商洛地區典型鉛鋅尾礦特性分析

閻贊，劉明寶，南寧

（商洛學院化學工程與現代材料學院/陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室，陜西商洛726000）

商洛地區典型鉛鋅尾礦特性分析

閻贊，劉明寶，南寧

（商洛學院化學工程與現代材料學院/陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室，陜西商洛726000）

通過化學多元素分析、真密度測試、X射線衍射分析、粒度分析方法對商洛地區典型鉛鋅尾礦從化學成分、真密度大小、礦物組成、粒度組成方面進行了研究，并提出了從尾礦中提取有價金屬成分，探討該地區鉛鋅尾礦中有價元素二次利用的可能性及生產新型建筑材料、采空區回填、復墾充填等綜合回收利用方案。研究結果表明，鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦和洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦均不具備再選價值，可考慮將其用于生產建筑材料、進行采空區充填或尾礦區復墾等。商州區董家后溝鉛鋅尾礦中鐵含量高達12.98%，山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦中鋅含量為4.36%，均具有再選價值，可考慮采用浮選法等分離出精礦。

鉛鋅尾礦；有價元素；商洛

商洛市坐落于陜西省東南部，其獨特的成礦地質條件與特殊的地質歷史孕育了雄厚的礦產資源。根據地質部門勘察，鉛、鋅探明儲量居全省第二位，具有礦種多樣、分布廣泛，開發利用潛力大等特點[1-2]。由于鉛鋅礦屬多種礦物的共生、伴生復合礦，具有貧礦多、富礦少，礦物組成復雜，嵌布粒度較細等特點，導致其分選難度不斷增加[3-4]。再受限于分選技術、生產設備性能、經濟條件、管理模式等因素，使得有用礦物的回收率較低，很多共生礦物、伴生礦物和有價元素進入尾礦之中，產生大量尾礦[5-6]。由于尾礦中硫含量較高，導致礦山尾礦酸化，隨著酸化而發生的一系列重金屬粒子溶出等反應，加劇了環境污染，成為當地村民生活中巨大的危險源[7-8]。因此，采用化學多元素分析、真密度測試、X射線衍射分析、粒度分析方法分析商洛地區典型鉛鋅尾礦的化學成分、真密度大小、礦物組成、粒度組成特性，為進一步采取適宜方法妥善處理鉛鋅尾礦資源，探討該地區鉛鋅尾礦中有價元素二次利用的可能性提供理論依據，揭示了尾礦一些不被關注的性質，不僅解決了尾礦堆存占用大量土地資源的問題，同時緩解了尾礦帶來的環境問題，實現資源效益的最大化，對實踐循環經濟具有重要意義。

1 試驗原料及儀器

1.1 試驗原料

本試驗所用尾礦分別取自商州區董家后溝鉛鋅尾礦、鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦、洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦、山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦，采樣點的分布方法可按鉛鋅尾礦的物料堆中采樣方法進行布點，在每個取樣點挖取1000～2000 g子樣，采集好的鉛鋅尾礦作為本試驗的最初試驗樣品。

從外觀上看，鉛鋅尾礦呈土灰色，礦樣大多為顆粒狀，少部分為塊狀，塊狀是由于礦樣中含有水分，在運輸過程中受到擠壓壓實而結成塊狀，并且還存在少量的碎木草屑。由于試樣中的塊狀物會使得取樣的均勻性受到影響，因此需采用分散措施碾細大塊，使試樣全部呈顆粒狀。即將采集回來的鉛鋅尾礦試樣攤成薄薄一層，置于室內通風陰干，在試樣半干程度時，將所存在的大塊試樣用鐵棒碾碎。待試樣全部干燥之后，通過混勻、縮分制取樣品，供后續試驗使用。試樣制備流程如圖1所示。

圖1 試樣制備流程圖

1.2 試驗儀器

化學成分分析儀：TP-BS6Y，南京同譜分析儀器制造有限公司；標準篩：GBIT60031-1997，浙江圣超儀器設備有限公司；烘干箱：HYXD-GHK，深圳市華宇現代科技有限公司；全自動真密度分析儀：3H-2000TD2，貝士德公司；X射線衍射分析儀：X'Pert Powder，荷蘭帕納科公司；電子天平：SG，上海實干有限公司。

2 試驗方法

2.1 化學多元素分析

化學多元素分析可以準確地定量分析鉛鋅尾礦中各種元素的含量，據此可以確定哪幾種元素在選礦工藝中必須考慮回收，哪幾種元素屬于有害雜質，需將其分離。因此化學分析是了解選別對象的基礎，是確定鉛鋅尾礦資源合理利用的必要手段。

2.2 真密度測定

采用全自動真密度分析儀，以“氣體置換法”測定鉛鋅尾礦的真密度[9]。稱取一定質量的鉛鋅尾礦，裝入樣品瓶，進行測量，得到其真密度值。

2.3 X射線衍射分析

X射線衍射分析采用荷蘭帕納科公司的XPertPowder設備，在管電壓60kV，管電流60mA，索拉狹縫0.04 rad條件下，得到其衍射圖譜，分析確定試驗樣品的物相組成[10]。

