藏中某銅鋅鐵多金屬礦工藝礦物學研究

王海亮 姚燈磊 高春慶

(中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司,安徽 馬鞍山 243000)

多金屬礦通常有用礦物種類多,礦物嵌布關系復雜、嵌布粒度粗細不均勻,因此,實現其中有價組分的高效分離與回收一直是選礦技術領域的重點與難點[1-3]。查明影響礦石分選的礦物學因素,對實現多金屬礦中有用礦物的綜合高效回收利用、最大限度地提高有價元素的綜合回收利用率具有重要意義[4-7]。工藝礦物學研究技術已從單一光學顯微鏡觀察,逐漸形成光學顯微鏡鑒定與X射線衍射分析(XRD)、透射電鏡分析(TEM)、掃描電鏡能譜分析(SEM-EDS)、X射線光電子能譜(XPS)、氣質聯用能譜分析(GCMS)和礦物解離度自動分析系統(MLA)等多手段相互配合分析[8-11],可以獲得更為系統、詳細的礦物學資料,為制定適宜的綜合高效回收工藝提供依據[12-13]。

藏中某銅鋅鐵多金屬礦成因類型為熱液充填交代型中型礦床,其礦區位于岡底斯—念青唐古拉褶皺系的中段南部。礦區中銅、鋅、鐵等金屬儲量巨大,具有很好的找礦前景和巨大的經濟價值。該礦產資源的綜合利用對青藏高原生態脆弱區同類多金屬礦產資源的開發具有引領示范作用,對西藏地區的經濟發展具有十分重要的意義。前期研究表明,該多金屬礦礦石性質復雜,有用礦物共生關系密切,分選難度較大[14]。為確定影響礦石選礦指標的礦物學因素,本試驗開展了全面、系統的工藝礦物學研究,查明礦石的物質組成、結構構造、主要礦物的工藝粒度分布特征及嵌布特征,以期為該類礦床的高效分選提供借鑒。

1 礦石物質組成

1.1 主要化學成分及銅鋅鐵物相分析

礦石主要化學成分分析結果見表1,銅鋅鐵物相分析結果分別見表2、表3及表4。

表1 礦石主要化學成分分析結果Table 1 Results of main chemical composition analysis for the ores %

表2 銅物相分析結果Table 2 Results for the copper phase analysis %

表3 鋅物相分析結果Table 3 Results for the zinc phase analysis %

表4 鐵物相分析結果Table 4 Results for the iron phase analysis %

由表1可知:礦石中主要有價元素為銅、鋅和鐵,含量分別為0.48%、7.75%和33.57%;伴生有價元素為金和銀,含量分別為0.046 g/t和17.1 g/t;硫含量相對較高,為8.90%;脈石組分主要為SiO2,含量為20.94%。

由表2、表3及表4可知:礦石中銅主要以原生硫化銅的形式存在,分布率為82.81%,其次以次生硫化銅的形式存在,分布率為11.32%,氧化銅含量相對較少;鋅主要以硫化鋅的形式存在,分布率為92.11%,氧化鋅僅占7.89%;鐵主要以磁鐵礦的形式存在,分布率為32.68%,其次為硅酸鐵,分布率為25.09%。

1.2 礦物組成

礦石礦物組成及含量分析結果見表5。

表5 礦石礦物組成及含量Table 5 Minerals composition and content in the ores %

從表5可以看出:礦石中金屬礦物主要為鐵閃鋅礦、磁鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、菱鐵礦、赤褐鐵礦、菱鋅礦、赤鐵礦、銅藍、方鉛礦及微量的孔雀石和白鉛礦等。含銅礦物主要為黃銅礦,含量為1.16%,其次存在微量銅藍和孔雀石;含鋅礦物主要為鐵閃鋅礦,含量為12.65%,其次為菱鋅礦,含量為1.19%;有用鐵礦物為磁鐵礦,含量為15.36%;其他有價礦物含量相對較少。脈石礦物主要為綠泥石、石英及碳酸鹽礦物,含量分別為 14.37%、9.82%及8.04%,次要脈石礦物為長石和絹云母,含量分別為6.24%和1.72%。

