湖北某金铜选厂尾矿工艺矿物学研究

王 芳， 朱 丹， 鲁 力， 魏均启， 潘诗洋

(1.湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034； 2.自然资源部 稀土稀有稀散矿产重点实验室,湖北 武汉 430034)

随着矿产资源开发品位不断降低,金属矿山产生大量的尾矿,不但危害周围生态环境,而且对资源造成极大浪费[1-3]。尾矿的综合利用已纳入中国循环经济发展体系[4-5]。选择部分尾矿资源进行综合开发利用,充分利用矿产资源,对促进资源枯竭型城市循环经济、延长危机矿山服务年限及保护生态环境都具有十分重要的意义[6]。在综合开发利用尾矿之前,需要弄清尾矿的物质组成、化学成分、粒度及分布状态等问题[5,7],才能更好的开发利用尾矿。本文以湖北某金铜选厂尾矿为研究对象,研究其工艺矿物学特征,对以后此尾矿的综合开发利用具有重要指导意义。

1 尾矿的化学成分

对选厂尾矿进行多元素化学分析,在湖北省地质实验测试中心化学分析室完成,采用的分析仪器为X射线荧光光谱仪、等离子体发散光谱仪及电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),分析精度高。分析结果见表1。

表1 尾矿化学多元素分析结果Table 1 The chemical analysis results of multi-elements of tailings

由表1可以看出,尾矿中主要化学成分为SiO2和CaO,少量Al2O3、MgO 、TFe等；元素Au、Cu、S含量较低,Au仅为0.22μg/g,Cu为0.078%,S为0.75%。而Fe相对较高,TFe达到12%左右,Pb、Co、Ni、Cr、Mo、Cd、As、Hg等有害元素含量较低。

2 尾矿物质组成

2.1 矿物组成及含量

对尾矿进行筛分,每个粒级分别磨制砂光片和砂薄片进行岩矿鉴定,偏光显微镜采用Lecia DM2500P,通过砂光片和砂薄片偏光显微镜鉴定结合X射线衍射分析(图1),表明尾矿中矿物组成矿物种类较多,金属矿物以黄铜矿、黄铁矿及磁铁矿为主,含微量斑铜矿、铜蓝及赤铁矿等。脉石矿物以方解石为主,其次有石英、长石、绿帘石、白云母等(图2-a)。主要矿物及含量见表2。

图1 尾矿的XRD图谱
Fig.1 X-ray powder diffraction patterns of tailings

1.尾矿；2.方解石；3.石英；4.赤铁矿、褐铁矿；5.钠长石；6.白云母；7.高岭石；8.微斜长石；9.绿帘石。

表2 尾矿中矿物组成及含量Table 2 The analysis results of the mineral content for tailings

2.2 尾矿中主要矿物特征

(1) 铜矿物。铜矿物种类较多,有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿及铜蓝等,但含量较少。黄铜矿呈半自形—他形粒状,少数呈单体,大部分与脉石(图2-b)连生,少数与其他铜矿物镶嵌连生(图2-c)或呈包裹关系(图2-d)。斑铜矿呈他形粒状,少数呈单体,多与黄铜矿或脉石连生。辉铜矿、铜蓝含量甚少,主要被黄铜矿包裹。

(2) 黄铁矿。含量约为1%左右,浅黄色反射色,呈半自形—他形粒状,很少呈单体,多与脉石矿物镶嵌接触连生(图2-e)。

(3) 磁铁矿。含量达8%左右,呈半自形—他形粒状,有的已氧化为褐铁矿或赤铁矿,多数呈单体,少数与脉石简单接触连生或在脉石中呈浸染分布(图2-f)。

(4) 方解石。为最主要脉石矿物,含量约为60%左右,呈半自形—他形粒状,主要呈单体,有的与金属矿物连生,呈简单接触或之中有金属矿物浸染状分布。

(5) 石英。主要脉石矿物之一,含量约为15%,呈他形粒状,或粒状集合体,大部分为单体,少数与金属矿物镶嵌连生或包裹细小金属矿物颗粒。

3 铁、铜、硫、金及银在尾矿各粒级中的分布

对尾矿样品进行粒度分级后,对各个粒级中的Fe、Cu、S、Au、Ag进行化学分析,并计算出上述元素的分布率,结果列于表3。

图2 尾矿的显微照片
Fig.2 The photomicrographs of tailings

a.尾矿中主要脉石矿物；b.黄铜矿与脉石矿物连生；c.黄铜矿与斑铜矿连生；d.黄铜矿中包含铜蓝；e.黄铁矿与脉石矿物连生；f.磁铁矿与脉石矿物连生。

由表3知,尾矿中TFe含量随着粒度减小而增加,TFe含量与粒度呈负相关；尾矿中Cu、 Au含量也与粒度有关,除>0.25 mm区间外,Au、Cu含量随着粒度减小而减少,呈正相关。S和Ag量与粒度没有相关性；尾矿中TFe、Cu、Au、Ag等有用元素主要分布于<0.045 mm区间中；而>0.25 mm区间的样品中金属元素含量较少。

表3 TFe 、Cu、S、Au、Ag在尾矿各粒级中的品位及分布率Table 3 The distribution of TFe 、Cu、S、Au、Ag in different granularrank of the tailings

4 不同粒级金属矿物单体解离度分析

对不同粒级的尾矿样品磨制砂光片在偏光显微镜下进行金属矿物单体解离度统计分析,金属矿物单体解离度分析结果见表4。

由表4知,尾矿中金属矿物单体解离度,在>0.25 mm中单体解离度较差,未发现黄铜矿、黄铁矿及磁铁矿单体。在0.25～0.045 mm中黄铜矿、黄铁矿及磁铁矿的单体解离度总体上随粒径减少而增大,但因黄铜矿、黄铁矿含量较低,单体解离度变化不大。不同粒级脉石矿物的单体解离度变化不大,均在95%以上。由于<0.045 mm,粒度较细,镜下无法统计。

5 结论

(1) 选厂尾矿中SiO2和CaO的含量较高,金属元素Fe的含量相对较高,Pb、Co、Ni、Cr、Mo、Cd、As、Hg等有害元素含量低。

表4 不同粒级主要金属矿物单体解离度Table 4 The liberation degree of main mineral in the different granular of tailings

(2) 尾矿中脉石矿物以方解石为主,其次有石英、长石等,金属矿物以磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿为主,其次有少量的斑铜矿、赤铁矿等。

(3) 尾矿粒度分布较细,<0.045 mm占50%左右,且金属元素含量与粒度具有相关性,且金属元素主要分布于粒度<0.045 mm区间内。

(4) 从不同粒级单体解离度看,黄铜矿、黄铁矿单体解离度变化不大,而磁铁矿单体解离度随着粒径减少而增大,但脉石矿物的解离度变化不大。

综合以上研究,尾矿中金属矿物含量低,粒度细,单体解离度低,回收难度较大,但脉石矿物中方解石含量多,且有害元素含量低,可以考虑用于酸性、微酸性土壤改良。