淺談矽卡巖銅礦床特征及其難選礦石浮選技術

徐 濤

(中國銅業有限公司，北京 100082)

淺談矽卡巖銅礦床特征及其難選礦石浮選技術

徐 濤

(中國銅業有限公司，北京 100082)

本文重點闡述了矽卡巖銅礦礦床成因和礦床特征、難選矽卡巖銅礦的工藝礦物學特點和難選矽卡巖銅礦的浮選技術。指出應加強研究礦床學理論與選礦學理論的內在聯系，尤其是將礦床物理化學特征與浮選理論相結合，對于浮選工藝流程制定具有重要的宏觀指導意義。矽卡巖銅礦床相比其他銅礦床類型而言，礦體連續性差，礦物組成成分復雜，雜質元素較多，脈石礦物對于浮選的影響較大，且有中細粒嵌布結構，總體上相對難選一些。針對難選矽卡巖銅礦，浮選研究中應重點考慮磨礦流程的制定、銅硫分離、銅與易浮脈石分離等問題。

矽卡巖銅礦床；礦床特征；磨礦；銅硫分離；易浮脈石

我國矽卡巖礦床成礦地質條件復雜，類型和礦種比較齊全。現已探明的矽卡巖礦床礦產儲量在金屬礦床中占有重要位置[1]。其中，矽卡巖銅礦查明資源儲量占銅礦總儲量的22.3%[2]，在所有種類銅礦中僅次于斑巖型銅礦，并且以富礦為主，共伴生鐵、鉛、鋅、鎢、鉬、錫、金、銀以及稀散元素等，頗有綜合利用價值，是我國銅礦物原料重要來源之一。因此，集中研究開發矽卡巖銅礦，尤其是難選矽卡巖銅礦的選礦技術是很有意義的。然而，對于選礦研究工作者而言，不能局限于僅從選礦學角度研究，也應對矽卡巖銅礦礦床成因、礦床特征、成礦規律等相關礦床學理論有所了解，甚至熟悉掌握，以增加對礦石性質的宏觀、系統的認識，尤其是將礦床物理化學特征與選礦理論相結合，對于選礦工藝流程的制定具有重要的宏觀指導意義，可使研究少走彎路，礦石分選效果朝著更為合理、有利的方向邁進。

1 矽卡巖礦床學理論對于選礦的指導

了解矽卡巖銅礦床的成因與特征，目的是為了尋找礦床學與選礦學的內在聯系，從宏觀角度為選礦工藝的制定提供理論依據。當然，這里只關心與選礦密切相關的礦床學理論。

1.1 矽卡巖礦床成因

矽卡巖礦床(又名接觸交代礦床)主要是在中酸性-中基性侵入巖類與碳酸鹽類巖石(或其它鈣鎂質巖石)的接觸帶上或其附近，由于含礦氣水溶液進行交代作用而形成的。礦床一般都具有典型的矽卡巖礦物組合(鈣鋁-鈣鐵榴石系列；透輝石-鈣鐵輝石系列)[3]。矽卡巖銅礦床主要與大陸邊緣造山帶的鈣鹼性花崗閃長巖到石英二長巖、石英閃長巖等巖株有關。少數矽卡巖銅礦與大洋島弧環境的石英閃長巖到花崗侵入巖有關。當圍巖為石灰巖時形成鈣矽卡巖型銅礦床，為白云巖時則形成鎂矽卡巖型銅礦床。礦石中最主要的銅礦物是黃銅礦，常伴生的金屬礦物為磁黃鐵礦、黃鐵礦，礦石中含鈷和少量的金。礦石礦物在矽卡巖中有時構成致密塊狀硫化礦體，有時呈浸染狀分布于矽卡巖中或磁鐵礦礦體中。碳酸鹽圍巖和一些鈣質巖石的存在是矽卡巖礦床形成的必要條件之一，碳酸鹽圍巖的化學成分差別在很大程度上影響著矽卡巖的類型[1]。鎂矽卡巖或鈣矽卡巖的出現主要決定于碳酸鹽圍巖中MgO的含量多少，但在大多數礦床中，這兩類矽卡巖是共存的[1]。

