路沛瑤 陸顯志 陳英杰 丁 湛 余 攀 柏少軍, 2

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院，昆明 650093;2.復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，昆明 650093)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)也隨之迅速發(fā)展，鐵礦石資源的處理量日漸增加，并產(chǎn)出大量的尾礦[1-3]。根據(jù)近幾年的不完全統(tǒng)計，我國鐵礦石尾礦儲量竟高達十幾億t，占世界總量的1/3，鐵尾礦的年排放量逐年增加[4-6]。由于早期選礦水平有限，鐵礦尾礦中所含有價元素難以回收利用。近年來，隨著選礦技術(shù)的發(fā)展，為了推進礦業(yè)的綠色發(fā)展，對鐵尾礦資源的二次利用顯得尤為重要。

云南某鐵尾礦資源儲量高達近500萬t，主要有價回收元素為鐵和銅。鐵和銅資源在經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展和一個國家的生活中起著至關(guān)重要的作用[7-8]?；诖?，本文對云南某含銅鐵尾礦進行了工藝礦物學研究，查明了尾礦的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、有價金屬鐵、銅的賦存狀態(tài)，研究結(jié)果可為后續(xù)此類尾礦的開發(fā)利用提供一定的技術(shù)支撐。

1 原礦性質(zhì)

礦石樣品來自云南某礦山含銅鐵尾礦，化學成分見表1，尾礦中銅物相和鐵物相的分析結(jié)果分別見表2～3，礦石中主要礦物粒度分析見表4。

表1 尾礦主要化學成分分析結(jié)果

表2 礦石銅物相分析結(jié)果

表3 礦石鐵物相分析結(jié)果

表4 含銅鐵尾礦的篩分分析結(jié)果

由表1可知，尾礦中主要的有價金屬為銅和鐵，其中銅含量為0.15%，接近銅礦石開采的邊界品位，鐵含量15.54%，高于目前國內(nèi)鐵尾礦的品位，脈石礦物主要成分為SiO2和Al2O3。

由表2可知，尾礦中的銅礦物主要為硫化銅，占銅總量的66.67%，結(jié)合氧化銅含量小于0.01%，氧化率約33%，因此可以通過浮選實現(xiàn)尾礦中銅的回收。

由表3可知，鐵礦物主要是硅酸鐵、菱鐵礦和黃鐵礦等，磁性鐵占6.71%。在現(xiàn)有選礦技術(shù)條件下，硅酸鐵難以利用，菱鐵礦等弱磁性鐵可以采用強磁選回收，磁鐵礦可采用弱磁選來分選。

由表4可知，原礦中-74 μm粒級含量約為63.61%，-25 μm粒級分布率為32.43%，表明尾礦粒度細但分布不均勻。銅和鐵在-25 μm粒級的分布率約為33%，此粒級尾礦含泥量較高，對銅鐵的回收不利。+74 μm粒級的銅品位較高，為0.16%，此粒級中銅的分布率也很高。-74+38 μm粒級的鐵品位相對較高。

此外，原礦在顯微鏡下觀察到約80%的目的礦物達到了單體解離，部分目的礦物呈連生體或包裹體存在。

綜上所述，實現(xiàn)硫化銅礦和磁鐵礦的有效回收是該資源的開發(fā)利用的關(guān)鍵。在回收有用金屬銅鐵時，通過細磨礦后，可對粒級+38 μm粒級以上尾礦進行選別。

2 礦石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

含銅鐵尾礦礦石結(jié)構(gòu)分析如圖1所示。從圖1可以看出，尾礦礦石結(jié)構(gòu)主要有半自型晶結(jié)構(gòu)(a)、鑲邊結(jié)構(gòu)(b)和斑狀結(jié)構(gòu)(c)組成。半自型晶結(jié)構(gòu)的其中一種礦物含量超過50%，晶粒具有部分的完整鏡面，黃鐵礦、褐鐵礦與脈石礦物連生體可清晰看出，黃鐵礦含量基本在55%左右。鑲邊結(jié)構(gòu)中，褐色的脈石礦物沿中粒黃銅礦邊緣交代呈現(xiàn)出鑲邊狀。斑狀結(jié)構(gòu)中，磁鐵礦與脈石礦物呈連生體存在，并且可以清楚的看到磁鐵礦呈斑狀結(jié)構(gòu)。

圖1 含銅鐵尾礦的礦石結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of copper-containing iron tailings

