郭家溝鉛鋅硫化礦工藝礦物學特征及浮選原則工藝的確定

翁存建 張慧婷 朱賢文 賴春華 王鵬程 羅仙平 ，51

（1.西部礦業集團科技發展有限公司，青海西寧810006；2.西安建筑科技大學資源工程學院，陜西西安710000；3.青海省有色礦產資源工程技術研究中心，青海西寧810006；4.青海省高原礦物加工工程與綜合利用重點實驗室，青海西寧810006；5.江西理工大學資源與環境工程學院，江西贛州341000）

郭家溝鉛鋅礦位于甘肅省徽縣柳林鎮，是我國新近發現的大型構造熱液蝕變巖型鉛鋅礦床，鉛鋅資源儲量達300萬t以上［1-2］。自該鉛鋅礦床發現以來，對該鉛鋅礦石的工藝礦物特征研究鮮見，選礦原則工藝急需確定。本文對郭家溝鉛鋅礦的工藝礦物學特征、化學元素、礦物組成、結構構造以及礦物的嵌布特性、解離度特征等進行了研究，確定了該鉛鋅資源在當前技術經濟條件下宜采用鉛鋅優先浮選的原則工藝流程，研究成果可為該鉛鋅礦石的高效開發綜合利用提供技術支撐。

1 礦石物質組成

郭家溝鉛鋅礦石主要化學成分見表1，鉛和鋅物相分析結果分別如表2和表3所示。

注：Ag、Au含量的單位為g/t。

從表1可知：礦石中鉛、鋅含量相對較高，品位分別為1.85%和5.75%，是礦石中主要回收的元素；貴金屬金、銀的含量分別為0.5 g/t和39.95 g/t，可伴生回收。礦石中脈石礦物主要成分為SiO2、Al2O3、CaO。

由表2、表3可知：礦石屬原生礦類型，鉛的氧化率為5.41%，對鉛礦物的浮選回收有一定的影響；鋅礦物的氧化率為1.57%，對鋅的浮選回收影響較小。

礦石肉眼觀察下呈灰白色或黃色，具有脈狀、網格狀和星點狀構造，部分礦塊中可見分布較為集中的金屬硫化物。原礦XRD分析結果見圖1，主要礦物組成見表4。礦石礦物組成復雜，金屬礦物主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、車輪礦、黃鐵礦、毒砂等，脈石礦物主要有石英、方解石、綠泥石等。

2 礦石的結構構造

礦石在碎磨過程中粉碎的難易程度與礦石中礦物晶粒的外部形態、內部的顯微結構以及空間分布特征有著緊密的關系，同時也直接影響礦石中有用礦物單體解離的難易程度以及連生體的特性［3-4］。

礦石構造主要有塊狀結構、脈狀構造、網脈狀構造、星點狀構造4種類型。塊狀構造，方鉛礦、閃鋅礦各自的獨立礦物構成致密塊狀結構。脈狀構造，黃鐵礦、黃銅礦、石英等呈脈狀產出。網脈狀構造，方鉛礦、閃鋅礦沿方解石的解理裂紋充填呈網脈狀。星點狀構造，閃鋅礦、方鉛礦微粒在方解石、石英中呈星點狀分布。

礦石結構主要有自形晶結構、他形晶結構、壓碎結構、填隙結構、揉皺結構、交代顯微文象結構、交代骸晶-篩孔狀結構等7種類型。自形晶結構，毒砂、黃鐵礦呈自形晶、菱形、立方形產出。他形晶結構，方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦呈他形晶產出。壓碎結構，黃鐵礦被壓碎，網狀碎裂紋、碎粒有的被黃銅礦充填。填隙結構，方鉛礦、閃鋅礦沿方解石粒間充填黃鐵礦的碎裂紋充填。揉皺結構，方鉛礦受構造應力作用，三角解理發育并呈揉皺狀。交代顯微文象結構，方鉛礦交代閃鋅礦、方鉛礦在閃鋅礦中呈不規則狀顯微文象狀。交代骸晶-篩孔狀結構，方鉛礦交代黃鐵礦呈骸晶狀、篩孔狀。

