羅仙平 何坤忠 周賀鵬 暴永泉

(1.江西省礦冶環(huán)境污染控制重點實驗室,江西 贛州 341000;2.青海省高原礦物加工工程與綜合利用重點實驗室,青海 西寧 810006;3.青海平貴礦業(yè)有限責任公司烏蘭分公司,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,柴達木盆地東北緣希里溝盆地南側山區(qū)為新近發(fā)現的銅鉛鋅多金屬礦,具有良好的開發(fā)利用前景[1]。礦體產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。礦石礦物組成復雜,金屬礦物呈稠密浸染狀或星點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。在長期的地質演變過程中,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更加復雜,硫化礦與氧化礦交錯嵌布。韌性動力變質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,使得剪切帶內的巖石形成了許多孔隙和砂糖狀石英,致使富鐵鎂質巖石發(fā)生強烈蝕變,并使分散的金、銀、銅、鉛、鋅元素在二氧化硅溶液內活化、遷移,并在有利的構造部位和一定的構造巖相帶內聚集成礦,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復雜、品位偏低、目的礦物嵌布粒度微細、單體解離較差的特點[3]。自該銅鉛鋅多金屬礦床發(fā)現以來,大量學者對其礦床特征及成礦機制開展了系列研究。然而該多金屬礦工藝礦物學研究鮮見報道,選礦原則工藝也亟待確定。據此,本文采用化學多元素分析、MLA礦物自動定量分析、掃描電鏡及能譜分析等方法,查明了礦石的化學成分、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)律等工藝礦物學特征,確定其在當前技術經濟條件下的利用價值,為該銅鉛鋅礦石選礦原則工藝的確定提供理論指導依據,并在此基礎上確定了“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)利用提供理論指導與技術支撐。

1 礦石物質組成

1.1 礦石化學多元素分析及主要元素物相檢測

測試試樣為青海烏蘭縣夏烏日塔多金屬礦石。分析檢測樣品為粒徑小于2 mm的細碎產品。表1為礦石化學多元素分析結果,表2～表4為礦石銅、鉛、鋅物相檢測結果。

表1 礦石化學多元素分析結果Table 1 Chemical multi element composition analysis results in raw ore %

表2 礦石銅物相檢測結果Table 2 Copper phase detection results in raw ore %

表3 礦石鉛物相檢測結果Table 3 Lead phase detection results in raw ore%

表4 礦石鋅物相檢測結果Table 4 Zinc phase detection results in raw ore%

從表1可知:礦石中銅、鉛、鋅含量相對較高,品位分別為0.43%、1.64%和2.65%,是礦石中主要有價元素;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、結狀、膠結結構產出,少量呈斑狀、脈狀、浸染狀嵌布。在原礦-0.074 mm含量80%的細度下,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構、結狀結構產出,呈星點狀、脈狀、條帶狀嵌布,少量呈蠕蟲狀嵌布,偶見方鉛礦內部包含細小的脈石。方鉛礦與石英、長石、白云石、方解石等脈石礦物關系緊密,多呈星點狀、斑狀、蠕蟲狀、細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,邊緣呈交代侵蝕結構,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確定磨礦細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、確定合適的磨礦細度,考察了礦石中有價金屬的粒度分布規(guī)律,對原礦在-0.074 mm含量80%左右的磨礦細度下開展了各粒級的篩分分析,分別檢測各粒級礦樣中銅、鉛、鋅元素含量,分析結果如表10所示。

表10 礦石中主要金屬分布率分析結果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,呈細粒為主的不等粒嵌布,且主要分布在-0.038 mm的微細粒級。在原礦磨礦細度為-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對確定磨礦細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工藝礦物學參數自動分析儀測量完成,礦物粒度用夾長橢圓短徑表示,各粒級的礦物含量用質量(面積×密度)統計,結果見表11。

