銅鉛鋅混合精礦的礦物學(xué)特征分析及分離效率探究

謝海云， 柳彥昊， 紀(jì)翠翠*， 晉艷玲， 張培， 田小松， 劉榕鑫

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院， 云南 昆明 650093；2.云南銅業(yè)礦山研究院， 云南 昆明 650093)

目前，隨著原礦處理方法的進(jìn)步和新型測(cè)試技術(shù)在礦物工藝領(lǐng)域的應(yīng)用，工藝礦物學(xué)研究已成為地質(zhì)、選礦、冶煉等行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要依托[1]，在產(chǎn)品質(zhì)量分析、礦物材料等方面有著難以替代的作用。在選礦方面，工藝礦物學(xué)主要研究礦石的物質(zhì)成分、礦石的礦物組成、礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其物理、化學(xué)性質(zhì)和礦物在選礦過程的行為，為詮釋選礦機(jī)理、制定選礦工藝方案和實(shí)現(xiàn)選礦過程優(yōu)化提供礦物學(xué)依據(jù)[2-3]。近年來，隨著巖礦分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，X射線衍射[4]、光學(xué)顯微鏡掃描電鏡礦物定量評(píng)價(jià)(QEMSCAN)[5-6]和礦物解離度自動(dòng)分析(MLA)[7-10]等設(shè)備的陸續(xù)應(yīng)用，使得國(guó)內(nèi)外在礦物工藝領(lǐng)域的研究均有較大突破。國(guó)外對(duì)工藝礦物學(xué)的研究側(cè)重于礦物及成礦過程。例如，Daley等[11]研究了過氧化鋅到氧化鋅的分解過程；Isabel等[12]通過工藝礦物學(xué)技術(shù)模擬樣品之間的作用。中國(guó)的研究側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用，如對(duì)銅鉛鋅硫化礦的礦物嵌布特性分析[13]、隱晶質(zhì)巖石的分析鑒定[14]等，為巖礦結(jié)構(gòu)分析及選礦流程的改進(jìn)等提供了重要依據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)了選礦技術(shù)和礦產(chǎn)資源利用的改進(jìn)與提高。

云南迪慶藏族自治州是全國(guó)十大礦產(chǎn)資源富集區(qū)之一，其中銅、鎢、鉬、鉛、鋅是該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)礦種，已探明銅金屬儲(chǔ)量600多萬噸，鉛鋅金屬儲(chǔ)量約300萬噸。在礦床中銅、鉛、鋅、鐵的硫化礦通常以共生或伴生的形式產(chǎn)出，導(dǎo)致各礦物之間緊密連生或者相互包裹[15-17]，在浮選分離過程中存在分離效率低、精礦品位和回收率低、彼此混雜往往產(chǎn)出混合精礦等問題[18-20]，而導(dǎo)致產(chǎn)生這些問題的一個(gè)重要原因是傳統(tǒng)工藝礦物學(xué)手段對(duì)礦石的原礦性質(zhì)研究不充分，未能對(duì)選礦工藝改進(jìn)與指標(biāo)提升發(fā)揮指導(dǎo)作用[21]。

本文針對(duì)云南迪慶礦業(yè)產(chǎn)出的難分離銅鉛鋅混合精礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，利用光譜半定量分析、物相分析、X射線衍射分析和MLA分析等檢測(cè)方法，對(duì)混合精礦中的主要金屬礦物、解離度以及嵌布特征進(jìn)行分析，目的是為該類混合精礦提供工藝礦物學(xué)分析數(shù)據(jù)，以期為類似銅鉛鋅硫化礦的高效分離和富集提供一種研究思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品來源

