贊比亞某難浸氧化銅礦石工藝礦物學研究

于保強 孫春寶 寇 玨

（北京科技大學土木與資源工程學院，北京 100083）

贊比亞銅礦帶是世界重要的銅礦成礦帶之一，銅儲量約占世界總量的15%［1-5］。該銅礦帶深部銅礦資源主要是黃銅礦和斑銅礦并伴生有輝銅礦，但其地表淺部仍賦存有大量的氧化銅礦資源，這些氧化銅礦平均銅金屬品位較高，且容易開采，但風化嚴重，含泥量大，結合氧化銅含量高，銅的賦存狀態復雜，采用常規浮選或浸出的方法很難達到理想的指標［6-7］。對于該典型難浸氧化銅礦，目前當地主要采取電加熱的方式進行浸出，這對于電力資源匱乏、電力價格較高的非洲地區而言會造成生產成本的增加［8］。為了充分了解該類礦石的性質，并為現場工藝優化和節能降耗提供基礎資料，本文對該難浸氧化銅礦進行了詳細的工藝礦物學研究。

1 礦石物質組成

1.1 原礦化學元素分析

贊比亞某氧化銅礦原礦化學元素分析結果見表1。

由表1可以看出，原礦主要有價金屬元素為銅，其品位為1.65%。此外，原礦中鋁和硅的含量較高，說明該氧化礦中含有大量的鋁硅酸鹽礦物以及石英。

1.2 原礦礦物組成

通過工藝礦物學分析儀BPMA對原礦主要礦物組成進行分析，其中典型的原礦BPMA灰度圖及分相圖如圖1所示，通過對多個掃描面上的礦物顆粒進行自動鑒別、統計和計算可得到原礦主要礦物組成如表2所示。

從表2可以看出，礦石主要由金云母、石英、長石、絹云母以及黑云母組成，其含量分別占原礦的25.99%、21.28%、13.83%、10.90%以及5.97%。此外，原礦中還含有少量的黏土類礦物。原礦中的主要含銅礦物有黃銅礦、孔雀石、硅孔雀石、輝銅礦、斑銅礦、赤銅礦、銅藍以及黑銅礦，但其含量相對較低。

1.3 原礦銅賦存狀態分析

根據原礦BPMA分析確定的礦物組成和各礦物中銅的理論含量可以得出銅在原礦中主要含銅礦物的分布率如表3所示（云母中銅的含量是通過對原礦中的云母進行分離提純后進行化學分析測得的平均銅品位）。

從表3可以看出：原礦中的銅主要分布在云母礦物中，分布率為68.63%；此外，銅還分布在孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦中，其分布率分別為7.66%、4.51%、1.61%；銅在硫化礦如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、銅藍中的分布率分別為4.81%、3.87%、1.53%、1.22%。該結果說明原礦中結合氧化銅含量較高，屬于難浸氧化銅礦。

2 礦石結構和構造

2.1 礦石結構

（1）粒狀結構。礦石中石英、長石主要以半自形或他形粒狀結構分布，而孔雀石、黃銅礦、輝銅礦以及斑銅礦主要為他形粒狀結構。

（2）片狀結構。礦石中金云母、絹云母、黑云母等礦物主要以片狀結構產出，且大多為半自形或他形片狀，偶見六方片狀結構。

（3）交代結構。礦石中可見硅孔雀石沿石英和云母的邊緣或裂隙進行交代，這些硅孔雀石相互連接成網狀，而未連接的部分則形成交代邊。

（4）交錯結構。礦石中可見少量黃銅礦與輝銅礦以交錯結構相互存在，交界處多為不規則曲線，此時黃銅礦和輝銅礦主要為樹枝狀或他形粒狀結構。

2.2 礦石構造

（1）塊狀構造。礦石中的塊狀構造多見于石英、長石和云母構成的致密集合體。

（2）浸染狀構造。礦石中的硫化礦物如輝銅礦、黃銅礦以及銅藍多以星點狀嵌布在石英或云母礦物顆粒中，顆粒相對較小，且無定向排列。

（3）條帶狀構造。礦石中可見少量赤銅礦集合體呈條帶狀，與云母礦物相間排列，形成條帶狀構造。

（4）土狀構造。礦石中綠泥石、高嶺石、赤鐵礦多以土狀集合體的形式存在，硬度偏軟，易泥化。

3 主要含銅礦物嵌布特征

3.1 黃銅礦

圖2為黃銅礦光學顯微圖。黃銅礦主要以不規則粒狀產出，且顆粒較小。黃銅礦主要以星點狀或稀散浸染狀分布于脈石中或顆粒邊緣，部分見于裂隙中。圖中顯示黃銅礦被黑云母或石英包裹，該情形較為常見。

