云南思茅地區(qū)銅鋅多金屬硫化礦工藝礦物學(xué)研究

云南思茅地區(qū)銅鋅多金屬硫化礦工藝礦物學(xué)研究

人工礦物學(xué)是確定礦物學(xué)方法的基礎(chǔ)，包括礦物學(xué)、礦物分析和鑒定方法以及礦石技術(shù)的性質(zhì)。這項(xiàng)研究的內(nèi)容包括確定礦產(chǎn)資源的成分、形狀、粒度、礦物顆粒之間的結(jié)構(gòu)、快速、準(zhǔn)確地確定特定的元素分布等。在礦產(chǎn)資源的評(píng)價(jià)、篩選和科學(xué)研究方面發(fā)揮著非常重要的作用。近些年來(lái),工藝礦物學(xué)的研究手段、研究對(duì)象和研究領(lǐng)域不斷拓展,如掃描電鏡礦物定量評(píng)價(jià)(QEMSCAN)和礦物解離度分析(MLA)的應(yīng)用,可以自動(dòng)快速準(zhǔn)確獲得工藝礦物學(xué)參數(shù)。除了傳統(tǒng)的選礦領(lǐng)域外,工藝礦物學(xué)在地質(zhì)、采礦、冶金、二次資源性質(zhì)評(píng)價(jià)和利用、礦物材料、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,其研究成果的應(yīng)用提高了選礦、冶金及資源性質(zhì)等的評(píng)價(jià)速度,促進(jìn)了礦山企業(yè)勘探、選冶技術(shù)及礦產(chǎn)資源利用的改進(jìn)和提高。云南省具有豐富的銅、鉛、鋅等礦產(chǎn)資源,其中思茅地區(qū)銅鋅硫化礦常為細(xì)脈浸染狀多金屬礦石,主要金屬礦物黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦的連生和包裹狀態(tài)復(fù)雜,屬于典型較難處理的多金屬硫化礦,選礦流程往往復(fù)雜,選礦分選指標(biāo)較差。采用巖礦鏡下鑒定、X射線衍射及化學(xué)物相分析等傳統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究方法,對(duì)該類(lèi)礦石中有價(jià)元素的賦存狀態(tài)難以定量自動(dòng)測(cè)定,其結(jié)果對(duì)選礦工藝技術(shù)及過(guò)程的指導(dǎo)作用不足。本文對(duì)云南思茅地區(qū)難選銅鋅多金屬硫化礦進(jìn)行了詳盡的工藝礦物學(xué)研究,采用化學(xué)和光譜半定量、偏光顯微分析、礦物解離度分析(MLA)等分析測(cè)試方法,對(duì)其進(jìn)行工藝礦物學(xué)分析,包括化學(xué)組分、物相組成、鏡下顯微鑒定、礦物組成、嵌布粒度及特征、典型礦物顆粒圖像等,擬為后續(xù)銅、鋅、硫的磨礦及選別工藝提供基礎(chǔ)參數(shù)。1半定量分析對(duì)礦石進(jìn)行化學(xué)成分分析,確定樣品中主要元素組成及其準(zhǔn)確含量。分析時(shí),將礦樣加工成粒度為-200目占90%以上的粉末,采用7700ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)Agilent公司)進(jìn)行半定量分析,采用SpectrAA220FS/Z型原子吸收光譜儀(美國(guó)Agilent公司)進(jìn)行化學(xué)定量分析,目的是查定礦樣的主要元素組成,確定銅、鋅元素的含量,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。按元素含量的高低排序?yàn)?硫、鐵、二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、銅、鋅等。