福建某銅鉛鋅多金屬硫化礦選礦工藝研究*

劉珊珊，楊 鋒，2 ，朱啟象，康志強(qiáng),2，單純希

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林541004；2.有色金屬礦產(chǎn)勘查與資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541004；3.福建省197地質(zhì)大隊(duì)，福建 泉州 362011)

0 引言

銅、鉛、鋅等礦產(chǎn)資源是保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)[1-4]。隨著銅鉛鋅礦產(chǎn)資源的不斷開(kāi)采，富礦資源日趨枯竭，難采難選礦資源量逐年增加，為了高效回收利用這部分礦產(chǎn)資源，選礦工藝研究成了需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題[5-9]。合適的選礦工藝流程對(duì)多金屬硫化礦的選礦回收意義重大。福建某銅鉛鋅多金屬硫化礦床已查明銅金屬量約1.6萬(wàn)t、鉛金屬量約2.6萬(wàn)t、鋅金屬量約10萬(wàn)t，并伴生銀、銦和錫等礦物，其他雜質(zhì)少，具有較高的綜合回收價(jià)值。礦山目前尚未建立選礦廠，為確定本礦床銅鉛鋅多金屬硫化礦石選礦工藝流程和選礦技術(shù)指標(biāo)，在系統(tǒng)采樣的基礎(chǔ)上開(kāi)展了礦石可選性試驗(yàn)研究，以便更好地進(jìn)行礦山經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，并為資源開(kāi)發(fā)利用與礦山總體規(guī)劃提供可靠依據(jù)[10]。

1 礦石性質(zhì)

礦石試樣的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造較為復(fù)雜，其中：結(jié)構(gòu)以自形晶、他形晶、交代殘余、熔蝕、固溶體分離等結(jié)構(gòu)為主，壓碎結(jié)構(gòu)、鱗片狀結(jié)構(gòu)次之；構(gòu)造以塊狀、脈狀構(gòu)造為主，浸染狀、斑點(diǎn)狀、晶洞狀、流紋狀構(gòu)造次之。礦石中的有用礦物與脈石礦物相互交代、充填和包含，其中：方鉛礦交代溶蝕鐵閃鋅礦，黃銅礦和方鉛礦交代溶蝕黃鐵礦，黃銅礦交代充填黃鐵礦裂隙；鐵閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦相互交代、相互包含。對(duì)試樣進(jìn)行了礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定、化學(xué)多元素分析以及有價(jià)元素物相分析，結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2和表3。

表1 試樣礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果 單位：%

表2 試樣多元素分析結(jié)果單位：%

表3 礦石銅鉛鋅物相分析結(jié)果 單位：%

由表1可知：原礦主要金屬礦物有黃銅礦、鐵閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦；脈石礦物主要有石英、長(zhǎng)石、輝石、綠泥石和葉蠟石等。

由表2可知，除了Cu、Pb、Zn具有回收價(jià)值外，Ag、Au、In、Sn、S也均具有綜合回收價(jià)值。

由表3可知：硫化銅中的銅占銅礦物中銅的96.88%，硫化鋅中的鋅占鋅礦物中鋅的93.02%，說(shuō)明銅、鋅氧化率不高，為原生礦石；而鉛氧化率偏高(氧化鉛和鉛鐵礬中的鉛占鉛礦物中鉛的13.89%)，硫化鉛中的鉛占鉛礦物中鉛的86.11%，為混合礦石[11]。

2 選礦工藝研究

2.1 銅鉛鋅浮選工藝流程試驗(yàn)

經(jīng)初步探索試驗(yàn)確定各藥劑大致用量后，進(jìn)行了銅鉛混浮-銅鉛分離流程(簡(jiǎn)稱“銅鉛混浮流程”)與優(yōu)先浮銅流程的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 工藝流程對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 單位：%

