江西某微細選鎢尾砂工藝礦物學研究

李瑞光 胡海祥

(1.江西理工大學資源與環境工程學院,江西 贛州 341000;2.贛南科技學院,江西 贛州 341000;3.崇義章源鎢業股份有限公司,江西 贛州 341000)

我國鎢礦資源豐富,主要分布在江西、湖南等地[1]。據美國地質勘探局統計,2016年全球鎢儲量310萬t,其中中國儲量為190萬t,占世界總儲量的61%,同時中國鎢產量占全球的82%[2],為全球提供了大量的鎢金屬。隨著我國工業急速發展,鎢礦開采進度日益加快,鎢資源趨于貧、細、雜化[3-5],原礦鎢品位普遍在0.1%～0.8%,且采選尾砂產率一般高達96%以上,每年排放量約為100萬t,總堆存量高達1 000多萬t[6]。江西贛南地區鎢礦資源絕大部分采用重選工藝選別黑白鎢礦,選礦回收率較低,導致選鎢尾砂中存在較多的具有潛在回收價值的金屬,資源浪費巨大。

工藝礦物學是研究礦物微觀構造的重要手段,可為后續礦物的選別工藝提供科學依據[7-9]。礦物自動分析儀(MLA)是目前較為先進的工藝礦物學分析儀器,例如有學者利用 MLA對錫石礦[10]、高硫鐵礦[11]、鉛鋅礦[12]等進行系統研究,得出可靠的結論,為后續選礦提供了技術支撐。本文利用礦物自動分析儀(MLA)、掃描電鏡、化學分析等手段對江西某選鎢排放的尾砂進行工藝礦物學研究,探究其主要有用成分,為回收尾砂中的有價礦物提供理論依據。

1 試樣的物質組成

1.1 試樣的化學成分

本研究試樣為江西某微細選鎢尾砂,化學成分分析結果見表1。

表1 試樣化學成分分析結果Table 1 Analysis results of the chemical composition of the samples %

由表1可知,試樣中主要有價元素為Cu、Mo,含量分別為0.11%、0.014%;WO3含量為0.29%,達到最低利用工業品位;主要脈石組分 SiO2含量為67.52%,有害元素Fe含量為5.05%。

為進一步探明不同粒級各成分富集情況,對試樣進行篩分分析,結果見表2。

表2 不同粒級各成分分析結果Table 2 Analysis results of the each chemical composition at different particle size

由表2可知,試樣中-0.038 mm粒級產率為55.28%,-0.075 mm粒級含量達83.82%,表明該試樣屬于細粒級含量較高的選鎢尾砂;Cu、WO3主要富集于細粒級(-0.038 mm)中,占比分別為0.18%和0.49%;Al2O3主要富集于-0.038 mm粒級中;Pb、Zn、Mo含量均偏低。

1.2 試樣的礦物組成

表3為各粒級礦物組成及含量。

表3 試樣的礦物組成及含量Table 3 Mineral composition and its content of the samples %

由表3可知,試樣礦物組成較為復雜,主要有用礦物為黃銅礦、云母、黑白鎢礦和輝鉬礦,含量分別為0.322%、29.862%、0.365%、0.024%。主要脈石礦物為石英和綠泥石,含量分別為45.445%、6.892%,此外,還含有少量方解石、高嶺石、黃玉、電氣石等。

2 主要礦物嵌布特征

2.1 黃銅礦

黃銅礦是試樣中唯一的銅礦物,也是主要的目的礦物。黃銅礦單晶顆粒外形常呈條狀、角形或其他不規則形狀(圖1(a))。由化學成分能譜分析結果可知,黃銅礦晶格中含有鋁、硅等元素,個別黃銅礦含銀元素;平均化學成分為 Cu 34.46%、Fe 30.42%、S 34.83%。黃銅礦多呈細粒(>0.03 mm)塊狀或角礫狀與黃鐵礦、白云母連生(圖1(b)、(d));偶以微粒(<0.01 mm)顆粒狀被石英所包裹(圖1(c))。

圖1 黃銅礦與其他礦物嵌布關系Fig.1 Distribution relationship of chalcopyrite with other minerals

2.2 白鎢礦

白鎢礦是試樣中主要鎢礦物之一,其單晶顆粒外形常呈致密狀、塊狀或不規則狀(圖2(a))。由化學成分能譜分析結果可知,該白鎢礦含少量鐵,不含鉬;平均化學組成為WO380.21%,CaO 19.49%。白鎢礦多以微粒(<0.02 mm)不規則狀包裹于綠泥石、螢石中(圖2(c)、(d));少量以細粒(>0.07 mm)半殼狀與綠泥石連生(圖2(b))。

