赞比亚某难浸氧化铜矿石工艺矿物学研究

2021-03-17于保强孙春宝

金属矿山 2021年2期

于保强孙春宝寇珏

（北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083）

赞比亚铜矿带是世界重要的铜矿成矿带之一，铜储量约占世界总量的15%［1-5］。该铜矿带深部铜矿资源主要是黄铜矿和斑铜矿并伴生有辉铜矿，但其地表浅部仍赋存有大量的氧化铜矿资源，这些氧化铜矿平均铜金属品位较高，且容易开采，但风化严重，含泥量大，结合氧化铜含量高，铜的赋存状态复杂，采用常规浮选或浸出的方法很难达到理想的指标［6-7］。对于该典型难浸氧化铜矿，目前当地主要采取电加热的方式进行浸出，这对于电力资源匮乏、电力价格较高的非洲地区而言会造成生产成本的增加［8］。为了充分了解该类矿石的性质，并为现场工艺优化和节能降耗提供基础资料，本文对该难浸氧化铜矿进行了详细的工艺矿物学研究。

1 矿石物质组成

1.1 原矿化学元素分析

赞比亚某氧化铜矿原矿化学元素分析结果见表1。

由表1可以看出，原矿主要有价金属元素为铜，其品位为1.65%。此外，原矿中铝和硅的含量较高，说明该氧化矿中含有大量的铝硅酸盐矿物以及石英。

1.2 原矿矿物组成

通过工艺矿物学分析仪BPMA对原矿主要矿物组成进行分析，其中典型的原矿BPMA灰度图及分相图如图1所示，通过对多个扫描面上的矿物颗粒进行自动鉴别、统计和计算可得到原矿主要矿物组成如表2所示。

从表2可以看出，矿石主要由金云母、石英、长石、绢云母以及黑云母组成，其含量分别占原矿的25.99%、21.28%、13.83%、10.90%以及5.97%。此外，原矿中还含有少量的黏土类矿物。原矿中的主要含铜矿物有黄铜矿、孔雀石、硅孔雀石、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿、铜蓝以及黑铜矿，但其含量相对较低。

1.3 原矿铜赋存状态分析

根据原矿BPMA分析确定的矿物组成和各矿物中铜的理论含量可以得出铜在原矿中主要含铜矿物的分布率如表3所示（云母中铜的含量是通过对原矿中的云母进行分离提纯后进行化学分析测得的平均铜品位）。

从表3可以看出：原矿中的铜主要分布在云母矿物中，分布率为68.63%；此外，铜还分布在孔雀石、硅孔雀石、赤铜矿中，其分布率分别为7.66%、4.51%、1.61%；铜在硫化矿如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、铜蓝中的分布率分别为4.81%、3.87%、1.53%、1.22%。该结果说明原矿中结合氧化铜含量较高，属于难浸氧化铜矿。

2 矿石结构和构造

2.1 矿石结构

（1）粒状结构。矿石中石英、长石主要以半自形或他形粒状结构分布，而孔雀石、黄铜矿、辉铜矿以及斑铜矿主要为他形粒状结构。

（2）片状结构。矿石中金云母、绢云母、黑云母等矿物主要以片状结构产出，且大多为半自形或他形片状，偶见六方片状结构。

（3）交代结构。矿石中可见硅孔雀石沿石英和云母的边缘或裂隙进行交代，这些硅孔雀石相互连接成网状，而未连接的部分则形成交代边。

（4）交错结构。矿石中可见少量黄铜矿与辉铜矿以交错结构相互存在，交界处多为不规则曲线，此时黄铜矿和辉铜矿主要为树枝状或他形粒状结构。

2.2 矿石构造

（1）块状构造。矿石中的块状构造多见于石英、长石和云母构成的致密集合体。

（2）浸染状构造。矿石中的硫化矿物如辉铜矿、黄铜矿以及铜蓝多以星点状嵌布在石英或云母矿物颗粒中，颗粒相对较小，且无定向排列。

（3）条带状构造。矿石中可见少量赤铜矿集合体呈条带状，与云母矿物相间排列，形成条带状构造。

（4）土状构造。矿石中绿泥石、高岭石、赤铁矿多以土状集合体的形式存在，硬度偏软，易泥化。

3 主要含铜矿物嵌布特征

3.1 黄铜矿

图2为黄铜矿光学显微图。黄铜矿主要以不规则粒状产出，且颗粒较小。黄铜矿主要以星点状或稀散浸染状分布于脉石中或颗粒边缘，部分见于裂隙中。图中显示黄铜矿被黑云母或石英包裹，该情形较为常见。