由表11可見,-0.074 mm含量80%細度下,礦石中銅鉛鋅礦物單體解離度總體較差,微細粒級單體解離度稍好。閃鋅礦單體解離度約為43.56%,其中-0.038 mm粒級內單體含量為60.69%,+0.074 mm粒級范圍內解離情況雖相對較差,但大于70%的富連生體與單體含量總計達63.88%。方鉛礦單體解離度最差,全粒級單體解離度僅34.31%,解離度大于70%的富連生體含量占55.92%,微細粒級多呈富連生體存在,-0.038 mm粒級中解離度大于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45.91%,大于70%的富連生體與單體含量總計達72.94%,適當增加磨礦細度有利于浮選回收。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果Table 11 Analysis results of dissociation degree of main mineral monomers

3.3 主要礦物連生關系分析

礦石中主要礦物連生關系及其分布特點對研究礦石性質有著至關重要的作用。電鏡、能譜分析樣品經篩分、固化、磨片、噴碳等步驟制成,在電鏡、能譜下測定分析鋅礦物、鉛礦物、銅礦物的礦物連生關系,分析結果見表12。

表12 主要礦物連生關系分析結果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粒級連生最為嚴重,其次與鉛礦物嵌布關系較為緊密,占比達16.70%,不利于鉛鋅分離。方鉛礦連生關系分析結果也證實其與鋅礦物連生關系極為緊密,連生體含量達22.41%,且于各個粒級中均有分布,與脈石礦物連生占31.26%。黃銅礦在+0.074 mm粒級單體解離度較差,主要與脈石礦物緊密連生,占比達53.15%,微細粒級解離較好,其中-0.038 mm粒級單體解離達65.15%,可見,適當增加磨礦細度有利于黃銅礦回收,但全粒級中19.53%的銅礦物與鉛礦物連生,且各粒級中黃銅礦均與鉛礦物關系緊密,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提高磨礦細度。

4 選礦原則工藝流程

4.1 選礦原則流程論證

針對銅鉛鋅多金屬礦,目前國內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,易使鉛礦物受到強烈抑制[9-11],造成鋅精礦中鉛鋅互含嚴重。同時,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間,提高了生產能耗的同時,不符合礦產資源綠色開發(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、嵌布特征復雜,進一步增加了銅鉛鋅礦物分離回收難度。

依據筆者團隊長期開發(fā)此類資源的經驗,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。但基于該礦石性質,選礦回收過程中需著重注意以下幾點:

(1)銅鉛鋅礦物嵌布粒度不同,銅鉛嵌布粒度較細,-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粒級內,半數以上銅礦物與脈石礦物連生,其次全粒級內銅礦物與鉛礦物連生緊密,因此需適當提高磨礦細度,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。

(3)鉛礦物嵌布粒度微細,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量的提高,僅通過藥劑調節(jié)難以實現鉛鋅高效分離,致使精礦產品鉛鋅互含嚴重。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度或銅尾礦再磨能耗大、成本高,同時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,實現鉛礦物充分解離、提高鉛鋅分離效率。

(4)與鉛礦物類似,總計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,因此同樣設置鋅粗精礦再磨作業(yè),有利于提高精礦質量與鋅金屬回收率。

基于上述幾點,筆者團隊對該銅鉛鋅多金屬礦進行了詳細的選礦工藝試驗研究,確定了其最佳浮選工藝并進行了選礦流程驗證。

4.2 選礦原則流程驗證

在工藝礦物學研究基礎上,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,并進行了閉路試驗。實驗室小型閉路試驗流程如圖3所示,試驗結果如表13所示。

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

表13 小型閉路試驗結果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,試驗指標良好,銅鉛鋅及伴生金銀均獲得了較好的回收。

4 結 論

(1)青海烏蘭夏烏日塔多金屬礦主要有價礦物為黃銅礦、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雜、嵌布粒度微細。閃鋅礦多呈塊狀、結狀、膠結結構產出,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構、結狀結構產出,主要呈星點狀、脈狀、條帶狀嵌布,少量呈蠕蟲狀嵌布,偶見方鉛礦內部包含細小的脈石;黃銅礦與銀黝銅礦多呈不規(guī)則粒狀、細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,微細粒級解離度稍好,在-0.074 mm含量80%細度下,各礦物全粒級的單體解離度在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,適當提高入選細度、設置粗精礦再磨作業(yè)有利于提高精礦質量與目的金屬回收率。

(4)針對礦石性質,確定了 “銅鉛鋅優(yōu)先浮選”的原則工藝流程。試驗結果表明,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)利用提供技術支撐。