2018 引用本文 |
| 都龙铁闪锌矿工艺矿物学研究 |  [PDF全文] |
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王伊杰1,2,
刘丹1,2,
陈瑜1,2 2. 昆明理工大学 国土资源工程学院, 云南 昆明 650093
2. Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China
我国锌金属储量占世界总储量的1/4, 居世界第二, 同时我国也是一个锌生产大国, 随着国民经济的迅速发展, 对锌金属的需求量也在逐年增加, 因此迫切需要对复杂难选的锌资源进行相应的开发和利用[1]。硫化锌矿物在自然界中以三种形式存在:闪锌矿、铁闪锌矿、纤维锌矿[2]。纤维锌矿在实际中一般少见, 而国内一些含铅、锌、硫、铁或者锌、铜、锡、铁、硫的铅锌矿山和锌锡矿山都不同程度地含有铁闪锌矿[3]。我国铁闪锌矿资源十分丰富, 仅云南地区的铁闪锌矿储量就达700万t左右, 且遍及云南、广西、湖南、贵州、青海、黑龙江、吉林、广东等地[4]。因此, 铁闪锌矿已成为我国金属锌的重要来源。
闪锌矿属于等轴晶系结晶构造, 由于闪锌矿晶格上锌的金属离子半径与铁离子半径相近, 铁常以类质同象混入闪锌矿晶格中, 并随着闪锌矿晶格上铁离子的增加, 其颜色由浅变深。当闪锌矿中铁含量超过6%时, 称为铁闪锌矿, 当铁含量超过20%时, 称为超高铁闪锌矿[5]。铁离子对闪锌矿晶格上锌的置换程度不同, 闪锌矿在浮选溶液中的行为特征也不同[6-7]。
目前国内大多数铁闪锌矿企业的选锌工艺都一直面临着铁闪锌矿无法与黄铁矿或磁黄铁矿实现有效分离的困境, 大量黄铁矿、磁黄铁矿及矿泥的存在等原因, 导致铁闪锌矿精矿品质不高[8]。而工艺矿物学研究可通过查明矿石中有用成分的赋存状态和分布规律, 确定其在当前技术经济条件下的利用价值, 提供有效的选矿依据[9]。因此, 为了实现铁闪锌矿矿石更好地回收利用, 查清矿石的相关工艺矿物学特性尤为重要。本文对都龙某铁闪锌矿矿石进行了较为全面的工艺矿物学研究, 以便为接下来铁闪锌矿分选工艺的确定提供理论指导依据。
1 原矿物质组成 1.1 原矿化学多元素分析都龙铁闪锌矿原矿的化学多元素分析结果见表 1。
| 表 1 原矿化学多元素分析结果 /% Table 1 Results of the chemical multi-element analysis of the raw ore |
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由表 1可知:矿石中主要有价元素Zn的含量为4.14%, SiO2和Fe的含量较高, 分别为25.09%和17.28%, 铟含量为110.2 g/t, 可考虑将其综合回收。
1.2 原矿矿物组成采用MLA矿物自动定量检测系统测定原矿的矿物组成及含量, 其结果如表 2所示。
| 表 2 原矿矿物组成 /% Table 2 Mineral components of the raw ore |
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从表 2可知:矿石主要由闪锌矿、磁黄铁矿、磁铁矿、云母以及绿泥石、滑石等黏土类矿物组成。矿石中有价金属主要为锌、铜、锡和铁。锌矿物以闪锌矿为主, 少量异极矿; 铜矿物只有黄铜矿; 锡矿物主要是锡石, 微量马来亚石; 铁矿物主要是磁铁矿, 少量褐铁矿。其他金属硫化矿物主要是磁黄铁矿, 其次是毒砂和微量方铅矿等。脉石矿物主要是绿泥石、白云石、方解石、滑石、云母(包括白云母、黑云母和金云母)、石英、角闪石、长石、阳起石、蛇纹石、萤石等; 其中绿泥石、滑石、蛇纹石等黏土类矿物含量达25%, 在磨矿过程中易造成泥化, 将对选矿过程产生一定的影响。
2 主要矿物的粒度分布经MLA矿物自动定量系统测定-0.2 mm原矿中主要矿物的粒度分布, 其结果如表 3所示。