圖2 白鎢礦與其他礦物嵌布關系Fig.2 Distribution relationship of scheelite with other minerals

2.3 黑鎢礦

黑鎢礦是主要鎢礦物之一,試樣中黑鎢礦單晶顆粒常呈三角狀、半自形或它形粒狀(圖3(a))。由化學成分能譜分析結果可知,該黑鎢礦鐵與錳含量變化不大,鐵含量稍高于錳,部分黑鎢礦含少量鈮。黑鎢礦平均化學組成為WO375.76%,FeO13.30%,MnO 10.47%。黑鎢礦常見以微粒(<0.02 mm)浸染狀被方解石、石英所包裹(圖 3(c)、(d));罕見細粒(>0.06 mm)似層狀與白云母連生(圖3(b))。

圖3 黑鎢礦與其他礦物嵌布關系Fig.3 Distribution relationship of wolframite with other minerals

2.4 云 母

云母是試樣中主要目的礦物之一,其含量較多,以白云母為主,黑云母為輔,此外還伴有微量金云母、珍珠云母。由化學成分能譜分析結果可知,白云母普遍含有數量不等的鐵、鎂、鈉和鈦等元素,其中鐵含量較高,平均FeO 6.40%;黑云母中含有錳、鈦等元素。試樣中白云母、黑云母主要以板狀或短柱狀產出,橫切面多為六邊形,集合體為鱗片狀,其單體大部分呈葉片狀形式存在(圖4(a)、(c));少量細粒(>0.07 mm)黑白云母與石英、綠泥石等礦物連生(圖4(b)、(d))。

圖4 云母與其他礦物嵌布關系Fig.4 Distribution relationship of muscovite with other minerals

2.5 輝鉬礦

輝鉬礦是試樣中硫化礦之一,其單體呈鱗片狀、板狀,有時可見完整的六方片狀輝鉬礦(圖5(a))。由化學成分能譜分析結果可知,該輝鉬礦含少量鋁、硅、鐵等雜質,平均化學組成為 Mo 59.56%,S 40.07%。試樣中輝鉬礦多以脈狀及網狀產出,粒度偏細(>0.02 mm),常包裹于綠泥石或石英中(圖5(b)、(c))。

圖5 輝鉬礦與其他礦物嵌布關系Fig.5 Distribution relationship of molybdenite with other minerals

3 推薦選礦工藝

根據工藝礦物學研究結論,黃銅礦嵌布粒度較細,屬于細-微不等粒嵌布,常與黃鐵礦、白云母連生,易磨礦解離;白云母在各粒級分布均勻且常以單體存在,少量以連生體形式存在,經預先篩分可除去部分極細顆粒。對上述兩種典型具有回收價值的礦物進行選礦探索研究,發現采用1粗3精1掃的浮選工藝流程可得到品位較高的銅精礦(Cu品位為21%);經預先篩分除去部分極細云母顆粒,然后采用1粗5精1掃、中礦合并脫水工藝,可獲得合格云母精礦(K2O品位為7.1%)。由于大部分鎢礦物多呈粒度微細的粒狀以浸染狀形式充填分布于脈石礦物中,單體解離困難,獲得獨立鎢礦物存在一定難度,應進一步解離并采用對微細粒鎢礦回收效率更高的選礦設備;鉬礦物屬于硫化礦,品位不是很高,單獨回收價值一般,可以考慮在回收黃銅礦過程中作為伴生礦物回收,值得后續進一步研究。

4 結 論

(1)該選鎢尾砂中Cu含量為0.11%、WO3含量為0.29%,其中WO3達到最低利用工業品位;主要脈石組分SiO2含量為67.52%。

(2)試樣屬于細粒級含量較高的選鎢尾砂,-0.038 mm粒級產率為55.28%,-0.075 mm粒級含量達83.82%;Cu、WO3明顯富集于-0.038 mm微細粒級,其他粒級中含量相對較低;Al2O3主要富集于-0.038 mm粒級中,而各粒級 Pb、Zn、Mo含量均較低。

(3)試樣礦物組成十分復雜,主要有用礦物為黃銅礦、云母、黑白鎢礦、輝鉬礦;脈石礦物主要為石英、綠泥石、長石,此外,還含有微量黃玉、電氣石、方解石、高嶺石等。

(4)黃銅礦單晶顆粒外形常呈條狀、角形或其他不規則形狀,常見細粒角狀與黃鐵礦、白云母連生,偶見微粒顆粒狀被石英包裹;白鎢礦單晶顆粒外形常呈致密狀、塊狀或不規則狀,常見微粒不規則狀白鎢礦包裹于綠泥石、螢石中;黑鎢礦單晶顆粒常呈三角狀、半自形或他形粒狀,常見以微粒浸染狀被方解石、石英所包裹;黑白云母多數呈葉片狀單體存在,主要為板狀或短柱狀產出,橫切面為六邊形,集合體為鱗片狀。

(5)回收銅推薦1粗3精1掃的浮選工藝流程;回收云母推薦1粗5精1掃、中礦合并脫水工藝流程。