矽卡巖礦床屬于內生礦床，相應的成礦作用為內生成礦作用。內生成礦作用是十分復雜和多樣的。內生成礦作用除來自上地幔部分熔融產生的玄武巖漿和超基性巖漿，鋁硅層重熔產生的酸性巖漿，以及大洋板塊插入大陸板塊下的地幔中熔融而產生的安山巖漿，在它們上升冷凝過程中所發生的成礦作用外，還包括地殼上部沉積蓋層中，由于大氣水在深部環流過程中受熱，溶解蓋層中分散的有用元素在有利地質環境中發生的成礦作用。然而，矽卡巖礦床的形成不僅具有獨特的地質環境和形成條件，就其形成作用來說也與其它各類內生礦床有所不同。成礦過程是復雜的，多期多階段性的表現是明顯的。早期交代形成的硅酸鹽組合明顯不同于一般熱液礦床，其成分和接觸帶的兩種主要反應巖石密切有關。晚期形成的石英硫化物組合雖和一般的熱液礦床無明顯差異，但它并非獨立的產物，二是在統一成礦過程中的一個組成部分，它只是在最后階段在較低溫度條件下形成的。

總之，矽卡巖礦床形成的長期性和多階段性以及含礦流體、圍巖成分的差異，導致礦物組合的多樣性、重疊性和復雜性[1]。這對選礦有著深遠影響，在選礦研究中應首先明確矽卡巖礦床的類型，以便更好的開展研究工作。

1.2 矽卡巖礦床特征及其對浮選的指導

矽卡巖礦床特征[3]主要有以下幾點。

1)各類矽卡巖礦床往往包含了兩個或兩個以上含礦交代建造，并伴有其他礦床類型，組成一個矽卡巖礦床的交代系列或成礦系列[1]。由于礦床形成明顯受巖漿分異冷凝、圍巖性質、接觸帶構造以及交代作用強度的影響，故礦體的產狀、形狀均比較復雜，礦體連續性也差。矽卡巖礦床常具分帶性，分為內帶和外帶。內帶即靠近巖漿巖一側形成內矽卡巖，主要由較高溫礦物組成，如磁鐵礦、赤鐵礦、石榴石、輝石等。外帶即靠近圍巖一側形成的外矽卡巖，主要由高-中溫礦物組成，如石榴石、輝石、角閃石、綠泥石、綠簾石、陽起石、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等。一般情況下從巖漿巖經內矽卡巖到外矽卡巖到石灰巖，氧化硅和氧化鋁的含量降低，而氧化鈣(氧化鎂)和氧化鐵的含量則增高。這些特征對于礦床開采規劃、礦石配礦、選廠生產具有直接影響，會波及到浮選指標的穩定性，生產上應提前做好應對準備。

2)從巖體的產狀看，一般是侵位于中深到淺成環境是最有利于接觸交代礦床的形成。中深到淺成的巖相特征：具有細粒結構、斑狀結構。又由于成礦溫度較高，有揮發性組份的參與，因而礦石一般為粗粒結構。細粒結構的存在對于浮選前的磨礦作業有了嚴格要求，在磨礦流程的制定上應下工夫研究。

3)礦石物質成分復雜，形成的溫度范圍廣，礦石的結構構造多種多樣，有塊狀、浸染狀、條帶狀、晶洞等構造。這一特點可能對浮選造成一定難度，尤其是在銅礦物與脈石礦物的分離、銅硫分離、多種有價元素的綜合回收等方面。例如，鎂矽卡巖銅礦可能存在著銅礦物與滑石等易浮脈石礦物的分離問題。各類型矽卡巖銅礦床脈石礦物組成具體見表1。

綜上所述，矽卡巖銅礦相比其他銅礦床類型而言，礦體連續性差，礦物組成成分復雜，雜質元素較多，脈石礦物對于浮選的影響較大，且有中細粒嵌布結構，總體上相對難選一些。當然，這并不絕對，礦石的可選性最終還是依據礦石的具體性質而定。實際上，矽卡巖銅礦床化學酸堿性與礦漿中離子的分布規律研究對于浮選而言至關重要，遺憾的是該方面研究尚屬空白。這需要針對不同類矽卡巖銅礦通過大量的研究工作來總結規律，形成相應理論體系，以便更好的指導浮選。

