江西某復(fù)雜難選鉛鋅礦工藝礦物學(xué)研究

禹雪薇 羅建安

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局贛西北中心實(shí)驗(yàn)室，九江 332200；2.江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司，南昌 333000)

江西某鉛、鋅、銀、銅共生礦是近年在江西已采礦山邊部查明的熱液層控型礦床，鉛、鋅、銀、銅資源量均達(dá)到中型，礦石工業(yè)類(lèi)型主要有鉛鋅礦、銀礦、銅硫礦。銅、鉛、鋅、銀共生礦床中的鉛鋅礦石通常復(fù)雜難選[1-6]，但綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。為了富集并提取其中的有價(jià)金屬，采用礦物參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)儀(MLA)及光學(xué)顯微鏡、熒光光譜半定量分析、化學(xué)多元素分析、掃描電鏡能譜儀(SEM-EDS)分析等測(cè)試手段對(duì)鉛、鋅礦石的礦物組成、化學(xué)組成、主要礦物嵌布特征及解離度等進(jìn)行研究，全面了解鉛鋅礦工藝礦物學(xué)性質(zhì)，為制定合理的選礦工藝流程提供依據(jù)。

1 試樣采集及制備

試驗(yàn)所用鉛鋅礦均采自礦區(qū)探礦鉆孔揭露的主要礦體，主要由含鉛、鋅碳酸鹽巖和含鉛、鋅黃鐵礦兩種礦石類(lèi)型組成。試樣質(zhì)量總計(jì)242.35 kg，其中原礦164.30 kg、圍巖樣67.75 kg、富礦段樣10.30 kg。以上三種樣品分別選取巖礦鑒定塊礦樣后，單獨(dú)經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎至粒度5～10 mm，采用對(duì)輥式破碎機(jī)破碎至粒度2 mm以下，破碎后的礦樣分別采用鐵鍬摻和均勻，摻和后的礦樣再分別采用網(wǎng)格取樣法獲得試驗(yàn)用大樣，每個(gè)大樣再經(jīng)堆錐四分法縮分法出分析試驗(yàn)用小樣，每個(gè)小樣經(jīng)烘干后采用震動(dòng)磨樣機(jī)制出分析小樣，送分析測(cè)試中心檢測(cè)。該鉛鋅礦床平均品位：Pb 2.14%、Zn 3.36%。考慮實(shí)際開(kāi)采存在的貧化因素，適宜將試樣的品位調(diào)整為略低于該值。試驗(yàn)制備過(guò)程中，根據(jù)破碎處理后各小樣的質(zhì)量及分析結(jié)果，按照原礦全部參與配制，并通過(guò)添加圍巖或富礦調(diào)整為Pb品位1.65%、Zn品位3.25%的混合試樣，符合要求。

2 礦石物質(zhì)組成

2.1 礦物組成

原礦為巖心樣品，肉眼下為灰白—黑灰色。通過(guò)顯微鏡下鑒定，礦石中金屬礦物較常見(jiàn)的是黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦及少量氧化鉛、鋅礦物、銅礦物等。脈石礦物以方解石、白云石(鐵白云石)及石英、云母為主。各主要金屬礦物粒度較細(xì)，并與各種脈石礦物或金屬礦物自身交生關(guān)系緊密。由于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡下的檢測(cè)難以準(zhǔn)確定量各礦物含量參數(shù)[7]，而MLA自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是目前國(guó)際先進(jìn)的礦物定量分析測(cè)試系統(tǒng)，并在一些較難測(cè)定的礦物分析中已經(jīng)得到推廣[8，9]?；诖?，本文采用MLA分析礦石中各礦物的相對(duì)含量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主要礦物組成及相對(duì)含量Table 1 Main mineral composition and relative contents /%

在鋅鋁蛇紋石、貝氏綠泥石、褐鐵礦、方解石及白云石(鐵白云石)中均不同程度地含有Zn元素[10]。此類(lèi)礦物在選礦過(guò)程中進(jìn)入尾礦產(chǎn)品。由表1可知，該類(lèi)礦物占比較大(約占72.4%)，因此難以避免尾礦產(chǎn)品中的Zn含量偏高。

