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2019 年 3 月 March 2019 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 38,No. 2 160 -168 收稿日期 2018 -04 -13; 修回日期 2018 -10 -16; 接受日期 2019 -01 -04 基金项目 国家重点基础研究发展计划 973 项目 2014CB643402 ; 国家自然科学基金项目 51674291 作者简介 曾广圣, 硕士, 主要从事低碱度铜硫分离试验研究。E - mail 1976530700 qq. com。 通信作者 欧乐明, 博士, 教授, 主要从事微细粒复杂矿物分选理论、 工艺与设备和矿产资源综合利用与环保研究。 E - mail olm csu. edu. cn。 曾广圣,欧乐明. X 射线衍射 -扫描电镜等技术研究秘鲁铜硫矿石选矿工艺矿物学特征[ J] . 岩矿测试, 2019, 38 2 160 -168. ZENG Guang - sheng,OU Le - ming. Study on Mineralogical Characteristics of Peru Copper - Sulphur Ore Dressing Process by X - ray Diffraction and Scanning Electron Microscope[ J] . Rock and Mineral Analysis, 2019, 38 2 160 -168. 【DOI 10. 15898/j. cnki. 11 -2131/td. 201804130042】 X 射线衍射 - 扫描电镜等技术研究秘鲁铜硫矿石选矿工艺 矿物学特征 曾广圣,欧乐明 中南大学资源加工与生物工程学院,湖南 长沙 410083 摘要 秘鲁铜硫矿石的主要回收对象是铜和硫矿物, 由于铜矿物嵌布复杂、 粒度过细以及与各种脉石矿物或 金属矿物交生关系紧密, 利用传统工艺矿物学研究方法如化学分析、 光学显微镜检测等较难准确定量其工艺 矿物学参数。本文采用化学分析、 X 射线衍射、 扫描电镜、 偏光显微镜及矿物参数自动分析系统 MLA 等技 术手段, 研究秘鲁铜硫矿石的化学成分、 矿物组成和主要矿物的嵌布特征、 粒度分布及单体解离特性等, 并对 影响选矿指标的主要矿物学因素进行分析。结果表明 矿石中主要元素为 Cu 0. 65 和 S 9. 53 。矿石 中黄铁矿 16. 57 含量较高, 形态较为规则, 与其他矿物之间的交生关系相对简单, 粒度普遍偏粗, 其中粒 径大于 0. 30mm 的黄铁矿占 95. 06。铜矿物主要以不规则粒状、 皮壳状、 网脉状、 纤维状、 尘粒状、 斑点状 分布于脉石中或与黄铁矿、 闪锌矿、 磁铁矿等金属矿物交生紧密, 粒度极不均匀, 使得铜矿物解离难度加大, 且矿石中云母 12. 51 、 绿泥石 3. 74 、 滑石 3. 34 、 高岭石、 蒙脱石 3. 59 等黏土质矿物含量较 高, 在磨矿过程中易发生泥化从而恶化分选环境。根据该类型矿石的工艺矿物学特性, 本文建议采用“粗磨 - 部分优先浮铜 - 铜硫混浮 - 混合精矿再磨再选分离” 的工艺流程, 可得到质量高的铜、 硫精矿。 关键词 矿物参数自动分析系统; 铜硫矿石; 工艺矿物学; 黏土矿物; 扫描电镜 要点 1 采用矿物自动分析系统对秘鲁铜硫矿进行系统的工艺矿物学研究。 2 铜矿物与黏土质矿物及各种金属矿物交生紧密增大了解离难度。 3 采用粗磨 - 部分优先浮铜 - 铜硫混浮 - 混合精矿再磨再选分离的工艺流程。 