2.2 礦石構(gòu)造

含銅鐵尾礦的金屬礦物是黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、褐鐵礦，其中95%以上已達到單體，連生體少見，在5～50 μm的粒徑約占90%，100～200 μm的約占10%。塊石構(gòu)造如圖2所示，主要為塊狀構(gòu)造(a)和浸染狀構(gòu)造(b)。其中，塊狀構(gòu)造中的礦石致密，無空隙，礦物分布無方向。礦石中的金屬礦物的含量達到75%以上，此構(gòu)造類型的礦石內(nèi)生、外生和變質(zhì)成因的各類礦石中。浸染狀構(gòu)造中脈石礦物的基質(zhì)中分布著星散狀或不規(guī)則狀的礦石礦物集合體，礦石礦物的分布沒有方向性，該構(gòu)造類型的礦石中因有用礦物嵌布粒度細而不易分選，需要較高的磨礦細度才能與脈石礦物分離。褐鐵礦常呈致密塊狀或膠態(tài)，由膠體礦物組成，外表具有渾圓彎曲光滑的表面者成為膠狀構(gòu)造，經(jīng)重結(jié)晶而轉(zhuǎn)變成變膠體后，外表曲面參

差不平，稱變膠狀構(gòu)造，常有凝縮裂紋和纖長晶體呈放射狀橫穿幾個環(huán)帶。

3 主要礦物的嵌布特征

3.1 黃銅礦

黃銅礦的化學組成：CuFeS2，其表面常有藍色，紫褐色的斑狀錆色，綠色和黑色條痕，呈現(xiàn)金屬光澤。解離度不完全、性脆，硬度為3～4 HM，密度為4.1～4.3 g/cm3。顯微鏡下觀察到的黃銅礦為黃色，黃銅礦的反射率略小于黃鐵礦(45%左右)，弱非均質(zhì)性。粒徑一般為5～60 μm，少數(shù)的在100～200 μm。黃銅礦的含量占該尾礦的0.3%左右，其中單體占95%以上，偶見與脈石礦物構(gòu)成連生體，如圖3～4所示。

圖2 含銅鐵尾礦的礦石結(jié)構(gòu)Fig.2 Construction of copper-containing iron tailings

圖3 呈單體存在的黃銅礦Fig.3 Chalcopyrite in the presence of a monomer

圖4 黃銅礦及黃鐵礦呈單體出現(xiàn)Fig.4 Chalcopyrite and pyrite in the presence of monomers

3.2 磁鐵礦

磁鐵礦的化學組成為Fe3O4，顏色為鐵黑色，條痕呈黑色，屬于半金屬光澤，并且不透明。沒有解理，有時具(111)裂理，性脆，硬度為5.5～6HM，相對密度為4.9～5.20 g/cm3，具有很強的磁性。通過觀察，該礦物中的磁鐵礦為灰色微棕褐色，高硬度，反射率較低(20%左右)，均質(zhì)性，具磁性，粒徑變化于10～50 μm，含量為0.1%左右，所見均為單體,偶見它們與脈石礦物成連生體，見圖5～6。

圖5 磁鐵礦與黃銅礦呈單體產(chǎn)出Fig.5 Magnetite and chalcopyrite in the form of monomers

圖6 磁鐵礦與脈石礦物連生體Fig.6 Magnetite and chalcopyrite associated with gangue minerals

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦的化學組成為FeS2，呈淺黃銅色，其表面具有黃褐色錆色，條痕綠黑色或者褐黑色，帶有強金屬光澤，不透明。黃鐵礦的斷口為參差狀，性質(zhì)為脆性，硬度為6～6.5 HM，密度為4.9～5.2 g/cm3。通過顯微鏡觀察，該含銅鐵尾礦中的黃鐵礦為淡黃色，屬于高硬度，并且高反射(50%左右)，均質(zhì)性。其粒徑一般為5～100 μm，黃鐵礦的含量占0.5%左右，其中95%以上為單體，偶見與脈石礦物構(gòu)成連生體，如圖7～8所示。

