藏中某铜锌铁多金属矿工艺矿物学研究

王海亮 姚灯磊 高春庆

(中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司,安徽 马鞍山 243000)

多金属矿通常有用矿物种类多,矿物嵌布关系复杂、嵌布粒度粗细不均匀,因此,实现其中有价组分的高效分离与回收一直是选矿技术领域的重点与难点[1-3]。查明影响矿石分选的矿物学因素,对实现多金属矿中有用矿物的综合高效回收利用、最大限度地提高有价元素的综合回收利用率具有重要意义[4-7]。工艺矿物学研究技术已从单一光学显微镜观察,逐渐形成光学显微镜鉴定与X射线衍射分析(XRD)、透射电镜分析(TEM)、扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、气质联用能谱分析(GCMS)和矿物解离度自动分析系统(MLA)等多手段相互配合分析[8-11],可以获得更为系统、详细的矿物学资料,为制定适宜的综合高效回收工艺提供依据[12-13]。

藏中某铜锌铁多金属矿成因类型为热液充填交代型中型矿床,其矿区位于冈底斯—念青唐古拉褶皱系的中段南部。矿区中铜、锌、铁等金属储量巨大,具有很好的找矿前景和巨大的经济价值。该矿产资源的综合利用对青藏高原生态脆弱区同类多金属矿产资源的开发具有引领示范作用,对西藏地区的经济发展具有十分重要的意义。前期研究表明,该多金属矿矿石性质复杂,有用矿物共生关系密切,分选难度较大[14]。为确定影响矿石选矿指标的矿物学因素,本试验开展了全面、系统的工艺矿物学研究,查明矿石的物质组成、结构构造、主要矿物的工艺粒度分布特征及嵌布特征,以期为该类矿床的高效分选提供借鉴。

1 矿石物质组成

1.1 主要化学成分及铜锌铁物相分析

矿石主要化学成分分析结果见表1,铜锌铁物相分析结果分别见表2、表3及表4。

表1 矿石主要化学成分分析结果Table 1 Results of main chemical composition analysis for the ores %

表2 铜物相分析结果Table 2 Results for the copper phase analysis %

表3 锌物相分析结果Table 3 Results for the zinc phase analysis %

表4 铁物相分析结果Table 4 Results for the iron phase analysis %

由表1可知:矿石中主要有价元素为铜、锌和铁,含量分别为0.48%、7.75%和33.57%;伴生有价元素为金和银,含量分别为0.046 g/t和17.1 g/t;硫含量相对较高,为8.90%;脉石组分主要为SiO2,含量为20.94%。

由表2、表3及表4可知:矿石中铜主要以原生硫化铜的形式存在,分布率为82.81%,其次以次生硫化铜的形式存在,分布率为11.32%,氧化铜含量相对较少;锌主要以硫化锌的形式存在,分布率为92.11%,氧化锌仅占7.89%;铁主要以磁铁矿的形式存在,分布率为32.68%,其次为硅酸铁,分布率为25.09%。

1.2 矿物组成

矿石矿物组成及含量分析结果见表5。

表5 矿石矿物组成及含量Table 5 Minerals composition and content in the ores %

从表5可以看出:矿石中金属矿物主要为铁闪锌矿、磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、菱铁矿、赤褐铁矿、菱锌矿、赤铁矿、铜蓝、方铅矿及微量的孔雀石和白铅矿等。含铜矿物主要为黄铜矿,含量为1.16%,其次存在微量铜蓝和孔雀石;含锌矿物主要为铁闪锌矿,含量为12.65%,其次为菱锌矿,含量为1.19%;有用铁矿物为磁铁矿,含量为15.36%;其他有价矿物含量相对较少。脉石矿物主要为绿泥石、石英及碳酸盐矿物,含量分别为 14.37%、9.82%及8.04%,次要脉石矿物为长石和绢云母,含量分别为6.24%和1.72%。

