謝海云， 柳彥昊， 紀翠翠*， 晉艷玲， 張培， 田小松， 劉榕鑫

(1.昆明理工大學國土資源工程學院， 云南 昆明 650093；2.云南銅業(yè)礦山研究院， 云南 昆明 650093)

目前，隨著原礦處理方法的進步和新型測試技術在礦物工藝領域的應用，工藝礦物學研究已成為地質(zhì)、選礦、冶煉等行業(yè)技術進步的重要依托[1]，在產(chǎn)品質(zhì)量分析、礦物材料等方面有著難以替代的作用。在選礦方面，工藝礦物學主要研究礦石的物質(zhì)成分、礦石的礦物組成、礦石的結構構造及其物理、化學性質(zhì)和礦物在選礦過程的行為，為詮釋選礦機理、制定選礦工藝方案和實現(xiàn)選礦過程優(yōu)化提供礦物學依據(jù)[2-3]。近年來，隨著巖礦分析測試技術的進步，X射線衍射[4]、光學顯微鏡掃描電鏡礦物定量評價(QEMSCAN)[5-6]和礦物解離度自動分析(MLA)[7-10]等設備的陸續(xù)應用，使得國內(nèi)外在礦物工藝領域的研究均有較大突破。國外對工藝礦物學的研究側(cè)重于礦物及成礦過程。例如，Daley等[11]研究了過氧化鋅到氧化鋅的分解過程；Isabel等[12]通過工藝礦物學技術模擬樣品之間的作用。中國的研究側(cè)重于實際應用，如對銅鉛鋅硫化礦的礦物嵌布特性分析[13]、隱晶質(zhì)巖石的分析鑒定[14]等，為巖礦結構分析及選礦流程的改進等提供了重要依據(jù)，進一步促進了選礦技術和礦產(chǎn)資源利用的改進與提高。

云南迪慶藏族自治州是全國十大礦產(chǎn)資源富集區(qū)之一，其中銅、鎢、鉬、鉛、鋅是該地區(qū)的優(yōu)勢礦種，已探明銅金屬儲量600多萬噸，鉛鋅金屬儲量約300萬噸。在礦床中銅、鉛、鋅、鐵的硫化礦通常以共生或伴生的形式產(chǎn)出，導致各礦物之間緊密連生或者相互包裹[15-17]，在浮選分離過程中存在分離效率低、精礦品位和回收率低、彼此混雜往往產(chǎn)出混合精礦等問題[18-20]，而導致產(chǎn)生這些問題的一個重要原因是傳統(tǒng)工藝礦物學手段對礦石的原礦性質(zhì)研究不充分，未能對選礦工藝改進與指標提升發(fā)揮指導作用[21]。

本文針對云南迪慶礦業(yè)產(chǎn)出的難分離銅鉛鋅混合精礦進行工藝礦物學研究，利用光譜半定量分析、物相分析、X射線衍射分析和MLA分析等檢測方法，對混合精礦中的主要金屬礦物、解離度以及嵌布特征進行分析，目的是為該類混合精礦提供工藝礦物學分析數(shù)據(jù)，以期為類似銅鉛鋅硫化礦的高效分離和富集提供一種研究思路。

1 實驗部分

1.1 樣品來源

研究所用銅鉛鋅混合精礦樣品取自云南迪慶礦業(yè)一選廠，樣品共計100kg。對礦樣室溫陰干，混勻后取樣進行分析。

1.2 樣品測試方法

采用X射線熒光光譜儀(α-6000型，美國Innov-X系統(tǒng)公司)對礦樣的化學成分進行分析，確定礦樣中主要元素組成及含量。采用X射線衍射儀(DX-2700型，丹東浩元儀器有限公司)對礦樣的主要礦物組成進行分析。采用原子吸收光譜儀(AA-1800E型，美析儀器有限公司)對礦樣的主要礦物含量進行測定，確定礦樣中有價金屬礦物中的難選氧化礦存在比例。

礦物解離度自動分析 (MLA，Mineral Liberation Analyser)與傳統(tǒng)鏡下鑒定統(tǒng)計相比，具有自動化程度高、快速呈現(xiàn)數(shù)據(jù)和測量精準等特點[22-24]，現(xiàn)已廣泛應用于選礦流程監(jiān)控和工藝礦物學分析等領域。本研究工作所采用的MLA 系統(tǒng)是由一臺Quanta600環(huán)境掃描電子顯微鏡、一臺EDAXGENESIS 能譜儀和工藝礦物學自動測試軟件構成，通過背射電子圖像和圖像分析技術進行處理和計算，可確定主要礦物解離度特征，為該礦的高效選別提供重要參考[25-27]。

