青海夏烏日塔銅鉛鋅多金屬礦工藝礦物學(xué)特征及浮選原則工藝的確定

羅仙平 何坤忠 周賀鵬 暴永泉

(1.江西省礦冶環(huán)境污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 贛州 341000;2.青海省高原礦物加工工程與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海 西寧 810006;3.青海平貴礦業(yè)有限責(zé)任公司烏蘭分公司,青海 烏蘭 817102)

青海夏烏日塔多金屬礦屬于熱液-構(gòu)造蝕變巖型礦床,位于青海省烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)賽什克村以南約15 km處,柴達(dá)木盆地東北緣希里溝盆地南側(cè)山區(qū)為新近發(fā)現(xiàn)的銅鉛鋅多金屬礦,具有良好的開發(fā)利用前景[1]。礦體產(chǎn)于斷層破碎蝕變帶中,圍巖為糜棱巖化綠片巖,主要金屬礦物為銀黝銅礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等。礦石礦物組成復(fù)雜,金屬礦物呈稠密浸染狀或星點(diǎn)狀均勻分布于巖石中[2]。礦體走向、傾向上延伸穩(wěn)定,且向深部有礦體變厚、品位變富的趨勢(shì)。在長期的地質(zhì)演變過程中,部分金屬礦物受到一定程度的氧化,衍生出孔雀石、白鉛礦、菱鋅礦等氧化礦物,使夏烏日塔多金屬礦的礦石性質(zhì)更加復(fù)雜,硫化礦與氧化礦交錯(cuò)嵌布。韌性動(dòng)力變質(zhì)形成的靡棱巖帶不僅使巖石碎裂并靡棱巖化,而且形成了一些凝膠狀的氧化硅溶液,使得剪切帶內(nèi)的巖石形成了許多孔隙和砂糖狀石英,致使富鐵鎂質(zhì)巖石發(fā)生強(qiáng)烈蝕變,并使分散的金、銀、銅、鉛、鋅元素在二氧化硅溶液內(nèi)活化、遷移,并在有利的構(gòu)造部位和一定的構(gòu)造巖相帶內(nèi)聚集成礦,使金屬礦物緊密連生。此外,礦區(qū)開采礦石包括地表氧化礦、地表礦體圍巖、原生礦石、原生低品位礦和原生礦體圍巖等5種類型,造就了該銅鉛鋅多金屬礦性質(zhì)復(fù)雜、品位偏低、目的礦物嵌布粒度微細(xì)、單體解離較差的特點(diǎn)[3]。自該銅鉛鋅多金屬礦床發(fā)現(xiàn)以來,大量學(xué)者對(duì)其礦床特征及成礦機(jī)制開展了系列研究。然而該多金屬礦工藝礦物學(xué)研究鮮見報(bào)道,選礦原則工藝也亟待確定。據(jù)此,本文采用化學(xué)多元素分析、MLA礦物自動(dòng)定量分析、掃描電鏡及能譜分析等方法,查明了礦石的化學(xué)成分、礦物組成、嵌布特征、解離特性、有用和有害元素在礦石中的賦存狀態(tài)和分布規(guī)律等工藝礦物學(xué)特征,確定其在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下的利用價(jià)值,為該銅鉛鋅礦石選礦原則工藝的確定提供理論指導(dǎo)依據(jù),并在此基礎(chǔ)上確定了“銅鉛鋅優(yōu)先浮選”工藝作為該礦石開發(fā)的原則工藝流程。該原則工藝可為此類銅鉛鋅資源的開發(fā)利用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)多元素分析及主要元素物相檢測(cè)

測(cè)試試樣為青海烏蘭縣夏烏日塔多金屬礦石。分析檢測(cè)樣品為粒徑小于2 mm的細(xì)碎產(chǎn)品。表1為礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果,表2～表4為礦石銅、鉛、鋅物相檢測(cè)結(jié)果。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical multi element composition analysis results in raw ore %