| 表 3 主要矿物的粒度分布 /% Table 3 Particle size distribution of the main minerals |
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结果表明, 矿石中的主要矿物粒度都偏细, -0.01 mm粒级的闪锌矿、异极矿、黄铜矿、锡石和磁铁矿分别占12.96%、31.12%、24.29%、18.35%和5.39%。
3 主要矿物的产出形式通过扫描电镜以及电子探针进行化学成分能谱分析, 查明了主要矿物的产出形式。
3.1 主要含锌矿物 3.1.1 闪锌矿矿石中闪锌矿为含铁闪锌矿, 等轴晶系, 呈棕色, 金刚光泽至半金属光泽, 硬度中等, 为3~4.5, 密度为3.9~4.2 g/cm3。闪锌矿的棕色是由铁以类质同象混入闪锌矿晶格所引起的, 且随着闪锌矿晶格上铁离子的增加, 其颜色由浅变深。闪锌矿是主要的含锌矿物, 占矿物总量的7.715%, 与磁黄铁矿、黄铜矿连生, 闪锌矿中还包含微细的磁黄铁矿、黄铜矿、自然铋等矿物(图 1和图 2)。闪锌矿化学成分能谱分析结果见表 4, 从化学成分能谱分析结果可知, 闪锌矿中含Zn 53.25%、Fe 12.04%、S 33.48%。
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| 图 1 闪锌矿包含微细粒黄铜矿和自然铋 Fig.1 Fine particles of chalcopyrite and natural bismuth wrapped by sphalerite |
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| 图 2 闪锌矿与磁黄铁矿、方铅矿、白云母连生 Fig.2 Sphalerite intergrowth with magnetite, galena and muscovite |
| 表 4 闪锌矿的化学成分能谱检测结果 /% Table 4 Results of energy spectrum analysis of sphalerite chemical components |
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3.1.2 异极矿
矿石中含少量异极矿, 其理论化学组成为:ZnO 67.5%, SiO2 25.0%, H2O 7.5%。异极矿一般为无色, 集合体呈白色、灰色, 透明, 玻璃光泽, 莫氏硬度为4, 密度3.40~3.50 g/cm3。矿石中异极矿含量较少, 仅占矿物总量的0.033%, 与角闪石、白云石、褐铁矿等连生(图 3)。矿石中的异极矿化学成分能谱检测结果如表 5所示, 化学能谱分析结果表明, 异极矿中含ZnO为59.26%~63.67%, 平均为62.48%, 不同颗粒的异极矿的锌含量变化不大, 并含有大量的石英。
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| 图 3 异极矿与褐铁矿连生, 两者一同嵌布于石英中 Fig.3 Intergrowth of hemimorphite and limonite wrapped by quartz |
| 表 5 异极矿化学成分能谱检测结果 /% Table 5 Results of energy spectrum analysis of hemimorphite chemical components |
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3.2 黄铜矿
黄铜矿是矿石中的主要铜矿物。由化学成分能谱检测结果可知, 黄铜矿平均含Cu 33.91%、Fe 31.10%、S 34.99%。黄铜矿硬度3~4, 密度4.1~4.3 g/cm3, 金属光泽, 不透明, 性脆, 贝壳状或不平坦状断口。-0.2 mm原矿中的黄铜矿只有约40%以单体颗粒形式存在, 黄铜矿与磁黄铁矿、闪锌矿、滑石、绿泥石等连生(见图 4)。
