基于工艺矿物学的某铅锌尾矿中资源综合回收可行性研究

赵瑜，谢贤，童雄

(昆明理工大学国土资源工程学院，省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，云南省金属尾矿资源二次利用工程研究中心，云南 昆明 650093)

据统计，各类金属矿山尾矿堆存量已达60～80亿t，且每年以约3亿t的速度增长[1-2]。随着尾矿堆存量的日益增加，尾矿堆存的问题日益突出，如：占用土地、污染环境、存在安全隐患等[3-4]。针对这些问题，很多研究者从尾矿堆存技术方面考虑，开发新的尾矿干堆工艺取代传统尾矿湿堆工艺，这在某种程度上的确可以解决部分尾矿堆存的问题，但却无法兼顾部分尾矿日益凸显的资源属性。矿产的资源属性与技术条件密切相关，随着研究不断的深入，一系列尾矿综合利用技术被开发，使得以前“毫无价值”的尾矿现在也能在某些场景中发挥价值。对尾矿的综合利用方法概括起来主要有：尾矿再选回收有价元素，充当部分建材原料，充填采空区，作为肥料、土壤改良剂，制备微晶体等[5]。目前，由于技术条件、政策环境和发展意识等方面的问题，我国的尾矿综合利用率只有10%，远远落后于国外的60% ～ 80%的水平[6]。如何回收利用这一部分资源成为一个重要课题[7]。

再选前，充分研究尾矿相关性质显得尤为关键。本文以某选厂堆存的铅锌老尾矿为研究对象，通过系统的工艺矿物学研究，弄清了该尾矿的元素组成、矿物组成以及主要可回收有价组分，并对主要矿物进行了粒度分布、解离度以及嵌布特性分析，为该尾矿的资源综合利用提供参考依据。

1 实 验

1.1 实验样品

本文研究对象为云南省某铅锌矿山选厂堆存的老尾矿，为保证该尾矿取样的代表性，取样550 kg，根据选矿试验及工艺矿物学研究用样样品制备方法，将全部样品自然晾干，并采用堆锥法混匀、均缩分后备样，并从样品中均匀缩分出尾矿试样20 kg，进行工艺矿物学研究，其余样品用于选矿实验研究。试样化学多元素分析结果见表1。

从表1中数据可知，尾矿中主要有价元素Pb、Zn、Ag的 品 位 分 别 为0.84%、3.67%和4.2 g/t，同时，尾矿中还含有一定量的锗，锗含量为3.05 g/t，其中的铅和锌具有一定的回收价值，可采取“重点收锌、兼顾收铅”的策略。

表1 尾矿化学多元素分析结果/%Table 1 Analysis results of multi-elemens of the tailings

1.2 研究方法与仪器

完成样品制备后，首先对试样进行化学成分分析，然后在此基础上以矿物定量解离分析系统（MLA）为主，结合X射线衍射测试（XRD）、X射线能谱分析（EDS）以及扫描电镜观察对该尾矿试样的矿物组成，主要矿物嵌布共生情况、解离度特征等进行详尽的工艺矿物学研究。

2 MLA工艺矿物学分析

矿物解离度分析仪（MLA）是工艺矿物学参数自动定量分析测试系统[8]。MLA 可分析的内容包括矿物丰度、样品元素分布、粒子和颗粒尺寸分布、矿物组合、解离度和嵌布关系等，是目前国内外最先进和快速的工艺矿物学研究设备[9]。

在本研究中，采用MLA对该尾矿试样的矿物组成，主要矿物的嵌布共生情况、解离度特征进行了分析。在试验中MLA共对矿样中的168624个矿物颗粒进行了分析和统计，分析条件为电压25 kv，电流40.0 μA，束斑6.5。

