藏中某銅鋅鐵多金屬礦工藝礦物學(xué)研究

王海亮 姚燈磊 高春慶

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司,安徽 馬鞍山 243000)

多金屬礦通常有用礦物種類多,礦物嵌布關(guān)系復(fù)雜、嵌布粒度粗細(xì)不均勻,因此,實(shí)現(xiàn)其中有價組分的高效分離與回收一直是選礦技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)與難點(diǎn)[1-3]。查明影響礦石分選的礦物學(xué)因素,對實(shí)現(xiàn)多金屬礦中有用礦物的綜合高效回收利用、最大限度地提高有價元素的綜合回收利用率具有重要意義[4-7]。工藝礦物學(xué)研究技術(shù)已從單一光學(xué)顯微鏡觀察,逐漸形成光學(xué)顯微鏡鑒定與X射線衍射分析(XRD)、透射電鏡分析(TEM)、掃描電鏡能譜分析(SEM-EDS)、X射線光電子能譜(XPS)、氣質(zhì)聯(lián)用能譜分析(GCMS)和礦物解離度自動分析系統(tǒng)(MLA)等多手段相互配合分析[8-11],可以獲得更為系統(tǒng)、詳細(xì)的礦物學(xué)資料,為制定適宜的綜合高效回收工藝提供依據(jù)[12-13]。

藏中某銅鋅鐵多金屬礦成因類型為熱液充填交代型中型礦床,其礦區(qū)位于岡底斯—念青唐古拉褶皺系的中段南部。礦區(qū)中銅、鋅、鐵等金屬儲量巨大,具有很好的找礦前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價值。該礦產(chǎn)資源的綜合利用對青藏高原生態(tài)脆弱區(qū)同類多金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)具有引領(lǐng)示范作用,對西藏地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。前期研究表明,該多金屬礦礦石性質(zhì)復(fù)雜,有用礦物共生關(guān)系密切,分選難度較大[14]。為確定影響礦石選礦指標(biāo)的礦物學(xué)因素,本試驗(yàn)開展了全面、系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究,查明礦石的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主要礦物的工藝粒度分布特征及嵌布特征,以期為該類礦床的高效分選提供借鑒。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 主要化學(xué)成分及銅鋅鐵物相分析

礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1,銅鋅鐵物相分析結(jié)果分別見表2、表3及表4。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of main chemical composition analysis for the ores %

表2 銅物相分析結(jié)果Table 2 Results for the copper phase analysis %

表3 鋅物相分析結(jié)果Table 3 Results for the zinc phase analysis %

表4 鐵物相分析結(jié)果Table 4 Results for the iron phase analysis %

由表1可知:礦石中主要有價元素為銅、鋅和鐵,含量分別為0.48%、7.75%和33.57%;伴生有價元素為金和銀,含量分別為0.046 g/t和17.1 g/t;硫含量相對較高,為8.90%;脈石組分主要為SiO2,含量為20.94%。

由表2、表3及表4可知:礦石中銅主要以原生硫化銅的形式存在,分布率為82.81%,其次以次生硫化銅的形式存在,分布率為11.32%,氧化銅含量相對較少;鋅主要以硫化鋅的形式存在,分布率為92.11%,氧化鋅僅占7.89%;鐵主要以磁鐵礦的形式存在,分布率為32.68%,其次為硅酸鐵,分布率為25.09%。

1.2 礦物組成

礦石礦物組成及含量分析結(jié)果見表5。

表5 礦石礦物組成及含量Table 5 Minerals composition and content in the ores %

從表5可以看出:礦石中金屬礦物主要為鐵閃鋅礦、磁鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、菱鐵礦、赤褐鐵礦、菱鋅礦、赤鐵礦、銅藍(lán)、方鉛礦及微量的孔雀石和白鉛礦等。含銅礦物主要為黃銅礦,含量為1.16%,其次存在微量銅藍(lán)和孔雀石;含鋅礦物主要為鐵閃鋅礦,含量為12.65%,其次為菱鋅礦,含量為1.19%;有用鐵礦物為磁鐵礦,含量為15.36%;其他有價礦物含量相對較少。脈石礦物主要為綠泥石、石英及碳酸鹽礦物,含量分別為 14.37%、9.82%及8.04%,次要脈石礦物為長石和絹云母,含量分別為6.24%和1.72%。