由表4可知：在銅精礦銅品位略低的情況下，優(yōu)先浮銅流程的銅精礦銅回收率比銅鉛混浮流程的高4.85個(gè)百分點(diǎn)，且銅精礦中鉛、鋅含量較低；此外，優(yōu)先浮銅流程的鉛精礦鉛品位也比銅鉛混浮流程的高8.52個(gè)百分點(diǎn)，且銅、鋅含量也較低。

經(jīng)精礦產(chǎn)品顯微鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)：銅鉛混浮流程獲得的鉛精礦中，黃銅礦與黃鐵礦的伴生體較多，銅鉛分離時(shí)，鉛抑制劑也抑制黃鐵礦，使部分銅連生體進(jìn)入鉛精礦中，造成鉛精礦中銅含量升高，這是該流程銅精礦銅回收率下降的主要原因。由于原礦鉛品位較低(0.70%)，采用銅鉛混浮流程時(shí)，上浮的雜質(zhì)(以黃鐵礦為主)在銅鉛分離時(shí)在鉛抑制劑的作用下大部分將進(jìn)入鉛精礦中，因此較難獲得高品位鉛精礦。由于優(yōu)先浮銅流程從提高銅精礦銅回收率及提高鉛精礦鉛品位兩方面均優(yōu)于銅鉛混浮流程，所以本研究確定采用優(yōu)先浮銅流程。

2.1.1 磨礦細(xì)度對(duì)混合浮選指標(biāo)的影響

試樣的巖礦鑒定結(jié)果表明有用礦物嵌布粒度不均，為得到更好的分選效果，進(jìn)行了磨礦細(xì)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1(a)可知，隨著磨礦細(xì)度由-74 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占75.08%增至95.72%，銅精礦銅回收率由66.53%逐漸提高到75.79%；由圖1(b)可知，尾礦鉛品位逐漸下降，其鋅品位基本不變。綜合考慮，磨礦細(xì)度控制在-74 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%左右較合適。

2.1.2 藥劑用量對(duì)銅浮選指標(biāo)的影響

銅浮選通常通過(guò)加入硫酸鋅抑制鋅礦物上浮，加入ZA21(雜醇和APG的用量比為2∶1時(shí)合成的藥劑命名為ZA21，其中：雜醇是具有3個(gè)以上碳鏈的一價(jià)醇類，主要含有異戊醇、丁醇、丙醇和庚醇等；APG是一類非離子表面活性劑，是單苷、二苷、三苷等的多苷混合物)抑制黃鐵礦、磁黃鐵礦及方鉛礦上浮，即可獲得較好的指標(biāo)。

由于近年新研發(fā)的組合藥劑Dy捕收劑不僅具有環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)，而且在以往的銅浮選試驗(yàn)中取得了較好的指標(biāo)，因此在銅浮選中進(jìn)行了硫酸鋅、ZA21和Dy三種藥劑的用量試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 銅浮選硫酸鋅、ZA21、Dy的用量試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知：在銅浮選試驗(yàn)中是否添加硫酸鋅，對(duì)銅及鉛的分選指標(biāo)影響均不明顯，加入硫酸鋅500 g/t時(shí)，銅粗精礦中的鋅品位有所下降，再進(jìn)一步加大硫酸鋅用量，銅粗精礦中的鋅品位的下降幅度略有增加，說(shuō)明銅浮選粗選硫酸鋅用量以500 g/t為宜；另外，銅浮選未加ZA21時(shí)，銅粗精礦中的鉛、鋅品位較高，隨著ZA21用量的增加，銅粗精礦中的鉛、鋅品位逐漸下降，但當(dāng)ZA21用量為400 g/t時(shí)，銅粗精礦的銅回收率稍有下降，因此銅浮選粗選ZA21用量以300～400 g/t為宜；還有當(dāng)銅浮選粗選Dy用量為40 g/t時(shí)，銅粗精礦的銅回收率最高，說(shuō)明Dy用量以40 g/t為宜。