2.1 尾矿矿物组成

通过MLA分析与XRD物相分析相结合，得出该尾矿的矿物组成见表2。

由表2可知，尾矿试样共由19种矿物组成，以碳酸盐矿物为主，其次为金属硫化物、硫酸盐、金属氧化物、石英和硅酸盐矿物等，其中白云石和方解石的含量分别达到58.36%和23.05%，为选别过程中主要的脉石矿物，含铅矿物（3种）和含锌矿物（7种）为主要目的矿物。

表2 尾矿的矿物组成Table 2 Mineral composition of tailings

2.2 目的元素赋存状态

中铅和锌的赋存状态及分布结果见表3、4。

表3 铅的主要赋存状态Table 3 Main occurrence state of lead

表4 锌的主要赋存状态Table 4 Main occurrence state of zinc

由表3、4可知，含铅矿物主要有白铅矿、方铅矿及部分含铅锌褐铁矿，其中，方铅矿和白铅矿较易回收。含锌矿物主要有闪锌矿、菱锌矿和硅酸锌，三种矿物中的锌占总锌的95%以上，其中闪锌矿和菱锌矿是回收的主要对象。该尾矿中主要待回收的铅锌矿物既有氧化物矿物又有硫化物矿物，且氧化矿比例较高，其中铅矿物氧化矿占比高达83.67%，锌矿物氧化矿占比高达94.32%。

该尾矿中铅锌矿物大部分都为氧化矿，可能的原因是：（1）原矿在选别过程中通过浮选回收了易浮的硫化矿，尾矿中残留了少量硫化矿与大量氧化矿；（2）尾矿中残留的少量硫化矿物长期浸泡于成分复杂的尾矿库积水中发生氧化成为氧化矿，这进一步降低了尾矿中硫化矿物的比例。根据该尾矿中铅锌矿物存在状态及其比例，综合考虑各种回收工艺及药剂特点，对其铅锌回收工艺提出如下探索方向：优先浮选硫化矿、再硫化胺法浮选氧化矿。该尾矿中铅锌矿物有效回收的关键在于氧化矿部分的选别效果，因此在选矿试验中应对该部分进行着重探索。

2.3 目的矿物粒度分布及解离特性

（1）目的矿物粒度分布特征分析

通过MLA对各主要矿物的粒度分布特征进行分析和统计，得出主要目的矿物粒度特征分布曲线见图1，对数据进行整理得到铅锌元素的粒度分布情况见表5。

图1 主要目的矿物的正累积粒度曲线Fig.1 Positive accumulative particle size curve of main target minerals

表5 试样的粒度组成及分布率Table 5 Particle size and distribution of samples

由图1可看出，白铅矿和方铅矿粒度偏细，菱锌矿和硅锌矿的粒度分布比较均匀，而闪锌矿的粒度较粗。由表5可以看出，尾矿粒度较粗，各粒级区间的分布率基本随粒度的减小而减小，+75 μm粒级的累计分布率达到57.49 %，-38 μm粒级的累计分布率仅为25.76%。从铅锌元素分布来看，铅矿物在细粒级中产生了一定的富集现象，铅品位随着粒度减小而增大；铅主要分布在-28 μm的微细粒级中，-28 μm微细粒级中铅的分布率达50.81%，结合铅赋存状态分析，铅主要以白铅矿的形式存在，微细粒级中铅的回收难度较大，除选择适宜的药剂制度加强氧化铅矿物的回收外，还应加入分散剂强化分散消除矿泥对微细粒铅矿物浮选的影响；锌则主要分布在+75 μm的粗粒级中，+75 μm粒级中锌的分布率达51.35%，结合图2可知，粗粒级锌矿物中闪锌矿、菱锌矿、硅锌矿均占有一定比例，在因此，要提高锌的回收效果，需对这部分粗粒级含锌矿物进行再磨才能使提高这部分锌的回收率，但磨矿过程中应注意尽可能减少对铅矿物的过磨避免铅矿物的进一步过粉碎。