表2 礦石銅物相檢測(cè)結(jié)果Table 2 Copper phase detection results in raw ore %

表3 礦石鉛物相檢測(cè)結(jié)果Table 3 Lead phase detection results in raw ore%

表4 礦石鋅物相檢測(cè)結(jié)果Table 4 Zinc phase detection results in raw ore%

從表1可知:礦石中銅、鉛、鋅含量相對(duì)較高,品位分別為0.43%、1.64%和2.65%,是礦石中主要有價(jià)元素;硫含量為 4.27%;貴金屬銀的含量為49.68 g/t,具有很高的回收價(jià)值,金的含量為1.69 g/t,具有一定的回收意義,可伴生回收。礦石中主要雜質(zhì)成分為 SiO2、Al2O3、CaO。

從表2～表4可知,礦石屬原生礦類型,基本以硫化礦的形式為主。礦石受到了一定程度的氧化,特別是銅、鉛礦物氧化率不一,不利于浮選分離回收。

1.2 主要礦物組成及礦物含量

經(jīng)電鏡、能譜分析可知:礦石中鋅礦物主要有閃鋅礦及少量的菱鋅礦;鉛礦物主要有方鉛礦以及少量的白鉛礦;銅礦物主要有銀黝銅礦、黃銅礦等;除此之外,還有少量或微量的鋅鐵尖晶石、輝銅礦、黑錳鐵礦、輝銀礦等金屬礦物;脈石礦物主要由石英、長石、綠泥石、云母、方解石、白云石、高嶺石、輝石及閃石、陽起石等組成,另有少量或微量的榍石、石膏、金紅石、鋯石、錫石、磷灰石等礦物。礦石中的礦物組成及相對(duì)含量見表5。

表5 礦石中主要礦物的含量Table 5 Contents of main minerals in raw ore %

2 礦石主要礦物的產(chǎn)出形式與嵌布特征

2.1 閃鋅礦

閃鋅礦是礦石中主要含鋅礦物,主要由Zn、S及少量Fe組成,Zn理論品位67%,詳見表6。閃鋅礦多呈塊狀、結(jié)狀、膠結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)出,少量呈斑狀、脈狀、浸染狀嵌布。在原礦-0.074 mm含量80%的細(xì)度下,閃鋅礦的平均粒徑為0.038 mm。閃鋅礦與石英、長石、方解石等脈石礦物嵌布關(guān)系緊密,多呈塊狀、不規(guī)則狀被脈石礦物包裹或邊緣連生,連生邊界多為不平直的鋸齒狀或港灣狀,見圖1(a);部分與方鉛礦等鉛礦物連生,閃鋅礦與方鉛礦交代連生,連生邊界多呈港灣狀,見圖1(b);少量與黃鐵礦等鐵礦物連生,部分細(xì)小的閃鋅礦分布于黃鐵礦中,見圖1(c);有的與菱鋅礦等鋅礦物連生,見圖1(d),少量與銀黝銅礦、黃銅礦等銅礦物連生,見圖1(e)、(f)。

圖1 閃鋅礦嵌布特征分析Fig.1 Analysis of sphalerite distribution characteristics

表6 礦石中閃鋅礦元素組成能譜分析結(jié)果Table 6 Energy spectrum analysis results of element composition of sphalerite in raw ore