中图分类号 P575. 2; P575. 5文献标识码 B 通过对进行矿物加工的矿石开展工艺矿物学研 究, 一方面可确定矿石的可选性以及一些难选矿石 难选的原因, 另一方面可考察选矿流程的缺陷或存 在的问题尽量使流程最优化 [1 -3 ]。随着我国经济的 发展, 对难选复杂矿产资源的开采需求越来越大, 因 此对这部分矿石进行工艺矿物学研究就显得尤为重 要 [4 -7 ]。罗立群等[8 ]采用化学分析、 显微镜观察、 扫 描电镜 SEM 和电子微探针 EMPA 分析等手段对 哈密黄山南铜镍硫化矿进行了矿物鉴定, 结果表明 黄铜矿粒度分布极不均匀且该矿石结构疏松易泥 化, 应选择较粗的磨矿细度。陈秋虎等 [9 ]采用显微 镜鉴定、 化学分析、 X 射线衍射、 扫描电镜能谱等测 定方法对安徽铜陵某铜矿进行了全面的工艺矿物学 研究, 结果表明原矿中主要回收的元素为铜, 主要以 硫化物形式存在, 其中黄铜矿多呈团块状包裹着黄 铁矿或脉石颗粒且各硫化矿物之间的嵌布关系较为 061 ChaoXing 复杂, 使得铜矿物较难得到充分解离。这些传统的 工艺矿物学测定方法在一定程度上为选矿工艺流程 的制定提供了重要的矿石可利用信息, 但工作效率 低且试验测试精度不高 [10 ]。因此, 探索先进的现代 分析测试手段与传统工艺矿物学测试方法相结合具 有重要的意义 [11 -14 ]。近年来, 工艺矿物学自动检测 技 术 发 展 迅 速,如 扫 描 电 镜 矿 物 定 量 评 价 QEMSCAN [15 -18 ] 和 矿 物 参 数 自 动 分 析 MLA [19 -23 ]等工艺矿物学参数自动测试系统的出 现与应用, 实现了各工艺矿物学参数的快速、 准确、 自动、 定量测定。 秘鲁铜硫矿为斑岩和矽卡岩混合型铜矿床, 矿 区位于 4500 ~4700m 的高海拔地区, 矿山自投产以 来, 矿石中矽卡岩比例逐渐增加, 易浮、 易泥化的含 镁层状硅酸盐矿物 以滑石、 绿泥石为代表 含量逐 渐升高, 矿物组成变得更为复杂, 导致现场实际生产 过程中铜精矿品位与回收率难以达到现场选矿要 求。为合理、 有效开发秘鲁铜硫矿, 本文主要运用 MLA - 650 型工艺矿物学参数自动检测分析仪 由 扫描电镜、 能谱、 波谱及矿物解离度分析软件组成 并结合化学分析、 X 射线衍射 [24 -27 ]、 扫描电镜、 偏光 显微镜等分析测试手段对该类型矿石进行全面的工 艺矿物学研究, 测定了主要矿物组成及含量, 分析其 嵌布特征及单体解离特性等, 并对影响选矿指标的 主要矿物学因素进行探讨, 为后续磨矿、 选别工艺的 制定提供了重要的科学依据。 1实验部分 1. 1实验样品 实验样品来自秘鲁某铜硫矿, 采集该铜矿床代 表性矿样共 200kg。对来样进行破碎、 筛分、 混匀、 缩分, 取部分试样研磨至 - 0. 074μm - 200 目 粒 级占 90以上进行工艺矿物学研究。 1. 2仪器与工作条件 X 射线衍射分析仪 仪器型号为日本理学 Rigaku D/max2550VB3 /PC, 工作条件为 铜靶 λ 1. 5406nm , 管压 40kV, 管流 45mA, 扫描范围 2θ 角 4 ~ 62, 步长 0. 020/步, 扫描速度 2/min。 主要应用于物相定性、 定量, 材料结晶度测定等。 扫描电镜 仪器型号为 MLA650FML, 主要规格 与技术指标为 加速电压 0. 2 ~30kV, 放大倍数 6 ~ 1000000 倍, 最高分辨率 1. 0nm。主要用于样品表 层形貌观察、 微区成分分析、 矿物参数自动分析和微 观结构观察。 