦石中，黃銅礦、輝銅礦部分交代黃鐵礦，輝銅礦、銅藍部分交代黃銅礦，形成反應邊。分析結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 黃銅礦包裹于脈石礦物、黃鐵礦和磁鐵礦中

圖2 輝銅礦交代黃銅礦和黃鐵礦形成反應邊

結(jié)合礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可知，礦石的主要構(gòu)造為脈狀構(gòu)造及星散浸染狀構(gòu)造，主要結(jié)構(gòu)為半自形粒狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)。黃銅礦呈半自形-他形粒狀，星散-稀疏浸染于脈石礦物及金屬礦物晶粒間隙中，呈他形粒狀、塵點狀包裹于脈石礦物及磁鐵礦中；黃鐵礦與黃銅礦、磁黃鐵礦關系密切。

2 礦石的礦物成分

2.1 化學多元素與物相分析

主要元素化學多元素分析結(jié)果見表1，銅、鐵物相分析結(jié)果分別見表2和表3。

表1 化學多元素分析結(jié)果 /%

表2 銅物相分析結(jié)果 /%

表3 鐵物相分析結(jié)果 /%

從表1～表3中可以看出，礦石中主要目的元素為Cu和S，含量分別為0.78%和11.12%，并伴生有銀，含量為7.5 g/t，可考慮綜合回收。該礦石氧化率較低，銅主要以硫化銅的形式存在，其中次生硫化銅占總銅的57.92%，原生硫化銅占總銅的28.31%，氧化銅的占比為13.77%，可知該銅礦的氧化率較低；鐵主要以硫化鐵(黃鐵礦)和磁鐵礦的形式存在，占總鐵的88.06%，可以考慮對浮選尾礦產(chǎn)品進行磁選探索磁選回收磁鐵礦的可行性。

2.2 礦物組成

采用顯微鏡鏡下觀察、X-射線衍射、MLA、電子探針對原礦的主要礦物組成進行分析，結(jié)果見表4。原礦中主要金屬礦物為黃銅礦和黃鐵礦，相對質(zhì)量分數(shù)分別為0.83%和20.69%；脈石礦物主要為透閃石、綠泥石、普通角閃石、透輝石和蛇紋石等。

3 主要礦物的嵌布特征及賦存狀態(tài)

3.1 黃銅礦

黃銅礦是原礦中最主要的銅礦物，含量約為0.83%。礦石中黃銅礦嵌布特征相對復雜，部分分布于脈石及金屬礦物粒間或裂隙中的黃銅礦相對容易選別，而細粒包裹于脈石及金屬礦物中的黃銅礦隨磨礦細度增加較容易實現(xiàn)解離。另有微-細粒包裹于脈石及金屬礦物中的黃銅礦，多呈他形粒狀、塵點狀包裹于脈石礦物及磁鐵礦中，部分呈纖維狀、針狀沿脈石礦物解理縫交代脈石，粒度在0.003～0.02 mm之間，該部分黃銅礦較難選別。分析如圖3所示。

表4 礦石中各主要礦物組成 /%

圖3 黃銅礦稀疏浸染于礦石中

3.2 輝銅礦

輝銅礦是礦石中最主要的次生硫化銅礦，含量約為0.23%。礦石中的輝銅礦交代黃銅礦、黃鐵礦，在黃銅礦、黃鐵礦邊沿形成反應邊或交代殘余結(jié)構(gòu)，這部分粒度多數(shù)在0.005～0.03 mm之間，該部分輝銅礦與黃銅礦、黃鐵礦關系密切，從而增加了銅硫分離的難度。另有一部分呈星散浸染狀分布于脈石礦物中，粒度多數(shù)在0.003～0.015 mm之間，該部分輝銅礦主要與綠泥石、透閃石和蛇紋石等脈石礦物關系密切，如圖4所示。