2.2 方鉛礦

方鉛礦為選礦富集回收鉛的主要目的礦物,在原礦-0.074 mm含量80%的細(xì)度下,方鉛礦平均粒徑為0.019 mm。能譜分析顯示,礦石中的方鉛礦主要由Pb、S組成,Pb理論品位88.62%,詳見表7。方鉛礦多呈交代侵蝕與交代殘余結(jié)構(gòu)、結(jié)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出,呈星點(diǎn)狀、脈狀、條帶狀嵌布,少量呈蠕蟲狀嵌布,偶見方鉛礦內(nèi)部包含細(xì)小的脈石。方鉛礦與石英、長石、白云石、方解石等脈石礦物關(guān)系緊密,多呈星點(diǎn)狀、斑狀、蠕蟲狀、細(xì)脈狀嵌布于脈石礦物中,見圖2(a)、(b);部分與閃鋅礦、菱鋅礦等鋅礦物連生,方鉛礦交代閃鋅礦連生,部分方鉛礦成細(xì)脈狀沿閃鋅礦裂隙填充,見圖1(a);少量與黃鐵礦等鐵礦物連生,方鉛礦與黃鐵礦邊緣交代連生,邊緣呈交代侵蝕結(jié)構(gòu),見圖1(c);少量與白鉛礦等鉛礦物連生,方鉛礦邊緣被白鉛礦進(jìn)行交代連生,見圖2(c);少量與黃銅礦、銀黝銅礦等銅礦物連生,方鉛礦與黃銅礦以邊緣連生為主,見圖2(d)。

表7 礦石中方鉛礦元素組成能譜分析結(jié)果Table 7 Energy spectrum analysis results of galena in raw ore

圖2 方鉛礦嵌布特征分析Fig.2 Analysis of galena distribution characteristics

2.3 黃銅礦

黃銅礦為礦石中含銅礦物之一,在原礦-0.074 mm含量80%的細(xì)度下,黃銅礦平均粒徑為0.032 mm。能譜分析顯示,礦石中的黃銅礦主要由Cu、Fe、S及少量Al組成,詳見表8。未解離顆粒中部分與白云石、方解石、石英等脈石礦物連生,黃銅礦呈不規(guī)則粒狀、細(xì)小的乳滴狀沿脈石礦物邊緣或裂隙中填充,見圖2(b);部分與方鉛礦等鉛礦物連生,黃銅礦與方鉛礦邊緣交代連生,見圖2(d)。

表8 礦石中黃銅礦元素組成能譜分析結(jié)果Table 8 Energy spectrum analysis results of chalcopyrite in raw ore

2.4 銀黝銅礦

銀黝銅礦為礦石中含銅礦物之一,也是主要含銀礦物,銀黝銅礦的平均粒徑為0.036 mm,主要由Cu、Sb、S 及少量 As、Zn、Fe、Ag 組成,詳見表 9。 未解離顆粒中多與石英、白云石等脈石礦物連生,以不規(guī)則粒狀、脈狀沿脈石粒間填充,見圖1(e)、圖2(b);少量與黃銅礦等銅礦物連生,銀黝銅礦與黃銅礦邊緣交代連生,見圖2(b);部分與方鉛礦等鉛礦物連生,銀黝銅礦與方鉛礦邊緣交代連生,見圖2(b);少量與閃鋅礦等鋅礦物連生,見圖1(e)。

表9 礦石中銀黝銅礦元素組成能譜分析結(jié)果Table 9 Energy spectrum analysis results of freibergite in raw ore

3 礦石主要金屬分布率與礦物單體解離分析

3.1 礦石主要金屬分布率

礦石中主要目的礦物的粒度組成及其嵌布粒度對(duì)確定磨礦細(xì)度和制定合理的選礦工藝有著直接影響[4-6]。為合理地制訂選礦工藝流程、確定合適的磨礦細(xì)度,考察了礦石中有價(jià)金屬的粒度分布規(guī)律,對(duì)原礦在-0.074 mm含量80%左右的磨礦細(xì)度下開展了各粒級(jí)的篩分分析,分別檢測(cè)各粒級(jí)礦樣中銅、鉛、鋅元素含量,分析結(jié)果如表10所示。

表10 礦石中主要金屬分布率分析結(jié)果Table 10 Distribution analysis results of main metals in ore

由表10可見,礦石中銅鉛鋅主金屬粒度分布不均勻,呈細(xì)粒為主的不等粒嵌布,且主要分布在-0.038 mm的微細(xì)粒級(jí)。在原礦磨礦細(xì)度為-0.074 mm占80%左右的條件下,銅鉛鋅礦物的嵌布粒度特征不利于其選礦回收,影響主金屬回收率的提高。