3.2 辉铜矿

图3为辉铜矿光学显微图。辉铜矿与黄铜矿关系密切，常与黄铜矿在其边缘和裂隙处进行交代。辉铜矿主要呈它形不规则粒状或条带状结构产出，其粒径差异较大，主要介于0.005～0.200 mm之间。此外，辉铜矿主要以星点状或稀散浸染状嵌布于石英或云母中。

3.3 铜蓝

图4为铜蓝光学显微图。铜蓝主要呈靛蓝色、深蓝色-白色微蓝，不透明状，颗粒大小不均匀，其粒径主要介于0.005～0.100 mm之间。铜蓝主要以星点状或稀散浸染状的形式嵌布于脉石矿物石英或云母中。

3.4 孔雀石

图5为孔雀石光学显微图。孔雀石主要分布于石英空隙或沿石英裂隙发育，部分交代云母。孔雀石为无定型结构，其颗粒大小不均匀，主要介于0.005～0.500 mm之间，偶见大颗粒粒径约2 mm。

3.5 硅孔雀石

图6为硅孔雀石扫描电镜图。硅孔雀石通常与石英和云母进行交代，并多与石英结合。硅孔雀石主要呈隐晶质或胶状结合体结构，形状不规则，其粒径差异较大，主要介于0.005～0.200 mm之间，部分颗粒小于0.005 mm。

3.6 含铜云母

云母是原矿中普遍存在的一种矿物，其颗粒形状主要为短柱状、板状或片状结构，通常与石英混杂交结在一起，偶见云母被赤铜矿沿其缝隙处交代。图7的能谱分析结果表明云母中含有一定量的铜。该种含铜的云母在原矿中含量较多，构成了原矿中一种重要的含铜矿物。

4 主要矿物解离度

采用BPMA对原矿磨矿细度为-0.074 mm占80%的产品进行解离度分析，结果见表4。表中连生度为0表示矿物完全单体解离，连生度10%表示连生颗粒中目的矿物占90%，余此类推。若以连生度0～10%来衡量矿物解离度，则原矿中主要矿物金云母、石英、绢云母以及黑云母的解离度分别为94.59%、84.78%、86.61%、92.7%，相对较高。孔雀石、硅孔雀石、黄铜矿、斑铜矿的解离度分别为59.37%、51.62%、70.37%、65.01%，相对较低，而辉铜矿和铜蓝的解离度最低。

5 原矿工艺优化影响因素分析

根据原矿中铜赋存状态结果可以看出，原矿中的铜主要赋存在云母矿物中，该含铜云母属于一种难浸的结合氧化铜矿物，其在原矿中含量较高，因此当地采用的加温浸出措施主要是促进了云母中铜的浸出。对于孔雀石和硅孔雀石而言，其在室温条件浸出率就很高，加温对其影响较小。对于硫化铜矿如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿以及铜蓝而言，即使加温其浸出率也很低，因此加温对其影响也很小。综合分析得出，原矿中的含铜云母是现场采取加温浸出工艺且造成生产成本增加的重要因素，因此必须有针对性地采取含铜云母浸出强化措施才能实现对当地氧化铜矿资源的经济高效利用。由于云母具有层状结构，因此可以考虑采用有机阳离子插层技术促进含铜云母膨胀，从而有利于浸出剂与云母内部铜离子的接触；或采用超声波预处理技术对含铜云母进行剥离，以增大浸出剂与含铜云母的接触面积，进而提高铜的浸出率并降低反应温度，降低能耗。