2 矿石的结构及构造

2.1 矿石结构

矿石主要具有固溶体分离结构、包含结构、粒状结构、网脉状结构和溶蚀港湾状结构等5种结构类型。其中磁黄铁矿和黄铜矿呈乳滴状分布在铁闪锌矿中,形成固溶体分离结构;粒状磁铁矿集合体包含铁闪锌矿颗粒,黄铜矿颗粒包裹细粒方铅矿和铁闪锌矿,形成包含结构;铁闪锌矿呈不规则粒状分布,黄铜矿呈他形粒状嵌布,形成粒状结构;磁铁矿被脉石矿物穿插、交织,形成网脉状结构;黄铁矿交代、溶蚀黄铜矿,形成港湾状结构;经后期作用形成的次生铜蓝沿铁闪锌矿边缘交代,在铁闪锌矿边缘呈环带状分布,形成环带状结构。

2.2 矿石构造

矿石主要构造为块状构造,少量斑点状构造、角砾状构造和气孔状构造。其中磁铁矿和铁闪锌矿以块状构造为主;碳酸盐矿物颗粒呈斑点状分布于铁闪锌矿和磁铁矿组成的矿物集合体中,另有少量浅绿色的绿泥石和黑色的磁铁矿呈斑点状嵌布在灰白色的碳酸盐矿物中;褐铁矿呈角砾状分布在石英、方解石和黄铁矿组成的矿石中;部分地表褐铁矿经风化、淋滤作用后形成气孔状构造。

3 主要矿物工艺粒度

对矿石中主要金属矿物(铁闪锌矿、黄铜矿、磁铁矿和黄铁矿)和主要脉石矿物(绿泥石、石英和碳酸盐矿物)进行工艺粒度测定,结果分别见表6、表7。

表6 主要金属矿物工艺粒度测定结果Table 6 Results of process particle size determination for major metallic minerals

表7 主要脉石矿物工艺粒度测定结果Table 7 Results of process particle size determination for major gangue minerals

由表6可知:铁闪锌矿结晶粒度相对较粗,在+0.07 mm粒级分布率达48.08%;黄铜矿粒度较细,在-0.07 mm粒级分布率高达70.14%,其中在-0.04 mm和-0.01 mm粒级分布率分别为47.66%和11.38%,该部分微细粒黄铜矿难以完全解离及回收;磁铁矿在-0.07 mm粒级分布率为71.24%,其中在-0.03 mm和-0.01 mm粒级分布率分别为43.34%和19.34%。

由表7可知:绿泥石、石英及碳酸盐矿物主要分布在+0.07 mm粒级中,分布率分别为51.69%、53.84%及66.32%。

4 主要矿物嵌布特征

4.1 铁闪锌矿

矿石中铁闪锌矿最高含铁量为14.39%,最低含铁量为6.58%,平均铁含量为10.22%。主要呈斑状或粒状集合体嵌布,绝大部分铁闪锌矿包裹细粒乳滴状磁黄铁矿(图1(a))和黄铜矿(图1(b)),呈固溶体分离结构产出,细粒包裹体主要为磁黄铁矿,其次为黄铜矿。部分细粒的包裹体很难充分解离,很可能以连生体形式进入精矿中,对精矿的质量有一定的影响;部分微细粒的铁闪锌矿包裹体可能会流入尾矿中,对锌的回收率可能有不利的影响;少量铁闪锌矿与黄铁矿呈溶蚀港湾状产出,两者紧密互嵌;部分不规则粒状铁闪锌矿分布在磁铁矿和脉石等矿物中,两者紧密共生。

图1 矿石中铁闪锌矿的嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristics of marmatite in the ore

4.2 黄铜矿

黄铜矿嵌布粒度较细,呈斑状嵌布的黄铜矿被黄铁矿交代、溶蚀,具浸蚀结构,两者紧密共生(图2(a)),部分黄铜矿与铁闪锌矿共边产出,接触面弯曲(图2(b)),少量粗粒黄铜矿颗粒中含有细粒方铅矿和铁闪锌矿等包裹体,部分呈细粒或微细粒乳滴状包裹体嵌布于铁闪锌矿中,其中微细粒包裹体主要分布在-10μm粒级中,该部分黄铜矿回收难度较大,对黄铜矿的回收率有一定影响。