3.2 礦石主要礦物單體解離度分析

礦石中主要目的礦物的粒度組成及其分布特點(diǎn)對(duì)確定磨礦細(xì)度和制訂合理的選礦工藝流程有著直接影響。礦石中鋅、鉛、銅、鐵礦物的粒度使用BPMA工藝礦物學(xué)參數(shù)自動(dòng)分析儀測(cè)量完成,礦物粒度用夾長橢圓短徑表示,各粒級(jí)的礦物含量用質(zhì)量(面積×密度)統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表11。

由表11可見,-0.074 mm含量80%細(xì)度下,礦石中銅鉛鋅礦物單體解離度總體較差,微細(xì)粒級(jí)單體解離度稍好。閃鋅礦單體解離度約為43.56%,其中-0.038 mm粒級(jí)內(nèi)單體含量為60.69%,+0.074 mm粒級(jí)范圍內(nèi)解離情況雖相對(duì)較差,但大于70%的富連生體與單體含量總計(jì)達(dá)63.88%。方鉛礦單體解離度最差,全粒級(jí)單體解離度僅34.31%,解離度大于70%的富連生體含量占55.92%,微細(xì)粒級(jí)多呈富連生體存在,-0.038 mm粒級(jí)中解離度大于70%富連生體含量占77.34%。黃銅礦的單體解離度稍好,單體含量達(dá)45.91%,大于70%的富連生體與單體含量總計(jì)達(dá)72.94%,適當(dāng)增加磨礦細(xì)度有利于浮選回收。與黃銅礦類似,銀黝銅礦大于70%的富連生體與單體含量總計(jì)72.88%,總體而言,銅礦物單體解離稍好。

表11 主要礦物單體解離度分析結(jié)果Table 11 Analysis results of dissociation degree of main mineral monomers

3.3 主要礦物連生關(guān)系分析

礦石中主要礦物連生關(guān)系及其分布特點(diǎn)對(duì)研究礦石性質(zhì)有著至關(guān)重要的作用。電鏡、能譜分析樣品經(jīng)篩分、固化、磨片、噴碳等步驟制成,在電鏡、能譜下測(cè)定分析鋅礦物、鉛礦物、銅礦物的礦物連生關(guān)系,分析結(jié)果見表12。

表12 主要礦物連生關(guān)系分析結(jié)果Table 12 Analysis results of intergrowth relationship of main minerals

由表12可見,閃鋅礦主要與脈石連生,含量占37.51%,其中+0.074 mm粒級(jí)連生最為嚴(yán)重,其次與鉛礦物嵌布關(guān)系較為緊密,占比達(dá)16.70%,不利于鉛鋅分離。方鉛礦連生關(guān)系分析結(jié)果也證實(shí)其與鋅礦物連生關(guān)系極為緊密,連生體含量達(dá)22.41%,且于各個(gè)粒級(jí)中均有分布,與脈石礦物連生占31.26%。黃銅礦在+0.074 mm粒級(jí)單體解離度較差,主要與脈石礦物緊密連生,占比達(dá)53.15%,微細(xì)粒級(jí)解離較好,其中-0.038 mm粒級(jí)單體解離達(dá)65.15%,可見,適當(dāng)增加磨礦細(xì)度有利于黃銅礦回收,但全粒級(jí)中19.53%的銅礦物與鉛礦物連生,且各粒級(jí)中黃銅礦均與鉛礦物關(guān)系緊密,易造成銅精礦中鉛含量較高。銀黝銅礦與黃銅礦極為類似,其主要與脈石礦物連生。因此,在礦石入選前仍需適當(dāng)提高磨礦細(xì)度。