圖4 輝銅礦沿黃銅礦、黃鐵礦邊沿交代

3.3 銅藍

銅藍是礦石中主要銅礦物之一，含量約為 0.16%。礦石中銅藍的嵌布特征與輝銅礦相近。部分銅藍交代黃銅礦、黃鐵礦，在黃銅礦、黃鐵礦邊緣形成反應邊，粒度多數(shù)在0.005～0.015 mm之間，該部分銅藍與黃銅礦、黃鐵礦、輝銅礦關系密切，因此選礦回收時會有一部分銅藍損失于硫精礦中。星散浸染狀分布于脈石礦物中的銅藍粒度多數(shù)在0.003～0.01 mm之間，該部分銅藍為外生成礦作用形成，嵌布粒度不利于銅的回收，主要與透閃石、蛇紋石等脈石礦物關系密切。部分分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 銅藍交代黃銅礦、黃鐵礦

3.4 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中最主要的硫化礦物，也是影響銅礦物回收的主要金屬礦物。礦石中黃鐵礦嵌布特征大致分為三類：(1)脈狀粗粒半自形～他形粒狀黃鐵礦，成數(shù)毫米寬的礦脈貫穿礦石，與其他礦物的共生關系無規(guī)律，脈寬在5～8 mm之間。(2)斑雜狀-條帶狀中粒半自形黃鐵礦，常包裹黃銅礦、磁黃鐵礦等礦物，少數(shù)黃鐵礦邊緣被輝銅礦、銅藍和砷黝銅礦交代，粒度在0.3～1 mm之間。(3)星散浸染狀細粒級半自形-自形粒狀黃鐵礦，該部分黃鐵礦嵌布粒度相對較細，晶體自形程度高，多與脈石礦物關系密切，粒度在0.1～0.2 mm之間，見圖6所示。

圖6 黃鐵礦包裹黃銅礦、磁黃鐵礦

3.5 磁鐵礦

磁鐵礦含量為5.52%。與銅礦物關系密切的磁鐵礦，多數(shù)為不等粒半自形-他形粒狀(或浸蝕狀)，與黃銅礦、輝銅礦、銅藍、砷黝銅礦等銅礦物連生，少數(shù)包裹細粒級黃銅礦，粒度在0.005～0.5 mm之間，該部分磁鐵礦與銅礦物的嵌鑲關系對銅的選礦回收不利；與黃鐵礦及脈石礦物關系密切的磁鐵礦，多數(shù)為中-細粒級半自形粒狀，粒度在0.03～0.3 mm之間，該部分磁鐵礦與脈石礦物(蛇紋石、綠泥石、黑云母等)連生或包裹少量脈石礦物，與黃銅礦及其他銅礦物關系不密切。礦石中的磁鐵礦可考慮綜合回收利用，部分磁鐵礦與銅礦物嵌鑲關系復雜，對銅的回收有一定影響。

3.6 銅的賦存狀態(tài)

銅是本礦石的主要回收金屬成分，礦石中含銅礦物分配情況如表5所示。礦石中主要銅礦物分別為黃銅礦、輝銅礦、銅藍和砷黝銅礦，總共占銅分布率的85.44%，其余銅分布于脈石礦物中。

表5 銅元素的賦存狀態(tài) /%

3.7 硫的賦存狀態(tài)

礦石中硫含量為11.64%，硫主要以獨立礦物的形式賦存于黃鐵礦和黃銅礦中，分布率分別為95.02%和2.49%；其余硫少量賦存于砷黝銅礦、銅藍、輝銅礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦中。礦石中硫在礦物中的分布情況見表6。

表6 硫元素的賦存狀態(tài) /%

上述分析表明，銅主要以獨立礦物的形式賦存于黃銅礦、輝銅礦、銅藍和砷黝銅礦中，硫主要以獨立礦物的形式賦存于黃鐵礦中，且伴生有銀元素，但是部分黃鐵礦嵌布粒度較細，在進行選礦試驗時硫可能會影響銅精礦品質(zhì)。

4 選礦試驗研究

4.1 磁選試驗

結(jié)合礦石性質(zhì)研究，礦石中存在少量磁性礦物，進行了磁選探索性試驗。將原礦磨細至-0.074 mm占70%，進行了弱磁選(場強0.2 T)試驗，考查預先回收磁鐵礦可行性。試驗結(jié)果見表7。試驗結(jié)果表明，盡管經(jīng)過一段弱磁選可以得到含F(xiàn)e 47.48%的鐵粗精礦，但是磁性精礦含銅偏高，預先采用弱磁選回收會損失一定銅金屬，因此可考慮在銅選別后進行磁鐵礦的回收。