表1 各類型矽卡巖銅礦床脈石礦物組成

2 難選矽卡巖銅礦工藝礦物學特點

礦床學理論(主要是礦床成因、礦床物理化學特征)為選礦工藝的制定提供了宏觀方向，而工藝礦物學為選礦方案的制定提供了具體依據。當然，即使同屬矽卡巖銅礦，由于礦床形成的環境的復雜性和成礦方式的多樣性，各個礦床之間也是有差異的。從工藝礦物學角度來看，結合實踐經驗，一般難選矽卡巖銅礦具備以下特點之一或兼有以下某幾個特點。

1)銅礦物(原生、次生)嵌布粒度細，多數以包裹體或與脈石礦物呈連生體形式產出，即使細磨也難實現完全解離。

2)黃鐵礦含量高，且與黃銅礦共生關系密切，對于銅硫分離造成困難。

3)含有較多的滑石、蛇紋石等易浮脈石礦物，銅礦物與易浮脈石礦物的分離存在困難，影響銅精礦品位。

4)銅氧化率較高，較大程度影響銅的回收率。

5)礦石中含有較多的粘土礦物(多水高嶺石、葉臘石、蒙脫石等)，由于其親水性強，在磨礦過程中易產生泥化現象，致使浮選中不僅會吸附大量的藥劑，而且會惡化銅礦物的浮游性能。如果粘土礦物中含銅，則該部分銅更加難以回收而損失在浮選尾礦中。

6)次生銅礦物含量較多，其性脆(如銅藍、藍輝銅礦等)，磨礦中易產生過磨而泥化，且次生銅礦物氧化后會有較多銅離子進入礦漿而活化黃鐵礦，不利于銅硫分離。

3 難選矽卡巖銅礦浮選技術

需要說明的是，不是所有的矽卡巖銅礦都是難選銅礦，難選矽卡巖銅礦是相對的概念，隨著選礦技術的不斷進步，相信難選技術問題也將會逐漸得到解決。當然，矽卡巖銅礦常常伴生有價元素，對于有價元素的綜合利用也是一項復雜的研究課題，但這里著重從浮選技術角度論述銅精礦品位和銅回收率的提高。鑒于以上涉及的矽卡巖礦床特征和難選矽卡巖銅礦石的工藝礦物學特點，難度主要集中在磨礦流程制定、銅硫分離、銅與易浮脈石分離等問題。

3.1 磨礦流程

難選矽卡巖銅礦中往往有部分銅礦物嵌布粒度細，以包裹體或與脈石礦物呈連生體形式產出。要使銅礦物單體解離，必須進行細磨，而礦石中往往還含有一定量的性脆的次生銅礦物，在磨礦過程中易產生過磨而泥化，導致其可浮性降低；磨礦作業也會導致一些性脆的脈石礦物過磨而泥化，泥化的脈石礦物容易吸附藥劑，并對銅礦物表面形成罩蓋作用，也會對銅礦物的浮選造成負面影響。因此，為最大限度解決這一矛盾，選擇合理的磨礦流程顯得尤為關鍵。磨礦流程應按照銅在浮選過程中的損失走向而確定的，因此磨礦針對的對象會各不相同，磨礦流程主要有：精礦再磨流程[4]、中礦再磨流程[4]、精礦與中礦混合再磨流程、尾礦再磨流程[4]和浮選前二段磨礦分級流程。

3.1.1 精礦再磨流程

精礦再磨流程主要以分離或除雜為目的，即實現銅礦物與其他有用礦物的分離，或提高銅精礦的品位、減少雜質含量。該流程一般適用于一段磨礦效果不理想而兩段磨礦即可實現絕大部分銅礦物單體解離的礦石。其原則流程圖如圖1所示。因礦物組成復雜、雜質元素多等原因，多數矽卡巖銅礦采用了精礦再磨流程，如某高原高硫矽卡巖銅礦[5]、豐山銅礦[6]、西藏某矽卡巖銅鉬礦[7]等均采用了粗精礦再磨流程。

