兩種含碳鉛鋅礦石預先除碳工藝對比研究

及亞娜,孫體昌,紀 軍

(1.北京科技大學土木與環境工程學院,北京100083;2.北京礦冶研究總院,北京 100044)

兩種含碳鉛鋅礦石預先除碳工藝對比研究

及亞娜1,孫體昌1,紀 軍2

(1.北京科技大學土木與環境工程學院,北京100083;2.北京礦冶研究總院,北京 100044)

對比四川和內蒙古兩個含碳鉛鋅礦石性質,對兩個礦石分別采取相同的預先除碳,然后分別浮選鉛、鋅的工藝流程。分析比較了采用預先除碳工藝對鉛、鋅選別的影響,結果表明,四川龍塘鉛鋅礦石中的碳主要以有機碳存在,而內蒙天寶山鉛鋅礦石中的碳主要以石墨的形式存在。采用相同的預先浮選除碳工藝,都可以消除碳對鉛、鋅浮選的影響,但龍塘礦石所得碳產品1可以合并到鋅精礦中,而天寶山礦石所得碳產品不能利用。

含碳鉛鋅礦;預先除碳工藝;浮選

Abstract:We compared the lead-zinc ores’properties from two places,Sichuan and Inner Mongolia. Predecarbonization was used to remove carbonaceous material in the two ores.And then the selective flotation for lead and zinc was adopted.We compared the effects coming from the process flow above.The results showed that the carbonaceous material in Sichuan Longtang ore was organic carbon and in Inner Mongolia Tianbaoshan was graphite.Using predecarbonization to the two ores could remove carbonaceous material.The carbon product 1 gained from Longtang ore could be mixed with zinc concentrate.But the carbon product 2 gained from Tianbaoshan ore could not be utilized at all.

Key words:carbonaceous lead-zinc ores;predecarbonization;flotation

如何消除含碳多金屬硫化礦石分離過程中碳的影響,一直是國內外選礦研究的難題之一。由于碳的可浮性好,會隨著鉛、鋅一起浮出,并且由于礦物之間致密共生、互相嵌鑲,有些鉛鋅礦石鉛鋅分離本身就存在一定的困難,再加上碳的干擾,會嚴重影響鉛鋅礦的選別效果,影響鉛、鋅精礦品位。

四川龍塘鉛鋅礦為一較典型的沉積-改造成因的層控型鉛鋅礦床,其中含有大量的藻層紋石、疊層石白云巖及含藻白云巖[1-2],大量菌藻存在是龍塘鉛鋅礦中碳的來源。該礦區礦石中的碳以有機碳形式存在。

內蒙古天寶山鉛鋅礦處于狼山-渣爾泰礦帶,此礦帶是我國北方重要的多金屬成礦帶。[3-5]該礦區賦礦圍巖是一套海相沉積巖,因為靜水深海沉積的缺氧還原環境,形成了高含量的碳質沉積。該礦區礦石中的碳主要以石墨形式存在。

以上兩個礦山都存在鉛鋅礦石中含碳的問題,由于碳的可浮性好,它的存在造成鉛、鋅選別指標差,經濟效益低。比較兩種礦石的礦石性質后,對兩個礦石中的碳分別進行了除碳處理,目的是比較不同性質的含碳鉛鋅礦石采取相同除碳工藝后,鉛、鋅選別指標的變化,以及比較分析鉛鋅礦石中所含的易浮碳對鉛、鋅浮選的影響。

1 礦石性質研究對比

四川龍塘含碳鉛鋅礦石(以下簡稱龍塘礦石)是硫化鉛鋅礦石,其中硫化物中的鉛占鉛總量的96.09%,硫化物中的鋅占鋅總量的96.19%。內蒙古天寶山含碳鉛鋅礦石(以下簡稱天寶山礦石)也是硫化鉛鋅礦石,其中,硫化物中的鉛占鉛總量的92.03%,硫化物中的鋅占鋅總量的98.74%。分別對兩種礦石進行了化學分析,結果見表1。由表1可看出,兩個礦石中有價金屬均為鉛、鋅,且都具有工業開采的價值。其中,龍塘鉛鋅礦中鉛、鋅品位分別為1.23%、8.78%;天寶山礦石鉛、鋅品位略低于龍塘石礦鉛鋅的品位,分別為1.12%、5.58%。兩種礦石中都含碳,且含碳量差別較大,龍塘礦石的含碳量達到11.26%,而天寶山礦石的含量只有4.30%。兩種礦石化學成分的另一個主要區別是硫的品位,龍塘礦石硫品位為4.68%,而天寶山礦石硫品位達為25.95%。