研究所用銅鉛鋅混合精礦樣品取自云南迪慶礦業(yè)一選廠，樣品共計(jì)100kg。對(duì)礦樣室溫陰干，混勻后取樣進(jìn)行分析。

1.2 樣品測(cè)試方法

采用X射線熒光光譜儀(α-6000型，美國(guó)Innov-X系統(tǒng)公司)對(duì)礦樣的化學(xué)成分進(jìn)行分析，確定礦樣中主要元素組成及含量。采用X射線衍射儀(DX-2700型，丹東浩元儀器有限公司)對(duì)礦樣的主要礦物組成進(jìn)行分析。采用原子吸收光譜儀(AA-1800E型，美析儀器有限公司)對(duì)礦樣的主要礦物含量進(jìn)行測(cè)定，確定礦樣中有價(jià)金屬礦物中的難選氧化礦存在比例。

礦物解離度自動(dòng)分析 (MLA，Mineral Liberation Analyser)與傳統(tǒng)鏡下鑒定統(tǒng)計(jì)相比，具有自動(dòng)化程度高、快速呈現(xiàn)數(shù)據(jù)和測(cè)量精準(zhǔn)等特點(diǎn)[22-24]，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于選礦流程監(jiān)控和工藝礦物學(xué)分析等領(lǐng)域。本研究工作所采用的MLA 系統(tǒng)是由一臺(tái)Quanta600環(huán)境掃描電子顯微鏡、一臺(tái)EDAXGENESIS 能譜儀和工藝礦物學(xué)自動(dòng)測(cè)試軟件構(gòu)成，通過背射電子圖像和圖像分析技術(shù)進(jìn)行處理和計(jì)算，可確定主要礦物解離度特征，為該礦的高效選別提供重要參考[25-27]。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)成分分析結(jié)果

對(duì)混合精礦礦樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果如表1所示。根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果，該混合精礦中主要有價(jià)金屬為Cu、Pb、Zn和Ag，有害金屬As含量為0.24%，低于相關(guān)精礦國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(銅精礦，YS/T 318—1997；鉛精礦，YS/T 319—2013；鋅精礦，YS/T 320—2007)對(duì)有害元素的要求。銅、鉛、鋅三種有價(jià)金屬共存，為提高其經(jīng)濟(jì)效益，需通過選礦的工藝將有價(jià)金屬礦物分離。

表1 混合精礦樣品化學(xué)成分分析結(jié)果

2.2 礦物組成分析結(jié)果

在化學(xué)組分分析的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步查明有價(jià)金屬銅、鉛和鋅在混合精礦中的礦物組成，對(duì)銅鉛鋅混合精礦進(jìn)行了X射線衍射分析。分析結(jié)果(圖1和表2)表明，混合精礦中主要金屬礦物主要為黃銅礦(34.33%)、方鉛礦(18.22%)、閃鋅礦(11.01%)和黃鐵礦(17.91%)。脈石礦物主要為石英、白云石、方解石和高嶺石。在混合精礦中，有用礦物相互混雜，難以作為合格精礦銷售或冶煉，需要后續(xù)進(jìn)一步選礦分離[28]。

表2 混合精礦主要礦物組成

圖1 混合精礦的X射線衍射分析圖譜Fig.1 X-ray diffraction analysis diagram of mixed concentrates

2.3 物相組成分析結(jié)果

該礦樣中主要有價(jià)元素為Cu、Pb和Zn，Ag為綜合回收的貴金屬。為了進(jìn)一步明確各有價(jià)元素賦存的物相種類、含量和分布率，對(duì)礦樣中Cu、Pb及Zn進(jìn)行物相分析，分析結(jié)果見表3。

表3 混合精礦中銅、鉛、鋅物相分析

根據(jù)混合精礦的銅、鉛、鋅物相分析表明，銅礦物主要為硫化銅(占98.75%)，氧化銅含量少(占1.25%)；鉛礦物中的硫化鉛(方鉛礦)占62.40%，鉛的氧化率較高，為36.52%(其中鉛礬17.92%，白鉛礦18.60%);鋅礦物主要為硫化鋅(占93.67%)，其次是氧化鋅占5.28%。