图2 矿石中黄铜矿的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristics of chalcopyrite in the ore

4.3 磁铁矿

矿石中磁铁矿主要呈块状或斑状形式产出,大部分磁铁矿被脉石矿物沿裂隙交织、穿插,形成网脉状,具网脉状结构(图3),该部分脉石细脉导致磁铁矿的嵌布粒度严重细化,如果磨矿不能使其充分解离,部分磁铁矿会以连生体的形式进入铁精矿,降低铁精矿品质。

图3 矿石中磁铁矿的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristics of magnetite in the ore

4.4 黄铁矿

矿石中黄铁矿嵌布粒度相对较细,呈立方体、五角十二面体,主要为块状或斑状,部分黄铁矿中含有大量的脉石包裹体(图4)。

图4 矿石中黄铁矿的嵌布特征Fig.4 Dissemination characteristics of pyrite in the ore

4.5 磁黄铁矿

矿石中磁黄铁矿主要有以下2种产出形式:①呈乳滴状细粒包裹体嵌布于铁闪锌矿中,部分包裹体沿一定方向有序排列,其中微细粒磁黄铁矿较难与铁闪锌矿充分解离,会进入锌精矿,影响锌精矿品质(图5(a))。②呈半自形或他形粒状嵌布,与黄铁矿和黄铜矿紧密共生(图5(b))。

图5 矿石中磁黄铁矿的嵌布特征Fig.5 Dissemination characteristics of pyrrhotite in the ore

5 有用元素铜、锌、铁的赋存状态

采用美国FEI公司的矿物参数自动分析系统MLA-650以及布鲁克EDS能谱仪,对样品中铜、锌、铁的赋存状态进行研究。分析结果表明,①有价元素铜主要分布在黄铜矿中,分布率为84.79%,10.87%的铜分布在铜蓝中。由于原生硫化铜黄铜矿和次生硫化铜铜蓝可浮性差异较小,大部分铜蓝进入铜精矿,微量的铜分布在孔雀石中,该部分铜较难回收,影响铜的回收率。②锌主要赋存于铁闪锌矿中,分布率为92.11%,其次分布在菱锌矿中,分布率为7.89%。由于菱锌矿与铁闪锌矿可浮性的差异,菱锌矿主要进入尾矿,对锌的回收率会有一定的影响。③铁主要分布在强磁性矿物磁铁矿中,分布率为32.68%。

6 不同磨矿产品主要矿物解离度

对原矿不同磨矿细度产品中的黄铜矿、铁闪锌矿、磁铁矿及脉石矿物的解离度进行了测定,结果见表8。

表8 不同磨矿细度主要矿物解离度分析结果Table 8 Analysis results of dissociation degree of main minerals with different grinding fineness

由表8可知:①黄铜矿的单体解离情况较差,当磨矿细度为-0.045mm占95%时完全解离的黄铜矿仅占71.33%,磨矿细度为-0.074 mm占70%时,黄铜矿单体解离度与>3/4的富连生体之和为73.14%;②铁闪锌矿单体解离度较低,但富连生体含量相对较高,且连生体中绝大部分铁闪锌矿与磁黄铁矿连生,主要是由于两者呈固溶体分离结构产出,细粒乳滴状的磁黄铁矿较难与铁闪锌矿完全解离,因此富连生体部分会进入锌精矿,当磨矿细度为-0.074 mm占70%时,铁闪锌矿单体解离度与>3/4的富连生体之和达91.09%;③ 磁铁矿解离效果最差,主要是磁铁矿中含有大量细脉状的脉石,当磨矿细度为-0.045 mm占95%时,磁铁矿单体解离度与>3/4的富连生体之和为92.72%。

