云南某高硫低品位鉛鋅礦工藝礦物學研究

呂 超 張 晶 楊 林 張曙光

(1.昆明冶金研究院有限公司,云南 昆明 650031;2.云南省選冶新技術重點實驗室,云南 昆明 650031;3.共伴生有色金屬資源加壓濕法冶金技術國家重點實驗室,云南 昆明 650031)

鉛鋅礦是重要的戰略性資源，在國民經濟建設中有著不可替代的作用，被廣泛應用于機械工業、軍工業、電氣工業、化學工業、冶金工業、輕工業等領域[1-3]。因此，開發利用鉛鋅資源具有重要的戰略意義。

在礦產資源開發利用過程中涉及工藝礦物學研究[4-6]。工藝礦物學是研究礦石化學性質、礦物組成、礦物特性的一門應用學科，在確定合理的選礦工藝、優化選礦工藝流程結構以及提高礦山選廠生產指標等方面發揮著重要的作用[7-10]。

云南某礦山因多年的開采，采礦深度不斷增加，新采礦區礦石性質也發生了很大的變化。為確定合理的工藝流程，本文以云南某高硫低品位鉛鋅礦為對象，開展工藝礦物學研究，對礦石成分、礦石結構及構造、礦物的嵌布特征等進行了檢測分析，較全面地了解礦石的工藝礦物學特性，為礦石的開發利用提供依據。

1 礦石物質組成

1.1 礦石化學多元素分析

為準確測定礦石中各元素的含量，進行化學多元素分析，結果見表1。

表1 礦石化學多元素分析結果Table 1 Analysis results of chemical multi-elements of the ores%

由表1可知，礦石中有價元素主要為Pb、Zn、Fe和S，含量分別為3.20%、3.04%、26.36%和30.84%;礦石中Ag含量為128.3 g/t，具有綜合利用價值;礦石中主要雜質成分SiO2、Al2O3和CaO的含量分別為18.36%、6.15%和3.16%，有害元素As含量較高，為0.56%。

1.2 礦石鉛鋅物相分析

為查明礦石中鉛、鋅的賦存狀態，進行鉛、鋅化學物相分析，結果如表2和表3所示。

表3 礦石鋅物相分析結果Table 3 Analysis results of the zinc phase of the ores%

由表2可知，礦石中鉛主要以方鉛礦的形式存在，分布率達86.36%，以鉛礬和白鉛礦形式存在的鉛含量較少，分布率分別為6.26%和4.38%，另外還有少量的鉛鐵礬及其他鉛，分布率為3.00%。方鉛礦是主要回收的目的礦物，其余含鉛礦物因技術及經濟原因較難回收。

表2 礦石鉛物相分析結果Table 2 Analysis results of the lead phase of the ores%

由表3可知，礦石中鋅主要以硫化鋅的形式存在，分布率為92.43%，另外還有少量的硫酸鋅、氧化鋅以及鋅鐵尖晶石及其他鋅。

1.3 礦石礦物組成

通過顯微鏡、礦物自動分析儀(MLA)等定性、定量分析手段對礦石進行礦物組成分析，結果見表4。

表4 礦石礦物組成及含量Table 4 Minerals composition and content in the ores%

由表4可知，礦石由6類26種礦物組成，硫化物占64.06%，硫酸鹽占0.13%、碳酸鹽占3.32%、硅酸鹽占20.24%、氧化物占11.95%、磷酸鹽占0.30%。目的元素鉛、鋅、硫、銀、砷的載體礦物主要為方鉛礦、鐵閃鋅礦、硫砷鉛礦、黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、白鉛礦、石膏，含量分別為2.93%、5.06%、0.11%、55.15%、0.40%、0.37%、0.20%、0.13%，另有少量的黝銅礦(0.02%)、黝錫礦(0.01%)、雄黃(0.01%)、磁黃鐵礦(偶見)、鉛礬(偶見)。脈石礦物主要為石英(10.50%)、高嶺石(7.80%)、蒙脫石(6.00%)、白云母(3.50%)、鉀長石(2.37%)、方解石(1.10%)、銳鈦礦(1.45%)等。

2 礦石結構構造

2.1 礦石構造

肉眼觀察，礦石多呈淺灰、灰黑色，-10 cm碎塊狀，部分礦石中方鉛礦、黃鐵礦較為富集，自形程度、解理發育均比較好，此類礦石易碎，多呈-5 cm碎塊狀。大多數礦石具稠密浸染—塊狀構造，黃鐵礦、方鉛礦、鐵閃鋅礦等金屬礦物稠密浸染于礦石中，含量大于50%，部分超過75%，構成礦石的稠密浸染狀構造、塊狀構造。在圍巖中，部分礦石具脈狀構造，主要由方解石、高嶺石、石英等充填于礦石裂隙中，構成礦石的脈狀構造。