由表3中可知，該精礦屬于銅鉛鋅硫化混合精礦，其中含少量的氧化鉛礦物，目前對(duì)這類混合精礦直接冶煉存在設(shè)備和工藝等方面的困難，往往需要采用選礦工藝進(jìn)一步分離產(chǎn)出單一的銅精礦、鉛精礦和鋅精礦。

2.4 粒度分析結(jié)果

對(duì)混合精礦取樣后進(jìn)行篩析，得到各粒級(jí)物料后，逐一進(jìn)行稱重和化學(xué)分析。混合精礦的各粒級(jí)分布，銅、鉛、鋅品位及金屬分布率如表4所示。

表4 混合精礦粒度分布分析結(jié)果

由表4中結(jié)果可見，混合精礦的粒級(jí)組成微細(xì)，其中粒度在0.038mm至0.019mm占多數(shù)，為90.48%。Cu金屬集中分布在0.038mm至0.023mm的粒度中，其中在0.023mm粒度以上Cu的品位較高。Pb和Zn在粒度0.038mm以上的品位較低，在0.038mm以下的粒級(jí)中品位較高。Pb在0.038mm至0.019mm的粒度中金屬分布率為96.40%，Zn的金屬分布率為95.32%，說明該礦樣為細(xì)粒銅鉛鋅混合精礦。后續(xù)進(jìn)一步采用解離度分析(MLA)考察Cu、Pb和Zn礦物的嵌布及解離特性。

2.5 單體解離度分析結(jié)果

黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等硫化礦常常伴隨共生[16-17]，采用傳統(tǒng)的顯微鏡來測(cè)定其嵌布粒度以及單體解離度耗時(shí)且精準(zhǔn)度低。MLA能夠利用背散射電子圖像來區(qū)分不同物相，因此其對(duì)礦物進(jìn)行區(qū)分并采集相關(guān)信息要相對(duì)快速、簡(jiǎn)單。為準(zhǔn)確測(cè)定銅鉛鋅硫化礦中黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等主要礦物的解離度及其嵌布特征，為選別流程的改進(jìn)提供理論數(shù)據(jù)，本部分研究中應(yīng)用背散射電子圖像來區(qū)別不同物質(zhì)，結(jié)合MLA自動(dòng)處理功能對(duì)混合精礦中的不同礦物顆粒進(jìn)行鑒定，并且根據(jù)采集礦物信息進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，以確定各目的礦物的解離水平。黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦解離度特征如表5所示，偏光顯微鏡分析結(jié)果如圖2和圖3所示。

表5 黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦的解離度特征

在完全解離的顆粒中，黃銅礦粒度大于方鉛礦和閃鋅礦顆粒(圖2a)。黃銅礦、黃鐵礦和閃鋅礦均為他形粒狀結(jié)構(gòu)。黃銅礦多為單體解離顆粒，主要構(gòu)造為角礫狀構(gòu)造和塊狀構(gòu)造，其次為條帶狀構(gòu)造。部分黃銅礦主要與閃鋅礦、透明礦物連生，少數(shù)與黃鐵礦連生，部分細(xì)粒黃銅礦、乳濁狀黃銅礦包裹于閃鋅礦中(圖3a)；方鉛礦顆粒嵌布粒度細(xì)小，多為單體解離顆粒，粒度較其他礦物細(xì)，僅少數(shù)與黃銅礦、閃鋅礦連生(圖3b)。閃鋅礦嵌布粒度極細(xì)，多與黃銅礦連生，部分閃鋅礦顆粒中黃銅礦呈乳濁狀包裹于其中(圖2b)。充分說明在當(dāng)前磨礦條件下有價(jià)金屬礦物未達(dá)到完全解離。

a—有價(jià)金屬顆粒解離度特征； b—閃鋅礦嵌布粒度特征。圖2 混合精礦偏光顯微鏡分析(放大160倍)Fig.2 Polarizing microscope analysis of mixed concentrate (160 times magnification)

a—黃銅礦嵌布粒度特征； b—方鉛礦嵌布粒度特征。圖3 混合精礦偏光顯微鏡分析(放大400倍)Fig.3 Polarizing microscope analysis of mixed concentrate (400 times magnification)