2 礦石的結構及構造

2.1 礦石結構

礦石主要具有固溶體分離結構、包含結構、粒狀結構、網脈狀結構和溶蝕港灣狀結構等5種結構類型。其中磁黃鐵礦和黃銅礦呈乳滴狀分布在鐵閃鋅礦中,形成固溶體分離結構;粒狀磁鐵礦集合體包含鐵閃鋅礦顆粒,黃銅礦顆粒包裹細粒方鉛礦和鐵閃鋅礦,形成包含結構;鐵閃鋅礦呈不規則粒狀分布,黃銅礦呈他形粒狀嵌布,形成粒狀結構;磁鐵礦被脈石礦物穿插、交織,形成網脈狀結構;黃鐵礦交代、溶蝕黃銅礦,形成港灣狀結構;經后期作用形成的次生銅藍沿鐵閃鋅礦邊緣交代,在鐵閃鋅礦邊緣呈環帶狀分布,形成環帶狀結構。

2.2 礦石構造

礦石主要構造為塊狀構造,少量斑點狀構造、角礫狀構造和氣孔狀構造。其中磁鐵礦和鐵閃鋅礦以塊狀構造為主;碳酸鹽礦物顆粒呈斑點狀分布于鐵閃鋅礦和磁鐵礦組成的礦物集合體中,另有少量淺綠色的綠泥石和黑色的磁鐵礦呈斑點狀嵌布在灰白色的碳酸鹽礦物中;褐鐵礦呈角礫狀分布在石英、方解石和黃鐵礦組成的礦石中;部分地表褐鐵礦經風化、淋濾作用后形成氣孔狀構造。

3 主要礦物工藝粒度

對礦石中主要金屬礦物(鐵閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦和黃鐵礦)和主要脈石礦物(綠泥石、石英和碳酸鹽礦物)進行工藝粒度測定,結果分別見表6、表7。

表6 主要金屬礦物工藝粒度測定結果Table 6 Results of process particle size determination for major metallic minerals

表7 主要脈石礦物工藝粒度測定結果Table 7 Results of process particle size determination for major gangue minerals

由表6可知:鐵閃鋅礦結晶粒度相對較粗,在+0.07 mm粒級分布率達48.08%;黃銅礦粒度較細,在-0.07 mm粒級分布率高達70.14%,其中在-0.04 mm和-0.01 mm粒級分布率分別為47.66%和11.38%,該部分微細粒黃銅礦難以完全解離及回收;磁鐵礦在-0.07 mm粒級分布率為71.24%,其中在-0.03 mm和-0.01 mm粒級分布率分別為43.34%和19.34%。

由表7可知:綠泥石、石英及碳酸鹽礦物主要分布在+0.07 mm粒級中,分布率分別為51.69%、53.84%及66.32%。

4 主要礦物嵌布特征

4.1 鐵閃鋅礦

礦石中鐵閃鋅礦最高含鐵量為14.39%,最低含鐵量為6.58%,平均鐵含量為10.22%。主要呈斑狀或粒狀集合體嵌布,絕大部分鐵閃鋅礦包裹細粒乳滴狀磁黃鐵礦(圖1(a))和黃銅礦(圖1(b)),呈固溶體分離結構產出,細粒包裹體主要為磁黃鐵礦,其次為黃銅礦。部分細粒的包裹體很難充分解離,很可能以連生體形式進入精礦中,對精礦的質量有一定的影響;部分微細粒的鐵閃鋅礦包裹體可能會流入尾礦中,對鋅的回收率可能有不利的影響;少量鐵閃鋅礦與黃鐵礦呈溶蝕港灣狀產出,兩者緊密互嵌;部分不規則粒狀鐵閃鋅礦分布在磁鐵礦和脈石等礦物中,兩者緊密共生。

圖1 礦石中鐵閃鋅礦的嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristics of marmatite in the ore

4.2 黃銅礦

黃銅礦嵌布粒度較細,呈斑狀嵌布的黃銅礦被黃鐵礦交代、溶蝕,具浸蝕結構,兩者緊密共生(圖2(a)),部分黃銅礦與鐵閃鋅礦共邊產出,接觸面彎曲(圖2(b)),少量粗粒黃銅礦顆粒中含有細粒方鉛礦和鐵閃鋅礦等包裹體,部分呈細粒或微細粒乳滴狀包裹體嵌布于鐵閃鋅礦中,其中微細粒包裹體主要分布在-10μm粒級中,該部分黃銅礦回收難度較大,對黃銅礦的回收率有一定影響。