2.1.3 不同捕收劑對(duì)鉛浮選指標(biāo)的影響

目前生產(chǎn)上使用較多的鉛浮選捕收劑有丁銨黑藥及乙硫氮，其次為丁黃藥。近年來(lái)，新型捕收劑BN12(同Dy一樣為環(huán)境友好型捕收劑)得到了廣泛應(yīng)用。因此，在鉛浮選中進(jìn)行了以上4種捕收劑的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 鉛浮選中不同捕收劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知：鉛浮選捕收劑使用丁銨黑藥時(shí)，雖然鉛回收率最高(79.41%)，但鉛粗精礦鉛品位較低(2.77%)，鉛粗精礦中的鋅品位較高，對(duì)提高鉛精礦質(zhì)量不利；使用丁黃藥作捕收劑時(shí)，鉛回收率最低(71.06%)；而使用乙硫氮或BN12作捕收劑時(shí)的鉛回收率均在77%左右，指標(biāo)相近，且使用BN12時(shí)的鉛粗精礦鉛品位較高(3.52%)，有利于鉛精礦質(zhì)量的提高。因此確定鉛浮選的捕收劑為BN12。

2.1.4 藥劑用量對(duì)鉛浮選指標(biāo)的影響

根據(jù)鉛浮選捕收劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，除選擇鉛浮選常用藥劑石灰、硫酸鋅外，還選擇BN12進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知：鉛浮選石灰用量為4 000 g/t(pH=10)時(shí)，鉛回收率有所下降；當(dāng)石灰用量降至2 000 g/t或3 000 g/t時(shí)，鉛回收率相近，稍高于石灰用量為4 000 g/t時(shí)的，因此，鉛浮選礦漿pH控制在9左右為宜，即粗選石灰用量控制在3 000 g/t左右；另外，鉛浮選未加硫酸鋅時(shí)，鉛粗精礦中鋅含量偏高，加入500 g/t硫酸鋅后，鉛粗精礦中鋅含量明顯下降，再繼續(xù)加大硫酸鋅用量至800 g/t時(shí)，鉛粗精礦中鋅含量下降幅度已不明顯，說(shuō)明鉛浮選粗選硫酸鋅用量以500 g/t為宜；而鉛浮選粗選的BN12用量以60 g/t為宜，繼續(xù)增大其用量，鉛回收率不再上升。

圖3 鉛浮選石灰、硫酸鋅、BN12用量試驗(yàn)結(jié)果

2.1.5 藥劑用量對(duì)鋅浮選指標(biāo)的影響

鋅浮選最常用的藥劑有石灰(抑制黃鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂等)、硫酸銅(活化鋅礦物)、丁黃藥(捕收鋅礦物)，因此進(jìn)行了石灰、硫酸銅、丁黃藥的鋅浮選用量試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 石灰、硫酸銅、丁黃藥的鋅浮選用量試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知：鋅浮選粗選石灰用量為4 000 g/t時(shí)鋅粗精礦鋅品位較低，石灰用量為6 000 g/t時(shí)鋅粗精礦鋅品位較高，但石灰用量對(duì)鋅回收率影響不大；此外，當(dāng)硫酸銅用量為150 g/t時(shí)，尾礦鋅品位較低，再增大其用量，尾礦鋅品位沒(méi)有進(jìn)一步降低，說(shuō)明硫酸銅用量以150 g/t為宜；隨著丁黃藥用量的增加，鋅回收率逐漸升高，尾礦鋅品位逐漸下降，但當(dāng)丁黃藥用量為50 g/t時(shí)繼續(xù)增加其用量，鋅回收率不再升高，說(shuō)明鋅浮選粗選丁黃藥用量以50 g/t為宜。

2.2 銅鉛鋅浮選閉路試驗(yàn)

通過(guò)上述試驗(yàn)，確定采用優(yōu)先浮銅工藝流程(見(jiàn)圖4)進(jìn)行閉路試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。

圖4 銅鉛鋅閉路試驗(yàn)流程

表7 銅鉛鋅閉路試驗(yàn)結(jié)果 單位：%

由表7可知，銅鉛鋅各精礦品位達(dá)到了銷售質(zhì)量要求，銅鉛鋅回收率也達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