其中銅含量為3.03%,鋅含量為3.90%。2礦石中cu、zn、s、fe及pb的物相分析由化學(xué)分析結(jié)果(表1)可知該礦石主要有價(jià)元素為Cu、Zn、S、Fe及Pb,本部分物相分析的目的是進(jìn)一步確定礦石中這些主要組分賦存的物相種類(lèi)、含量和分配率。2.1礦物組成及分析礦石中銅、鋅及鉛的物相采用化學(xué)物相分析方法。物相分析結(jié)果見(jiàn)表2~表4。物相分析表明,該礦石中銅礦物以原生銅為主,占98%,鋅礦物以硫化鋅為主,占96.07%,鉛礦物總體含量?jī)H0.13%,且以方鉛礦為主(60.61%)。總體來(lái)看,該礦石的氧化率低,可確定為銅鋅硫化礦,后續(xù)還需要通過(guò)巖礦鑒定來(lái)考察其中各硫化礦物的組成。2.2顯微分析模型對(duì)礦樣制片后,采用XPL-900型透反射偏光顯微鏡進(jìn)行薄片及光片鑒定,以確定銅、鋅、鉛及硫等各礦物的組成。該偏光顯微鏡光學(xué)放大40~600倍,系統(tǒng)放大50~2400倍,分析系統(tǒng)由偏光顯微鏡、蔡司專(zhuān)用適配鏡、300萬(wàn)像素高清攝像器和計(jì)算機(jī)構(gòu)成。顯微照片見(jiàn)圖1a~d,其中圖1a~c中標(biāo)尺每小格0.006mm,反射單偏光;圖1d中標(biāo)尺每小格0.01mm,透射正交偏光。顯微分析表明半自型粒狀的黃鐵礦間充填它形粒狀的黃銅礦(圖1a),它形粒狀的黃銅礦中包裹半自形粒狀的黃鐵礦(圖1b),閃鋅礦中包裹細(xì)粒的黃銅礦和黃鐵礦(圖1c),方解石、絹云母中間分布黃鐵礦(圖1d)。礦石中金屬礦物以黃鐵礦為主,其次為黃銅礦,常包裹黃鐵礦;閃鋅礦粒度較大,常包裹黃鐵礦、黃銅礦。脈石礦物為綠泥石、方解石、絹云母、石英等。3工藝礦物學(xué)特性分析參數(shù)與傳統(tǒng)的顯微鏡下鑒定統(tǒng)計(jì)相比,近年來(lái),以MLA為代表的工藝礦物學(xué)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有自動(dòng)、快速、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及重現(xiàn)性高等特性,目前,這一技術(shù)日益成為選礦流程考察監(jiān)控的最佳手段。將礦樣加工成-3mm,篩分為不同粒級(jí)后,采用高精度礦物解離分析系統(tǒng)MLA(FEIMLA250型)進(jìn)行定量分析。本部分研究中采用的MLA系統(tǒng)由一臺(tái)Quanta250掃描電鏡、一臺(tái)EDAXGENESIS能譜儀和JKTech工藝礦物學(xué)自動(dòng)測(cè)試軟件構(gòu)成,主要利用背散射電子圖像及能譜分析,結(jié)合圖像分析技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理,可得到該礦的礦物組成、嵌布粒度、有價(jià)元素及賦存狀態(tài)、典型礦物顆粒圖像等工藝礦物學(xué)參數(shù)。一方面其研究結(jié)果可與化學(xué)和顯微分析結(jié)果相互印證;另一方面,可確定各主要礦物的嵌布粒度及特征,為該礦物的高效的選礦技術(shù)開(kāi)發(fā)提供重要依據(jù)。3.1脈石礦物3.礦石的礦物組成分析結(jié)果見(jiàn)表5。礦樣中金屬礦物主要為黃鐵礦(50.53%)、黃銅礦(9.05%)、閃鋅礦(5.11%)、磁黃鐵礦(2.65%)及少量方鉛礦(0.07%)。脈石礦物主要為綠泥石、碳酸鹽、氫氧化物和石英。