2 礦石的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

礦石主要具有固溶體分離結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)和溶蝕港灣狀結(jié)構(gòu)等5種結(jié)構(gòu)類型。其中磁黃鐵礦和黃銅礦呈乳滴狀分布在鐵閃鋅礦中,形成固溶體分離結(jié)構(gòu);粒狀磁鐵礦集合體包含鐵閃鋅礦顆粒,黃銅礦顆粒包裹細(xì)粒方鉛礦和鐵閃鋅礦,形成包含結(jié)構(gòu);鐵閃鋅礦呈不規(guī)則粒狀分布,黃銅礦呈他形粒狀嵌布,形成粒狀結(jié)構(gòu);磁鐵礦被脈石礦物穿插、交織,形成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu);黃鐵礦交代、溶蝕黃銅礦,形成港灣狀結(jié)構(gòu);經(jīng)后期作用形成的次生銅藍(lán)沿鐵閃鋅礦邊緣交代,在鐵閃鋅礦邊緣呈環(huán)帶狀分布,形成環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)。

2.2 礦石構(gòu)造

礦石主要構(gòu)造為塊狀構(gòu)造,少量斑點(diǎn)狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造和氣孔狀構(gòu)造。其中磁鐵礦和鐵閃鋅礦以塊狀構(gòu)造為主;碳酸鹽礦物顆粒呈斑點(diǎn)狀分布于鐵閃鋅礦和磁鐵礦組成的礦物集合體中,另有少量淺綠色的綠泥石和黑色的磁鐵礦呈斑點(diǎn)狀嵌布在灰白色的碳酸鹽礦物中;褐鐵礦呈角礫狀分布在石英、方解石和黃鐵礦組成的礦石中;部分地表褐鐵礦經(jīng)風(fēng)化、淋濾作用后形成氣孔狀構(gòu)造。

3 主要礦物工藝粒度

對礦石中主要金屬礦物(鐵閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦和黃鐵礦)和主要脈石礦物(綠泥石、石英和碳酸鹽礦物)進(jìn)行工藝粒度測定,結(jié)果分別見表6、表7。

表6 主要金屬礦物工藝粒度測定結(jié)果Table 6 Results of process particle size determination for major metallic minerals

表7 主要脈石礦物工藝粒度測定結(jié)果Table 7 Results of process particle size determination for major gangue minerals

由表6可知:鐵閃鋅礦結(jié)晶粒度相對較粗,在+0.07 mm粒級分布率達(dá)48.08%;黃銅礦粒度較細(xì),在-0.07 mm粒級分布率高達(dá)70.14%,其中在-0.04 mm和-0.01 mm粒級分布率分別為47.66%和11.38%,該部分微細(xì)粒黃銅礦難以完全解離及回收;磁鐵礦在-0.07 mm粒級分布率為71.24%,其中在-0.03 mm和-0.01 mm粒級分布率分別為43.34%和19.34%。

由表7可知:綠泥石、石英及碳酸鹽礦物主要分布在+0.07 mm粒級中,分布率分別為51.69%、53.84%及66.32%。

4 主要礦物嵌布特征

4.1 鐵閃鋅礦

礦石中鐵閃鋅礦最高含鐵量為14.39%,最低含鐵量為6.58%,平均鐵含量為10.22%。主要呈斑狀或粒狀集合體嵌布,絕大部分鐵閃鋅礦包裹細(xì)粒乳滴狀磁黃鐵礦(圖1(a))和黃銅礦(圖1(b)),呈固溶體分離結(jié)構(gòu)產(chǎn)出,細(xì)粒包裹體主要為磁黃鐵礦,其次為黃銅礦。部分細(xì)粒的包裹體很難充分解離,很可能以連生體形式進(jìn)入精礦中,對精礦的質(zhì)量有一定的影響;部分微細(xì)粒的鐵閃鋅礦包裹體可能會流入尾礦中,對鋅的回收率可能有不利的影響;少量鐵閃鋅礦與黃鐵礦呈溶蝕港灣狀產(chǎn)出,兩者緊密互嵌;部分不規(guī)則粒狀鐵閃鋅礦分布在磁鐵礦和脈石等礦物中,兩者緊密共生。

圖1 礦石中鐵閃鋅礦的嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristics of marmatite in the ore

4.2 黃銅礦

黃銅礦嵌布粒度較細(xì),呈斑狀嵌布的黃銅礦被黃鐵礦交代、溶蝕,具浸蝕結(jié)構(gòu),兩者緊密共生(圖2(a)),部分黃銅礦與鐵閃鋅礦共邊產(chǎn)出,接觸面彎曲(圖2(b)),少量粗粒黃銅礦顆粒中含有細(xì)粒方鉛礦和鐵閃鋅礦等包裹體,部分呈細(xì)粒或微細(xì)粒乳滴狀包裹體嵌布于鐵閃鋅礦中,其中微細(xì)粒包裹體主要分布在-10μm粒級中,該部分黃銅礦回收難度較大,對黃銅礦的回收率有一定影響。