（2）目的矿物解离度特征分析

表6为几种主要的目的矿物的解离度，由解离度数据结合目的矿物粒度分布情况可知，铅矿物在分布粒级较细的情况下其及解离度仍然较低，说明铅的嵌布粒度很细，这可能成为铅品位提升的一个巨大障碍，且考虑到铅的品位较低，故在选别过程中不能盲目对精矿铅品位有太高的要求；几种目的矿物的单体解离度均较低，因此必须通过磨矿过程提高单体解离度，否则无法进行有效的分选。

表6 主要目的矿物解离度Table 6 Dissociation degree of main target minerals

2.4 目的矿物共生嵌布特性

（1）目的矿物的共生关系

共生关系分析结果表明，各主要矿物间的共生关系总体比较简单，主要目的矿物自由表面积比例总体均较高，铅锌矿物仅与白云石、方解石少量共生。这一特性说明该尾矿中目的矿物与脉石分开的较为彻底，有利于目的矿物与脉石的分离。

（2）目的矿物的嵌布特性

表7 目的矿物的共生关系表/%Table 7 Intergrown relation of the target minerals

毒砂 0.00 0.22 0.00 0.00 0.00白云石 7.41 7.80 4.27 3.81 5.87方解石 3.24 6.14 1.73 1.76 2.05重晶石 0.10 0.24 0.02 0.12 0.49硬石膏 1.08 0.78 0.51 0.25 0.28石英 0.09 0.00 0.00 0.08 0.20白云母 0.44 0.44 0.21 0.10 0.22锆石 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00自由表面积 81.58 77.85 81.86 85.40 79.18合计 100.00100.000100.0010 0.00100.00

白铅矿、闪锌矿、菱锌矿、硅锌矿的嵌布特征均较为简单，多与白云石、方解石、含锌角闪石和菱锌矿等连生，存在少量包裹于其他矿物的情况。方铅矿嵌布特征则呈现两种明显的特点：一种嵌布特征较为简单，存在少量包裹关系，粒度较粗；一种则以微细粒（多为纳米级）包裹形态，星点状包裹于白铅矿、闪锌矿中。目的矿物嵌布情况总体较为简单，与共生关系分析结果保持一致。这说明该尾矿可通过磨矿较容易地提高目的矿物单体解离度，建议磨矿过程中采用探索较短时间的磨矿。

3 结 论

（1）通过对该尾矿的多元素分析，发现其中的铅和锌品位较高，具有一定的回收价值。通过进一步的矿物组成分析发现，该尾矿样共含有19种矿物，碳酸盐矿物占据绝大部分，其次为金属硫化物、硫酸盐、金属氧化物、石英和硅酸盐矿物等；含铅矿物共3种，为白铅矿、方铅矿和含铅锌褐铁矿，其中，方铅矿和白铅矿中铅分布率较高，为主要回收对象；含锌矿物共7种，包括菱锌矿、闪锌矿、硅锌矿、锌铁尖晶石、锌尖晶石、含锌角闪石和含铅锌褐铁矿，其中闪锌矿、菱锌矿和硅酸锌三种矿物中的锌占总锌的95%以上，闪锌矿和菱锌矿为主要回收对象。

（2）XRD、MLA和扫描电镜的分析结果表明，各主要矿物间的共生关系总体比较简单，自由表面积比例总体均较高；尾矿整体粒度较粗，铅矿物粒级分布较细，在细粒级部分产生了一定的富集现象，锌矿物粒级分布较粗；各主要矿物的解离度水平整体较差，单体解离度均较低。

（3）该尾矿中主要待回收的铅锌矿物既有氧化矿又有硫化矿，建议采用先浮选硫化矿再浮选氧化矿的工艺流程。为加强细粒级铅矿物的回收需加入分散剂强化分散减小矿泥对铅浮选的影响，必要时需要进行脱泥作业；铅矿物嵌布粒度细，且尾矿铅品位，其的回收存在很大的困难，是该尾矿选别很难突破的一个瓶颈，应将铅的回收放在次要地位，主要考察锌的回收。