某高硫銅鋅礦石工藝礦物學及選礦試驗研究

萬 超

（銅陵有色金屬集團股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

隨著世界經濟的飛速發展，有色金屬的需求量正呈現快速增長的趨勢。雖然我國有豐富的多金屬礦產資源，但大多具有目的礦物含量低、嵌布粒度細、各礦物之間連生包裹復雜等特點，嚴重影響資源綜合利用效果[1，2]。

某礦山處理的礦石為高硫銅鋅礦石，設計流程為銅鋅硫全混產再銅鋅硫依次分離的工藝流程，試生產期間發現鋅在全混浮時難以上浮，而上浮的鋅在銅鋅分離時難以被抑制，致使銅精礦含鋅超標且造成鋅資源的流失[3-5]。為此，針對這一類型礦石開展了工藝礦物學研究以及選礦試驗研究，為銅鋅資源的高效回收提供依據。

1 礦石工藝礦物學研究

1.1 礦石化學多元素分析及主要元素物相分析

礦石樣品化學多元素分析結果見表1。銅鋅元素化學物相分析結果見表2及表3。

表1 礦石化學多元素分析結果/%

表2 銅元素化學物相分析結果

表3 鋅元素化學物相分析結果

該類型礦石主要可回收的元素為銅、鋅、硫，伴生的金、銀可綜合回收。

銅元素化學物相分析結果顯示，銅主要以原生硫化銅的形式存在，其占有率為94.64%；鋅元素化學物相分析結果顯示，鋅主要以硫化鋅的形式存在，其占有率為99.16%。

1.2 礦石的礦物組成及相對含量

1.2.1 礦石的X-射線衍射分析

對原礦綜合樣進行X-射線衍射分析（圖1），由分析結果可知礦石中主要為鈣鐵榴石、透輝石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、石英、方解石、磁鐵礦及赤鐵礦等。

圖1 礦石X-射線衍射圖

1.2.2 礦石的礦物組成及相對含量

礦石中的鋅礦物為閃鋅礦；銅礦物主要為黃銅礦，偶見銅藍、輝銅礦、黝銅礦、斑銅礦、墨銅礦等；鐵礦物主要為磁鐵礦和鏡鐵礦，另有少量的褐鐵礦，偶見菱鐵礦等；硫礦物主要為磁黃鐵礦和黃鐵礦，偶見白鐵礦等；其它金屬礦物含量較少，為毒砂、方鉛礦、輝鉬礦等。礦石中的脈石礦物主要為鈣鐵榴石、透輝石，另有少量的石英、方解石、斜硅鎂石、蛇紋石、綠泥石、長石、陽起石、綠簾石、鈣鋁榴石、滑石、白云石、黑柱石、磷灰石、云母等。礦石的礦物組成及含量見表4。

表4 礦石的礦物組成及含量/%

1.3 銅鋅礦物的嵌布特征

1.3.1 黃銅礦

黃銅礦是礦石中最主要的銅礦物，主要以不規則粒狀分布在脈石礦物中。黃銅礦與閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦的共生關系密切，常呈不規則粒狀、脈狀分布在閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦中，有時嵌布在這些礦物的裂隙和粒間；部分黃銅礦呈細粒狀與這些礦物復雜共生，在磨礦過程中，不易與其它礦物解離，在黃銅礦中有時可見以固溶體分離結構的形式產出的閃鋅礦；另有少量的黃銅礦與磁鐵礦、鏡鐵礦共生在一起，部分黃銅礦呈不規則細粒狀嵌布在磁鐵礦及鏡鐵礦中；偶見黃銅礦與斑銅礦、銅藍、輝銅礦緊密共生。

1.3.2 閃鋅礦

對礦石綜合樣中的閃鋅礦進行掃描電鏡能譜分析，結果顯示Zn、Fe的平均含量分別為56.71%、9.93%。可見，礦石中的閃鋅礦主要為鐵閃鋅礦（Fe＞8%），有少量的閃鋅礦中Fe含量低于8%，另有部分閃鋅礦中含有微量的Mn和Cd。