4 選礦原則工藝流程

4.1 選礦原則流程論證

針對(duì)銅鉛鋅多金屬礦,目前國內(nèi)外主流浮選工藝為部分混合浮選,即“銅鉛混浮—銅鉛分離—尾礦再選鋅”[7-8]。而青海烏蘭夏日塔多金屬礦銅鉛氧化率差異較大,在銅鉛混浮作業(yè)中,若保證銅礦物的硫化效果,易使鉛礦物受到強(qiáng)烈抑制[9-11],造成鋅精礦中鉛鋅互含嚴(yán)重。同時(shí),因銅鉛礦物表面吸附大量捕收劑,在分離作業(yè)中往往需添加大量重鉻酸鉀等有毒藥劑或延長抑制劑的作用時(shí)間,提高了生產(chǎn)能耗的同時(shí),不符合礦產(chǎn)資源綠色開發(fā)的理念[12-13]。此外烏蘭夏日塔多金屬礦礦物種類繁多、嵌布粒度微細(xì)、嵌布特征復(fù)雜,進(jìn)一步增加了銅鉛鋅礦物分離回收難度。

依據(jù)筆者團(tuán)隊(duì)長期開發(fā)此類資源的經(jīng)驗(yàn),采用銅鉛鋅優(yōu)先浮選工藝浮選回收該銅鉛鋅多金屬礦具有分選效果好、藥劑成本低、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。但基于該礦石性質(zhì),選礦回收過程中需著重注意以下幾點(diǎn):

(1)銅鉛鋅礦物嵌布粒度不同,銅鉛嵌布粒度較細(xì),-0.074 mm含量80%情況下,銅鉛鋅礦物單體解離度均較低。以銅礦物為例,+0.074 mm粒級(jí)內(nèi),半數(shù)以上銅礦物與脈石礦物連生,其次全粒級(jí)內(nèi)銅礦物與鉛礦物連生緊密,因此需適當(dāng)提高磨礦細(xì)度,減少目的礦物與其他礦物的連生體含量,提高礦物分離效率。

(2)銅氧化率較高,在優(yōu)先選銅作業(yè)中,需添加適量的硫化劑,提高氧化銅礦物的可浮性[14];黃銅礦與方鉛礦可浮性均顯著優(yōu)于其他礦物,兩者可浮性相近,此外,部分銅金屬以銀黝銅礦形式存在,過高的pH不利于金銀等貴金屬的回收,因此高選擇性捕收劑是低堿工藝下銅鉛分離的重點(diǎn)。

(3)鉛礦物嵌布粒度微細(xì),單體解離度極差,與鋅礦物及脈石礦物緊密連生,不利于鉛礦物回收及精礦質(zhì)量的提高,僅通過藥劑調(diào)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)鉛鋅高效分離,致使精礦產(chǎn)品鉛鋅互含嚴(yán)重。因此鉛礦物充分單體解離是解決該問題唯一路徑,但直接提高原礦入選細(xì)度或銅尾礦再磨能耗大、成本高,同時(shí)易造成鉛鋅礦物單體過粉碎[15]。因此添加鉛粗精礦再磨作業(yè),可在能耗最小化的同時(shí),實(shí)現(xiàn)鉛礦物充分解離、提高鉛鋅分離效率。

(4)與鉛礦物類似,總計(jì)37.51%的鋅礦物與脈石礦物連生,降低了鋅精礦品位與回收率,因此同樣設(shè)置鋅粗精礦再磨作業(yè),有利于提高精礦質(zhì)量與鋅金屬回收率。

基于上述幾點(diǎn),筆者團(tuán)隊(duì)對(duì)該銅鉛鋅多金屬礦進(jìn)行了詳細(xì)的選礦工藝試驗(yàn)研究,確定了其最佳浮選工藝并進(jìn)行了選礦流程驗(yàn)證。

4.2 選礦原則流程驗(yàn)證

在工藝礦物學(xué)研究基礎(chǔ)上,以“銅鉛鋅優(yōu)先浮選工藝”為原則工藝流程,確定了其最佳浮選工藝參數(shù),并進(jìn)行了閉路試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室小型閉路試驗(yàn)流程如圖3所示,試驗(yàn)結(jié)果如表13所示。