2.2 化學(xué)成分

試樣的X熒光光譜半定量分析結(jié)果見(jiàn)表2，化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 礦石光譜半定量分析結(jié)果Table 2 Spectral semi-quantitative analysis of the ore /%

表3 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 3 Analysis results of chemical multielement of the ore /%

由表2、表3可知，鉛鋅礦石中可供選礦回收的主要元素是鋅、鉛，其品位分別為3.27%、1.98%；金、銀含量分別為0.3、73.5 g/t，可作綜合回收利用；伴生元素銅、硫、銦、鎘、碲的含量達(dá)到了最低可利用品位要求。礦石中要通過(guò)選礦排除的主要脈石成分為CaO、SiO2，分布率分別為25.85%、11.43%，其次為MgO，分布率為11.73%，Al2O3、K2O含量較低。

2.3 礦石主要金屬元素物相分析

鉛、鋅的化學(xué)物相分析結(jié)果分別見(jiàn)表4。由表4可知，鉛的主要存在形式為硫化鉛，分布率為74.26%，氧化鉛、硫酸鉛及鉛鐵礬的分布率分別為10.89%、7.92%及6.93%；鋅的主要存在形式為硫化鋅，分布率為64.75%，氧化鋅及鋅鐵尖晶石的分布率分別為28.92%和6.33%。

表4 礦石物相分析結(jié)果Table 4 Phase analysis of the ore /%

2.4 主要金屬礦物能譜微區(qū)化學(xué)成分分析

為了查明各主要金屬礦物的化學(xué)成分特點(diǎn)，采用SEM-EDS對(duì)閃鋅礦、方鉛礦進(jìn)行微區(qū)化學(xué)成分分析[11]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，閃鋅礦中含有一定量的Fe(3.85%)，說(shuō)明本文研究礦區(qū)的閃鋅礦主要為含鐵閃鋅礦，并可見(jiàn)部分鐵閃鋅礦，因此，選礦中的Fe元素對(duì)Zn元素的富集影響較大。此外，還發(fā)現(xiàn)方鉛礦中含有一定量的Ag(0.13%)。

3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3.1 礦石構(gòu)造

塊狀構(gòu)造：礦石中部分塊樣黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦含量高，呈塊狀產(chǎn)出，形成塊狀構(gòu)造。

浸染狀構(gòu)造：礦石中金屬礦物閃鋅礦、方鉛礦及黃鐵礦等礦物呈稀疏浸染狀不均勻分布于脈石中，且礦物集合體的形狀不定，構(gòu)成浸染狀構(gòu)造。

脈狀構(gòu)造：礦石中部分方鉛礦呈脈狀產(chǎn)出，形成脈狀構(gòu)造。

3.2 礦石結(jié)構(gòu)

交代結(jié)構(gòu)：部分方鉛礦交代早期的閃鋅礦，使得方鉛礦常以包裹閃鋅礦形式交代邊結(jié)構(gòu)或沿閃鋅礦裂隙形成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)；閃鋅礦交代早期形成的黃鐵礦，使得閃鋅礦內(nèi)部常見(jiàn)自形程度較好的立方體狀黃鐵礦，形成交代結(jié)構(gòu)。

自形粒狀結(jié)構(gòu)：大多數(shù)黃鐵礦呈自形立方體狀或三八面體狀、部分方鉛礦呈四面體狀分布于脈石基底中。

包含結(jié)構(gòu)：礦樣中各礦物多見(jiàn)包含結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)方鉛礦內(nèi)部包含閃鋅礦和黃鐵礦；閃鋅礦內(nèi)部包含黃鐵礦及乳滴狀黃銅礦和細(xì)粒方鉛礦；各礦物之間的相互包裹形成包含結(jié)構(gòu)。

星點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)：部分方鉛礦為細(xì)粒立方體狀分布于脈石基底中，呈星點(diǎn)狀。