兩種礦石的礦物組成見表2。由表2可看出,雖然兩個礦石中都有碳,但碳的存在形式不同。龍塘礦石中總碳含有11.26%,有機碳在礦物組成中占1.17%,結合表1數據,可計算出有機碳占總碳量的10.39%;其他的碳主要含在白云石和方解石等脈石中,其中白云石中所含碳占總碳量的87.47%,方解石中所含碳占總碳量的3.56%,這部分碳基本不會影響鉛、鋅的浮選。天寶山礦石總碳含量為4.30%。石墨在礦物組成中占2.61%,占總碳量的60.70%,其他含碳的脈石主要為方解石,占總碳量的39.35%。由以上對比分析可見,天寶山礦石中易浮的碳含量要高于龍塘礦石中易浮的碳含量。因此,碳對天寶山礦石的影響要高于對龍塘礦石的影響。

表1 兩種礦石主要化學成分比較(%)

表2 兩種礦石中礦物組成比較(%)

為考察和比較不同礦石中碳與其他礦物的關系,進行了詳細的工藝礦物學研究。結果表明,龍塘礦石中的有機碳分布比較廣泛,中細粒有機碳常嵌生在脈石礦物中,有機碳多與閃鋅礦緊密共生,或沿粗粒閃鋅礦裂隙中嵌生,或呈微細粒沿閃鋅礦周邊嵌生,此外也有少量的有機碳以細粒-微細粒包裹的形式嵌生在閃鋅礦中。磨礦時,部分有機碳與閃鋅礦充分單體解離比較困難。天寶山礦石中,大多數石墨嵌布粒度比較細,多呈細小片狀嵌布在脈石礦物中,也有部分與閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦等金屬礦物緊密共生。少量結晶較差的石墨嵌布在閃鋅礦中或與閃鋅礦緊密共生,二者充分解離比較困難。

綜上所述,龍塘礦石和天寶山礦石中均含碳,但碳的形式、含量以及與脈石礦物結合程度均不相同。龍塘礦石含有機碳,而天寶山礦石中含石墨。有機碳占龍塘礦石中總碳的比例小于石墨占天寶山礦石中總碳的比例。龍塘礦石中的有機碳與鋅礦物結合緊密,而天寶山礦石中的石墨多與脈石結合緊密,也有相當部分與鉛、鋅礦物共生。

2 除碳工藝研究及對比

針對礦石性質以及礦石中碳嵌布特點,為避免礦石中的碳對后面的鉛、鋅選別造成影響,對兩種礦石進行了預先浮選除碳工藝小型試驗。在進行詳細條件試驗的基礎上,分別進行了閉路試驗,閉路實驗的原則流程以及產品的結果見圖1。

浮選閉路時,不同礦石的詳細流程有所不同。對龍塘礦石,除碳流程為一次粗選一次掃選四次精選的預選;鉛浮選為一次粗選一次掃選三次精選;鋅浮選為一次粗選兩次掃選三次精選。對天寶山礦石,除碳流程為一次粗選一次掃選一次精選;鉛浮選為一次粗選一次掃選三次精選;鋅浮選為一次粗選一次掃選三次精選。

由圖1A圖所列出的試驗結果可以看出,由于龍塘礦石中碳和鋅的緊密嵌生,碳產品1中鋅的含量高達46.25%,同時回收率也達到22.36%。可將碳產品1作為一個鋅精礦,但其中的鉛的品位為5.66%,不符合鋅精礦的質量要求。將它與除碳后鉛鋅順序浮選得到的鋅精礦混合作為總的鋅精礦,成為含鋅50.37%、回收率95.34%的合格鋅精礦,其中含鉛品位為1.94%,回收率為30.87%,這樣才能具有最優的工業生產價值,同時也可以消除碳對鉛鋅浮選的影響。除碳后,進行鉛鋅順序浮選,可以得到品位為71.76%、回收率為66.13%的鉛精礦,其中含鋅品位為6.50%、回收率為0.71%。

圖1 兩種礦石預先除碳原則流程及結果比較

由圖1B圖所示,對于天寶山礦石,采取預選除碳工藝消除了碳對鉛、鋅浮選的影響,得到合格的鉛、鋅精礦。其中,鉛精礦鉛品位達到64.08%、回收率71.09%,鋅品位為2.88%;鋅精礦鋅品位為50.55%、回收率88.35%,鉛品位為0.29%。

