江西某微细选钨尾砂工艺矿物学研究

李瑞光 胡海祥

(1.江西理工大学资源与环境工程学院,江西 赣州 341000;2.赣南科技学院,江西 赣州 341000;3.崇义章源钨业股份有限公司,江西 赣州 341000)

我国钨矿资源丰富,主要分布在江西、湖南等地[1]。据美国地质勘探局统计,2016年全球钨储量310万t,其中中国储量为190万t,占世界总储量的61%,同时中国钨产量占全球的82%[2],为全球提供了大量的钨金属。随着我国工业急速发展,钨矿开采进度日益加快,钨资源趋于贫、细、杂化[3-5],原矿钨品位普遍在0.1%～0.8%,且采选尾砂产率一般高达96%以上,每年排放量约为100万t,总堆存量高达1 000多万t[6]。江西赣南地区钨矿资源绝大部分采用重选工艺选别黑白钨矿,选矿回收率较低,导致选钨尾砂中存在较多的具有潜在回收价值的金属,资源浪费巨大。

工艺矿物学是研究矿物微观构造的重要手段,可为后续矿物的选别工艺提供科学依据[7-9]。矿物自动分析仪(MLA)是目前较为先进的工艺矿物学分析仪器,例如有学者利用 MLA对锡石矿[10]、高硫铁矿[11]、铅锌矿[12]等进行系统研究,得出可靠的结论,为后续选矿提供了技术支撑。本文利用矿物自动分析仪(MLA)、扫描电镜、化学分析等手段对江西某选钨排放的尾砂进行工艺矿物学研究,探究其主要有用成分,为回收尾砂中的有价矿物提供理论依据。

1 试样的物质组成

1.1 试样的化学成分

本研究试样为江西某微细选钨尾砂,化学成分分析结果见表1。

表1 试样化学成分分析结果Table 1 Analysis results of the chemical composition of the samples %

由表1可知,试样中主要有价元素为Cu、Mo,含量分别为0.11%、0.014%;WO3含量为0.29%,达到最低利用工业品位;主要脉石组分 SiO2含量为67.52%,有害元素Fe含量为5.05%。

为进一步探明不同粒级各成分富集情况,对试样进行筛分分析,结果见表2。

表2 不同粒级各成分分析结果Table 2 Analysis results of the each chemical composition at different particle size

由表2可知,试样中-0.038 mm粒级产率为55.28%,-0.075 mm粒级含量达83.82%,表明该试样属于细粒级含量较高的选钨尾砂;Cu、WO3主要富集于细粒级(-0.038 mm)中,占比分别为0.18%和0.49%;Al2O3主要富集于-0.038 mm粒级中;Pb、Zn、Mo含量均偏低。

1.2 试样的矿物组成

表3为各粒级矿物组成及含量。

表3 试样的矿物组成及含量Table 3 Mineral composition and its content of the samples %

由表3可知,试样矿物组成较为复杂,主要有用矿物为黄铜矿、云母、黑白钨矿和辉钼矿,含量分别为0.322%、29.862%、0.365%、0.024%。主要脉石矿物为石英和绿泥石,含量分别为45.445%、6.892%,此外,还含有少量方解石、高岭石、黄玉、电气石等。

2 主要矿物嵌布特征

2.1 黄铜矿

黄铜矿是试样中唯一的铜矿物,也是主要的目的矿物。黄铜矿单晶颗粒外形常呈条状、角形或其他不规则形状(图1(a))。由化学成分能谱分析结果可知,黄铜矿晶格中含有铝、硅等元素,个别黄铜矿含银元素;平均化学成分为 Cu 34.46%、Fe 30.42%、S 34.83%。黄铜矿多呈细粒(>0.03 mm)块状或角砾状与黄铁矿、白云母连生(图1(b)、(d));偶以微粒(<0.01 mm)颗粒状被石英所包裹(图1(c))。

图1 黄铜矿与其他矿物嵌布关系Fig.1 Distribution relationship of chalcopyrite with other minerals

2.2 白钨矿

白钨矿是试样中主要钨矿物之一,其单晶颗粒外形常呈致密状、块状或不规则状(图2(a))。由化学成分能谱分析结果可知,该白钨矿含少量铁,不含钼;平均化学组成为WO380.21%,CaO 19.49%。白钨矿多以微粒(<0.02 mm)不规则状包裹于绿泥石、萤石中(图2(c)、(d));少量以细粒(>0.07 mm)半壳状与绿泥石连生(图2(b))。