礦石中的閃鋅礦主要以不規則粒狀的形式產出，與黃銅礦的共生關系最為密切，在閃鋅礦內部常有以固溶體分離結構嵌布的粒度粗細不等的黃銅礦；另有部分閃鋅礦與磁黃鐵礦、黃鐵礦的共生關系緊密，在閃鋅礦粒間有黃鐵礦、磁黃鐵礦嵌布；有時可見閃鋅礦呈不規則狀與鏡鐵礦、磁鐵礦等共生，偶見閃鋅礦與方鉛礦共生。

1.3.3 磁黃鐵礦

對礦石（磨至-0.074mm占100%）中的磁黃鐵礦顆粒隨機進行了掃描電鏡能譜分析，結果顯示磁黃鐵礦的化學組成相對穩定。樣品中的磁黃鐵礦主要為單斜磁黃鐵礦（Fe1-xS，x＞0.10），屬于鐵磁性礦物。

為了進一步了解礦石中磁黃鐵礦的磁性特征，對礦石的綜合樣進行了濕法磁選分離試驗。將原礦綜合樣磨至-0.074mm占100%，稱重30g作為磁選分離樣品，分批次反復多次用永磁鐵（磁場強度為1000奧斯特）進行濕式磁選分離，并對磁性部分及非磁性部分在偏光顯微鏡下進行了系統的觀察。通過觀察可知，磁性部分中的礦物主要為磁鐵礦、磁黃鐵礦，另有少量的脈石礦物、鏡鐵礦、黃鐵礦等；非磁性部分中未見到磁黃鐵礦。通過磁性分離實驗可知，磁黃鐵礦都進入磁性部分中，樣品中磁黃鐵礦為順磁性礦物。

磁黃鐵礦是礦石中含量最多的硫化物，多呈不規則粒狀嵌布在脈石礦物中。磁黃鐵礦與黃鐵礦的共生關系密切，常見黃鐵礦沿磁黃鐵礦的邊緣和裂隙交代磁黃鐵礦，形成交代殘余結構，磁黃鐵礦中常包裹有粒度不等的黃鐵礦，有時可見磁黃鐵礦與黃鐵礦呈微細粒混雜在一起；另外，也能見磁黃鐵礦與黃銅礦共生在一起，共生關系復雜，有時可見磁黃鐵礦與黃鐵礦、黃銅礦混在共生在一起；有部分磁黃鐵礦與磁鐵礦、鏡鐵礦共生在一起；另有少量磁黃鐵礦與閃鋅礦共生。

1.3.4 黃鐵礦

礦石中的黃鐵礦主要呈不規則狀嵌布于脈石礦物中，部分呈自形、半自形結構產出，另有少量呈脈狀產出，在粗粒的黃鐵礦中裂紋發育。黃鐵礦與磁黃鐵礦、磁鐵礦的共生關系密切；常見磁黃鐵礦與黃鐵礦復雜共生在一起，沿磁黃鐵礦的邊緣和裂隙可見黃鐵礦分布，部分黃鐵礦與磁鐵礦的共生關系復雜；有時在粗粒黃鐵礦顆粒中及邊緣可見磁鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦分布；有時在黃鐵礦裂隙及晶間可見粗細不等的黃銅礦分布；偶能見到黃鐵礦與褐鐵礦、白鐵礦共生。

1.4 銅鋅礦物的嵌布粒度

礦石中重要金屬礦物的嵌布粒度是確定礦石磨礦工藝和磨礦細度的重要依據，為了查明礦石中黃銅礦、閃鋅礦的粒度組成，以便合理的確定磨礦工藝和磨礦細度，對上述兩種礦物在顯微鏡下用線段法進行了系統的測定。測定結果見表5。

