贊比亞某難浸氧化銅礦石工藝礦物學(xué)研究

于保強(qiáng) 孫春寶 寇 玨

（北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083）

贊比亞銅礦帶是世界重要的銅礦成礦帶之一，銅儲(chǔ)量約占世界總量的15%［1-5］。該銅礦帶深部銅礦資源主要是黃銅礦和斑銅礦并伴生有輝銅礦，但其地表淺部仍賦存有大量的氧化銅礦資源，這些氧化銅礦平均銅金屬品位較高，且容易開(kāi)采，但風(fēng)化嚴(yán)重，含泥量大，結(jié)合氧化銅含量高，銅的賦存狀態(tài)復(fù)雜，采用常規(guī)浮選或浸出的方法很難達(dá)到理想的指標(biāo)［6-7］。對(duì)于該典型難浸氧化銅礦，目前當(dāng)?shù)刂饕扇‰娂訜岬姆绞竭M(jìn)行浸出，這對(duì)于電力資源匱乏、電力價(jià)格較高的非洲地區(qū)而言會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加［8］。為了充分了解該類(lèi)礦石的性質(zhì)，并為現(xiàn)場(chǎng)工藝優(yōu)化和節(jié)能降耗提供基礎(chǔ)資料，本文對(duì)該難浸氧化銅礦進(jìn)行了詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 原礦化學(xué)元素分析

贊比亞某氧化銅礦原礦化學(xué)元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可以看出，原礦主要有價(jià)金屬元素為銅，其品位為1.65%。此外，原礦中鋁和硅的含量較高，說(shuō)明該氧化礦中含有大量的鋁硅酸鹽礦物以及石英。

1.2 原礦礦物組成

通過(guò)工藝礦物學(xué)分析儀BPMA對(duì)原礦主要礦物組成進(jìn)行分析，其中典型的原礦BPMA灰度圖及分相圖如圖1所示，通過(guò)對(duì)多個(gè)掃描面上的礦物顆粒進(jìn)行自動(dòng)鑒別、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算可得到原礦主要礦物組成如表2所示。

從表2可以看出，礦石主要由金云母、石英、長(zhǎng)石、絹云母以及黑云母組成，其含量分別占原礦的25.99%、21.28%、13.83%、10.90%以及5.97%。此外，原礦中還含有少量的黏土類(lèi)礦物。原礦中的主要含銅礦物有黃銅礦、孔雀石、硅孔雀石、輝銅礦、斑銅礦、赤銅礦、銅藍(lán)以及黑銅礦，但其含量相對(duì)較低。

1.3 原礦銅賦存狀態(tài)分析

根據(jù)原礦BPMA分析確定的礦物組成和各礦物中銅的理論含量可以得出銅在原礦中主要含銅礦物的分布率如表3所示（云母中銅的含量是通過(guò)對(duì)原礦中的云母進(jìn)行分離提純后進(jìn)行化學(xué)分析測(cè)得的平均銅品位）。

從表3可以看出：原礦中的銅主要分布在云母礦物中，分布率為68.63%；此外，銅還分布在孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦中，其分布率分別為7.66%、4.51%、1.61%；銅在硫化礦如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、銅藍(lán)中的分布率分別為4.81%、3.87%、1.53%、1.22%。該結(jié)果說(shuō)明原礦中結(jié)合氧化銅含量較高，屬于難浸氧化銅礦。

2 礦石結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

（1）粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中石英、長(zhǎng)石主要以半自形或他形粒狀結(jié)構(gòu)分布，而孔雀石、黃銅礦、輝銅礦以及斑銅礦主要為他形粒狀結(jié)構(gòu)。

（2）片狀結(jié)構(gòu)。礦石中金云母、絹云母、黑云母等礦物主要以片狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，且大多為半自形或他形片狀，偶見(jiàn)六方片狀結(jié)構(gòu)。

（3）交代結(jié)構(gòu)。礦石中可見(jiàn)硅孔雀石沿石英和云母的邊緣或裂隙進(jìn)行交代，這些硅孔雀石相互連接成網(wǎng)狀，而未連接的部分則形成交代邊。

（4）交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。礦石中可見(jiàn)少量黃銅礦與輝銅礦以交錯(cuò)結(jié)構(gòu)相互存在，交界處多為不規(guī)則曲線(xiàn)，此時(shí)黃銅礦和輝銅礦主要為樹(shù)枝狀或他形粒狀結(jié)構(gòu)。

2.2 礦石構(gòu)造

（1）塊狀構(gòu)造。礦石中的塊狀構(gòu)造多見(jiàn)于石英、長(zhǎng)石和云母構(gòu)成的致密集合體。

（2）浸染狀構(gòu)造。礦石中的硫化礦物如輝銅礦、黃銅礦以及銅藍(lán)多以星點(diǎn)狀嵌布在石英或云母礦物顆粒中，顆粒相對(duì)較小，且無(wú)定向排列。

（3）條帶狀構(gòu)造。礦石中可見(jiàn)少量赤銅礦集合體呈條帶狀，與云母礦物相間排列，形成條帶狀構(gòu)造。

（4）土狀構(gòu)造。礦石中綠泥石、高嶺石、赤鐵礦多以土狀集合體的形式存在，硬度偏軟，易泥化。

3 主要含銅礦物嵌布特征

3.1 黃銅礦

圖2為黃銅礦光學(xué)顯微圖。黃銅礦主要以不規(guī)則粒狀產(chǎn)出，且顆粒較小。黃銅礦主要以星點(diǎn)狀或稀散浸染狀分布于脈石中或顆粒邊緣，部分見(jiàn)于裂隙中。圖中顯示黃銅礦被黑云母或石英包裹，該情形較為常見(jiàn)。