2.4 粒度分析

采用篩析法[11]進行粒度分析，即讓鉛鋅尾礦試樣通過一系列不同篩孔的標準篩，將其分離成若干個粒級，分別稱重，計算產率，得出某粒徑范圍的顆粒占整個物料的百分比，即其粒度分布。

3 試驗結果與討論

3.1 化學多元素分析

商州區董家后溝鉛鋅尾礦化學多元素分析結果見表1。

表1 董家后溝鉛鋅尾礦化學多元素分析

由表1化學多元素分析結果可知，該尾礦中SiO2含量為32.76%，MgO、CaO、Al2O3含量分別為2.81%、10.24%、4.41%，Pb、Zn含量都相對較低，不具備再選價值。鐵含量為12.98%，但S含量較高，為8.96%，故可考慮進行選鐵除硫試驗。

鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦化學多元素結果見表2。

表2 月西溝鉛鋅尾礦化學多元素分析

由表2可見，月西溝鉛鋅尾礦中SiO2含量最多，高達43.02%，MgO、CaO、Al2O3含量分別為1.98%、8.34%、5.27%。該尾礦中的有價元素鉛、鋅、銅含量都比較低，無需進行再選，故可初步考慮將其用于生產建筑材料、進行采空區充填或尾礦區復墾。

洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦化學多元素分析結果見表3。

表3 寨子溝鉛鋅尾礦化學多元素分析

由表3可知，寨子溝鉛鋅尾礦中鉛、鋅含量較低，分別為1.73%、0.31%，屬超貧尾礦，不適合再選。但該尾礦中SiO2含量為48.65%，因此可考慮可用它作原料生產建筑材料、充填采空區或進行尾礦區復墾。

山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦化學多元素分析結果見表4。

表4 桐木溝鉛鋅尾礦化學多元素分析

由表4可知，桐木溝鉛鋅尾礦中SiO2含量高達61.37%，MgO、CaO、Al2O3含量分別為1.85%、7.04%、5.64%。該尾礦中的有價元素鋅含量較高，為4.36%，具有二次回收價值，可以進行再選。

3.2 真密度分析

商州區董家后溝鉛鋅尾礦、鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦、洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦、山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦礦樣真密度測試結果，見表5。

由表5真密度測定結果可知，四組礦樣的真密度結果相差并不大，在3.1～3.6 g·cm-3。鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦真密度相對較大，為3.5264 g·cm-3，商州區董家后溝鉛鋅尾礦真密度最小，為3.1488 g·cm-3，而洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦和山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦的真密度相當，分別為3.1808 g·cm-3、3.1917 g·cm-3。

表5 礦樣真密度測試結果

3.3 X射線衍射分析

為確定每種礦樣的礦物組成，采用X射線衍射儀對商州區董家后溝鉛鋅尾礦、鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦、洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦、山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦礦樣進行X射線衍射分析，結果如圖2～圖5所示。

圖2 商州區董家后溝鉛鋅尾礦X射線衍射圖譜

圖3 鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦X射線衍射圖譜

圖4 洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦X射線衍射圖譜

由圖2～圖5的X射線衍射圖譜結果可知，商州區董家后溝鉛鋅尾礦、鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦、洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦、山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦中SiO2晶體的衍射峰強度十分明顯，并且峰值較高，說明這些鉛鋅尾礦中均含有大量的SiO2晶體；鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦、洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦中還含有CaO、MgO晶體，而商州區董家后溝鉛鋅尾礦中含有CaO、Fe2O3晶體，山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦中含有CaO、FeS2晶體。

圖5 山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦X射線衍射圖譜

3.4 粒度分析

為了研究每種尾礦樣的粒度特性，采用標準篩對商州區董家后溝鉛鋅尾礦、鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦、洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦、山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦礦樣進行粒度組成分析，結果如圖6～圖9所示。

由圖6可知，商州區董家后溝鉛鋅尾礦粒度在+0.125 mm粒級的產率為21.61%，-0.075 mm粒級產率為56.00%，而粒度在-0.038 mm以下粒級產率高達32.13%，可見，此尾礦屬于微細粒尾礦。

圖6 商州區董家后溝鉛鋅尾礦粒度分布

由圖7可知，鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦粒度集中在-0.125+0.075 mm，其產率為38.20%，-0.075 mm粒級產率為34.67%，粒度較粗。結合其化學多元素分析結果，該尾礦中鐵含量高達16.55%，品位較高，這是由于粗顆粒中的鐵物相沒有完全單體解離造成的。因此，可考慮在后續研究中先對此尾礦進行磨礦細度試驗，再采用浮選、磁選或重選分選出鐵精礦。

圖7 鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦粒度分布

圖8 洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦粒度分布

圖9 山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦粒度分布

由圖8可知，洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦粒度在+0.075 mm粒級的尾礦，其產率高達83.04%，粒徑相對較粗。其化學多元素分析結果表明，該尾礦中有價元素含量相對較低，沒有二次選別價值，因此，可考慮用此尾礦制造建材或進行其他綜合利用。