4 主要金屬礦物嵌布特征

4.1 有用礦物嵌布特征

4.1.1 閃鋅礦

根據(jù)晶形及產(chǎn)出特征，礦石中的閃鋅礦可分為兩種類(lèi)型，一種為顆粒粒徑較大者，其內(nèi)部常見(jiàn)包裹細(xì)粒級(jí)黃鐵礦、方鉛礦和乳滴狀黃銅礦(圖1a)，部分閃鋅礦被方鉛礦沿其內(nèi)部裂隙縫中充填而呈細(xì)脈網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)(圖1b)，或被后期方鉛礦包裹呈鑲邊結(jié)構(gòu)(圖1c)，因包裹方式復(fù)雜且包裹體粒徑細(xì)小，可能在選礦磨礦中會(huì)使閃鋅礦較難與其他礦物分離，該部分閃鋅礦粒徑約為0.3～0.8 mm，最大可達(dá)1.2 mm，約占整個(gè)閃鋅礦含量的65%～70%；另一種為不規(guī)則他形細(xì)粒狀，粒徑約為0.3～0.05 mm，多嵌布于脈石礦物內(nèi)部，且多與黃鐵礦、方鉛礦復(fù)雜連生(圖1d)，此部分細(xì)粒級(jí)閃鋅礦約占整個(gè)閃鋅礦含量的30%～35%。

4.1.2 方鉛礦

方鉛礦主要有兩種嵌布特征，一種為粒徑較大的不規(guī)則狀集合體，內(nèi)部可見(jiàn)解理三角孔(圖1e)，粒徑在0.2～1 mm，此類(lèi)型的方鉛礦常與閃鋅礦、黃鐵礦復(fù)雜連生，且其內(nèi)部常包含閃鋅礦、細(xì)粒級(jí)銀黝銅礦及黃鐵礦(圖1f)，在磨礦時(shí)會(huì)有一定的解離難度；另一種為他形細(xì)粒級(jí)方鉛礦(圖1g)，部分為自形粒方體狀(圖1h)，多數(shù)為絲狀、條狀等極不規(guī)則狀，主要嵌生在脈石礦物中(圖1d)，少數(shù)包裹于閃鋅礦內(nèi)部(圖1a)，分布于脈石中的方鉛礦數(shù)量較分布于閃鋅礦中的多。上述兩種不同粒度特征的方鉛礦中，數(shù)量上以第一種為主，兩者礦物含量比大致為7∶3。

總體而言，閃鋅礦、方鉛礦連生、包裹等關(guān)系復(fù)雜，伴生礦物種類(lèi)繁多。從嵌連關(guān)系角度，為保證獲得較高品位的鉛精礦，應(yīng)采用較細(xì)的細(xì)磨細(xì)度。

4.2 其他礦物嵌布特征

黃鐵礦：為礦樣中的主要硫化礦，是選礦過(guò)程中需主要排除的金屬礦物，主要為他形粒狀，在礦樣中黃鐵礦多發(fā)生破碎，且被后期的閃鋅礦、方鉛礦交代、包裹(圖1i)，黃鐵礦粒徑在0.005～0.3 mm。

黃銅礦、銅藍(lán)及斑銅礦等銅礦物在該礦樣中含量甚微，僅見(jiàn)少量黃銅礦為極細(xì)粒級(jí)分布于方鉛礦、閃鋅礦內(nèi)部，粒徑在0.005～0.02 mm。

含銀黝銅礦：多為不規(guī)則粒狀集合體，大小在0.001～0.01 mm，主要分布于方鉛礦內(nèi)部，含量較少，分布較集中。

硫鎘礦：為礦樣中主要的含鎘礦物，晶形為粒狀，自形晶少見(jiàn)，多為不規(guī)則狀，粒徑在0.05～0.2 mm，主要與閃鋅礦伴生產(chǎn)出，在礦樣中少見(jiàn)，分布較為集中。

褐鐵礦：為礦樣中主要的氧化鐵礦物，由纖鐵礦和針鐵礦組成，其形態(tài)主要呈不規(guī)則狀、膠狀及同心環(huán)狀等，粒徑在0.005～0.05 mm，主要分布于脈石礦物中。

Gn-方鉛礦；Sp-閃鋅礦；Py-黃鐵礦；Ccp-黃銅礦；G-脈石；Td-含銀黝銅礦圖1 鉛鋅礦石中主要礦物的嵌布特征(偏反光顯微鏡)Fig.1 Imbedding characteristics of main minerals in lead-zinc ore(Polarized light microscope)