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| 图 4 黄铜矿与磁黄铁矿连生, 黄铜矿包含微细粒闪锌矿和阳起石 Fig.4 Intergrowth of pyrrhotite and chalcopyrite containing sphalerite and actinolite |
3.3 磁铁矿
磁铁矿呈铁黑色, 断口半贝壳状, 莫氏硬度5.5~6, 密度4.9~6.2 g/cm3。具铁磁性。磁铁矿的化学成分能谱分析结果表明, 该磁铁矿中含少量镁、硅、钙、铝等杂质。-0.2 mm原矿中的磁铁矿约40%呈单体状态, 磁铁矿包含微细粒闪锌矿(见图 5), 或包含于锡石中。
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| 图 5 磁铁矿包含微细粒闪锌矿 Fig.5 Fine sphalerite wrapped by magnetite |
4 锌在矿石中的平衡分配
矿石中主要矿物的能谱检测数据结合矿物定量检测结果, 作出元素锌在各矿物中的分布结果如表 6所示。
| 表 6 锌在各矿物中的平衡分配 /% Table 6 Zinc distribution in different minerals |
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表 6表明:锌在矿石中主要以闪锌矿的矿物形式存在, 还有少量存在于异极矿和褐铁矿中。矿石中锌的分布比较集中, 其中赋存于闪锌矿中的锌占99.19%, 赋存于异极矿、褐铁矿、绿泥石中的锌分别占0.40%、0.24%、0.15%。
5 铁闪锌矿回收方法讨论 5.1 弱磁选回收铁铁闪锌矿中含铁量较高, 具有一定的磁性, 且铁含量越高, 磁性越强。而磁黄铁矿的可浮性和磁性与其晶体结构、化学组成和氧化性质等密切相关, 当其晶体结构为单斜晶格构造时为铁磁性, 可浮性较差, 为六方晶格构造时磁性弱, 可浮性好, 但可浮性均低于黄铁矿[10]。根据原矿矿物组成和物化性质可知, 磁黄铁矿和磁铁矿的矿物含量分别为9.901%和6.791%(合计16.692%), 磁铁矿和磁黄铁矿具有铁磁性, 磁性较强, 因此可通过弱磁选对它们进行富集, 而后可通过磁场强度的不同和可浮性的差异将铁闪锌矿与磁铁矿、磁黄铁矿进行分选。不仅对铁进行了综合回收, 实现了经济价值, 而且对铁闪锌矿实现了一定程度的富集, 大大降低磁黄铁矿和磁铁矿对铁闪锌矿浮选的影响, 有利于接下来铁闪锌矿的富集和回收。
5.2 抑锌浮铜当以乙黄药作捕收剂时, 铁闪锌矿表面的捕收剂吸附量随pH的升高而降低[11]。因此弱磁选富集磁黄铁矿和磁铁矿及一部分铁闪锌矿后, 采用抑锌浮铜的优先浮选流程时可在磨矿时加入石灰助磨, 使矿浆pH值升高, 以乙黄药为捕收剂进行铜浮选试验, 再采用新型活化剂T-1对铁闪锌矿进行活化, 从而达到对铁闪锌矿的富集和回收。活化剂T-1能在丁黄药体系和较低的pH(T-1活化时pH为10, 硫酸铜pH为13)对铁闪锌矿进行活化, 且活化性能要优于硫酸铜, 降低了药剂成本[12-13]。由于T-1能在较低的pH环境中进行活化, 从而为减少石灰用量, 降低生产成本创造了先决条件。
6 结论(1) 都龙某铁闪锌矿主要由铁闪锌矿、异极矿、褐铁矿和绿泥石等组成, Zn含量为4.14%。
(2) 该矿石中锌矿物种类较少, 锌的分布比较集中, 99.19%的锌赋存于闪锌矿中, 而异极矿、绿泥石和褐铁矿中的锌分别占0.40%、0.15%和0.24%。矿石中磁黄铁矿和磁铁矿较多, 分别占9.901%和6.791%。
(3) 建议采用弱磁选富集磁铁矿和磁黄铁矿, 再采用抑锌浮铜优先浮选流程回收铜矿物, 最后用新型活化剂T-1活化铁闪锌矿的工艺流程回收该矿石中的铁闪锌矿。
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