主要金屬礦物和脈石礦物的種類(lèi)與2.2節(jié)顯微鏡下鑒定的結(jié)果一致,且進(jìn)一步準(zhǔn)確量化得到了各種礦物的含量。3.2粒度大小時(shí)極難選粒級(jí)在上述確定礦石礦物組成的基礎(chǔ)上,進(jìn)行有用礦物的嵌布粒度和粒度分布特性研究,對(duì)該礦選礦方法和流程的選擇尤為重要。由MLA分析測(cè)試得到了該礦石中主要金屬礦物黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦和方鉛礦的嵌布粒度,見(jiàn)表6和圖2。對(duì)選礦而言,粒度大于10μm的礦物顆粒容易被回收,介于5~10μm時(shí)較難被回收,粒度小于5μm時(shí)極難回收。由表6和圖2的結(jié)果可見(jiàn),黃銅礦有96.92%分布于粒度大于9.6μm的易選粒級(jí)范圍,2.78%分布于5~9.6μm的較難選粒級(jí)范圍,0.30%分布于粒度小于5μm的極難選粒級(jí)范圍。閃鋅礦有97.37%分布于粒度大于9.6μm的易選粒級(jí)范圍,2.45%分布于5~9.6μm的較難選粒級(jí)范圍,0.18%分布于粒度小于5μm的極難選粒級(jí)范圍。黃鐵礦有98.54%分布于粒度大于9.6μm的易選粒級(jí)范圍,1.33%分布于5~9.6μm的較難選粒級(jí)范圍,0.13%分布于粒度小于5μm的極難選粒級(jí)范圍。3.3礦物嵌布特性分析在明確了該礦石主要礦物粒度組成的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究各有價(jià)礦物的連生、包裹、比表面積等嵌布特性,對(duì)確定該礦石中各礦物的解離度及預(yù)測(cè)選礦理論回收率有重要意義。3.3.1設(shè)置相連生礦,主要與石英、氫氧化物、其它其它聚合物連生;礦石中主要礦物的連生關(guān)系見(jiàn)表7。表7結(jié)果表明,黃銅礦主要與黃鐵礦連生,其次與閃鋅礦、其他硫化物、綠泥石連生,少量與石英、碳酸鹽、氫氧化化物連生。閃鋅礦主要與黃鐵礦、黃銅礦連生,其次與綠泥石、碳酸鹽、氫氧化物、其他硫化物連生。黃鐵礦主要與黃銅礦、閃鋅礦、綠泥石連生,其次與碳酸鹽、氫氧化物連生。方鉛礦主要與黃銅礦、閃鋅礦、黃鐵礦、綠泥石連生。3.3.2閃鋅礦、其他硫化、碳酸鈣包裹礦石中主要礦物的包裹關(guān)系見(jiàn)表8和圖3。表8和圖3的結(jié)果表明,黃銅礦主要被黃鐵礦包裹,其次被閃鋅礦、其他硫化物、碳酸鹽包裹,并包裹方鉛礦、黃鐵礦和閃鋅礦。閃鋅礦主要被黃鐵礦包裹,其次被黃銅礦、石英、綠泥石氫氧化物包裹,并包裹黃銅礦、方鉛礦、黃鐵礦。黃鐵礦主要被黃銅礦、閃鋅礦、綠泥石包裹,其次被碳酸鹽、氫氧化物包裹,并包裹黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦。方鉛礦主要被黃銅礦、黃鐵礦、綠泥石包裹。3.3.3結(jié)晶程度及粒度礦石中主要礦物的包裹關(guān)系見(jiàn)表9。由表9結(jié)果可見(jiàn),黃鐵礦比表面積小,結(jié)晶粒度較粗,結(jié)晶程度好;黃銅礦和閃鋅礦比表面積均較小,結(jié)晶粒度較細(xì),結(jié)晶程度稍差;方鉛礦比表面積較大,結(jié)晶粒度很細(xì),結(jié)果程度較差。由于礦物顆粒的比表面積與其平均粒度成反比,因此,四種礦物比表面積的差異說(shuō)明,黃鐵礦的平均粒度較大,黃銅礦和閃鋅礦次之,方鉛礦最小。3.3.4礦物中分布礦石中主要元素Cu、Zn、Pb、Fe及S在各礦物中分布見(jiàn)表10。由表10可見(jiàn),銅賦存在黃銅礦中,鉛賦存在方鉛礦中;鋅主要賦存在閃鋅礦中,7.24%賦存在黃鐵礦中。