表5 礦石中黃銅礦和閃鋅礦粒度組成

黃銅礦和閃鋅礦的粒度較細，在0.074mm以上部分分別占59.03%和57.22%；在0.074-0.020mm部分分別占有29.87%和32.89%。

1.5 磨礦產品中礦物解離度特征

在顯微鏡下分別對-0.074mm占60%、65%、70%、75%及80%五個磨礦細度產品中的黃銅礦、閃鋅礦的解離度進行了系統的測定，測定結果見表6和表7。

表6 不同磨礦細度下黃銅礦解離特征

表7 不同磨礦細度下閃鋅礦解離特征

磨礦細度為-0.074mm占70%時，黃銅礦、閃鋅礦的解離度較磨礦細度為-0.074mm占60%時都有了一定程度的提升，不過解離效果不是太好。

當磨礦細度的提高到-0.074mm占80%時，黃銅礦和閃鋅礦的解離度分別達到71.68%和71.81%，連生體主要為與脈石連生，黃銅礦和閃鋅礦的相互連生也比較多，另有部分與硫化物連生。

2 選礦試驗研究

根據該礦石工藝礦物學研究結果以及該類型礦石高硫且含鋅的特點，選礦試驗主要針對優先選銅以及選銅尾礦優先選鋅部分開展研究，主要試驗內容包括優先選銅時的磨礦細度、粗選pH值、鋅礦物抑制劑的種類及用量、捕收劑種類及用量、銅精選時的再磨細度以及優先選鋅的pH值、活化劑用量、捕收劑用量以及精選再磨細度等條件試驗。

根據條件試驗取得的最佳工藝參數進行了閉路試驗，閉路試驗一段磨礦細度為-0.074mm占70%，優先選銅采用一粗二精二掃的工藝流程，銅粗精礦再磨細度為-0.044mm占85%，優先選鋅采用一粗三精二掃的工藝流程，鋅粗精礦再磨細度為-0.074mm占84.2%，閉路試驗工詳細藝流程及藥劑制度如圖2，試驗結果見表8。

圖2 閉路試驗工藝流程及藥劑制度

表8 閉路試驗結果

閉路試驗采用優先浮選工藝流程，優先選銅采用一次粗選二次掃選二次精選，選鋅采用一次粗選二次掃選三次精選。閉路試驗指標為銅精礦銅含量19.83%、銅回收率88.50%；鋅精礦含鋅44.01%、鋅回收率67.12%。

3 結論

（1）原礦石含銅0.65%、含鋅0.461%，94.64%的銅為原生硫化銅，99.16%的鋅為硫化鋅；銅礦物主要為黃銅礦，鋅礦物主要為鐵閃鋅礦；黃銅礦和閃鋅礦的粒度較細，在0.074mm以上部分分別占59.03%和57.22%。

（2）試驗針對優先選銅以及銅尾優先選鋅的工藝條件進行了詳細的研究，總體來看，該礦石中的黃銅礦和閃鋅礦的品位較低，粒度偏細，需要細磨才能獲得較好的回收率和精礦品位，因此在銅、鋅精選作業均需要進行再磨。

（3）根據條件試驗的最優結果進行閉路試驗，閉路試驗一段磨礦細度為-0.074mm占70%，優先選銅采用一粗二精二掃的工藝流程，銅粗精礦再磨細度為-0.044mm占85%，優先選鋅采用一粗三精二掃的工藝流程，鋅粗精礦再磨細度為-0.074mm占84.2%，閉路試驗最終獲得的銅精礦銅含量19.83%、銅回收率88.50%；鋅精礦含鋅44.01%、鋅回收率67.12%。

（4）由于原礦含有較多磁黃鐵礦，在活化選鋅作業大量上浮，選鋅作業pH值達到12.4，但此部分磁黃鐵礦仍難于被抑制，從而導致鋅精礦品位難于提升。