4.3 主要金屬礦物嵌布粒度

礦石中主要礦物的粒度組成及其分布特點(diǎn)對(duì)確定磨礦細(xì)度和制定合理的選礦工藝流程有著直接的影響。為此，在鏡下對(duì)礦石中的主要金屬礦物嵌布粒度進(jìn)行了隨機(jī)直線(xiàn)目測(cè)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 主要金屬礦物的嵌布粒度分布Fig.2 Particle size distributions of major metal mineral

從圖2可以看出，礦石中的方鉛礦、閃鋅礦及黃鐵礦都屬于中細(xì)粒級(jí)范疇，且細(xì)粒級(jí)顆粒較多，當(dāng)粒級(jí)為+0.026 mm時(shí)，方鉛礦、閃鋅礦及黃鐵礦的累計(jì)分布率分別達(dá)到81.0%、83.6%及84.3%，單純從嵌布粒度來(lái)看，欲使90%以上的方鉛礦、閃鋅礦及黃鐵礦均獲得較充分的解離，處理區(qū)內(nèi)礦石時(shí)，應(yīng)選擇較細(xì)的磨礦細(xì)磨較為適宜。

5 解離度分析

5.1 原礦主要金屬礦物解離度特征

為進(jìn)一步了解礦樣中主要金屬礦物方鉛礦、閃鋅礦的單體解離度，對(duì)原礦破碎至2 mm左右粉砂狀樣品進(jìn)行粒級(jí)篩分，原礦(-0.074 mm占21.45%)分級(jí)產(chǎn)品方鉛礦、閃鋅礦的解離度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 原礦(2 mm粒級(jí))中方鉛礦、閃鋅礦的解離度Table 5 Dissociation degree of galena and sphalerite in the ore with grind size of 2 mm

由表5可知，在原礦破碎至2 mm(-0.074 mm占21.45%)的細(xì)度條件下，測(cè)得方鉛礦、閃鋅礦的解離度分別為54.8%和57.8%，該結(jié)果反映出原礦解離度較差，連生關(guān)系較復(fù)雜，因此在選礦過(guò)程中各礦物完全解離的難度較高。

5.2 磨礦產(chǎn)品中重要礦物的解離度特征

在不同的磨礦細(xì)度條件下，對(duì)礦石中方鉛礦、閃鋅礦的單體解離度進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，方鉛礦、閃鋅礦的單體解離度增加。此外，對(duì)磨礦產(chǎn)品進(jìn)行鏡下檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，未解離的閃鋅礦多與方鉛礦、黃鐵礦連生，少數(shù)與脈石連生，而方鉛礦多與脈石連生，次之與閃鋅礦、黃鐵礦連生。磨礦細(xì)度相同條件下，方鉛礦解離度較閃鋅礦差，在-0.074 mm占72%時(shí)，閃鋅礦的解離度為83.3%，已解離充分；-0.074 mm占83%時(shí)，方鉛礦的解離度為83.1%，解離效果較理想。考慮到磨礦效率和浮選工藝等綜合因素認(rèn)為，選擇-0.074 mm占83%的磨礦細(xì)度比較合理。

6 結(jié)論

1)江西某鉛-鋅-銀-銅共生礦屬于難選鉛鋅礦石，可供選礦回收的主要元素是鋅、鉛，原礦具有回收價(jià)值高、碳酸鹽礦物含量高、硫含量高、鉛鋅氧化率較高、鉛鋅嵌布粒度細(xì)等特點(diǎn)，浮選分離難度較大。

2)根據(jù)方鉛礦、閃鋅礦在不同磨礦細(xì)度下的解離情況，考慮到磨礦效率和浮選工藝等綜合因素情況下，粗選磨礦細(xì)度建議采用-0.074 mm占83%。采用“依次浮選鉛、鋅、硫”的優(yōu)先浮選工藝流程，有利于有用礦物之間的分離，以及有用礦物與脈石礦物之間的分離，并在該方案下探索適應(yīng)礦石性質(zhì)特點(diǎn)選礦藥劑制度和各工藝參數(shù)，以獲得較高質(zhì)量的精礦。