2.3 伴生礦產(chǎn)綜合回收試驗(yàn)

根據(jù)表2分析結(jié)果，銀、銦、錫、金、硫具有綜合回收價(jià)值。經(jīng)巖礦鑒定，該礦床未發(fā)現(xiàn)銀的獨(dú)立礦物，在選礦回收銅和鉛時(shí)，銀在銅精礦和鉛精礦中得以綜合回收，推測(cè)銀以類質(zhì)同象進(jìn)入了含銅礦物和含鉛礦物中。本試驗(yàn)獲得的銅精礦銀品位為1 246 g/t，銀回收率為49.97%；鉛精礦銀品位為1 330 g/t，銀回收率為20.82%；銅鉛兩精礦中銀的總回收率為70.79%，銀的綜合回收指標(biāo)較好(見(jiàn)表7)。

原生礦石銦品位為0.005%，尚未發(fā)現(xiàn)銦有獨(dú)立礦物存在，通常情況下，在銅鉛鋅多金屬硫化礦石中銦容易以類質(zhì)同象形式取代鋅晶格而進(jìn)入鐵閃鋅礦或者閃鋅礦中，選礦回收鋅時(shí)銦得到了綜合回收。本試驗(yàn)獲得的鋅精礦銦品位為0.062%，銦回收率為45.76%。銦回收率比鋅回收率低很多，說(shuō)明有相當(dāng)一部分銦未賦存于鐵閃鋅礦中。

對(duì)銅鉛鋅浮選尾礦進(jìn)行了錫、硫的綜合回收探索試驗(yàn)，并進(jìn)行了兩個(gè)方案的對(duì)比。方案Ⅰ是先浮選回收硫再用搖床回收錫；方案Ⅱ是先用搖床獲得錫、硫重砂，再對(duì)重砂進(jìn)行脫硫浮選分離錫與硫。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 錫、硫綜合回收試驗(yàn)結(jié)果 單位：%

由表8可知：兩個(gè)方案獲得的錫綜合回收指標(biāo)相近，由于銅鉛鋅浮選時(shí)磨礦細(xì)度-74 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)90%，給錫石的回收帶來(lái)了不利影響，再加上原生礦石錫品位較低(0.11%)，因此錫綜合回收指標(biāo)不理想；此外，方案Ⅰ硫精礦硫回收率較高，但其流程復(fù)雜、選礦生產(chǎn)成本較高，方案Ⅱ硫精礦硫回收率雖然較低，但其流程簡(jiǎn)單、投資少、生產(chǎn)成本低、占地面積小。

3 選礦生產(chǎn)流程

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，推薦該礦選礦采用如圖5所示的兩段磨礦分級(jí)流程。

圖5 全程閉路試驗(yàn)流程

4 結(jié)論

a.試樣多元素分析結(jié)果表明，本研究礦石中可利用的礦種有銅、鉛、鋅、銀、金、錫、銦、硫等，綜合回收價(jià)值較高。

b.本次試驗(yàn)推薦的工藝流程為優(yōu)先浮銅工藝流程。

c.優(yōu)先浮銅流程的最佳工藝條件為：采用兩段磨礦分級(jí)流程，磨礦細(xì)度控制在-74 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近90%；為提高選礦回收率，銅、鉛、鋅浮選至少各設(shè)置3次掃選；為進(jìn)一步提高精礦質(zhì)量，銅浮選和鋅浮選各設(shè)置3次精選作業(yè)，鉛浮選設(shè)置4次精選作業(yè)；暫不考慮錫、硫的綜合回收。

d.銅鉛鋅閉路試驗(yàn)指標(biāo)為：銅精礦銅品位22.44%、銅回收率86.55%，鉛精礦鉛品位35.72%、鉛回收率69.54%，鋅精礦鋅品位46.84%、鋅回收率80.32%。