由圖9可知，山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦的粒度主要集中在-0.450+0.180 mm粒級，產率為34.23%。+0.075 mm粒級產率高達78.19%，粒度較粗。結合其化學多元素分析結果，該尾礦中有價元素鋅的含量較高，為4.36%，具有再選價值。因此，可在采用浮選法獲得鋅精礦之前進一步磨細此尾礦，使粗顆粒盡可能達到完全單體解離。

4 結論

商州區董家后溝鉛鋅尾礦屬于微細粒超貧尾礦，粒度在-0.038 mm以下粒級產率高達32.13%，真密度為3.1488 g·cm-3，SiO2含量高達32.76%，有價元素Pb、Zn含量較低，不具備再選價值，鐵含量為12.98%，但S含量較高，為8.96%，可考慮進行選鐵除硫試驗。

鎮安縣月西溝鉛鋅尾礦粒度集中在-0.125+0.075 mm，-0.075 mm粒級產率為34.67%，粒度較粗，真密度為3.5264 g·cm-3。該尾礦中有價元素Fe、Pb、Zn含量較低，可考慮將其用于生產建筑材料、進行采空區充填或尾礦區復墾等。

洛南縣寨子溝鉛鋅尾礦屬于微粗粒超貧尾礦，+0.075 mm粒級產率高達83.04%，真密度為3.1808 g·cm-3，尾礦中SiO2含量為48.65%，有價元素含量相對較低，沒有二次選別價值，可考慮用此尾礦作原料生產建筑材料、充填采空區或進行尾礦區復墾等。

山陽縣桐木溝鉛鋅尾礦粒度主要集中在-0.450+0.180 mm粒級，+0.075 mm粒級產率高達78.19%，粒度較粗，真密度為3.1917 g·cm-3。該尾礦中SiO2含量高達61.37%，同時有價元素鋅含量較高，為4.36%，具有再選價值，可先對此尾礦進行磨礦細度試驗，使粗顆粒盡可能達到完全單體解離，再采用浮選法分離鋅精礦。

[1]邵正明.尾礦綜合處理與利用技術現狀及展望[J].現代礦業,2014,9(9)：45-47.

[2]中華人民共和國國土資源部.中國礦產資源報告[R].北京出版社,2013：1-10.

[3]周文,孫志強,劉華偉.鉛鋅尾礦綜合利用中的合理用能診斷[J].金屬材料與冶金工程,2011,39(2)：25-28.

[4]尚衍波,陳經華,何發鈺.中國鉛鋅選礦技術新進展[J].世界有色金屬,2016,4(6)：15-17.

[5]彭新平,陳偉.某鉛鋅尾礦庫環境監測與評價[J].礦冶,2013,2(2)：11-13.

[6]張文江.大型金屬礦山環境污染及防治研究[J].資源節約與環保,2013,5(1)：19-21.

[7]于洪浩.鞍山高硅鐵尾礦的增殖化利用研究[D].沈陽：東北大學,2009：32-36.

[8]郝士勇.鉛鋅尾礦制備無機絮凝劑的研究[D].昆明：昆明理工大學,2013：15-18.

[9]韓藏娟,程水明,伍書軍.真密度的檢測方法[J].理化檢驗,2013,1(3)：12-15.

[10]劉永強.小角度XRD的實現及應用[D].杭州：杭州電子科技大學,2014：8-10.

[11]倪壽亮.粒度分析方法及應用[J].廣東化工,2011,5(2)：28-30.

（責任編輯：張國春）

An Analysis Characteristic on of the Typical Lead and Zinc Tailings in Shangluo

YAN Zan,LIU Ming-bao,NAN Ning
(College of Chemical Engineering and Modern Materials/Shaanxi Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Tailings Resources,Shangluo University,Shangluo 726000,Shaanxi)

The chemical composition,true density,mineral composition and size distribution have been studied on the typical lead and zinc tailings in Shangluo by chemical multi-element analysis,true density test,X-ray diffraction analysis and particle size analysis.It is of great significance to put forward the extraction of valuable metals from tailings,explore the possibility of second use,valuable elements in lead and zinc tailings and the comprehensive recycling program of building material products,goaf backfill,reclamation and filling.The results show that the lead and zinc tailings in Yuexigou,Zhenan County and Zhaizigou,Luonan county,are no value and can consider to be used for production of building materials,goaf filling or reclamation,and so on.The iron content of lead and zinc tailings in Yaogou,Shangzhou Cistrict is as high as 12.98%,and the zinc content of lead and zinc tailings in Tongmugou,Shanyang County is 4.36%,which have chosen value and can be considered to separate concentrate by flotation or other methods.

lead and zinc tailings;valuable elements;Shangluo

X753

：A

：1674-0033（2017）04-0054-05

10.13440/j.slxy.1674-0033.2017.04.012

2017-02-20

陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室開放基金項目（2014SKY-WK011）

閻贊，女，陜西戶縣人，碩士，講師