云南某高硫低品位铅锌矿工艺矿物学研究

吕 超 张 晶 杨 林 张曙光

(1.昆明冶金研究院有限公司,云南 昆明 650031;2.云南省选冶新技术重点实验室,云南 昆明 650031;3.共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点实验室,云南 昆明 650031)

铅锌矿是重要的战略性资源，在国民经济建设中有着不可替代的作用，被广泛应用于机械工业、军工业、电气工业、化学工业、冶金工业、轻工业等领域[1-3]。因此，开发利用铅锌资源具有重要的战略意义。

在矿产资源开发利用过程中涉及工艺矿物学研究[4-6]。工艺矿物学是研究矿石化学性质、矿物组成、矿物特性的一门应用学科，在确定合理的选矿工艺、优化选矿工艺流程结构以及提高矿山选厂生产指标等方面发挥着重要的作用[7-10]。

云南某矿山因多年的开采，采矿深度不断增加，新采矿区矿石性质也发生了很大的变化。为确定合理的工艺流程，本文以云南某高硫低品位铅锌矿为对象，开展工艺矿物学研究，对矿石成分、矿石结构及构造、矿物的嵌布特征等进行了检测分析，较全面地了解矿石的工艺矿物学特性，为矿石的开发利用提供依据。

1 矿石物质组成

1.1 矿石化学多元素分析

为准确测定矿石中各元素的含量，进行化学多元素分析，结果见表1。

表1 矿石化学多元素分析结果Table 1 Analysis results of chemical multi-elements of the ores%

由表1可知，矿石中有价元素主要为Pb、Zn、Fe和S，含量分别为3.20%、3.04%、26.36%和30.84%;矿石中Ag含量为128.3 g/t，具有综合利用价值;矿石中主要杂质成分SiO2、Al2O3和CaO的含量分别为18.36%、6.15%和3.16%，有害元素As含量较高，为0.56%。

1.2 矿石铅锌物相分析

为查明矿石中铅、锌的赋存状态，进行铅、锌化学物相分析，结果如表2和表3所示。

表3 矿石锌物相分析结果Table 3 Analysis results of the zinc phase of the ores%

由表2可知，矿石中铅主要以方铅矿的形式存在，分布率达86.36%，以铅矾和白铅矿形式存在的铅含量较少，分布率分别为6.26%和4.38%，另外还有少量的铅铁矾及其他铅，分布率为3.00%。方铅矿是主要回收的目的矿物，其余含铅矿物因技术及经济原因较难回收。

表2 矿石铅物相分析结果Table 2 Analysis results of the lead phase of the ores%

由表3可知，矿石中锌主要以硫化锌的形式存在，分布率为92.43%，另外还有少量的硫酸锌、氧化锌以及锌铁尖晶石及其他锌。

1.3 矿石矿物组成

通过显微镜、矿物自动分析仪(MLA)等定性、定量分析手段对矿石进行矿物组成分析，结果见表4。

表4 矿石矿物组成及含量Table 4 Minerals composition and content in the ores%

由表4可知，矿石由6类26种矿物组成，硫化物占64.06%，硫酸盐占0.13%、碳酸盐占3.32%、硅酸盐占20.24%、氧化物占11.95%、磷酸盐占0.30%。目的元素铅、锌、硫、银、砷的载体矿物主要为方铅矿、铁闪锌矿、硫砷铅矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿、白铅矿、石膏，含量分别为2.93%、5.06%、0.11%、55.15%、0.40%、0.37%、0.20%、0.13%，另有少量的黝铜矿(0.02%)、黝锡矿(0.01%)、雄黄(0.01%)、磁黄铁矿(偶见)、铅矾(偶见)。脉石矿物主要为石英(10.50%)、高岭石(7.80%)、蒙脱石(6.00%)、白云母(3.50%)、钾长石(2.37%)、方解石(1.10%)、锐钛矿(1.45%)等。

2 矿石结构构造

2.1 矿石构造

肉眼观察，矿石多呈浅灰、灰黑色，-10 cm碎块状，部分矿石中方铅矿、黄铁矿较为富集，自形程度、解理发育均比较好，此类矿石易碎，多呈-5 cm碎块状。大多数矿石具稠密浸染—块状构造，黄铁矿、方铅矿、铁闪锌矿等金属矿物稠密浸染于矿石中，含量大于50%，部分超过75%，构成矿石的稠密浸染状构造、块状构造。在围岩中，部分矿石具脉状构造，主要由方解石、高岭石、石英等充填于矿石裂隙中，构成矿石的脉状构造。