2 結果與討論

2.1 化學成分分析結果

對混合精礦礦樣進行化學成分分析，分析結果如表1所示。根據(jù)化學分析結果，該混合精礦中主要有價金屬為Cu、Pb、Zn和Ag，有害金屬As含量為0.24%，低于相關精礦國家標準(銅精礦，YS/T 318—1997；鉛精礦，YS/T 319—2013；鋅精礦，YS/T 320—2007)對有害元素的要求。銅、鉛、鋅三種有價金屬共存，為提高其經(jīng)濟效益，需通過選礦的工藝將有價金屬礦物分離。

表1 混合精礦樣品化學成分分析結果

2.2 礦物組成分析結果

在化學組分分析的基礎上，為進一步查明有價金屬銅、鉛和鋅在混合精礦中的礦物組成，對銅鉛鋅混合精礦進行了X射線衍射分析。分析結果(圖1和表2)表明，混合精礦中主要金屬礦物主要為黃銅礦(34.33%)、方鉛礦(18.22%)、閃鋅礦(11.01%)和黃鐵礦(17.91%)。脈石礦物主要為石英、白云石、方解石和高嶺石。在混合精礦中，有用礦物相互混雜，難以作為合格精礦銷售或冶煉，需要后續(xù)進一步選礦分離[28]。

表2 混合精礦主要礦物組成

圖1 混合精礦的X射線衍射分析圖譜Fig.1 X-ray diffraction analysis diagram of mixed concentrates

2.3 物相組成分析結果

該礦樣中主要有價元素為Cu、Pb和Zn，Ag為綜合回收的貴金屬。為了進一步明確各有價元素賦存的物相種類、含量和分布率，對礦樣中Cu、Pb及Zn進行物相分析，分析結果見表3。

表3 混合精礦中銅、鉛、鋅物相分析

根據(jù)混合精礦的銅、鉛、鋅物相分析表明，銅礦物主要為硫化銅(占98.75%)，氧化銅含量少(占1.25%)；鉛礦物中的硫化鉛(方鉛礦)占62.40%，鉛的氧化率較高，為36.52%(其中鉛礬17.92%，白鉛礦18.60%);鋅礦物主要為硫化鋅(占93.67%)，其次是氧化鋅占5.28%。

由表3中可知，該精礦屬于銅鉛鋅硫化混合精礦，其中含少量的氧化鉛礦物，目前對這類混合精礦直接冶煉存在設備和工藝等方面的困難，往往需要采用選礦工藝進一步分離產(chǎn)出單一的銅精礦、鉛精礦和鋅精礦。

2.4 粒度分析結果

對混合精礦取樣后進行篩析，得到各粒級物料后，逐一進行稱重和化學分析。混合精礦的各粒級分布，銅、鉛、鋅品位及金屬分布率如表4所示。

表4 混合精礦粒度分布分析結果

由表4中結果可見，混合精礦的粒級組成微細，其中粒度在0.038mm至0.019mm占多數(shù)，為90.48%。Cu金屬集中分布在0.038mm至0.023mm的粒度中，其中在0.023mm粒度以上Cu的品位較高。Pb和Zn在粒度0.038mm以上的品位較低，在0.038mm以下的粒級中品位較高。Pb在0.038mm至0.019mm的粒度中金屬分布率為96.40%，Zn的金屬分布率為95.32%，說明該礦樣為細粒銅鉛鋅混合精礦。后續(xù)進一步采用解離度分析(MLA)考察Cu、Pb和Zn礦物的嵌布及解離特性。

2.5 單體解離度分析結果

黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等硫化礦常常伴隨共生[16-17]，采用傳統(tǒng)的顯微鏡來測定其嵌布粒度以及單體解離度耗時且精準度低。MLA能夠利用背散射電子圖像來區(qū)分不同物相，因此其對礦物進行區(qū)分并采集相關信息要相對快速、簡單。為準確測定銅鉛鋅硫化礦中黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等主要礦物的解離度及其嵌布特征，為選別流程的改進提供理論數(shù)據(jù)，本部分研究中應用背散射電子圖像來區(qū)別不同物質(zhì)，結合MLA自動處理功能對混合精礦中的不同礦物顆粒進行鑒定，并且根據(jù)采集礦物信息進行分析和統(tǒng)計，以確定各目的礦物的解離水平。黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦解離度特征如表5所示，偏光顯微鏡分析結果如圖2和圖3所示。