表7 磁選探索試驗結(jié)果 /%

圖7 閉路試驗流程

4.2 浮選試驗

前面分析可知，采用混合浮選工藝回收礦石中的銅和硫，并將銀富集于銅精礦中計價回收，但部分黃銅礦、尤其輝銅礦及銅藍等次生銅礦物嵌布粒度細，且部分微細粒包裹于黃鐵礦中，在常規(guī)磨礦細度條件下優(yōu)先浮選難以獲得很好的選別指標，因此考慮將銅硫混合精礦再磨后進行銅-硫分離以提高銅精礦品位。試驗流程和藥劑制度如圖7所示。KMY-2為昆明冶金研究院自主研發(fā)酯類捕收劑，選擇性較好，對黃鐵礦捕收力較弱。24 K為硫化礦起泡劑。試驗過程中發(fā)現(xiàn)部分硫化礦物可浮性較差，前期工藝礦物學顯示該部分硫化礦物可能為黃鐵礦與黃銅礦、輝銅礦及銅藍的包裹體，因此添加了硫化鈉進行活化，強化這部分難浮硫化礦物的捕收，同時為避免該部分活化后的硫化礦物逐級返回時造成二次脫落，影響銅的回收率，故采用多段粗選得到混合精礦直接進入再磨解離。試驗結(jié)果見表8。閉路流程選別結(jié)果表明，可獲得Cu品位為20.61%、Cu回收率為72.63%的銅精礦，S品位為32.19%、S回收率高達91.41%的硫精礦。硫精礦中銅含量0.32%，雖然不算高，但硫精礦產(chǎn)率相對較大，造成銅在硫精礦中損失較多，導致銅精礦的回收率不高。貴金屬銀在銅精礦中得到有效富集，含量為143.90 g/t。對尾礦中Fe含量進行了分析，尾礦Fe 6.44%，有一定的經(jīng)濟價值。采用一段弱磁選(場強0.2T)一段強磁選(不同場強0.8 T、1.0 T、1.2 T)進行了磁選試驗回收磁鐵礦，其中弱磁選得到的鐵精礦品位44.17%(含銅0.72%)，回收率11.21%，強磁得到的鐵精礦品位9.00%～10.70%(含銅0.51%～0.59%)，鐵品位不高，要得到更好品質(zhì)的鐵精礦需要進行細磨磁選。

表8 閉路試驗浮選結(jié)果

5 結(jié)論

(1)礦石中主要目的元素Cu含量為0.78%、S含量為11.12%，伴生銀含量為7.5 g/t，銅主要以獨立礦物的形式賦存于黃銅礦、輝銅礦、銅藍和砷黝銅礦中，硫主要以獨立礦物的形式賦存于黃鐵礦中。

(2)礦石中銅礦物的嵌布特征、嵌鑲關系復雜，多數(shù)銅礦物嵌布粒度相對有利于選礦回收；部分銅礦物嵌布粒度細，且與硫鐵礦物間相互包裹、交代，甚至在很細的磨礦細度下也難以實現(xiàn)銅硫有效分離，是影響銅選礦指標的主要原因；少量銅礦物嵌布粒度較細，難以有效回收。

(3)黃銅礦呈半自形～他形粒狀，星散～稀疏浸染于脈石礦物及金屬礦物晶粒間隙中，呈他形粒狀、塵點狀包裹于脈石礦物及磁鐵礦中；黃鐵礦與黃銅礦、磁黃鐵礦關系密切。脈石礦物主要為透閃石、綠泥石、普通角閃石、透輝石和蛇紋石等。

(4)根據(jù)工藝礦物學特征，采用“銅硫混合浮選—銅硫粗精礦再磨—銅硫分離”的選礦工藝流程，在再磨細度-0.020 mm占80%的情況下，可獲得Cu品位為20.61%、Cu回收率為72.63%的銅精礦，S品位為32.19%、S回收率為91.41%的硫精礦的試驗指標。部分銅與硫嵌布較細，導致銅在硫精礦中損失，銅精礦的回收率不高。貴金屬銀在銅精礦中得到有效富集。磁鐵礦回收的經(jīng)濟可行性需要進一步考察。