由于在兩種礦石中硫含量差異很大,在天寶山礦石中所含的硫比龍塘礦石中的硫高出4倍還多。因此,黃鐵礦對天寶山礦石在浮選過程中的影響,要遠高于龍塘礦石。天寶山礦石采用預先除碳工藝后,得到的碳產品2中,用肉眼就可見大量的黃鐵礦顆粒。最終的產品顯微鏡下觀察發現,該碳產品2中除了石墨外,金屬礦物主要為黃鐵礦,其礦物相對含量接近40%;其次為閃鋅礦、方鉛礦和磁黃鐵礦,脈石礦物主要為微細粒的云母和方解石。由于碳產品2中有大量的黃鐵礦存在,沒有成為鉛精礦或鋅精礦的可能。而龍塘礦石采用預除浮碳工藝后,碳產品1中除有機碳外,主要金屬礦物為閃鋅礦,其次是方鉛礦和少量的黃鐵礦,其他的脈石礦物很少。多數閃鋅礦以細粒單體或與有機碳組成細粒連生體的形式產出,碳產品1中鋅的品位能夠達到低級別鋅精礦的要求,同時也沒有黃鐵礦的干擾。因此,最終與除碳后鉛鋅順序浮選得到的鋅精礦混合,作為一個總的鋅精礦產出。

由以上兩個實際礦石試驗可以看出,由于碳的天然可浮性好,鉛鋅礦中如果有大量碳的存在,確實影響鉛、鋅的品位和回收率。采用預先除碳的流程,使天寶山礦石和龍塘礦石都達到了除碳的目的,消除了碳對鉛浮選影響,并得到合格鉛精礦以及鋅精礦。但如果應用預先除碳工藝,在實際操作過程中,碳是作為一種副產品還是精礦,要根據含碳鉛鋅礦石的性質以及碳與有價金屬礦物的嵌布特征,來最終確定對碳產品處理的問題。

預先浮碳在浮碳過程中,必定會有部分細粒、易浮的方鉛礦和閃鋅礦以及部分連生體進入到碳產品中。在對龍塘礦石進行預先除碳過程中,得到的碳產品中,鉛的品位達到5.66%,回收率高達23.03%,導致兩個鋅精礦混合后有30.87%的鉛損失在鋅精礦中,使得鉛精礦中鉛的回收率只有66.13%。天寶山礦石預先除碳所得的碳產品中,鉛品位1.50%、回收率4.64%;鋅品位2.51%、回收率1.8%,這會影響鉛鋅的回收率。因此,這種預先除碳工藝流程中,鉛、鋅的回收率會低于一般的鉛鋅分離工藝。通過以上試驗研究可以說明,預先除碳工藝在實際工程中是可以被采用的,但要根據含碳礦石的性質來確定最終的工藝流程。

3 結論

(1)兩種礦石中所含碳的存在狀態不同,龍塘礦石含1.17%的有機碳,占總碳量的10.39%;天寶山石礦含2.61%石墨,占總碳量的60.70%。同時,龍塘礦石中的有機碳與鋅礦物結合緊密,而天寶山礦石中的石墨多與脈石結合緊密。

(2)雖然兩種礦石中碳的含量和存在狀態不同,但采用浮選預先除碳工藝,都可以消除碳對鉛、鋅選別的影響。經過除碳后再鉛鋅順序浮選,兩種礦石都可以得到合格的鉛、鋅精礦。但由于礦石性質的差異,兩種礦石所得碳產品的處理方法不同,龍塘礦石所得碳產品1可以合并到鋅精礦中,而天寶山礦石所得碳產品2不能利用。

(4)在實際工業應用過程中,應根據含碳鉛鋅礦石的性質對碳產品進行處理。因為含碳鉛鋅礦在碳預處理工藝流程中,碳產品中會有部分鉛、鋅進入其中,所以鉛、鋅的回收率會低于不除碳直接進行鉛、鋅順序分離浮選工藝。

[1] 徐旃章,等.四川鹽邊龍塘鉛鋅礦資源調查與評價[M].成都:成都科技大學出版社,1993:123-145.

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The comparative study on two carbonaceous lead-zinc ores using pre-decarbonization

J I Yan-a1,SUN Ti-chang1,J I Jun2
(1.Civil&Environment Engineering School,University of Science and T echnology Beijing,Beijing 100083,China; 2.Beijing General Research Institute of M ining and Metallurgy,Beijing 100044,China)

TD952.2

B

1004-4051(2010)02-0100-04

2009-08-31

及亞娜(1981-),女,河北唐山人,北京科技大學礦物加工博士生。