表5 黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦的解離度特征

在完全解離的顆粒中，黃銅礦粒度大于方鉛礦和閃鋅礦顆粒(圖2a)。黃銅礦、黃鐵礦和閃鋅礦均為他形粒狀結構。黃銅礦多為單體解離顆粒，主要構造為角礫狀構造和塊狀構造，其次為條帶狀構造。部分黃銅礦主要與閃鋅礦、透明礦物連生，少數(shù)與黃鐵礦連生，部分細粒黃銅礦、乳濁狀黃銅礦包裹于閃鋅礦中(圖3a)；方鉛礦顆粒嵌布粒度細小，多為單體解離顆粒，粒度較其他礦物細，僅少數(shù)與黃銅礦、閃鋅礦連生(圖3b)。閃鋅礦嵌布粒度極細，多與黃銅礦連生，部分閃鋅礦顆粒中黃銅礦呈乳濁狀包裹于其中(圖2b)。充分說明在當前磨礦條件下有價金屬礦物未達到完全解離。

a—有價金屬顆粒解離度特征； b—閃鋅礦嵌布粒度特征。圖2 混合精礦偏光顯微鏡分析(放大160倍)Fig.2 Polarizing microscope analysis of mixed concentrate (160 times magnification)

a—黃銅礦嵌布粒度特征； b—方鉛礦嵌布粒度特征。圖3 混合精礦偏光顯微鏡分析(放大400倍)Fig.3 Polarizing microscope analysis of mixed concentrate (400 times magnification)

2.6 混合精礦理論分離效率探究

云南迪慶地區(qū)具有大量金屬硫化礦，但由于礦石性質(zhì)及嵌布特性復雜，導致浮選產(chǎn)出的銅鉛鋅金屬在精礦中彼此混雜，難以分離。本部分基于對該地區(qū)選廠產(chǎn)出的混合精礦進行工藝礦物學研究，根據(jù)黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦的解離度特征和嵌布特性，對有價金屬Cu、Pb和Zn的理論選礦分離效率進行計算預測，以期為銅鉛鋅混合精礦的選礦分離提供一定的指導。

黃銅礦中完全解離的顆粒(69.28%)按90%分離效率實現(xiàn)完全分離回收，75%～100%解離的顆粒(12.72%)按80%分離效率實現(xiàn)部分分離回收，賦存于黃銅礦中的Cu占98.75%。銅的理論選礦分離效率為：98.75%×(69.28%×90%+12.72%×80%)=71.63%。

方鉛礦中完全解離的顆粒(70.56%)按90%分離效率實現(xiàn)完全分離回收，75%～100%解離的顆粒(10.18%)按80%分離效率實現(xiàn)部分分離回收，賦存于方鉛礦中的Pb占62.40%，賦存于白鉛礦中的Pb占18.60%，可通過硫化浮選[29-30]的方式對白鉛礦和鉛礬中的Pb進行部分分離回收，分離回收效率按50%計算。鉛的理論選礦分離效率為：62.40%×(70.56%×90%+10.18%×80%)+(18.60%+17.92%)×50%=62.97%。

閃鋅礦中完全解離的顆粒(70.34%)按90%分離效率實現(xiàn)完全分離回收，75%～100%解離的顆粒(17.91%)按80%分離效率實現(xiàn)部分分離回收，賦存于閃鋅礦中的Zn占93.67%。鋅的理論選礦分離效率為：93.67%×(70.34%×90%+17.91%×80%)=72.72%。

理論分離效率與各金屬的回收率有密切聯(lián)系，通過計算，得出銅、鉛和鋅的理論選礦分離效率依次為71.63%、62.97%和72.72%，表明銅精礦、鉛精礦和鋅精礦的回收率均偏低，對該混合精礦直接分選必然存在精礦中各金屬互含和有價金屬損失的問題?？梢?，若要進一步提高銅、鉛、鋅的選礦回收率，必須進一步采取措施提高磨礦細度。

3 結論

本文采用化學分析、X射線衍射法和礦物解離度分析(MLA)等多種檢測方法對云南迪慶地區(qū)難分離銅鉛鋅混合精礦進行分析。結果表明，該混合精礦中主要有價金屬礦物為黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦；細度在0.038mm以下的顆粒占94.43%，目的金屬礦物的單體解離度中等偏低。其中，黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦的單體解離度分別為69.28%、70.56%和70.34%。通過初步預測，該混合精礦中銅、鉛和鋅的理論選礦分離效率依次為71.63%、62.97%和72.72%。

MLA解離度分析結果表明，該混合精礦中主要有價礦物黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦的嵌布粒度細，有價礦物相互之間，及其與黃鐵礦和少量脈石之間存在較多相互連生或包裹現(xiàn)象，造成目的礦物解離度整體不高，導致產(chǎn)出的精礦中Cu、Pb、Zn互含嚴重，浮選分離效率低。因此，需進一步采取措施提高磨礦細度以使各金屬礦物充分解離。