偏光显微镜 仪器型号为 XPL -900, 放大倍数 光学放大 40 ~600 倍, 系统放大 50 ~2400 倍。可作 单偏光观察、 正交偏光观察、 锥光观察以及显微摄 影、 液态高分子材料、 生物聚合物及液晶材料的晶相 观察。本文将其应用于对各种矿物及结晶体的偏光 检测。 自动矿物分析仪 仪器型号为 MLA -650, 由扫 描电镜 FEI Quanta650、 双探头电制冷能谱仪 Bruker Quantax200、 工艺矿物参数自动分析软件 MLA2. 9 组成。可高速自动定量分析出样品的矿物组成与含 量, 各元素的赋存状态、 嵌布粒度以及单体解离度等 工艺矿物参数, 并提供所选精矿品位与回收率关系 曲线。 2结果与讨论 2. 1矿石化学组成和物相分析 2. 1. 1矿石化学组成 矿石中可供回收的主要元素为 Cu 和 S, 其含量 分别为 0. 65 和 9. 53。Mo 含量为 0. 01, 可作 为综合回收的考虑对象。而 Pb、 Zn、 Fe、 Ag 和 Au 等 其他有价金属元素均因含量太低无回收利用价值。 为达到富集有用矿物的目的, 需要选矿排除或降低 的脉石组分主要是 SiO2 含量 49. 38 , 其次为 Al2O3, 此外还有 CaO、 MgO 和 K2O 等, 五者含量合 计 70. 73。 2. 1. 2矿石物相分析 矿石中的铜主要以原生硫化铜和次生硫化铜的 形式存在, 分布率分别为 44. 62 和 48. 46, 合计 分布率达 93. 08, 这即为采用浮选作业分选矿石 中铜 矿 物 时 铜 的 最 大 回 收 率。矿 石 中 的 硫 有 99. 91是以硫化物的形式存在。由此表明该矿石 氧化率低, 通过浮选即可获得较好的选别指标。 2. 2矿石主要矿物结构构造与嵌布特征 在查明了矿石中可回收的主要元素种类和含量 的基础上, 通过矿物分析进一步查明各元素以何种 矿物形式产出, 为制定选矿产品回收试验方案和预 测分选指标提供依据。 2. 2. 1铜矿物 铜矿物主要包括黄铜矿、 辉铜矿和铜蓝, 它们均 为选矿富集回收铜矿物的目的矿物。其中黄铜矿是 最主要的铜矿物, 约占硫化铜矿物总量的 65, 分 散程度较高。根据嵌连矿物的差异, 可将矿石中黄 铜矿的产出形式大致分为三类 一是呈不规则粒状 或纤维状以稀疏 ~ 星散浸染状的形式分布于脉石 161 第 2 期曾广圣, 等 X 射线衍射 - 扫描电镜等技术研究秘鲁铜硫矿石选矿工艺矿物学特征第 38 卷 ChaoXing 中, 局部甚至与脉石矿物构成极为复杂的尘粒状或 斑点状构造, 粒度不均匀, 除个别粗者可达 0. 85mm 左右外, 通常变化于 0. 02 ~ 0. 3mm 之间, 部分甚至 小于0.005mm 图1a 和 c ; 二是呈不规则状沿黄铁 矿及少量闪锌矿的粒间、 边缘或裂隙充填交代, 少数 则呈乳滴状嵌布在磁铁矿或闪锌矿中, 粒度一般为 0.005 ~0.1mm, 但其中乳滴状黄铜矿的粒度普遍小 于0.01mm 图1b ; 三是个别矿块中黄铜矿次生变化 较为明显, 可见辉铜矿或铜蓝沿其边缘或裂隙交代而 构成铜矿物集合体 图 1d 。据粗略统计, 上述三种 产出形式的黄铜矿的矿物含量比大致为65 ∶ 30 ∶ 5。 T滑石; Ch黄铜矿; M磁铁矿; Sp闪锌矿; Co铜蓝; A闪石; Py黄铁矿。 图 1黄铜矿的嵌布状态 扫描电镜 Fig. 1State of disseminated chalcopyrite Scanning Electron Microscope 如图 2 所示, 辉铜矿和铜蓝均为黄铜矿在氧化 环境下形成的次生硫化铜矿物, 二者的产出规律大 致相同, 部分呈微粒状或斑点状零星散布在脉石中, 部分则呈微细不规则状、 网脉状或皮壳状沿黄铜矿 的边缘、 粒间、 裂隙或孔洞充填交代, 偶沿黄铁矿边 缘、 粒间充填分布, 粒度多小于 0. 