7 推荐的选别工艺流程

基于该多金属矿具有矿物致密共生,镶嵌关系复杂,铁闪锌矿工艺粒度相对较粗、硫化铜矿物和磁铁矿工艺粒度相对较细的特性,同时结合铜、锌矿物可浮性差异,制定了优先浮铜、后浮锌、最后选铁的原则工艺流程。并选择采用磨矿—抑锌浮铜—浮锌尾矿再磨—磁选—弱磁精矿浮选脱硫—磁选选铁流程和磨矿—抑锌浮铜—浮锌尾矿浮选脱硫—浮硫尾矿再磨—磁选选铁2种工艺流程进行方案比选,实现该多金属矿中有价矿物的高效分离与回收。考虑到高原地区铁精矿销售及运输成本因素,拟对铁精矿作水泥原料就近销售,最终采用原矿磨矿—抑锌浮铜—浮锌尾矿浮选脱硫—浮硫尾矿磁选选铁流程作为该矿石选矿工艺流程。根据系统的工艺矿物学研究及推荐的选矿工艺流程,完成了实验室小型选矿试验、扩大连选试验及工业设计,目前该选厂已建厂生产,取得了较好的选矿技术指标,并获得了良好的经济效益。

8 结 论

(1)矿石中主要有价元素为铜、锌和铁,含量分别为0.48%、7.75%和33.57%,主要脉石成分为SiO2,含量为20.94%,其他有价元素含量相对较少。主要含锌矿物为铁闪锌矿,含量为12.65%;主要含铜矿物为黄铜矿,含量为1.16%;主要有用含铁矿物为磁铁矿,含量为15.36%。主要脉石矿物为绿泥石、石英及碳酸盐矿物,含量分别为14.37%、9.82%和8.04%,次要脉石矿物为长石和绢云母,含量分别为6.24%和1.72%。

(2)矿石主要结构为固溶体分离结构、包含结构、粒状结构、网脉状结构和溶蚀港湾状结构;主要构造为块状构造,少量斑点状构造、角砾状构造和气孔状构造。

(3)矿石中铁闪锌矿结晶粒度相对较粗,在+0.07 mm粒级的分布率为48.08%;黄铜矿和磁铁矿嵌布粒度较细,在-0.07 mm粒级的分布率分别为70.14%和71.24%。主要脉石矿物嵌布粒度均较粗,绿泥石、石英及碳酸盐矿物工艺粒度主要分布在+0.07 mm粒级,分布率分别为51.69%、53.84%及66.32%。

(4)根据矿物嵌布特征分析,多数铁闪锌矿包裹大量细粒磁黄铁矿和黄铜矿,不利于其单体解离,影响锌精矿质量;黄铜矿嵌布粒度较细,呈斑状嵌布的黄铜矿被黄铁矿交代、溶蚀呈港湾状,两者紧密共生,部分呈细粒包裹体嵌于铁闪锌矿中,影响铜精矿指标;磁铁矿主要与脉石矿物呈网脉状嵌布,需要进一步细磨,部分微细粒磁铁矿难以充分解离,以连生体形式进入铁精矿,对铁精矿品位有一定的影响。

(5)锌主要赋存于铁闪锌矿中,分布率为92.11%,其次分布在菱锌矿中,分布率为7.89%;铜主要分布在黄铜矿中,分布率为84.79%,少量分布于铜蓝中,分布率为10.87%;铁则主要分布在磁铁矿中,分布率为32.68%。

(6)矿石解离度分析结果表明,当磨矿细度-0.074 mm占70%时,铁闪锌矿、黄铜矿的单体解离度与>3/4的富连生体之和分别为91.09%和73.14%,当-0.045mm占95%时,磁铁矿单体解离度与>3/4的富连生体之和为92.72%。

(7)基于工艺矿物学研究结果与分析,结合铜锌矿物可浮性差异,最终选择磨矿—抑锌浮铜—浮锌尾矿再磨—磁选—弱磁精矿浮选脱硫—磁选选铁流程和磨矿—抑锌浮铜—浮锌尾矿浮选脱硫—浮硫尾矿再磨—磁选选铁2种工艺流程进行比选。