2.2 矿石结构

矿石中金属矿物主要具包含结构、自形—半自形—他形粒状结构、乳浊结构、内部解理结构、交代结构。岩石主要具不等粒粒状变晶结构、显微鳞片变晶结构、细晶结构等。

(1)包含结构。矿石中金属矿物的主要结构，黄铁矿、方铅矿、铁闪锌矿、毒砂、黄铜矿共生关系密切，均出现不同程度的包裹与被包裹现象。其中，黄铁矿中常包裹尘点—细粒状磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、铁闪锌矿，铁闪锌矿中包裹尘点—细粒状黄铜矿、方铅矿、黝锡矿。

(2)自形—半自形—他形粒状结构。矿石中黄铁矿、方铅矿、毒砂部分颗粒呈自形—半自形粒状结构，其余颗粒以及铁闪锌矿、黄铜矿、硫砷铅矿、黝铜矿等均呈他形粒状结构。

(3)乳浊结构。矿石中铁闪锌矿多包裹尘点状、细粒状黄铜矿，黄铜矿在铁闪锌矿中呈乳浊体分布，少数呈叶片体分布，乳浊体形状不规则。

(4)内部解理结构。矿石中方铅矿具此结构，方铅矿解理发育完全，显示为黑三角孔及阶梯状黑线，集合体易破碎为自形颗粒。

(5)交代结构。矿石中黄铁矿颗粒边缘及裂隙被毒砂交代，部分微晶黄铁矿被毒砂交代，二者混杂分布;方铅矿边缘、裂隙及解理缝被硫砷铅矿、白铅矿、铅矾交代。

(6)不等粒粒状变晶结构。岩石的主要结构之一，变晶由重结晶的石英组成，颗粒粒度大小悬殊，颗粒间充填金属矿物。

(7)显微鳞片变晶结构。岩石中部分矿石具此结构，变晶主要由重结晶的绢云母、高岭石、蒙脱石组成，颗粒重结晶呈显微鳞片状，部分浸染泥质集合体呈砂屑状。

(8)细晶结构。变晶由重结晶的方解石、白云石、铁白云石等组成，粒度在0.1～1 mm，颗粒间紧密镶嵌。

3 主要矿物的嵌布特征

为了解矿石中矿物的嵌布粒度与嵌布特征，利用偏光显微镜及MLA检测手段进行分析。

3.1 方铅矿

方铅矿含量为2.93%，在-2 mm综合样中测量方铅矿的工艺粒度，主要分布于-710+300 μm、-300+150 μm、-150+75 μm这3个粒级中，分布率分别为55.62%、31.18%、8.32%。镜下观察，方铅矿解理发育，自形程度好，与黄铁矿、硫砷铅矿、白铅矿、铁闪锌矿、毒砂、黄铜矿关系密切，多为共生(图1(a));相互包裹现象较多，方铅矿包裹黄铁矿、铁闪锌矿、黄铜矿中(图1(b));方铅矿、铁闪锌矿呈球粒状包裹于黄铁矿中(图1(c))，其中，少数方铅矿呈5～20 μm尘点状包裹于黄铁矿中。

图1 方铅矿嵌布特征Fig.1 The embedded characteristics of galena

3.2 铁闪锌矿

矿石中锌主要以铁闪锌矿的形式存在，含量为5.06%，在-2 mm综合样中测量铁闪锌矿的工艺粒度，主要分布于+710 μm、-710+300 μm、-300+150 μm、-150+75 μm这4个粒级中，分布率分别为8.48%、54.06%、25.44%、8.74%。镜下观察，铁闪锌矿呈他形粒状，多与黄铁矿、方铅矿、黄铜矿共生(图2(a))，部分与黄铁矿、方铅矿、黄铜矿等相互包裹(图2(b)和(c))，尤其是黄铜矿，少数呈脉状分布于铁闪锌矿中，多数呈5～15 μm尘点状、细粒状包裹于铁闪锌矿中(图2(d))。

图2 铁闪锌矿嵌布特征Fig.2 The embedded characteristics of marmatite

3.3 黄铁矿

黄铁矿含量为55.15%。镜下观察，呈自形—半自形—他形粒状，与方铅矿、铁闪锌矿、毒砂、黄铜矿、磁黄铁矿的关系均较为密切，相互共生、相互包裹、与毒砂混杂分布等(图3(a)～(c))。在黄铁矿中，常包裹尘点状方铅矿、细粒铁闪锌矿、尘点状黄铜矿、磁黄铁矿(图3(d))，此现象可能导致硫精矿中含铅、锌、铜较高，造成产品质量差及金属损失。

