湖南某低品位钨矿工艺矿物学研究

蒋 英，梁冬云，李 波

（1.广东省资源综合利用研究所，广东 广州510650；2.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东 广州510650；3.广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室，广东 广州510650）

钨是一种非常重要的稀有矿产资源，因具有高熔点、高硬度、耐磨和耐腐蚀等优良特性而被广泛地应用于军工、电子、航空航天、机械、石油等重要工业领域。随着世界信息技术的迅猛发展，钨的战略作用越发突出，是世界各国战略性资源的重要储备。钨矿在全世界范围内分布广泛，但各国资源分布不均衡。我国钨矿资源丰富，储量和产量均居世界第一，主要分布于湖南、江西、河南、广东等地。但随着钨矿资源的不断开采，钨储量消耗速度加快，我国的钨矿资源优势逐渐减弱[1-3]。因此，为经济合理地开发钨矿资源，实现矿产资源综合利用，以湖南某低品位钨矿原矿为研究对象，从工艺矿物学角度对该矿的化学成分、矿物组成、主要载钨矿物的嵌布特征和解离度以及钨在矿石中的赋存状态等工艺矿物学参数进行了详细地研究[4-8]，从而优化钨的选矿工艺方案，最大程度回收矿石中的钨。

1 试验部分

样品取自湖南某钨多金属矿床，该矿床属于岩浆期后热液交代充填型大型脉状矿床，是南岭成矿带的一个重要组成单元[9-10]。所取的样品经混匀、缩分后制成试验样品备用。多元素分析、物相分析、矿物含量自动检测、矿物嵌布状态、矿物能谱分析以及矿物磁性分析均在广东省资源综合利用研究所完成。多元素化学分析样品研磨至0.074 mm以下，MLA矿物自动检测样分为+0.1 mm、-0.1 mm+0.04 mm、-0.04 mm+0.02 mm、-0.02 mm四级后制成环氧树脂光片，单矿物分析在0.043 mm粒级以下完成最后提纯，选取-0.074 mm+0.043 mm粒级产品进行磁性分析。

矿物含量自动检测、矿物嵌布状态及矿物能谱分析采用美国FEI矿物自动分析仪MLA 650系统，该系统联合FEI Quanta 650扫描电镜、Bruker XFlash 5010能谱仪以及MLA软件3.1版本进行分析。工作条件：加速电压20 kV，工作距离10 mm，高真空模式，时间常数6.4 s。样品多元素分析中Fe采用容量法，S采用碳硫分析仪，其余元素采用火焰原子吸收分光光度计，工作条件：灯丝电流3 mA，燃烧器高度5～8 mm，空气压力0.3 MPa，乙炔压力0.09 MPa，空气流量7 min·L-1，乙炔流量1 min·L-1。磁性分析采用WCF-3电磁分选仪，通过控制磁场强度对样品进行分离。

2 分析结果与讨论

2.1 矿石化学成分与矿物组成

原矿多元素化学分析结果见表1。结果表明，该矿石中主要有价金属为钨，WO3含量为0.34 %，超出一般工业要求，含少量银。

原矿钨物相分析结果见表2。由表2可以看出，原矿中钨主要为白钨矿，其WO3分布率为79.67%；黑钨矿次之，其WO3分布率为10.93%；褐铁矿中WO3分布率为6.61%；含极少量钨华。

表1 原矿多元素分析结果 w/%Tab.1 Multi-element analysis results of raw ore

表2 原矿钨物相分析结果 %Tab.2 Tungsten phase analysis results of raw ore

MLA测定的原矿矿物组成结果见表3。从表3可知，原矿中钨矿物以白钨矿为主，其次为黑钨矿；金属硫化物种类多，但含量低，以黄铁矿为主，含极少量磁黄铁矿、毒砂、黄铜矿等；极微量银以硫铋铅银矿形式产出。脉石矿物主要有石英、绢云母、电气石、绿泥石、黑云母等，其中磁性脉石——绢云母、黑云母、绿泥石、电气石等约占36%，非磁性脉石——石英、长石、萤石等约占60%。石英与绢云母矿物含量很高，分别约占原矿的57%和20%。