圖1 精礦再磨原則流程圖

3.1.2 中礦再磨流程

這里的中礦是指精選階段所得中礦或掃選階段所得中礦或兩者的混合。中礦再磨流程兼有提高銅精礦品位和銅回收率雙重作用。如果中礦含有大量的銅礦物與脈石礦物連生體，不經過單獨處理，則會使銅精礦品位下降和部分銅礦物流失；在閉路試驗中也會經常遇到中礦返回量大致使浮選指標惡化的情況，有時甚至使閉路試驗無法進行下去。這時中礦需單獨進行再磨再選。其原則流程圖如圖2所示。

據文獻報道，大冶銅山口銅礦[6]采用了中礦再磨再選流程(圖3)，最大限度拋尾，既解決了中礦返回量大的問題，又改善了浮選指標，最終得到銅精礦品位22.52%、銅回收率87.06%的較好指標。此外，江西永平銅礦[8]也采用類似中礦再磨再選流程，銅回收率提高了4%。美國威德選廠采用了中礦再磨流程，銅精礦品位達到20%～23%，銅回收率75%～80%[8]。南斯拉夫的博爾選廠也采用了中礦再磨再選流程[8]。

圖2 中礦再磨原則流程圖

圖3 大冶銅山口銅礦中礦再磨流程

3.1.3 精礦與中礦混合再磨流程

精礦與中礦混合再磨流程不多見。如果銅礦物嵌布粒度細且有大量貧連生體存在，為保回收率則有可能用到這一磨礦流程。精礦與中礦混合再磨原則流程如圖4所示。

3.1.4 尾礦再磨流程

如果銅礦物多數與脈石礦物呈貧連生體形式產出，則會導致部分銅礦物損失在尾礦中而降低銅的回收率，為回收這部分銅礦物，最大限度保證回收率，需要對尾礦進行再磨再選。尾礦再磨原則流程如圖5所示。

圖4 精礦與中礦混合再磨原則流程

圖5 尾礦再磨原則流程

3.1.5 浮選前二段磨礦分級流程

圖6 浮選前二段磨礦分級流程

如果礦石中銅礦物嵌布粒度細，為實現銅礦物充分解離，浮選前需要進行細磨，則可能會采用二段磨礦分級流程。該磨礦流程充分結合分級工序以避免礦石過磨、減少泥化現象，有利于銅的回收。新疆富蘊索爾庫都克銅礦[9]在二期擴能選礦系統設計中取消了一期設計的粗精礦再磨流程而采用兩段磨礦分級流程(圖6)，最大限度使銅、鉬礦物單體解離，減少過磨，從而促進銅鉬分離浮選，同時結合柱-機聯合工藝，簡化了浮選工藝流程，二期浮選指標為銅精礦品位21.39%，銅回收率90.99%，相比一期指標銅精礦品位19.76%，銅回收率89.59%，浮選指標明顯得到優化。

3.2 浮選流程

3.2.1 銅硫分離問題

銅硫共生緊密、含硫量高、銅礦物與黃鐵礦嵌布粒度細、礦石呈酸性或礦漿中消耗鈣離子的陰離子多(容易消耗石灰而降低抑制效果)等均可能導致銅硫分離困難。此外，次生銅礦物經氧化后會有較多銅離子進入礦漿，活化黃鐵礦，增加銅硫分離難度。銅硫分離一般是通過抑硫浮銅來實現的。

