周鑫,王志明

(山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室,山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與綜合利用重點實驗室,山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

我國是一個礦業(yè)大國,主要礦產(chǎn)資源入選原礦品位低,決定了我國尾礦累積堆存數(shù)量巨大。大量尾礦的堆存,帶來了一系列問題,如安全隱患、環(huán)境污染、土地占用、高昂的運營成本等。目前我國多地已明確禁止新建尾礦庫,這使得大量礦山面臨尾礦無處可排的困境。為盡快實現(xiàn)礦產(chǎn)資源高效、清潔、綠色開發(fā),尾礦的規(guī)模利用亟待提速。金尾礦因其活性低,可塑性差,含雜質(zhì)等特征是較難利用的尾礦。目前金尾礦綜合利用主要是回收其中的有價元素[1-2]及有用礦物[3-4],制備建筑用砂[5]、燒結(jié)磚[6]、加氣混凝土砌塊[7]、橡膠填料[3]、微晶玻璃[8]等。

沂南銅井金礦位于沂沭斷裂帶(郯廬斷裂山東段)西側(cè)[9-10],為典型的矽卡巖型礦[11-12]。礦山尾礦大量排放,堆存量達(dá)80萬t,占地面積0.096km2。不僅會造成各類有價金屬的流失,而且對環(huán)境帶來極大危害[13-14],開發(fā)利用尾礦資源,綜合回收礦產(chǎn)資源,不僅提高企業(yè)礦山經(jīng)濟(jì)效益[15-16],同時為綠色礦山做出貢獻(xiàn)。

1 尾礦性質(zhì)研究

1.1 尾礦礦物組分

對銅井尾礦詳細(xì)進(jìn)行了X-衍射、砂光片、砂薄片、掃描電鏡及能譜分析等礦物工藝學(xué)研究[17-23],確定尾礦礦物成分近20種。非金屬礦物主要有石榴子石、方解石、白云石、石英、斜長石、鉀長石,含少部分或少量綠泥石、綠簾石、角閃石、輝石、菱鐵礦、硅灰石、螢石、榍石等,金屬礦物有黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、赤鐵礦等。礦物含量見表1,尾礦X射線衍射分析見圖1。

圖1 尾礦X射線衍射分析

表1 尾礦礦物含量

1.2 尾礦化學(xué)分析

從化學(xué)分析結(jié)果可以看出,銅井尾礦的主要元素是Si、Al、Ca、Fe,其次含少量的Mg、K、Na、Ti等(表2)。

表2 化學(xué)多項分析結(jié)果

2 試驗工藝研究

將取自銅井的尾礦經(jīng)晾曬混合縮分,制備成選礦試驗樣品[15-18]。通過尾礦物質(zhì)成分及化學(xué)分析測試研究,尾礦中可綜合回收的有用組分為磁鐵礦和石榴子石。

2.1 選鐵工藝試驗

2.1.1 磁場強度對比試驗

根據(jù)不同礦物性質(zhì)的差異,采用弱磁選鐵。為了最大限度回收磁鐵礦,試驗采用不同磁場強度對尾礦進(jìn)行對比試驗。試驗流程見圖2,試驗結(jié)果見表3。

表3 選鐵試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果對比綜合分析可知,采用磁場強度0.24T時,鐵精礦產(chǎn)率和回收率均達(dá)到最高,磁選效果較好,選擇該磁場強度為弱磁選鐵強度。

2.1.2 鐵精礦磨礦細(xì)度對比試驗

由于鐵精礦粒度較粗,單體解離度較低,為了最大可能回收高品位磁性鐵,必須提高磁性鐵的單體解離度,因此對鐵精礦進(jìn)行再磨再選。試驗流程見圖3,試驗結(jié)果見表4。

圖3 鐵精礦再磨再選試驗流程圖

表4 鐵精礦再磨再選試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果綜合分析,采用磨礦細(xì)度-0.043mm占99.00%,磁性鐵回收率可達(dá)92.78%,技術(shù)指標(biāo)較為理想,因此采用該細(xì)度作為再磨細(xì)度。

2.1.3 選鐵試驗最終工藝流程及技術(shù)指標(biāo)