圖7 呈單體存在的黃鐵礦Fig.7 Pyrite in the presence of a monomer

3.4 磁黃鐵礦

磁黃鐵礦的化學組成通常由Fe1-xS表示，通常x=0～0.223,屬于硫化礦，它一般為深青銅黃色，帶有褐色和錆色，有時呈黃棕色，有明亮的灰黑色條痕，金屬光澤，不透明。它是脆性的，硬度為3.5～4.5 HM，相對密度為4.6～4.7 g/cm3，具弱磁性到強磁性。觀察后看出該礦物為乳黃色微帶棕色，中等硬度，反射較黃銅礦低(40%左右)，非均質(zhì)性，具磁性。粒徑一般為20～50 μm，個別達500 μm，含量較少，所見者均為單體，如圖9所示。

圖8 黃鐵礦及黃銅礦單體與脈石礦物呈連生體存在Fig.8 Pyrite and chalcopyrite monomers associated with gangue minerals

圖9 磁黃鐵礦與黃鐵礦呈單體Fig.9 Pyrrhotite and pyrite in the form of monomers

4 影響尾礦中銅、鐵回收的工藝礦物學因素

在選礦的過程中，影響選礦工藝指標的因素很多，但其中主要的因素是礦石性質(zhì)，礦石的性質(zhì)不同，采取的選礦方案也不同。根據(jù)工藝礦物學結(jié)果來看，該尾礦石中的鐵主要賦存在黃鐵礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦中、少量賦存于褐鐵礦中，其中褐鐵礦中的鐵回收意義不大。由上述工藝礦物學分析可以看出，尾礦中的鐵主要以半自型晶結(jié)構(gòu)和斑狀結(jié)構(gòu)形式存在，與脈石礦物呈連生體存在，對于尾礦中的黃鐵礦，浮選過程中通過銅硫分離可提高該鐵尾礦中精礦的品質(zhì)，而此礦石中的磁黃鐵礦，弱磁分選過程磁黃鐵礦不可避免的進入鐵精礦中將導致鐵精礦中硫含量增加，影響鐵精礦品質(zhì)。鐵尾礦中黃銅礦粒度不均勻，在該鐵尾礦中賦存的黃銅礦呈鑲邊結(jié)構(gòu)，加之部分黃銅礦與脈石礦物連生，因此，通過磨礦可為黃銅礦浮選的有效富集和回收創(chuàng)造必要條件。黃銅礦的含量在該鐵尾礦中占0.3%左右，銅的含量較低，采用銅硫混選-銅硫分離的分選工藝，可較好地回收該尾礦中硫化銅礦物。此外，尾礦中含有30%的游離氧化銅礦，如何強化這部分銅礦物的分選對高效開發(fā)該鐵尾礦資源也十分重要。

通過上述工藝礦物學分析的結(jié)果可知，該尾礦石中主要礦物-25 μm的分布率較高，在33%以上，嵌布粒度不僅細而且分布不均勻。因此，對于這類的尾礦在磨礦作業(yè)時，選擇磨礦工藝時要合理化，既要達到最大限度的單體解離，又要避免過粉碎、泥化現(xiàn)象的出現(xiàn)。根據(jù)該尾礦的性質(zhì)，和礦石的嵌布粒度，可采用銅硫混選-銅硫分離的分選工藝，經(jīng)過一次粗選、一次掃選、兩次精選的原則流程得到較高的選礦指標。

5 結(jié)論

1)云南某含銅鐵尾礦的銅品位為0.15%，鐵的品位為15.54%，主要的金屬銅礦物為黃銅礦，它占銅總量的66.67%，鐵礦物主要是碳酸鹽，如硅酸鐵和菱鐵礦，磁性鐵占6.71%，如何實現(xiàn)黃銅礦和磁鐵礦的有效回收對該資源的開發(fā)利用具有重要的實踐意義。

2)礦石的結(jié)構(gòu)以半自型晶結(jié)構(gòu)為主，礦物嵌布粒度比較均勻，粒徑5～50 μm；目的礦物的單體解離度約為80%。銅鐵尾礦的粒度分析結(jié)果表明；原礦中-74 μm粒級含量約為63.61%，尾礦的粒度較細，但不均勻，在回收有用金屬銅、鐵時，通過細磨礦后，可對粒級+38 μm粒級以上進行選別。

3)基于尾礦的工藝礦物學研究，擬采用銅硫混合浮選—銅硫分離的分選工藝，可較好地回收該尾礦中硫化銅礦物。通過弱磁選可以實現(xiàn)尾礦中磁鐵礦的回收。此外，尾礦中含有30%的游離氧化銅礦，如何強化這部分銅礦物的分選對高效開發(fā)該尾礦資源也十分重要。