图2 白钨矿与其他矿物嵌布关系Fig.2 Distribution relationship of scheelite with other minerals

2.3 黑钨矿

黑钨矿是主要钨矿物之一,试样中黑钨矿单晶颗粒常呈三角状、半自形或它形粒状(图3(a))。由化学成分能谱分析结果可知,该黑钨矿铁与锰含量变化不大,铁含量稍高于锰,部分黑钨矿含少量铌。黑钨矿平均化学组成为WO375.76%,FeO13.30%,MnO 10.47%。黑钨矿常见以微粒(<0.02 mm)浸染状被方解石、石英所包裹(图 3(c)、(d));罕见细粒(>0.06 mm)似层状与白云母连生(图3(b))。

图3 黑钨矿与其他矿物嵌布关系Fig.3 Distribution relationship of wolframite with other minerals

2.4 云 母

云母是试样中主要目的矿物之一,其含量较多,以白云母为主,黑云母为辅,此外还伴有微量金云母、珍珠云母。由化学成分能谱分析结果可知,白云母普遍含有数量不等的铁、镁、钠和钛等元素,其中铁含量较高,平均FeO 6.40%;黑云母中含有锰、钛等元素。试样中白云母、黑云母主要以板状或短柱状产出,横切面多为六边形,集合体为鳞片状,其单体大部分呈叶片状形式存在(图4(a)、(c));少量细粒(>0.07 mm)黑白云母与石英、绿泥石等矿物连生(图4(b)、(d))。

图4 云母与其他矿物嵌布关系Fig.4 Distribution relationship of muscovite with other minerals

2.5 辉钼矿

辉钼矿是试样中硫化矿之一,其单体呈鳞片状、板状,有时可见完整的六方片状辉钼矿(图5(a))。由化学成分能谱分析结果可知,该辉钼矿含少量铝、硅、铁等杂质,平均化学组成为 Mo 59.56%,S 40.07%。试样中辉钼矿多以脉状及网状产出,粒度偏细(>0.02 mm),常包裹于绿泥石或石英中(图5(b)、(c))。

图5 辉钼矿与其他矿物嵌布关系Fig.5 Distribution relationship of molybdenite with other minerals

3 推荐选矿工艺

根据工艺矿物学研究结论,黄铜矿嵌布粒度较细,属于细-微不等粒嵌布,常与黄铁矿、白云母连生,易磨矿解离;白云母在各粒级分布均匀且常以单体存在,少量以连生体形式存在,经预先筛分可除去部分极细颗粒。对上述两种典型具有回收价值的矿物进行选矿探索研究,发现采用1粗3精1扫的浮选工艺流程可得到品位较高的铜精矿(Cu品位为21%);经预先筛分除去部分极细云母颗粒,然后采用1粗5精1扫、中矿合并脱水工艺,可获得合格云母精矿(K2O品位为7.1%)。由于大部分钨矿物多呈粒度微细的粒状以浸染状形式充填分布于脉石矿物中,单体解离困难,获得独立钨矿物存在一定难度,应进一步解离并采用对微细粒钨矿回收效率更高的选矿设备;钼矿物属于硫化矿,品位不是很高,单独回收价值一般,可以考虑在回收黄铜矿过程中作为伴生矿物回收,值得后续进一步研究。

4 结 论

(1)该选钨尾砂中Cu含量为0.11%、WO3含量为0.29%,其中WO3达到最低利用工业品位;主要脉石组分SiO2含量为67.52%。

(2)试样属于细粒级含量较高的选钨尾砂,-0.038 mm粒级产率为55.28%,-0.075 mm粒级含量达83.82%;Cu、WO3明显富集于-0.038 mm微细粒级,其他粒级中含量相对较低;Al2O3主要富集于-0.038 mm粒级中,而各粒级 Pb、Zn、Mo含量均较低。

(3)试样矿物组成十分复杂,主要有用矿物为黄铜矿、云母、黑白钨矿、辉钼矿;脉石矿物主要为石英、绿泥石、长石,此外,还含有微量黄玉、电气石、方解石、高岭石等。

(4)黄铜矿单晶颗粒外形常呈条状、角形或其他不规则形状,常见细粒角状与黄铁矿、白云母连生,偶见微粒颗粒状被石英包裹;白钨矿单晶颗粒外形常呈致密状、块状或不规则状,常见微粒不规则状白钨矿包裹于绿泥石、萤石中;黑钨矿单晶颗粒常呈三角状、半自形或他形粒状,常见以微粒浸染状被方解石、石英所包裹;黑白云母多数呈叶片状单体存在,主要为板状或短柱状产出,横切面为六边形,集合体为鳞片状。

(5)回收铜推荐1粗3精1扫的浮选工艺流程;回收云母推荐1粗5精1扫、中矿合并脱水工艺流程。