02mm。 2. 2. 2黄铁矿 黄铁矿是矿石中最主要的金属矿物。根据集合 体的形态及与其他矿物之间的嵌布关系, 可将矿石 中黄铁矿的产出形式分为以下三种。 1 呈致密团块状集合体嵌布在脉石中, 裂隙 及孔洞较为发育, 粒度个别粗者可达 5mm 以上, 但 因粒间常夹杂微细粒脉石或少量黄铜矿、 磁黄铁矿 而使其粒度发生细化 图 3a 。 2 呈粒状、 圆粒状、 纤维状、 短脉状或碎裂状, 以稀疏 ~ 星散浸染状的形式嵌布在脉石中, 与脉石 之间的接触界线大多较为规则平直, 粒度一般介于 0. 15 ~2. 5mm 图 3b 和 c 。 3 呈交代残余沿边缘、 粒间、 裂隙及孔洞充填 分布闪锌矿、 磁铁矿、 黄铜矿、 辉铜矿及辉钼矿等, 其 中与磁铁矿的交生关系最为密切, 粒度 0. 01 ~ 0. 5mm不等 图 3d 。 上述三种产出形式的黄铁矿以第二种居多, 三 者矿物含量比大致为25 ∶ 70 ∶ 5。总体来看, 矿石中 黄铁矿含量较高, 形态较为规则, 粒度普遍较粗, 与 其他矿物之间的交生关系相对简单, 预计经适当磨 矿即可获得较好的解离。 261 第 2 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2019 年 ChaoXing 图 2辉铜矿和铜蓝的嵌布状态 偏反光显微镜 Fig. 2State of disseminated chalcocite and covellite Polarized Light Microscope 图 3黄铁矿的嵌布状态 偏反光显微镜 Fig. 3State of disseminated pyrite Polarized Light Microscope 2. 3矿石主要矿物嵌布粒度及单体解离 2. 3. 1矿物组成 结合原矿化学组成、 X 射线衍射、 扫描电镜和偏 反光显微镜分析结果, 采用 MLA 对原矿矿物组成及 含量 进 一 步 测 定 可 知 铜 矿 物 主 要 是 黄 铜 矿 0. 84 , 次为辉铜矿 0. 25 和铜蓝 0. 17 , 此外还可见极少量斑铜矿 0. 08 和黝铜矿 0. 07 ; 其他金属矿物主要是黄铁矿 16. 57 , 次为少量磁铁矿 1. 13 , 偶见闪锌矿 0. 19 、 方铅矿 0. 02 、 锡石 0. 08 ; 脉石矿物主要为 石英 26. 52 、 长石 15. 58 、 云母 12. 51 , 次为闪石 4. 95 、 石榴石 5. 07 、 绿 泥 石 361 第 2 期曾广圣, 等 X 射线衍射 - 扫描电镜等技术研究秘鲁铜硫矿石选矿工艺矿物学特征第 38 卷 ChaoXing 3. 74 、 滑石 3. 34 、 菱铁矿 3. 67 、 高岭石 和蒙脱石 3. 59 等。由此表明, 原矿中铜矿物主 要为黄铜矿、 辉铜矿和铜蓝; 硫化物主要为黄铁矿; 脉石矿物中易泥化的黏土质脉石矿物含量高, 以致 影响铜的分选效果。 2. 3. 2主要矿物嵌布粒度 在上述确定矿石矿物组成的基础上, 进一步研 究矿石中主要目的矿物的粒度组成及其分布特点, 对确定该矿合适的磨矿细度和选别流程具有重要的 指导作用。为此, 采用 MLA 对矿石中铜矿物和黄铁 矿的嵌布粒度分别进行了统计。如图 4 所示, 矿石 中铜矿物和黄铁矿分别具中细粒不均匀嵌布和中粗 粒不均匀嵌布的特征, 当粒径为 0. 30mm 时, 黄铁 矿累 计 分 布 率 已 达 95. 06,而 铜 矿 物 仅 有 51. 