3 主要礦物的產出形式與特征

3.1 方鉛礦

方鉛礦是選礦富集回收的主要目的礦物，多以團塊狀、塊狀、脈狀，不規則網脈狀、星點狀產出，顆粒大小懸殊巨大，與脈石關系密切。方鉛礦呈不規則狀交代閃鋅礦、包裹方解石、黃鐵礦（見圖2（a）、（b）、（c）、（e））。有的呈星點狀、大小不等分布于石英、方解石中（見圖2（b）），細粒粒徑多在10 μm以下，多數在43～150 μm不等，其中小于10 μm占29%；方鉛礦沿方解石的解理裂紋充填呈網脈狀或包裹菱形解理的方解石（見圖2（c）、（d））；方鉛礦與黃鐵礦交代呈骸晶狀、篩孔狀（見圖2（e））；方鉛礦沿石英裂紋充填呈放射狀（見圖2（f））。

3.2 閃鋅礦

閃鋅礦是礦石中鋅的主要賦存礦物，以團塊狀、塊狀、網脈狀、星點狀產出，粒度極不均勻，細小者小于5 μm，多數20～74 μm不等，其中74 μm以上的約占20%，5 μm以下的占10%。方解石脈穿切閃鋅礦（見圖3（a）），或閃鋅礦脈穿切方解石（見圖3（b））；團塊狀閃鋅礦常見包裹方鉛礦、黃鐵礦、方解石微粒（見圖3（c））。閃鋅礦被方鉛礦交代穿切，有的呈顯微文象狀，有的接觸界線平直，無交代現象（見圖3（d））。閃鋅礦呈星點狀，不規則狀、網脈狀、微脈狀分布于方解石中或略去塊狀在方解石中（見圖3（e））；或在石英中分布被方解石微脈穿切（見圖3（f））。

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中含量最高的金屬礦物，常呈塊狀、浸染狀、星點狀分布，受構造應力作用被壓碎成碎粒，裂紋發育，粒度多在0.5～2.0 mm之間（見圖2（b））。有的被方鉛礦包裹充填交代呈骸晶狀、篩孔狀（見圖2（e）），較少數微粒被閃鋅礦包裹，粒度在0.038～0.074 mm之間。

3.4 脈石礦物

脈石礦物中石英、方解石、綠泥石與長石相互間共生緊密，也與金屬礦物鑲嵌緊密或包裹，部分被壓碎成碎粒、裂紋發育，沿粒間、孔洞及裂隙成不規則脈狀或粒狀穿切金屬礦物，或被金屬礦物穿切。

4 主要金屬礦物的嵌布粒度

選礦工藝確定與礦石中主要礦物的嵌布粒度有著直接關系［5-6］。為合理制定選礦工藝流程、確定合適的磨礦細度提供依據，考察了礦石中鉛、鋅礦物的粒度分布情況，如圖4所示。

由圖4可見，鉛鋅金屬礦物主要分布在+0.30 mm粒級，鉛、鋅礦物在+0.043 mm粒級的累計分布率分別達78.29%和82.97%，部分鉛、鋅礦物的嵌布粒度較細。因此，在選礦過程中需選擇合適的磨礦細度，將大部分嵌布粒度較粗的鉛、鋅礦物磨至單體解離，同時也需特別注意對細粒級鉛、鋅礦物進行回收。

礦物的單體解離是獲得理想技術指標的必要條件［7］。考察并分析了閃鋅礦、方鉛礦的單體解離度（給料-2 mm），結果見表5、表6。

由表5可知，閃鋅礦在0.45～0.15 mm粒級內單體含量為 89.61%，而在0.074～0.045 mm粒級只有91.14%的單體解離，甚至-0.045 mm粒級也未完全解離，說明有部分閃鋅礦嵌布粒度非常細，閃鋅礦總體單體含量為88.75%。因此，對粗粒閃鋅礦回收的同時，也應注重對細粒級閃鋅礦的回收。

由表6可知，方鉛礦單體解離度較閃鋅礦差，雖然0.15～0.074 mm粒級單體含量達到了85.71%，但在0.074～0.045 mm粒級內單體含量也僅有86.53%，-0.045 mm粒級也未完全解離，方鉛礦總體單體含量僅70.78%，對鉛礦物的選礦回收極為不利，需要細磨才能單體解離，否則影響精礦產品質量。

5 選礦試驗

礦石中鉛鋅礦物共生致密，嵌布關系復雜，使得鉛鋅礦物的分離難度加大。國內外對鉛鋅硫化礦的選別原則工藝主要有優先浮選、混合浮選、等可浮等［8-10］。經前期試驗探索比較，最終確定采用鉛優先浮選原則工藝處理該礦石，在此基礎上，對磨礦細度、礦漿pH（電位）和捕收劑種類等條件進行了詳細的研究，結果表明，采用常規鉛捕收劑25#黑藥、乙硫氮、乙基鈉黃藥等［11］等捕收鉛礦物，難以實現鉛、鋅硫化礦物的有效分離，為此，通過藥劑基團改性，開發了硫化鉛礦物新型高效捕收劑LP-12進行鉛浮選試驗［12］。