3.2.1.1 浮選藥劑

1)硫化銅礦物捕收劑。硫化銅礦捕收劑常用的有黃藥類、黑藥類、硫氨酯和硫氮類等。在生產實踐中，黑藥(如丁銨黑藥)對硫化礦物的捕收能力較弱，浮選速度較慢，但黑藥的選擇性比黃藥好。硫氨酯類與黃藥或黑藥類相比具有更高的選擇性和穩定性，它對黃銅礦和輝銅礦的捕收作用較強，對黃鐵礦捕收能力較弱，浮選硫化銅礦時可降低黃鐵礦抑制劑用量。硫氮類捕收劑捕收能力較黃藥強，尤其是對黃銅礦的捕收能力較強，對黃鐵礦捕收能力較弱，選擇性好，浮選速度快，用于銅鉛硫化礦分選時，能夠獲得比黃藥更好的分選效果。EP捕收劑[10]對硫化銅礦具有較好的捕收性能兼選擇性，對矽卡巖型次生銅含量高的銅礦石有良好的選擇性，能在低堿度環境中實現銅硫分離。浮選時，兩種或兩種以上的捕收劑混合使用，往往比單一用藥浮選效果好，具體表現為捕收劑組合使用時，可以提高目的礦物回收率，降低浮選藥劑用量及選礦成本，另外還可以減少或取代有毒藥劑。如對于細粒銅和難選銅礦物，采用“丁基黃藥+丁銨黑藥”混合捕收劑強化銅硫混選，可以降低尾礦中銅的損失。

2)黃鐵礦抑制劑。成熟有效的黃鐵礦抑制劑為石灰。乳酸、單寧酸、水楊酸、焦性末食子酸、淀粉等有機抑制劑在pH=8的低堿度[11]下均能一定程度地抑制黃鐵礦。此外，可以使用組合抑制劑，如：石灰+腐殖酸鈉，石灰+亞硫酸鈉，石灰+硫化鈉+亞硫酸鈉等[12]。也有研究結果表明[13]在pH=8條件下，硫代硫酸鈉+焦性末食子酸、次氯酸鈉+焦性末食子酸、氯化鈣+單寧酸、高錳酸鉀+單寧酸、次氯酸鈉+腐殖酸鈉等混合抑制劑對黃鐵礦均有選擇性抑制作用。

3.2.1.2 銅硫分離浮選流程

1)銅硫混合浮選-分離方案。銅硫混合浮選-分離方案是指在弱堿性條件下讓銅礦物和黃鐵礦一起浮出，得到的混合精礦經再磨后，采用大量石灰強力抑制黃鐵礦，從而實現銅硫分離。缺點是分選回路泡沫容易發粘，分選效果并不理想[8]，并且對銅精礦品位和金、銀等貴金屬的富集具有一定的負面影響。對于原礦含硫較低，銅礦物易浮的銅硫礦石選用這種流程較有利。

2)部分銅硫混選-分離方案。部分銅硫混選-分離方案是采取先易后難的原則制定的浮選工藝流程，即將可浮性較好的銅礦物和黃鐵礦一起浮出，再進行銅硫分離。該方案浮選藥劑用量相對較少，生產操作較穩定。某高原高硫銅礦石[5]在原礦磨礦細度-0.074mm占65%條件下，采用硫化銅礦物和部分易浮的黃鐵礦一起混合浮選，粗精礦經再磨至-0.045mm占90%后進行銅硫分離，取得了較好效果。冬瓜山銅礦[14]也采用了該浮選分離方案，銅硫分離效果較好。

3)銅優先浮選方案。銅優先浮選方案是在高堿度(一般使用大量石灰)條件下抑制黃鐵礦，使用高效選擇性好的的捕收劑優先浮選銅礦物。該方案優點是銅精礦品位高，生產較穩定，但要達到較高的銅回收率，必須解決細粒和微細粒銅礦物與黃鐵礦的分離問題，因此一般采取粗精礦再磨或中礦再磨的措施[14]。

4)分步優先浮選方案。充分利用硫化銅礦物與黃鐵礦的可浮性差異，采用選擇性較好的捕收劑優先浮選易浮硫化銅礦物，然后對難選的銅礦物進行強化浮選再進行銅硫分離的分步優先浮選工藝流程。永平銅礦[8]采用了分步優先浮選工藝流程，取得了較好的浮選分離效果。

3.2.2 銅與易浮脈石的分離問題

有些矽卡巖銅礦，如鎂質矽卡巖銅礦很可能含有一定量的滑石、蛇紋石等易浮脈石，嚴重影響硫化銅礦物的浮選。滑石因可浮性好，易隨硫化銅礦物浮出而影響銅精礦質量。蛇紋石在磨礦過程中常常易于泥化，降低礦漿的分散特性，消耗浮選藥劑，影響浮選指標。對于這類礦石，易浮脈石的分離往往難以徹底實現。