2.2 礦石結構

礦石中金屬礦物主要具包含結構、自形—半自形—他形粒狀結構、乳濁結構、內部解理結構、交代結構。巖石主要具不等粒粒狀變晶結構、顯微鱗片變晶結構、細晶結構等。

(1)包含結構。礦石中金屬礦物的主要結構，黃鐵礦、方鉛礦、鐵閃鋅礦、毒砂、黃銅礦共生關系密切，均出現不同程度的包裹與被包裹現象。其中，黃鐵礦中常包裹塵點—細粒狀磁黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、鐵閃鋅礦，鐵閃鋅礦中包裹塵點—細粒狀黃銅礦、方鉛礦、黝錫礦。

(2)自形—半自形—他形粒狀結構。礦石中黃鐵礦、方鉛礦、毒砂部分顆粒呈自形—半自形粒狀結構，其余顆粒以及鐵閃鋅礦、黃銅礦、硫砷鉛礦、黝銅礦等均呈他形粒狀結構。

(3)乳濁結構。礦石中鐵閃鋅礦多包裹塵點狀、細粒狀黃銅礦，黃銅礦在鐵閃鋅礦中呈乳濁體分布，少數呈葉片體分布，乳濁體形狀不規則。

(4)內部解理結構。礦石中方鉛礦具此結構，方鉛礦解理發育完全，顯示為黑三角孔及階梯狀黑線，集合體易破碎為自形顆粒。

(5)交代結構。礦石中黃鐵礦顆粒邊緣及裂隙被毒砂交代，部分微晶黃鐵礦被毒砂交代，二者混雜分布;方鉛礦邊緣、裂隙及解理縫被硫砷鉛礦、白鉛礦、鉛礬交代。

(6)不等粒粒狀變晶結構。巖石的主要結構之一，變晶由重結晶的石英組成，顆粒粒度大小懸殊，顆粒間充填金屬礦物。

(7)顯微鱗片變晶結構。巖石中部分礦石具此結構，變晶主要由重結晶的絹云母、高嶺石、蒙脫石組成，顆粒重結晶呈顯微鱗片狀，部分浸染泥質集合體呈砂屑狀。

(8)細晶結構。變晶由重結晶的方解石、白云石、鐵白云石等組成，粒度在0.1～1 mm，顆粒間緊密鑲嵌。

3 主要礦物的嵌布特征

為了解礦石中礦物的嵌布粒度與嵌布特征，利用偏光顯微鏡及MLA檢測手段進行分析。

3.1 方鉛礦

方鉛礦含量為2.93%，在-2 mm綜合樣中測量方鉛礦的工藝粒度，主要分布于-710+300 μm、-300+150 μm、-150+75 μm這3個粒級中，分布率分別為55.62%、31.18%、8.32%。鏡下觀察，方鉛礦解理發育，自形程度好，與黃鐵礦、硫砷鉛礦、白鉛礦、鐵閃鋅礦、毒砂、黃銅礦關系密切，多為共生(圖1(a));相互包裹現象較多，方鉛礦包裹黃鐵礦、鐵閃鋅礦、黃銅礦中(圖1(b));方鉛礦、鐵閃鋅礦呈球粒狀包裹于黃鐵礦中(圖1(c))，其中，少數方鉛礦呈5～20 μm塵點狀包裹于黃鐵礦中。

圖1 方鉛礦嵌布特征Fig.1 The embedded characteristics of galena

3.2 鐵閃鋅礦

礦石中鋅主要以鐵閃鋅礦的形式存在，含量為5.06%，在-2 mm綜合樣中測量鐵閃鋅礦的工藝粒度，主要分布于+710 μm、-710+300 μm、-300+150 μm、-150+75 μm這4個粒級中，分布率分別為8.48%、54.06%、25.44%、8.74%。鏡下觀察，鐵閃鋅礦呈他形粒狀，多與黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦共生(圖2(a))，部分與黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等相互包裹(圖2(b)和(c))，尤其是黃銅礦，少數呈脈狀分布于鐵閃鋅礦中，多數呈5～15 μm塵點狀、細粒狀包裹于鐵閃鋅礦中(圖2(d))。

圖2 鐵閃鋅礦嵌布特征Fig.2 The embedded characteristics of marmatite

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦含量為55.15%。鏡下觀察，呈自形—半自形—他形粒狀，與方鉛礦、鐵閃鋅礦、毒砂、黃銅礦、磁黃鐵礦的關系均較為密切，相互共生、相互包裹、與毒砂混雜分布等(圖3(a)～(c))。在黃鐵礦中，常包裹塵點狀方鉛礦、細粒鐵閃鋅礦、塵點狀黃銅礦、磁黃鐵礦(圖3(d))，此現象可能導致硫精礦中含鉛、鋅、銅較高，造成產品質量差及金屬損失。