3.2 輝銅礦

圖3為輝銅礦光學顯微圖。輝銅礦與黃銅礦關系密切，常與黃銅礦在其邊緣和裂隙處進行交代。輝銅礦主要呈它形不規則粒狀或條帶狀結構產出，其粒徑差異較大，主要介于0.005～0.200 mm之間。此外，輝銅礦主要以星點狀或稀散浸染狀嵌布于石英或云母中。

3.3 銅 藍

圖4為銅藍光學顯微圖。銅藍主要呈靛藍色、深藍色-白色微藍，不透明狀，顆粒大小不均勻，其粒徑主要介于0.005～0.100 mm之間。銅藍主要以星點狀或稀散浸染狀的形式嵌布于脈石礦物石英或云母中。

3.4 孔雀石

圖5為孔雀石光學顯微圖?？兹甘饕植加谑⒖障痘蜓厥⒘严栋l育，部分交代云母。孔雀石為無定型結構，其顆粒大小不均勻，主要介于0.005～0.500 mm之間，偶見大顆粒粒徑約2 mm。

3.5 硅孔雀石

圖6為硅孔雀石掃描電鏡圖。硅孔雀石通常與石英和云母進行交代，并多與石英結合。硅孔雀石主要呈隱晶質或膠狀結合體結構，形狀不規則，其粒徑差異較大，主要介于0.005～0.200 mm之間，部分顆粒小于0.005 mm。

3.6 含銅云母

云母是原礦中普遍存在的一種礦物，其顆粒形狀主要為短柱狀、板狀或片狀結構，通常與石英混雜交結在一起，偶見云母被赤銅礦沿其縫隙處交代。圖7的能譜分析結果表明云母中含有一定量的銅。該種含銅的云母在原礦中含量較多，構成了原礦中一種重要的含銅礦物。

4 主要礦物解離度

采用BPMA對原礦磨礦細度為-0.074 mm占80%的產品進行解離度分析，結果見表4。表中連生度為0表示礦物完全單體解離，連生度10%表示連生顆粒中目的礦物占90%，余此類推。若以連生度0～10%來衡量礦物解離度，則原礦中主要礦物金云母、石英、絹云母以及黑云母的解離度分別為94.59%、84.78%、86.61%、92.7%，相對較高。孔雀石、硅孔雀石、黃銅礦、斑銅礦的解離度分別為59.37%、51.62%、70.37%、65.01%，相對較低，而輝銅礦和銅藍的解離度最低。

5 原礦工藝優化影響因素分析

根據原礦中銅賦存狀態結果可以看出，原礦中的銅主要賦存在云母礦物中，該含銅云母屬于一種難浸的結合氧化銅礦物，其在原礦中含量較高，因此當地采用的加溫浸出措施主要是促進了云母中銅的浸出。對于孔雀石和硅孔雀石而言，其在室溫條件浸出率就很高，加溫對其影響較小。對于硫化銅礦如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦以及銅藍而言，即使加溫其浸出率也很低，因此加溫對其影響也很小。綜合分析得出，原礦中的含銅云母是現場采取加溫浸出工藝且造成生產成本增加的重要因素，因此必須有針對性地采取含銅云母浸出強化措施才能實現對當地氧化銅礦資源的經濟高效利用。由于云母具有層狀結構，因此可以考慮采用有機陽離子插層技術促進含銅云母膨脹，從而有利于浸出劑與云母內部銅離子的接觸；或采用超聲波預處理技術對含銅云母進行剝離，以增大浸出劑與含銅云母的接觸面積，進而提高銅的浸出率并降低反應溫度，降低能耗。

6 結論

（1）贊比亞某氧化銅礦主要有價金屬為銅，銅的品位為1.65%。礦石主要由金云母、石英、長石、絹云母以及黑云母組成，其含量分別占原礦的25.99%、21.28%、13.83%、10.90%以及5.97%，此外原礦中還含有少量的黏土類礦物。

（2）原礦中的銅主要分布在云母礦物中，分布率為68.63%。此外，還有少量銅分布在孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦以及硫化礦如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦和銅藍中。該礦屬于高氧化率、高結合率難浸氧化銅礦。原礦中孔雀石、硅孔雀石以及硫化銅礦解離度相對較低，而脈石礦物石英、長石、云母的解離度相對較高。

（3）原礦中的含銅云母是現場需采取加溫浸出工藝且造成生產成本增加的重要因素，可以考慮采用有機陽離子插層或者超聲波剝離技術以實現對當地氧化銅礦資源經濟高效地利用。