滑石、蛇紋石等易浮脈石的抑制劑[15-16]主要有：水玻璃、羧甲基纖維素及其它纖維類、聚丙烯酰胺、木質素、六偏磷酸鈉等。此外，鄧禾淼[17]針對冬瓜山銅礦，采用改性LC作為滑石、蛇紋石等易浮脈石抑制劑，取得了良好的抑制效果；國外研究工作者針對蛇紋石對硫化礦物浮選的影響，研究了羧甲基纖維素、木質磺酸鹽、聚合電解質、六偏磷酸鈉和水玻璃等的分散作用，認為無機分散劑分散礦漿中礦泥比有機分散劑更有效[14]。

一般，銅礦物與易浮脈石的浮選分離方案基本上有以下兩種。

1)預先浮選易浮脈石方案。預先浮選易浮脈石方案是充分利用易浮脈石的天然可浮性，在自然pH值下，首先添加少量起泡劑而不加捕收劑或加入少量捕收劑先浮選出易浮脈石，再進行銅礦物的浮選。張心平等人[14]針對冬瓜山銅石采用了新型浮選劑BC預先浮選滑石，取得了較好效果。

2)預先抑制易浮脈石方案。預先抑制易浮脈石方案是指通過添加易浮脈石抑制劑而浮選銅礦物。但由于易浮脈石可浮性極好，往往難以對其進行有效抑制，也就難以降低易浮脈石對硫化礦浮選的不利影響[12]。

4 結語

1)在我國，研究開發矽卡巖銅礦是很有意義的。選礦工作者不能局限于僅從選礦學角度研究，也應對矽卡巖銅礦礦床成因、礦床特征、成礦規律等相關礦床學理論有所了解，并建立內在聯系，同時要認清難選矽卡巖銅礦的工藝礦物學特點，以便更為有效制定浮選工藝流程。

2)矽卡巖銅礦相比其他銅礦床類型而言，礦體連續性差，礦物組成成分復雜，雜質元素較多，脈石礦物對于浮選的影響較大，且有中細粒嵌布結構，總體上相對難選一些。對于難選矽卡巖銅礦而言，應重點考慮磨礦流程的制定、銅硫分離、銅與易浮脈石的分離等問題。

3)為豐富和發展浮選理論體系，建議：①將礦床類型與選礦技術對應結合，總結出各礦床類型相應的選礦技術方法，尤其是針對難選礦石的礦床類型、特征等方面進行總結，建立大數據庫，以為選礦工作提供指導；②礦床化學酸堿性與對應礦漿中離子體系的研究對于浮選而言至關重要，遺憾的是該方面研究尚屬空白。這需要針對不同類型礦床通過大量的研究工作來總結規律，形成相應理論體系，以便更好的指導選礦，從而更好地開發利用資源。

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Brief discussion on characteristics of skarn copper deposits and flotation techniques of complex skarn copper ore

XU Tao

(China Copper Corporation Limited, Beijing 100082, China)

In China, it is very important to research and develop the skarn copper deposits. The main contents of this paper include the genesis and deposit characteristics of skarn copper deposits, the process mineralogy characteristics of complex skarn copper ore and flotation technology of complex skarn copper ore. The paper points out that the research of interrelationship between the theory of ore deposit and the theory of mineral processing should be strengthened, especially the combination of the physical and chemical characteristics of ore deposit and flotation theory, which has important macroscopic guiding significance for flotation process. Compared with other types of copper deposits, skarn copper deposits are characterized by poor continuity, complex mineral composition, impurity elements and the fine grained disseminated structure, and gangue minerals have a greater influence on flotation. Therefore, skarn copper ore is relatively difficult to flotation separation. For the complex skarn copper deposit, the priority of flotation study should be given to the development of grinding circuit, the separation of copper and sulfur, as well as the separation of copper and hydrophobic gangue, etc.

skarn copper deposit; deposit characteristics; grinding circuit; separation of copper and sulfur； hydrophobic gangue

2016-10-18

徐濤(1984-)，男，河北唐山人，博士，主要研究復雜礦產資源高效清潔選礦技術。

TD923

A

1004-4051(2016)12-0106-06