圖3 小型閉路試驗(yàn)流程Fig.3 Flow chart of closed circuit test of the process

表13 小型閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 13 Results of the mini-type closed-circuit test

由表 13可知,在含銅 0.43%、鉛 1.64%、鋅2.65%、金1.69 g/t、銀 49.68 g/t的情況下,獲得了含銅26.90%、鉛 4.42%、鋅 7.03%、金 59.41 g/t、銀2 980.00 g/t,銅回收率65.22%、金回收率37.31%、銀回收率 63.58%的銅精礦;含鉛 51.05%、銅0.82%、鋅7.54%、金 11.18 g/t、銀 222.00 g/t,鉛回收率85.04%、金回收率18.15%、銀回收率12.24%的鉛精礦;含鋅 50.17%、銅 0.60%、鉛 1.31%、金4.29 g/t、銀 98.11 g/t,鋅回收率85.01%的鋅精礦,試驗(yàn)指標(biāo)良好,銅鉛鋅及伴生金銀均獲得了較好的回收。

4 結(jié) 論

(1)青海烏蘭夏烏日塔多金屬礦主要有價(jià)礦物為黃銅礦、銀黝銅礦、方鉛礦和閃鋅礦,礦石中銅、鉛、鋅品位分別為0.43%、1.64%和2.65%;貴金屬金、銀的含量為分別為1.69 g/t、49.68 g/t,具有很高的回收價(jià)值,可伴生回收。礦石中主要的脈石礦物為石英、長石、綠泥石、云母、方解石、白云石、高嶺石、輝石、閃石、陽起石等。

(2)礦石中銅鉛鋅金屬粒度分布不均,主要礦物嵌布特征復(fù)雜、嵌布粒度微細(xì)。閃鋅礦多呈塊狀、結(jié)狀、膠結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)出,少量呈斑狀、脈狀、浸染狀嵌布;方鉛礦呈交代侵蝕與交代殘余結(jié)構(gòu)、結(jié)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出,主要呈星點(diǎn)狀、脈狀、條帶狀嵌布,少量呈蠕蟲狀嵌布,偶見方鉛礦內(nèi)部包含細(xì)小的脈石;黃銅礦與銀黝銅礦多呈不規(guī)則粒狀、細(xì)小的乳滴狀沿脈石礦物邊緣或裂隙填充。

(3)礦石中目的礦物單體解離度較差,微細(xì)粒級(jí)解離度稍好,在-0.074 mm含量80%細(xì)度下,各礦物全粒級(jí)的單體解離度在40%左右,各礦物的連生體主要與石英、方解石、鈉長石等脈石關(guān)系緊密;因鉛礦物單體解離度最差,致使大量銅、鋅礦物與鉛礦物連生,適當(dāng)提高入選細(xì)度、設(shè)置粗精礦再磨作業(yè)有利于提高精礦質(zhì)量與目的金屬回收率。

(4)針對(duì)礦石性質(zhì),確定了 “銅鉛鋅優(yōu)先浮選”的原則工藝流程。試驗(yàn)結(jié)果表明,在礦石含銅0.43%、鉛1.64%、鋅 2.65%、金 1.69 g/t、銀49.68 g/t的情況下,可獲得含銅 26.90%、鉛 4.42%、鋅7.03%、金 59.41 g/t、銀2 980.00 g/t,銅回收率65.22%、金回收率37.31%、銀回收率63.58%的銅精礦;含鉛51.05%、銅0.82%、鋅7.54%、金11.18 g/t、銀222.00 g/t,鉛回收率85.04%、金回收率18.15%、銀回收率 12.24%的鉛精礦;含鋅 50.17%、銅0.60%、鉛1.31%、金4.29 g/t、銀 98.11 g/t,鋅回收率85.01%的鋅精礦,研究成果可為該銅鉛鋅礦石的開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。