07。单纯从嵌布粒度来看, 为保证 90 以上 的铜矿物呈单体状态产出, 处理区内矿石时以选择 -0. 074mm 磨矿细度较为适宜, 此时 -0. 074μm 约 占 95。但是, 由于矿石中黏土质矿物含量较高, 有利于磨矿过程中矿物的解离, 因此实际选矿过程 中可适当降低磨矿细度。 图 4主要矿物的粒度特性分布 Fig. 4Particle size distribution map of major minerals 2. 3. 3单体解离分析 在明确了该矿主要目的矿物的粒度分布及组成 的基础上, 对有用矿物的解离度和连生特性进行测 定, 可有效提高有用矿物的回收率和精矿的质量。 为此, 采用 MLA 对磨矿细度为 - 0. 074μm 占 50 和 -0. 074μm 占 65 的原矿样中铜矿物和黄铁矿 的解离度分别进行了测定, 分析结果见表 1。表 2 则列出了不同样品中铜矿物和黄铁矿连生体与不同 矿物嵌连的比例。 结合不同磨矿细度条件下铜矿物和黄铁矿的 MLA 矿物分析彩图, 可从表 1 和表 2 分析得到 -0. 074μm 50 和 - 0. 074μm 65 的原矿样中铜 矿物的解离情况较差, 呈单体产出者仅分别为 55. 38和70. 69。同一细度下黄铁矿的解离程度 均明显较高, 单体分别占 87. 45和 93. 51。在铜 矿物连生体中, 与其嵌连关系最为密切的矿物是黄 铁矿, 由二者构成的连生体占铜矿物连生比例 -0. 074μm 50 占 36. 91,- 0. 074μm 65 占 44. 12, 与铜矿物连生的脉石主要是石英、 闪石、 云 母、 绿泥石、 菱铁矿、 滑石、 高岭石和蒙脱石等。在黄 铁矿连生体中, 与其嵌连关系最密切的矿物均为铜 矿 物,当 磨 矿 细 度 从 - 0. 074μm 50 提 高 -0. 074μm 65时, 其连生体占黄铁矿连生的比例 由 30. 92提高到 33. 44。可见随着磨矿细度的 提高, 黄铁矿与铜矿物的连生比例略微增高, 相互之 间镶嵌关系更为紧密, 预计即使采用细磨工艺部分 铜矿物与黄铁矿亦很难充分解离。 表 1主要矿物的解离度 Table 1Dissociation degree of main minerals 矿物磨矿细度单体 连生体 >3/43/4 ~1/2 1/2 ~1/4 <1/4 铜矿物 -0.074μm 50 55.3813.849.057.0614.67 -0.074μm 65 70.697.555.745.0111.01 黄铁矿 -0.074μm 50 87.4510.381.010.690.47 -0.074μm 65 93.515.940.340.160.05 表 2铜矿物和黄铁矿连生体与不同矿物嵌连的比例 Table 2Ratio of copper minerals and pyrite associated minerals to different minerals 连生矿物 占铜矿物连生体的比例 占黄铁矿连生体的比例 -0.074μm 50 -0.074μm 65 -0.074μm 50 -0.074μm 65 辉钼矿微量微量0.400. 00 铜矿物--30. 9233.44 黄铁矿36.9144.12-- 石英15.715.1510. 688. 63 长石6.128.397.417. 70 闪石/石榴石10.287.109.098. 93 云母/绿泥石11.1615.3514.8217. 57 滑石3.815.084.227. 55 高岭石/蒙脱石6.196.313.743. 39 磁铁矿0.830.480.401. 08 菱铁矿6.524.8514. 