圖2 礦石中黃銅礦的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of chalcopyrite in the ore

4.3 磁鐵礦

礦石中磁鐵礦主要呈塊狀或斑狀形式產出,大部分磁鐵礦被脈石礦物沿裂隙交織、穿插,形成網脈狀,具網脈狀結構(圖3),該部分脈石細脈導致磁鐵礦的嵌布粒度嚴重細化,如果磨礦不能使其充分解離,部分磁鐵礦會以連生體的形式進入鐵精礦,降低鐵精礦品質。

圖3 礦石中磁鐵礦的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of magnetite in the ore

4.4 黃鐵礦

礦石中黃鐵礦嵌布粒度相對較細,呈立方體、五角十二面體,主要為塊狀或斑狀,部分黃鐵礦中含有大量的脈石包裹體(圖4)。

圖4 礦石中黃鐵礦的嵌布特征Fig.4 Dissemination characteristics of pyrite in the ore

4.5 磁黃鐵礦

礦石中磁黃鐵礦主要有以下2種產出形式:①呈乳滴狀細粒包裹體嵌布于鐵閃鋅礦中,部分包裹體沿一定方向有序排列,其中微細粒磁黃鐵礦較難與鐵閃鋅礦充分解離,會進入鋅精礦,影響鋅精礦品質(圖5(a))。②呈半自形或他形粒狀嵌布,與黃鐵礦和黃銅礦緊密共生(圖5(b))。

圖5 礦石中磁黃鐵礦的嵌布特征Fig.5 Dissemination characteristics of pyrrhotite in the ore

5 有用元素銅、鋅、鐵的賦存狀態

采用美國FEI公司的礦物參數自動分析系統MLA-650以及布魯克EDS能譜儀,對樣品中銅、鋅、鐵的賦存狀態進行研究。分析結果表明,①有價元素銅主要分布在黃銅礦中,分布率為84.79%,10.87%的銅分布在銅藍中。由于原生硫化銅黃銅礦和次生硫化銅銅藍可浮性差異較小,大部分銅藍進入銅精礦,微量的銅分布在孔雀石中,該部分銅較難回收,影響銅的回收率。②鋅主要賦存于鐵閃鋅礦中,分布率為92.11%,其次分布在菱鋅礦中,分布率為7.89%。由于菱鋅礦與鐵閃鋅礦可浮性的差異,菱鋅礦主要進入尾礦,對鋅的回收率會有一定的影響。③鐵主要分布在強磁性礦物磁鐵礦中,分布率為32.68%。

6 不同磨礦產品主要礦物解離度

對原礦不同磨礦細度產品中的黃銅礦、鐵閃鋅礦、磁鐵礦及脈石礦物的解離度進行了測定,結果見表8。

表8 不同磨礦細度主要礦物解離度分析結果Table 8 Analysis results of dissociation degree of main minerals with different grinding fineness

由表8可知:①黃銅礦的單體解離情況較差,當磨礦細度為-0.045mm占95%時完全解離的黃銅礦僅占71.33%,磨礦細度為-0.074 mm占70%時,黃銅礦單體解離度與>3/4的富連生體之和為73.14%;②鐵閃鋅礦單體解離度較低,但富連生體含量相對較高,且連生體中絕大部分鐵閃鋅礦與磁黃鐵礦連生,主要是由于兩者呈固溶體分離結構產出,細粒乳滴狀的磁黃鐵礦較難與鐵閃鋅礦完全解離,因此富連生體部分會進入鋅精礦,當磨礦細度為-0.074 mm占70%時,鐵閃鋅礦單體解離度與>3/4的富連生體之和達91.09%;③ 磁鐵礦解離效果最差,主要是磁鐵礦中含有大量細脈狀的脈石,當磨礦細度為-0.045 mm占95%時,磁鐵礦單體解離度與>3/4的富連生體之和為92.72%。