2.6 混合精礦理論分離效率探究

云南迪慶地區(qū)具有大量金屬硫化礦，但由于礦石性質(zhì)及嵌布特性復(fù)雜，導(dǎo)致浮選產(chǎn)出的銅鉛鋅金屬在精礦中彼此混雜，難以分離。本部分基于對(duì)該地區(qū)選廠產(chǎn)出的混合精礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，根據(jù)黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦的解離度特征和嵌布特性，對(duì)有價(jià)金屬Cu、Pb和Zn的理論選礦分離效率進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)，以期為銅鉛鋅混合精礦的選礦分離提供一定的指導(dǎo)。

黃銅礦中完全解離的顆粒(69.28%)按90%分離效率實(shí)現(xiàn)完全分離回收，75%～100%解離的顆粒(12.72%)按80%分離效率實(shí)現(xiàn)部分分離回收，賦存于黃銅礦中的Cu占98.75%。銅的理論選礦分離效率為：98.75%×(69.28%×90%+12.72%×80%)=71.63%。

方鉛礦中完全解離的顆粒(70.56%)按90%分離效率實(shí)現(xiàn)完全分離回收，75%～100%解離的顆粒(10.18%)按80%分離效率實(shí)現(xiàn)部分分離回收，賦存于方鉛礦中的Pb占62.40%，賦存于白鉛礦中的Pb占18.60%，可通過硫化浮選[29-30]的方式對(duì)白鉛礦和鉛礬中的Pb進(jìn)行部分分離回收，分離回收效率按50%計(jì)算。鉛的理論選礦分離效率為：62.40%×(70.56%×90%+10.18%×80%)+(18.60%+17.92%)×50%=62.97%。

閃鋅礦中完全解離的顆粒(70.34%)按90%分離效率實(shí)現(xiàn)完全分離回收，75%～100%解離的顆粒(17.91%)按80%分離效率實(shí)現(xiàn)部分分離回收，賦存于閃鋅礦中的Zn占93.67%。鋅的理論選礦分離效率為：93.67%×(70.34%×90%+17.91%×80%)=72.72%。

理論分離效率與各金屬的回收率有密切聯(lián)系，通過計(jì)算，得出銅、鉛和鋅的理論選礦分離效率依次為71.63%、62.97%和72.72%，表明銅精礦、鉛精礦和鋅精礦的回收率均偏低，對(duì)該混合精礦直接分選必然存在精礦中各金屬互含和有價(jià)金屬損失的問題。可見，若要進(jìn)一步提高銅、鉛、鋅的選礦回收率，必須進(jìn)一步采取措施提高磨礦細(xì)度。

3 結(jié)論

本文采用化學(xué)分析、X射線衍射法和礦物解離度分析(MLA)等多種檢測(cè)方法對(duì)云南迪慶地區(qū)難分離銅鉛鋅混合精礦進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該混合精礦中主要有價(jià)金屬礦物為黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦；細(xì)度在0.038mm以下的顆粒占94.43%，目的金屬礦物的單體解離度中等偏低。其中，黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦的單體解離度分別為69.28%、70.56%和70.34%。通過初步預(yù)測(cè)，該混合精礦中銅、鉛和鋅的理論選礦分離效率依次為71.63%、62.97%和72.72%。

MLA解離度分析結(jié)果表明，該混合精礦中主要有價(jià)礦物黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦的嵌布粒度細(xì)，有價(jià)礦物相互之間，及其與黃鐵礦和少量脈石之間存在較多相互連生或包裹現(xiàn)象，造成目的礦物解離度整體不高，導(dǎo)致產(chǎn)出的精礦中Cu、Pb、Zn互含嚴(yán)重，浮選分離效率低。因此，需進(jìn)一步采取措施提高磨礦細(xì)度以使各金屬礦物充分解離。