3.2 輝銅礦

圖3為輝銅礦光學(xué)顯微圖。輝銅礦與黃銅礦關(guān)系密切，常與黃銅礦在其邊緣和裂隙處進(jìn)行交代。輝銅礦主要呈它形不規(guī)則粒狀或條帶狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，其粒徑差異較大，主要介于0.005～0.200 mm之間。此外，輝銅礦主要以星點(diǎn)狀或稀散浸染狀嵌布于石英或云母中。

3.3 銅 藍(lán)

圖4為銅藍(lán)光學(xué)顯微圖。銅藍(lán)主要呈靛藍(lán)色、深藍(lán)色-白色微藍(lán)，不透明狀，顆粒大小不均勻，其粒徑主要介于0.005～0.100 mm之間。銅藍(lán)主要以星點(diǎn)狀或稀散浸染狀的形式嵌布于脈石礦物石英或云母中。

3.4 孔雀石

圖5為孔雀石光學(xué)顯微圖。孔雀石主要分布于石英空隙或沿石英裂隙發(fā)育，部分交代云母。孔雀石為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，其顆粒大小不均勻，主要介于0.005～0.500 mm之間，偶見(jiàn)大顆粒粒徑約2 mm。

3.5 硅孔雀石

圖6為硅孔雀石掃描電鏡圖。硅孔雀石通常與石英和云母進(jìn)行交代，并多與石英結(jié)合。硅孔雀石主要呈隱晶質(zhì)或膠狀結(jié)合體結(jié)構(gòu)，形狀不規(guī)則，其粒徑差異較大，主要介于0.005～0.200 mm之間，部分顆粒小于0.005 mm。

3.6 含銅云母

云母是原礦中普遍存在的一種礦物，其顆粒形狀主要為短柱狀、板狀或片狀結(jié)構(gòu)，通常與石英混雜交結(jié)在一起，偶見(jiàn)云母被赤銅礦沿其縫隙處交代。圖7的能譜分析結(jié)果表明云母中含有一定量的銅。該種含銅的云母在原礦中含量較多，構(gòu)成了原礦中一種重要的含銅礦物。

4 主要礦物解離度

采用BPMA對(duì)原礦磨礦細(xì)度為-0.074 mm占80%的產(chǎn)品進(jìn)行解離度分析，結(jié)果見(jiàn)表4。表中連生度為0表示礦物完全單體解離，連生度10%表示連生顆粒中目的礦物占90%，余此類(lèi)推。若以連生度0～10%來(lái)衡量礦物解離度，則原礦中主要礦物金云母、石英、絹云母以及黑云母的解離度分別為94.59%、84.78%、86.61%、92.7%，相對(duì)較高。孔雀石、硅孔雀石、黃銅礦、斑銅礦的解離度分別為59.37%、51.62%、70.37%、65.01%，相對(duì)較低，而輝銅礦和銅藍(lán)的解離度最低。

5 原礦工藝優(yōu)化影響因素分析

根據(jù)原礦中銅賦存狀態(tài)結(jié)果可以看出，原礦中的銅主要賦存在云母礦物中，該含銅云母屬于一種難浸的結(jié)合氧化銅礦物，其在原礦中含量較高，因此當(dāng)?shù)夭捎玫募訙亟龃胧┲饕谴龠M(jìn)了云母中銅的浸出。對(duì)于孔雀石和硅孔雀石而言，其在室溫條件浸出率就很高，加溫對(duì)其影響較小。對(duì)于硫化銅礦如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦以及銅藍(lán)而言，即使加溫其浸出率也很低，因此加溫對(duì)其影響也很小。綜合分析得出，原礦中的含銅云母是現(xiàn)場(chǎng)采取加溫浸出工藝且造成生產(chǎn)成本增加的重要因素，因此必須有針對(duì)性地采取含銅云母浸出強(qiáng)化措施才能實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)匮趸~礦資源的經(jīng)濟(jì)高效利用。由于云母具有層狀結(jié)構(gòu)，因此可以考慮采用有機(jī)陽(yáng)離子插層技術(shù)促進(jìn)含銅云母膨脹，從而有利于浸出劑與云母內(nèi)部銅離子的接觸；或采用超聲波預(yù)處理技術(shù)對(duì)含銅云母進(jìn)行剝離，以增大浸出劑與含銅云母的接觸面積，進(jìn)而提高銅的浸出率并降低反應(yīng)溫度，降低能耗。

6 結(jié)論

（1）贊比亞某氧化銅礦主要有價(jià)金屬為銅，銅的品位為1.65%。礦石主要由金云母、石英、長(zhǎng)石、絹云母以及黑云母組成，其含量分別占原礦的25.99%、21.28%、13.83%、10.90%以及5.97%，此外原礦中還含有少量的黏土類(lèi)礦物。

（2）原礦中的銅主要分布在云母礦物中，分布率為68.63%。此外，還有少量銅分布在孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦以及硫化礦如黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦和銅藍(lán)中。該礦屬于高氧化率、高結(jié)合率難浸氧化銅礦。原礦中孔雀石、硅孔雀石以及硫化銅礦解離度相對(duì)較低，而脈石礦物石英、長(zhǎng)石、云母的解離度相對(duì)較高。

（3）原礦中的含銅云母是現(xiàn)場(chǎng)需采取加溫浸出工藝且造成生產(chǎn)成本增加的重要因素，可以考慮采用有機(jī)陽(yáng)離子插層或者超聲波剝離技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)匮趸~礦資源經(jīng)濟(jì)高效地利用。