7 推薦的選別工藝流程

基于該多金屬礦具有礦物致密共生,鑲嵌關系復雜,鐵閃鋅礦工藝粒度相對較粗、硫化銅礦物和磁鐵礦工藝粒度相對較細的特性,同時結合銅、鋅礦物可浮性差異,制定了優先浮銅、后浮鋅、最后選鐵的原則工藝流程。并選擇采用磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦再磨—磁選—弱磁精礦浮選脫硫—磁選選鐵流程和磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦浮選脫硫—浮硫尾礦再磨—磁選選鐵2種工藝流程進行方案比選,實現該多金屬礦中有價礦物的高效分離與回收。考慮到高原地區鐵精礦銷售及運輸成本因素,擬對鐵精礦作水泥原料就近銷售,最終采用原礦磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦浮選脫硫—浮硫尾礦磁選選鐵流程作為該礦石選礦工藝流程。根據系統的工藝礦物學研究及推薦的選礦工藝流程,完成了實驗室小型選礦試驗、擴大連選試驗及工業設計,目前該選廠已建廠生產,取得了較好的選礦技術指標,并獲得了良好的經濟效益。

8 結 論

(1)礦石中主要有價元素為銅、鋅和鐵,含量分別為0.48%、7.75%和33.57%,主要脈石成分為SiO2,含量為20.94%,其他有價元素含量相對較少。主要含鋅礦物為鐵閃鋅礦,含量為12.65%;主要含銅礦物為黃銅礦,含量為1.16%;主要有用含鐵礦物為磁鐵礦,含量為15.36%。主要脈石礦物為綠泥石、石英及碳酸鹽礦物,含量分別為14.37%、9.82%和8.04%,次要脈石礦物為長石和絹云母,含量分別為6.24%和1.72%。

(2)礦石主要結構為固溶體分離結構、包含結構、粒狀結構、網脈狀結構和溶蝕港灣狀結構;主要構造為塊狀構造,少量斑點狀構造、角礫狀構造和氣孔狀構造。

(3)礦石中鐵閃鋅礦結晶粒度相對較粗,在+0.07 mm粒級的分布率為48.08%;黃銅礦和磁鐵礦嵌布粒度較細,在-0.07 mm粒級的分布率分別為70.14%和71.24%。主要脈石礦物嵌布粒度均較粗,綠泥石、石英及碳酸鹽礦物工藝粒度主要分布在+0.07 mm粒級,分布率分別為51.69%、53.84%及66.32%。

(4)根據礦物嵌布特征分析,多數鐵閃鋅礦包裹大量細粒磁黃鐵礦和黃銅礦,不利于其單體解離,影響鋅精礦質量;黃銅礦嵌布粒度較細,呈斑狀嵌布的黃銅礦被黃鐵礦交代、溶蝕呈港灣狀,兩者緊密共生,部分呈細粒包裹體嵌于鐵閃鋅礦中,影響銅精礦指標;磁鐵礦主要與脈石礦物呈網脈狀嵌布,需要進一步細磨,部分微細粒磁鐵礦難以充分解離,以連生體形式進入鐵精礦,對鐵精礦品位有一定的影響。

(5)鋅主要賦存于鐵閃鋅礦中,分布率為92.11%,其次分布在菱鋅礦中,分布率為7.89%;銅主要分布在黃銅礦中,分布率為84.79%,少量分布于銅藍中,分布率為10.87%;鐵則主要分布在磁鐵礦中,分布率為32.68%。

(6)礦石解離度分析結果表明,當磨礦細度-0.074 mm占70%時,鐵閃鋅礦、黃銅礦的單體解離度與>3/4的富連生體之和分別為91.09%和73.14%,當-0.045mm占95%時,磁鐵礦單體解離度與>3/4的富連生體之和為92.72%。

(7)基于工藝礦物學研究結果與分析,結合銅鋅礦物可浮性差異,最終選擇磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦再磨—磁選—弱磁精礦浮選脫硫—磁選選鐵流程和磨礦—抑鋅浮銅—浮鋅尾礦浮選脫硫—浮硫尾礦再磨—磁選選鐵2種工藝流程進行比選。