666. 63 其他2.473.173.665. 08 合计100. 00100.00100.00100. 00 461 第 2 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2019 年 ChaoXing 3影响矿石矿物回收效果的主要矿物学 因素分析 1 铜矿物粒度分布不均匀。由扫描电镜分析 表明, 矿石中主要回收的铜矿物有黄铜矿、 辉铜矿、 铜蓝, 主要以微细不规则粒状、 皮壳状、 网脉状、 纤维 状、 尘粒状、 斑点状分布于脉石中或与黄铁矿、 闪锌 矿、 磁铁矿等金属矿物交生紧密, 尤其呈微细粒零星 包裹于黄铁矿中的铜矿物, 预计在较粗的磨矿细度 条件下将不可避免地随黄铁矿进入硫精矿中, 因此 必须通过细磨强化铜硫分离作业提高铜精矿的品 位。针对这部分铜矿物的回收, 可先在较粗的磨矿 细度下选出部分已解离的合格铜精矿, 而对于嵌布 粒度细、 相互包裹的铜矿物部分, 先实施铜硫混浮, 再进行混合精矿再磨再选, 以确保在较充分解离且 过粉碎少的情况下, 尽可能回收铜矿物 [28 -29 ]。 2 黏土质矿物含量较高。由矿物组成分析可 知, 矿石中云母、 绿泥石、 滑石、 高岭石、 蒙脱石等黏 土质矿物约占矿物总量的 23. 18。进一步采用 MLA 单体解离分析表明, 黏土质矿物与铜矿物的连 生比 例 由 - 0. 074μm 50 占 37. 56 增 大 至 -0. 074μm 65占 42. 23。由此可知, 与脉石矿 物交生紧密的部分铜矿物即使通过细磨也较难得到 分离, 因此浮选过程中部分将有可能以黄铜矿 - 脉 石连生体的形式损失到尾矿中。对于这部分铜矿物 的 回 收,可 通 过 对 铜 硫 混 浮 尾 矿 进 行 分 级 37μm 再磨扫选进一步提高铜的回收率 [30 ]。且 磨矿过程中黏土质矿物极易发生泥化进而恶化铜的 分选效果, 导致铜精矿中 MgO 含量偏高。因此, 选 别时磨矿细度不宜过大且矿泥应尽早与目的矿物分 离以避免泥化增加铜、 硫分选难度 [1 ]。 4结论 利用现代化技术手段将计算机信息技术与传统 工艺矿物学研究相结合应用于难选复杂矿石的工艺 矿物学研究, 可实现对矿石各工艺矿物学参数的高 效精准检测。本文以 MLA 为主要手段对秘鲁铜硫 矿石进行工艺矿物学研究, 结果表明, 矿石中可供回 收的主要元素为 Cu 和 S, 其存在形式均以硫化物为 主, 有利于浮选富集回收。部分铜矿物与黄铁矿或 脉石矿物镶嵌关系过于复杂、 粒度偏细, 即使细磨部 分仍将与黄铁矿或与脉石连生以致分别损失到硫精 矿或尾矿中。而黄铁矿仅少数与铜矿物或磁铁矿等 交生, 粒度普遍偏粗。矿石中铜矿物和黄铁矿分别 具中细粒不均匀嵌布和中粗粒不均匀嵌布的特征。 在同一磨矿细度下黄铁矿的解离度明显高于铜矿物 且在铜矿物连生体中, 与其嵌连关系最为密切的矿 物是黄铁矿, 次为石英、 闪石、 云母、 绿泥石、 菱铁矿、 滑石、 高岭石和蒙脱石等脉石矿物。 根据秘鲁铜硫矿的工艺矿物特性, 可采用“粗 磨 - 部分优先浮铜 - 铜硫混浮 - 混合精矿再磨再选 分离” 的工艺流程。在较粗的磨矿细度条件下进行 铜硫混浮可尽最大限度降低黏土质矿物泥化影响铜 硫分选指标, 然后粗精矿再磨再选分离得到合格的 铜精矿和硫精矿。研究成果可为秘鲁地区黏土质型 铜硫矿石磨矿选别工艺的选择提供实际指导作用。 5参考文献 [ 1]贾木欣. 国外工艺矿物学进展及发展趋势[J] . 矿冶, 2007, 16 2 95 -99. 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