5.1 磨礦細度對鉛浮選的影響

選擇合理的磨礦細度既能保證目的礦物的有效充分解離，又能防止過磨現象，使礦泥的干擾降到最低［13-15］。在硫化鉛礦物新型高效捕收劑LP-12用量為120 g/t、硫化鋅礦物及硫鐵礦物組合抑制劑CaO+ZnSO4用量為7 000+1 000 g/t、起泡劑2#油用量為21 g/t條件下進行磨礦細度試驗，結果見圖5。

由圖5可知：隨著-0.074 mm含量由65%增大到85%，鉛粗精礦中鉛回收率呈先上升后下降的趨勢。綜合考慮，選取磨礦細度為-0.074 mm占75%。

5.2 礦漿pH值對鉛粗選的影響

礦石中硫鐵礦物含量較高，在鉛浮選作業中，要想獲得較好的鉛分選指標，對硫化鋅礦物及硫鐵礦物的有效抑制是關鍵。鉛、鋅、硫浮選體系中存在鉛礦物與鋅礦物和硫鐵礦物分離的最佳礦漿pH及礦漿電位臨界點，且在堿性條件下，有助于硫酸鋅對閃鋅礦的抑制［16-18］。選用復配高效捕收劑，運用其不同組分的強捕收、高選擇性及其間的協同效應對目的礦物進行捕收［19-23］。在磨礦細度為-0.074 mm占75%、硫化鉛礦物新型高效組合捕收劑LP-12用量為120 g/t、硫酸鋅用量為1 000 g/t、起泡劑2#油用量為21 g/t的條件下，考察了石灰用量對礦漿pH、電位以及鉛粗精礦選別指標的影響，試驗結果見圖6。

由圖6可知：隨石灰用量的增加，鉛精礦鉛品位先上升后趨于平穩，鉛回收率先逐漸上升后略微下降；當石灰用量為7 000 g/t時，礦漿pH值及電位分別為13.40和-352 mV時，鉛粗精礦綜合指標達到最佳，閃鋅礦和硫鐵礦物得到了較好的抑制，可能的原因是閃鋅礦表面生成了Zn（OH）2、Ca（OH）2等親水性薄膜被抑制、硫鐵礦物表面生成了Fe（OH）2、Ca（OH）2等親水性薄膜被抑制。因此，鉛粗選選取礦漿pH值及礦漿電位分別為13.40和-352 mV。

5.3 小型閉路流程試驗

在確定了原則工藝流程及其最佳浮選工藝參數的情況下，進行了閉路試驗，試驗流程見圖7，試驗結果見表7。

由表7可知，實驗室小型閉路試驗可獲得鉛精礦含鉛55.08%、鉛回收率91.70%、含銀896.93 g/t、銀回收率69.15%，鋅精礦含鋅55.05%、鋅回收率93.92%、含銀85.07 g/t、銀回收率20.89%的較好指標。

6 結 論

（1）郭家溝鉛鋅礦石中礦物種類繁多，嵌布關系復雜，主要有用礦物為方鉛礦和閃鋅礦，其含量分別為1.85%%和5.75%，此外伴生貴金屬銀含量為39.95 g/t，可綜合回收。其余金屬礦物主要有黃銅礦、車輪礦、黃鐵礦、毒砂等，脈石礦物為方解石、石英、綠泥石等。方鉛礦和閃鋅礦主要呈呈中-細粒嵌布，大部分有用礦物嵌布粒度在-0.074 mm；礦石中方鉛礦以顯微文象交代閃鋅礦，包裹交代黃鐵礦等特征，閃鋅礦常見包裹方鉛礦、黃鐵礦、方解石微粒，被方鉛礦交代穿切，有的呈顯微文象狀，有的接觸界線平直，無交代現象，礦物嵌布粒度較細，屬中等難選類型礦石。

（2）以新型高效捕收劑LP-12為鉛捕收劑，進行鉛鋅優先浮選流程試驗。礦石在磨礦細度為-0.074 mm占75%條件下，經1粗3精1掃選鉛，選鉛尾礦經1粗1精1掃選鋅小型閉路試驗，可獲得鉛品位55.08%、鉛回收率91.70%、銀品位896.93 g/t、銀回收率69.15%的鉛精礦，鋅品位55.05%、鋅回收率93.92%的鋅精礦。