試驗工藝見圖4,技術(shù)指標(biāo)見表5。

圖4 選鐵尾礦最終工藝流程圖

表5 鐵精礦技術(shù)指標(biāo)

2.2 石榴子石選礦工藝試驗

2.2.1 磁場強度對比試驗

試驗樣品為0.24T磁場強度下的選鐵尾礦1,強磁選石榴子石試驗,工藝流程見圖5,試驗結(jié)果見表6。

圖5 鐵尾礦強磁選石榴子石試驗流程圖

表6 鐵磁選試驗結(jié)果

試驗結(jié)果對比表明,磁場強度為1.2T時,石榴子石精礦的產(chǎn)率較高,且品位較高,因此選擇1.2T作為石榴石子磁選的磁場強度。

2.2.2 精礦重選提純試驗

試驗樣品采用1.2T的石榴子石精礦1,經(jīng)搖床重選試驗,工藝流程見圖6,試驗結(jié)果見表7。

圖6 石榴子石精礦搖床提純試驗流程圖

表7 石榴子石精礦搖床提純試驗結(jié)果

采用搖床對石榴子石精礦1進(jìn)行選別,得到的最終石榴子石精礦品位在75%～80%之間,回收率在85.44%～88.92%之間。

2.3.3 最終工藝流程及技術(shù)指標(biāo)

最終工藝流程見圖7,技術(shù)指標(biāo)見表8。

圖7 最終工藝流程圖

表8 銅井尾礦綜合回收試驗技術(shù)指標(biāo)

3 產(chǎn)品質(zhì)量檢查

最終鐵精礦的產(chǎn)品化學(xué)多項分析結(jié)果見表9,最終石榴子石精礦的巖礦分析結(jié)果見表10。

表9 鐵精礦化學(xué)多項分析結(jié)果

表10 石榴子石精礦巖礦分析結(jié)果

4 結(jié)論

(1)由于尾礦中有用組分含量低、粒度細(xì)、嵌布復(fù)雜,用傳統(tǒng)的選礦工藝和設(shè)備難以高效回收有用組分,尾礦中仍有10%以上的鐵和20%以上的石榴子石可綜合回收。進(jìn)行尾礦中鐵以及石榴子石的回收,可以補充山東省金尾礦共伴生資源綜合回收技術(shù)及工藝,為尾礦資源綜合開發(fā)利用提供技術(shù)支持。該尾礦采用弱磁選回收磁鐵礦,選鐵尾礦采用強磁選、搖床回收石榴子石選礦工藝流程。最終鐵精礦產(chǎn)率2.63%,全鐵含量為60.36%,回收率12.42%,磁性鐵含量55.48%,回收率81.61%;石榴子石精礦產(chǎn)率31.65%,含量為75%～80%,其回收率76.94%～70.61%。

(2)通過鐵的物相分析,鐵精礦全鐵含量難以提高到65%以上,回收率偏低。其主要原因是原礦中磁性礦含量較低,并含有部分赤鐵礦等金屬礦物,磁鐵礦嵌布粒度較細(xì),難以達(dá)到完全單體解離;且由于再磨粒度較細(xì),部分鐵礦物連生體及脈石礦物單體夾雜在磁性礦物中形成磁團(tuán)聚,貧化了精礦,導(dǎo)致磁鐵礦精礦含量較低,少部分微細(xì)粒磁鐵礦隨著沖洗水流入到尾礦中,致使回收率偏低。石榴子石精礦由于含有粗粒的含鐵非金屬礦物,導(dǎo)致其含量偏低,微細(xì)粒石榴子石礦物在搖床提純時進(jìn)入尾礦,導(dǎo)致其回收率偏低。

(3)鐵應(yīng)用廣泛,是人類生產(chǎn)生活重要的金屬元素。石榴子石可作為天然研磨原料;石油鉆井泥漿加重劑;橡膠、油漆、涂料填料;水凈化過濾劑;地磚等產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于光學(xué)工業(yè)、電子工業(yè)、機械儀器儀表工業(yè)、印刷工業(yè)、船舶工業(yè)、建筑業(yè)等產(chǎn)業(yè)。推薦的試驗工藝有效回收了磁鐵礦和石榴子石,可達(dá)到綜合回收利用價值,為礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供理論依據(jù),具有持續(xù)發(fā)展的重要意義。