3.4礦物顆粒電子圖像分析本部分研究中,MLA通過(guò)對(duì)樣品表面進(jìn)行面掃描,利用背散射電子圖像分析,得到了礦物集合體嵌布特征的彩色圖像,典型礦物顆粒的圖像見(jiàn)圖4。由圖4a~k結(jié)果可知,黃銅礦、閃鋅礦、黃鐵礦三者主要形成相互復(fù)雜嵌布和包裹,其次與脈石呈復(fù)雜嵌布。4銅的理論回收率近年來(lái),對(duì)云南思茅地區(qū)復(fù)雜難選銅鋅多金屬硫化礦,許多科研單位進(jìn)行了選礦試驗(yàn),并取得了較好的結(jié)果。但由于試驗(yàn)缺乏系統(tǒng)性,該礦在生產(chǎn)中面臨的問(wèn)題較多,如選礦技術(shù)指標(biāo)波動(dòng)大,銅精礦的銅回收率(<83%)不理想,鋅精礦的鋅回收率低(<75%),精礦品位偏低(銅精礦含銅<20%,鋅精礦含鋅<47%),雜質(zhì)含量高(銅精礦含鋅>5%,鋅精礦含銅>3%),尾礦品位偏高,其中一個(gè)重要的原因就是工藝礦物學(xué)研究對(duì)生產(chǎn)工藝的調(diào)整和指導(dǎo)作用不夠。本研究中,根據(jù)由主要礦物黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦的嵌布特征及Cu、Zn及Pb在各礦物中分布結(jié)果,對(duì)該銅鋅礦結(jié)合已有的公知選礦技術(shù),得到以下預(yù)測(cè)結(jié)果。(1)銅礦物中22μm以上(占85.53%)的礦物,可以實(shí)現(xiàn)單體解離和回收,-22~+9.6μm(占11.39%)的可以實(shí)現(xiàn)部分(按50%計(jì))解離和回收。因此,銅的理論回收率約為(85.53%+11.39%/2)=91.22%。(2)鋅礦物中22μm以上(85.73%)的礦物,可以實(shí)現(xiàn)單體解離和回收,-22~+9.6μm(11.64%)的礦物可以實(shí)現(xiàn)部分解離和回收,7.24%分布于黃鐵礦中,不能回收。因此,鋅的理論回收率約為(100%-7.24%)×(85.73%+11.64%/2)=84.92%。(3)該礦石需磨至約31μm方能實(shí)現(xiàn)銅-鋅-硫礦物的解離,針對(duì)礦石中少量方鉛礦,需磨至約14μm方能實(shí)現(xiàn)鉛與其他礦物的解離,應(yīng)采取措施回收鉛礦物或避免其對(duì)其他礦物浮選性質(zhì)的影響。5化學(xué)成分分析應(yīng)用傳統(tǒng)工藝礦物學(xué)分析方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且不能準(zhǔn)確快速測(cè)定各種參數(shù),難以滿(mǎn)足選礦工藝過(guò)程的要求。本文對(duì)產(chǎn)自云南思茅地區(qū)礦帶的銅鋅硫化礦石進(jìn)行了以MLA為主的現(xiàn)代工藝礦物學(xué)研究?；瘜W(xué)定量分析結(jié)果顯示,礦石主要化學(xué)成分為硫、鐵、二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、銅、鋅等,其中有價(jià)金屬銅和鋅的含量較高?；瘜W(xué)物相分析表明,該礦石中為以原生銅、硫化鋅為主的銅鋅硫化礦。再采用透射偏光顯微鏡鑒定表明,黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦為主要有價(jià)金屬礦物,且三者相互包裹和充填。進(jìn)一步采用MLA分析表明,目的礦物黃銅礦、閃鋅礦主要與黃鐵礦連生和被其包