圖2 礦石中黃銅礦的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of chalcopyrite in the ore

4.3 磁鐵礦

礦石中磁鐵礦主要呈塊狀或斑狀形式產(chǎn)出,大部分磁鐵礦被脈石礦物沿裂隙交織、穿插,形成網(wǎng)脈狀,具網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)(圖3),該部分脈石細(xì)脈導(dǎo)致磁鐵礦的嵌布粒度嚴(yán)重細(xì)化,如果磨礦不能使其充分解離,部分磁鐵礦會以連生體的形式進(jìn)入鐵精礦,降低鐵精礦品質(zhì)。

圖3 礦石中磁鐵礦的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of magnetite in the ore

4.4 黃鐵礦

礦石中黃鐵礦嵌布粒度相對較細(xì),呈立方體、五角十二面體,主要為塊狀或斑狀,部分黃鐵礦中含有大量的脈石包裹體(圖4)。

圖4 礦石中黃鐵礦的嵌布特征Fig.4 Dissemination characteristics of pyrite in the ore

4.5 磁黃鐵礦

礦石中磁黃鐵礦主要有以下2種產(chǎn)出形式:①呈乳滴狀細(xì)粒包裹體嵌布于鐵閃鋅礦中,部分包裹體沿一定方向有序排列,其中微細(xì)粒磁黃鐵礦較難與鐵閃鋅礦充分解離,會進(jìn)入鋅精礦,影響鋅精礦品質(zhì)(圖5(a))。②呈半自形或他形粒狀嵌布,與黃鐵礦和黃銅礦緊密共生(圖5(b))。

圖5 礦石中磁黃鐵礦的嵌布特征Fig.5 Dissemination characteristics of pyrrhotite in the ore

5 有用元素銅、鋅、鐵的賦存狀態(tài)

采用美國FEI公司的礦物參數(shù)自動分析系統(tǒng)MLA-650以及布魯克EDS能譜儀,對樣品中銅、鋅、鐵的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究。分析結(jié)果表明,①有價元素銅主要分布在黃銅礦中,分布率為84.79%,10.87%的銅分布在銅藍(lán)中。由于原生硫化銅黃銅礦和次生硫化銅銅藍(lán)可浮性差異較小,大部分銅藍(lán)進(jìn)入銅精礦,微量的銅分布在孔雀石中,該部分銅較難回收,影響銅的回收率。②鋅主要賦存于鐵閃鋅礦中,分布率為92.11%,其次分布在菱鋅礦中,分布率為7.89%。由于菱鋅礦與鐵閃鋅礦可浮性的差異,菱鋅礦主要進(jìn)入尾礦,對鋅的回收率會有一定的影響。③鐵主要分布在強(qiáng)磁性礦物磁鐵礦中,分布率為32.68%。

6 不同磨礦產(chǎn)品主要礦物解離度

對原礦不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品中的黃銅礦、鐵閃鋅礦、磁鐵礦及脈石礦物的解離度進(jìn)行了測定,結(jié)果見表8。

表8 不同磨礦細(xì)度主要礦物解離度分析結(jié)果Table 8 Analysis results of dissociation degree of main minerals with different grinding fineness

由表8可知:①黃銅礦的單體解離情況較差,當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.045mm占95%時完全解離的黃銅礦僅占71.33%,磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%時,黃銅礦單體解離度與>3/4的富連生體之和為73.14%;②鐵閃鋅礦單體解離度較低,但富連生體含量相對較高,且連生體中絕大部分鐵閃鋅礦與磁黃鐵礦連生,主要是由于兩者呈固溶體分離結(jié)構(gòu)產(chǎn)出,細(xì)粒乳滴狀的磁黃鐵礦較難與鐵閃鋅礦完全解離,因此富連生體部分會進(jìn)入鋅精礦,當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm占70%時,鐵閃鋅礦單體解離度與>3/4的富連生體之和達(dá)91.09%;③ 磁鐵礦解離效果最差,主要是磁鐵礦中含有大量細(xì)脈狀的脈石,當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.045 mm占95%時,磁鐵礦單體解離度與>3/4的富連生體之和為92.72%。