表3 原矿矿物定量分析结果 %Tab.3 Mineral composition of raw ore

2.2 主要含钨矿物嵌布特征与单体解离度

2.2.1 主要含钨矿物嵌布特征

（1）白钨矿CaWO4

矿石中大多数白钨矿一般具有自形粒状结构，少数半自形粒状结构，主要嵌布于矿体中的石英脉与蚀变矿物绢云母中。显微镜下可见白钨矿主要有三种嵌布形式：大多数白钨矿呈较粗大的自形-半自形晶嵌布于石英中（图1（a）），此为白钨矿的主要嵌布形式；部分白钨矿交代黑钨矿，白钨矿包含残余的黑钨矿，形成“灰钨矿”颗粒（图1（b））；部分白钨矿呈细小不规则状嵌布于脉石矿物中或被后期脉石矿物交代，呈不规则状分布于绢云母等脉石矿物中，但往往保留白钨矿原始晶形。

扫描电镜能谱仪测定白钨矿化学成分结果显示，白钨矿平均含WO3为80.16%，普遍含有少量铁，个别白钨矿含锰。白钨矿单矿物分析WO3为79.44%，与能谱微区分析结果基本一致。

（2）黑钨矿（MnFe）WO4

矿石中黑钨矿含量极少，仅在少数矿块中见到，主要呈他形不规则状结构，少数自形板状结构，嵌布于矿体中的石英脉与蚀变矿物绢云母中。其嵌布粒度大小不均，主要有三种嵌布形式：大多数黑钨矿主要呈细小他形不规则状嵌布于石英和云母等脉石中（图2（a））；少量黑钨矿呈较粗大的半自形板状晶分布于石英中（图2（b））；部分黑钨矿被白钨矿交代，形成“灰钨矿”颗粒（图1（b））。

图1 白钨矿显微嵌布特征Fig.1 Microscopic dissemination characteristics of scheelite

图2 黑钨矿显微嵌布特征Fig.2 Microscopic dissemination characteristics of wolframite

采用扫描电镜能谱仪对黑钨矿进行微区化学成分检测，结果显示，该黑钨矿的平均化学成分为WO376.21%，MnO 8.4%，FeO 15.27%，含有少量的钙与钛。黑钨矿单矿物分析WO3为73.22%。部分黑钨矿发生氧化蚀变，导致这部分黑钨矿浮选回收效果不理想。

（3）褐铁矿FeO（OH）·nH2O

褐铁矿粒度粗细不均，主要呈不规则状嵌布于脉石中，部分因交代黄铁矿而保留黄铁矿晶形，另有少量褐铁矿呈胶状分布。采用扫描电镜能谱仪对褐铁矿进行微区化学成分检测，结果显示，该褐铁矿平均Fe2O3为83.74 %，普遍含钨，含钨量不等，平均WO3为3.67%。褐铁矿单矿物分析WO3为3.37%。

2.2.2 主要含钨矿物嵌布粒度

图3 主要含钨矿物的嵌布粒度分布图Fig.3 Distribution diagram of embedded grain size of main tungsten-containing minerals

显微镜下测定原矿中白钨矿和黑钨矿嵌布粒度结果见图3。由图3可以看出，原矿中白钨矿嵌布粒度较粗，主要分布于0.02～0.64 mm的粒级范围内，属于适宜浮选回收粒度范围。黑钨矿嵌布粒度比白钨矿细，主要分布于0.32 mm以下粒级，其中小于0.01 mm的难选粒级占有率为15.2%，属于细至微粒不均匀嵌布类型。

2.2.3 主要含钨矿物解离度

采用显微镜对原矿在不同磨矿细度下，白钨矿和黑钨矿的解离度进行了测定，结果见图4。结果表明，白钨矿具有良好的解离度，在磨矿细度-0.074 mm占56.32%时已达93.56%；而黑钨矿由于粒度粗细不均，且与石英、绢云母等脉石矿物紧密连生，解离度稍差，当磨矿细度-0.074 mm占66.88%时，黑钨矿可达到良好解离，解离度可达92.05%。

图4 不同磨矿细度下主要含钨矿物的解离度Fig.4 Dissociation degree of main tungsten-containing minerals under different grinding fineness

2.3 矿物磁性分析

为查明本矿石中矿物磁性分布及与钨的关系，选取样品中-0.074 mm+0.043 mm粒级产品进行磁性分析，各磁性段产品中钨品位分布和矿物组成见表4。

从表4可知，由于矿石中钨主要赋存于白钨矿和黑钨矿中，受载体矿物白钨矿和黑钨矿的磁性制约，原矿的钨主要富集于非磁产品和480 mT磁性段产品中。白钨矿主要富集于非磁产品中，该产品产率最高，为62.52%，其WO3含量为0.51%，WO3占有率为75.49%；黑钨矿主要富集于480 mT磁性段产品中，该磁性段产率仅为3.34 %，WO3含量高达2.08%，WO3占有率为16.45%。