圖3 黃鐵礦嵌布特征Fig.3 The embedded characteristics of pyrite

3.4 高嶺石

高嶺石含量為7.80%，是礦石主要脈石礦物之一。鏡下觀察，顯微鱗片狀，集合體與絹云母、石英、蒙脫石等共生，分布于金屬礦物裂隙及空洞中(圖4)。

圖4 高嶺石嵌布特征Fig.4 The embedded characteristics of kaolinite

3.5 蒙脫石

蒙脫石含量為6.00%。鏡下觀察，顯微鱗片狀，集合體與黃鐵礦、石英、絹云母、高嶺石等共生(圖5)。

圖5 蒙脫石嵌布特征Fig.5 The embedded characteristics of montmorillonite

3.6 石 英

石英含量為10.50%。鏡下觀察，呈他形粒狀，多與黃鐵礦、蒙脫石、高嶺石、絹云母等共生(圖6)。

圖6 石英嵌布特征Fig.6 The embedded characteristics of quartz

4 影響選別指標的工藝礦物學因素及推薦流程

由工藝礦物學研究結果可知:① 礦石主要有價元素為Pb、Zn、Fe、S，賦存礦物分別主要為方鉛礦、鐵閃鋅礦和黃鐵礦;② 方鉛礦、鐵閃鋅礦與黃鐵礦共生關系緊密;③ 鉛鋅品位低，而硫品位相對很高，黃鐵礦與方鉛礦和鐵閃鋅礦的礦物含量相差很大。因此，鉛、鋅和硫的礦物分選需考慮到大量黃鐵礦對鉛鋅礦物的不利影響，同時選擇適宜的磨礦細度。綜上，推薦的選別流程為鉛硫等可浮選+鉛硫分離—鋅硫等可浮選+鋅硫分離，即方鉛礦和部分黃鐵礦優先浮出，鉛硫分離得到鉛精礦和硫精礦1，鉛硫等可浮尾礦選鐵閃鋅礦和剩余黃鐵礦，再進行鋅硫分離得到鋅精礦和硫精礦2，硫精礦1和硫精礦2合并為硫精礦，最終得到鉛精礦、鋅精礦、硫精礦和尾礦。該種工藝流程適用于高硫鉛鋅礦，通過分段浮選黃鐵礦得到2個硫精礦，可有效解決黃鐵礦量大干擾浮選的情況，在鉛硫分離以及鋅硫分離時可根據具體的精礦品位調整磨礦細度或者在分離之前增加再磨作業。推薦的選別流程如圖7所示。

圖7 推薦工藝流程Fig.7 Recommended process procedure

5 結 論

(1)礦石中有價元素主要為Pb、Zn、Fe和S，含量分別為3.20%、3.04%、26.36%和30.84%，屬于高硫低品位硫化鉛鋅礦石;礦石中Ag含量為128.3 g/t，具有綜合利用價值;礦石中主要雜質成分SiO2、Al2O3含量為18.36%和6.15%，有害元素As含量較高為0.56%，As含量較高可能對精礦品質有影響。

(2)礦石由6類26種礦物組成，礦物組成復雜。目的元素鉛、鋅和硫的載體礦物主要為方鉛礦、鐵閃鋅礦和黃鐵礦，含量分別為2.93%、5.06%和55.15%，脈石礦物主要為石英、高嶺石、蒙脫石、白云母，含量分別為10.50%、7.80%、6.00%和3.50%。礦石中黃鐵礦含量超過50%，這將極不利于礦石分選。

(3)礦石結構構造復雜多樣。礦石具稠密浸染構造、塊狀構造、脈狀構造;礦石中金屬礦物主要具包含結構、自形—半自形—他形粒狀結構、乳濁結構、內部解理結構、交代結構，巖石主要具不等粒粒狀變晶結構、顯微鱗片變晶結構、細晶結構等。

(4)該礦石分選技術難度較大，主要原因有:①礦物組成復雜，主要目的礦物方鉛礦、鐵閃鋅礦、黃鐵礦與脈石礦物間共生關系緊密，且礦物間相互包裹現象明顯，不利于礦物的有效單體解離，易造成精礦雜質含量高;② 主要目的礦物含量差異大，其中鉛鋅礦物含量較低，方鉛礦含量不足3%，鐵閃鋅礦含量僅約5%，而黃鐵礦含量約55%，不利于礦物分離;③ 易泥化脈石礦物含量高，典型的蒙脫石、高嶺石及絹云母等易泥化礦物含量約占15%，在分選過程中易泥化礦物會惡化礦漿環境，影響礦物的有效分離。

(5)推薦的選別流程為鉛硫等可浮選+鉛硫分離—鋅硫等可浮選+鋅硫分離，即方鉛礦和部分黃鐵礦優先浮出，鉛硫分離得到鉛精礦和硫精礦1，鉛硫等可浮尾礦選鐵閃鋅礦和剩余黃鐵礦，再進行鋅硫分離得到鋅精礦和硫精礦2，硫精礦1和硫精礦2合并為硫精礦，最終得到鉛精礦、鋅精礦、硫精礦和尾礦。