图3 黄铁矿嵌布特征Fig.3 The embedded characteristics of pyrite

3.4 高岭石

高岭石含量为7.80%，是矿石主要脉石矿物之一。镜下观察，显微鳞片状，集合体与绢云母、石英、蒙脱石等共生，分布于金属矿物裂隙及空洞中(图4)。

图4 高岭石嵌布特征Fig.4 The embedded characteristics of kaolinite

3.5 蒙脱石

蒙脱石含量为6.00%。镜下观察，显微鳞片状，集合体与黄铁矿、石英、绢云母、高岭石等共生(图5)。

图5 蒙脱石嵌布特征Fig.5 The embedded characteristics of montmorillonite

3.6 石 英

石英含量为10.50%。镜下观察，呈他形粒状，多与黄铁矿、蒙脱石、高岭石、绢云母等共生(图6)。

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

4 影响选别指标的工艺矿物学因素及推荐流程

由工艺矿物学研究结果可知:① 矿石主要有价元素为Pb、Zn、Fe、S，赋存矿物分别主要为方铅矿、铁闪锌矿和黄铁矿;② 方铅矿、铁闪锌矿与黄铁矿共生关系紧密;③ 铅锌品位低，而硫品位相对很高，黄铁矿与方铅矿和铁闪锌矿的矿物含量相差很大。因此，铅、锌和硫的矿物分选需考虑到大量黄铁矿对铅锌矿物的不利影响，同时选择适宜的磨矿细度。综上，推荐的选别流程为铅硫等可浮选+铅硫分离—锌硫等可浮选+锌硫分离，即方铅矿和部分黄铁矿优先浮出，铅硫分离得到铅精矿和硫精矿1，铅硫等可浮尾矿选铁闪锌矿和剩余黄铁矿，再进行锌硫分离得到锌精矿和硫精矿2，硫精矿1和硫精矿2合并为硫精矿，最终得到铅精矿、锌精矿、硫精矿和尾矿。该种工艺流程适用于高硫铅锌矿，通过分段浮选黄铁矿得到2个硫精矿，可有效解决黄铁矿量大干扰浮选的情况，在铅硫分离以及锌硫分离时可根据具体的精矿品位调整磨矿细度或者在分离之前增加再磨作业。推荐的选别流程如图7所示。

图7 推荐工艺流程Fig.7 Recommended process procedure

5 结 论

(1)矿石中有价元素主要为Pb、Zn、Fe和S，含量分别为3.20%、3.04%、26.36%和30.84%，属于高硫低品位硫化铅锌矿石;矿石中Ag含量为128.3 g/t，具有综合利用价值;矿石中主要杂质成分SiO2、Al2O3含量为18.36%和6.15%，有害元素As含量较高为0.56%，As含量较高可能对精矿品质有影响。

(2)矿石由6类26种矿物组成，矿物组成复杂。目的元素铅、锌和硫的载体矿物主要为方铅矿、铁闪锌矿和黄铁矿，含量分别为2.93%、5.06%和55.15%，脉石矿物主要为石英、高岭石、蒙脱石、白云母，含量分别为10.50%、7.80%、6.00%和3.50%。矿石中黄铁矿含量超过50%，这将极不利于矿石分选。

(3)矿石结构构造复杂多样。矿石具稠密浸染构造、块状构造、脉状构造;矿石中金属矿物主要具包含结构、自形—半自形—他形粒状结构、乳浊结构、内部解理结构、交代结构，岩石主要具不等粒粒状变晶结构、显微鳞片变晶结构、细晶结构等。

(4)该矿石分选技术难度较大，主要原因有:①矿物组成复杂，主要目的矿物方铅矿、铁闪锌矿、黄铁矿与脉石矿物间共生关系紧密，且矿物间相互包裹现象明显，不利于矿物的有效单体解离，易造成精矿杂质含量高;② 主要目的矿物含量差异大，其中铅锌矿物含量较低，方铅矿含量不足3%，铁闪锌矿含量仅约5%，而黄铁矿含量约55%，不利于矿物分离;③ 易泥化脉石矿物含量高，典型的蒙脱石、高岭石及绢云母等易泥化矿物含量约占15%，在分选过程中易泥化矿物会恶化矿浆环境，影响矿物的有效分离。

(5)推荐的选别流程为铅硫等可浮选+铅硫分离—锌硫等可浮选+锌硫分离，即方铅矿和部分黄铁矿优先浮出，铅硫分离得到铅精矿和硫精矿1，铅硫等可浮尾矿选铁闪锌矿和剩余黄铁矿，再进行锌硫分离得到锌精矿和硫精矿2，硫精矿1和硫精矿2合并为硫精矿，最终得到铅精矿、锌精矿、硫精矿和尾矿。