表4 各磁性段矿物组成和钨含量分布Tab.4 Mineral composition and tungsten content distribution of each magnetic segment

通过磁选富集，可分别获得品位为2.08%、0.51%，回收率为16%、76%的黑白钨粗精矿。

2.4 钨在矿石中的赋存状态

根据原矿矿物组成和单矿物分析结果，做出钨在矿石中的平衡分配如表5所示。从表5可知，以白钨矿矿物形式存在的钨占原矿总钨的77.74 %，以黑钨矿矿物形式存在的钨占原矿总钨的10.50%，分散于褐铁矿中钨占原矿总钨的4.84%，分散于黄铁矿中钨占原矿总钨的0.24%，分散于绢云母、电气石、黑云母、绿泥石等磁性脉石矿物中的钨占原矿总钨的3.34%，分散于石英、萤石、方解石等非磁性脉石矿物中的钨占原矿总钨的3.33%。白钨矿的理论回收率约为78%，黑钨矿的理论回收率约为11%。

表5 钨在矿物中的平衡分配 %Tab.5 Balanced distribution of tungsten in minerals

2.5 工艺矿物学研究的指导意义

工艺矿物学研究结果表明，原矿中存在有价金属钨，从原矿中分离黑钨矿与白钨矿，可获得理论回收率为10.50%和77.74%的黑白钨精矿。磁性分析结果表明，目的矿物黑钨矿和白钨矿分别在480 mT磁性段和非磁产品中富集明显，因此在选矿流程制定过程中，可考虑采用高梯度磁选分离预先富集黑钨矿和白钨矿。对于磁性产品，由于其中杂质矿物主要为云母类矿物，其次为电气石与绿泥石等磁性脉石矿物，而重选是分离黑钨矿与云母、绿泥石等矿物的有效方法，因此考虑对预磁选的磁性产品进行重选分离，将云母、绿泥石等矿物作为重选尾矿分离出去。而对于非磁产品，由于钨主要赋存于白钨矿中，可采用浮选法富集白钨矿得到钨浮选精矿。

根据原矿中目的矿物的可浮性特征、磁性特征及其与脉石矿物的比重差异，选矿小型试验采用“磁选-重选-浮选”的选矿工艺流程（见图5），即通过高梯度磁选预先分离黑钨矿与白钨矿得到磁性产品和非磁产品，对于磁性产品，采用螺旋溜槽与摇床重选得到黑钨精矿与重选尾矿；对于非磁产品，采用常温浮选得到白钨粗精矿和粗选尾矿，进一步对白钨粗精矿进行加温精选富集。采用“磁选-重选-浮选”工艺流程试验，结果见表6。

图5 “磁选-重选-浮选”选矿试验工艺流程Fig.5 Mineral processing flowchart of"magnetic separationgravity separation-flotation"

表6 “磁选-重选-浮选”工艺流程选矿试验结果 %Tab.6 Mineral processing test results of"magnetic separationgravity separation-flotation"process

从表6可知，选小型试验得到的钨精矿WO3总回收率为79.10%，较好的回收了原矿中的钨。

3 结论

（1）该矿石中主要有价金属为钨，含钨矿物主要为白钨矿和黑钨矿，褐铁矿含少量钨。

（2）矿石中白钨矿晶形完整，嵌布粒度较粗，主要粒度分布范围为0.02～0.64 mm，具良好的解离性，预计通过浮选可获得较高回收率的白钨精矿。黑钨矿嵌布粒度粗细不均，主要分布于0.32 mm以下粒级，其中小于0.01 mm的难选粒级占有率为15.2%，且与石英、绢云母等脉石矿物紧密连生，解离度稍差，可能导致其浮选回收效果不理想。

（3）工艺矿物学研究表明，以白钨矿矿物形式存在的钨占原矿总钨的77.74%，以黑钨矿矿物形式存在的中的钨占原矿总钨的10.50%。从原矿中分离黑钨矿与白钨矿，最终可分别获得理论品位为73.22%、79.44%，理论回收率为10.50%、77.74%的黑白钨精矿。

（4）受目的矿物白钨矿和黑钨矿的磁性制约，原矿中钨主要富集于非磁产品和480 mT磁性段产品中。选矿小型试验表明，采用“磁选-重选-浮选”选矿工艺流程，即预先磁选，进而分别通过重选获得黑钨精矿，浮选获得白钨精矿，可较好地回收原矿中的钨。