7 推薦的選別工藝流程

基于該多金屬礦具有礦物致密共生,鑲嵌關(guān)系復(fù)雜,鐵閃鋅礦工藝粒度相對較粗、硫化銅礦物和磁鐵礦工藝粒度相對較細(xì)的特性,同時結(jié)合銅、鋅礦物可浮性差異,制定了優(yōu)先浮銅、后浮鋅、最后選鐵的原則工藝流程。并選擇采用磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦再磨—磁選—弱磁精礦浮選脫硫—磁選選鐵流程和磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦浮選脫硫—浮硫尾礦再磨—磁選選鐵2種工藝流程進(jìn)行方案比選,實(shí)現(xiàn)該多金屬礦中有價礦物的高效分離與回收?？紤]到高原地區(qū)鐵精礦銷售及運(yùn)輸成本因素,擬對鐵精礦作水泥原料就近銷售,最終采用原礦磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦浮選脫硫—浮硫尾礦磁選選鐵流程作為該礦石選礦工藝流程。根據(jù)系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究及推薦的選礦工藝流程,完成了實(shí)驗(yàn)室小型選礦試驗(yàn)、擴(kuò)大連選試驗(yàn)及工業(yè)設(shè)計,目前該選廠已建廠生產(chǎn),取得了較好的選礦技術(shù)指標(biāo),并獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié) 論

(1)礦石中主要有價元素為銅、鋅和鐵,含量分別為0.48%、7.75%和33.57%,主要脈石成分為SiO2,含量為20.94%,其他有價元素含量相對較少。主要含鋅礦物為鐵閃鋅礦,含量為12.65%;主要含銅礦物為黃銅礦,含量為1.16%;主要有用含鐵礦物為磁鐵礦,含量為15.36%。主要脈石礦物為綠泥石、石英及碳酸鹽礦物,含量分別為14.37%、9.82%和8.04%,次要脈石礦物為長石和絹云母,含量分別為6.24%和1.72%。

(2)礦石主要結(jié)構(gòu)為固溶體分離結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)和溶蝕港灣狀結(jié)構(gòu);主要構(gòu)造為塊狀構(gòu)造,少量斑點(diǎn)狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造和氣孔狀構(gòu)造。

(3)礦石中鐵閃鋅礦結(jié)晶粒度相對較粗,在+0.07 mm粒級的分布率為48.08%;黃銅礦和磁鐵礦嵌布粒度較細(xì),在-0.07 mm粒級的分布率分別為70.14%和71.24%。主要脈石礦物嵌布粒度均較粗,綠泥石、石英及碳酸鹽礦物工藝粒度主要分布在+0.07 mm粒級,分布率分別為51.69%、53.84%及66.32%。

(4)根據(jù)礦物嵌布特征分析,多數(shù)鐵閃鋅礦包裹大量細(xì)粒磁黃鐵礦和黃銅礦,不利于其單體解離,影響鋅精礦質(zhì)量;黃銅礦嵌布粒度較細(xì),呈斑狀嵌布的黃銅礦被黃鐵礦交代、溶蝕呈港灣狀,兩者緊密共生,部分呈細(xì)粒包裹體嵌于鐵閃鋅礦中,影響銅精礦指標(biāo);磁鐵礦主要與脈石礦物呈網(wǎng)脈狀嵌布,需要進(jìn)一步細(xì)磨,部分微細(xì)粒磁鐵礦難以充分解離,以連生體形式進(jìn)入鐵精礦,對鐵精礦品位有一定的影響。

(5)鋅主要賦存于鐵閃鋅礦中,分布率為92.11%,其次分布在菱鋅礦中,分布率為7.89%;銅主要分布在黃銅礦中,分布率為84.79%,少量分布于銅藍(lán)中,分布率為10.87%;鐵則主要分布在磁鐵礦中,分布率為32.68%。

(6)礦石解離度分析結(jié)果表明,當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm占70%時,鐵閃鋅礦、黃銅礦的單體解離度與>3/4的富連生體之和分別為91.09%和73.14%,當(dāng)-0.045mm占95%時,磁鐵礦單體解離度與>3/4的富連生體之和為92.72%。

(7)基于工藝礦物學(xué)研究結(jié)果與分析,結(jié)合銅鋅礦物可浮性差異,最終選擇磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦再磨—磁選—弱磁精礦浮選脫硫—磁選選鐵流程和磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦浮選脫硫—浮硫尾礦再磨—磁選選鐵2種工藝流程進(jìn)行比選。