安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究_罗传华.pdf

第 33 卷第 1 期2023 年 3 月安徽地质Geology of AnhuiMar.2023Vol.33 No.1文章编号：1005-6157（2023）01-0引言金属尾矿是矿山采、选后的废弃物，不合理处置会引发安全事故、资源浪费、环境污染等不良影响1，据统计，截至2020年我国尾矿总储量已超过600亿t2。近年来，国内外对尾矿的研究日益深入，逐步发现尾矿资源属性，相继开展了综合回收利用、尾矿基建材、生态修复材料等应用3-7。安徽铜陵作为我国长江中下游成矿带重要矿集区，是我国重要的有色金属矿产地，矿产资源开发历史绵延3000余年8-9，产生了大量金属尾矿。本文以铜陵市水木冲尾矿库尾矿为研究对象。水木冲尾砂库原属铜陵铜官山铜矿所有，建成于20世纪90年代，2003年铜官山铜矿因资源枯竭关闭破产，尾砂库停止使用，此时存储尾砂670余万m3，目前铜陵有色公司实施尾矿库闭库安全整治工程，取砂回填采空区，现存尾砂约550万m3。原铜官山铜矿为接触交代矽卡岩铜矿，主要矿石类型为含铜矽卡岩类、含铜磁铁矿等，特征矿石矿物为黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿等。开展工艺矿物学研究，查明尾矿资源属性，是尾矿综合利用的前提。本文以典型矽卡岩型尾矿为研究对象，以化学分析、X射线衍射分析、矿物解离度分析等为工作手段，开展系统的工艺矿物学研究，查明尾矿主要化学组成、矿物组成，查明主要矿物的赋存状态、嵌布关系、嵌布粒度和矿物连生关系，为铜尾矿综合利用提供基础数据及理论依据。1化学组成及含量尾矿微量元素送澳实分析检测（广州）有限公司检测，采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行检测，样品检测结果见表1。值得注意的是，尾矿中稀散元素Se具有富集现象，Ga、Se元素达到部分矿床伴生矿产品位的要求。对试样采用化学多项分析进一步考察尾矿中主量元素与有益元素含量，分析结果见表2。根据表2化学成分分析，该尾矿属钙镁硅型尾矿，K2O+Na2O含量为2.07%，碱度较低。尾矿中TFe含量为7.90%，主要来自黄铁矿，S含量为1.10%，主要来自硫化矿物，Cu、Au、Ag 具有较高含量，Pb、Zn 含量较低，Cu、Au、Ag具有回收利用潜在价值。安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究罗传华1,2，单士锋1,2，丁丹1,2，韩正伟3（1.安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽铜陵244033；2.安徽省一般工业固废处置与资源化利用工程研究中心，安徽铜陵244033；3.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙410083）摘要：为寻求实现矽卡岩型铜尾矿资源回收利用的研究思路，本文以铜陵水木冲尾矿库矽卡岩型铜尾矿为研究对象，采用化学分析、X射线衍射分析（XRD）、矿物学自动分析系统（MLA）等手段进行详细的工艺矿物学研究。结果表明：该尾矿中含Cu 0.142、Ag 0.1210-6、Ga 16.410-6，Se 1310-6；主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿，非金属矿物为石榴石、石英、长石、方解石等；黄铜矿解离度约为15，多与石英、长石和辉石连生，黄铁矿和磁黄铁矿解离度相当，约为50，两者交生产出，或与辉石、长石、石英和方解石连生，石榴石解离度约为50，多与辉石、长石、石英和方解石等连生。关键词：铜尾矿；工艺矿物学；赋存关系；解离度中图分类号：P589文献标志码：A收稿日期：2022-8-6作者简介：罗传华（1965），男，安徽宿松人，正高级工程师。研究方向：岩土工程、环境修复治理及固废资源化利用。E-mail：通讯作者：单士锋（1987），男，山东菏泽人，高级工程师。研究方向：固废资源化利用。E-mail：015-5安徽地质2023年2矿物组成及含量为确定矿石矿物成分，在水木冲尾矿库采挖取砂施工垂直面上刻槽采集样品，采挖施工垂直深度约为3m，表面0.5m为氧化硬壳层，取样深度为0.53m，刻槽规格为5cm3cm，样品混合均匀后送第三方检测。2组尾矿样送中南大学进行X射线衍射（XRD）分析（XRD基本原理是每一种晶体物质和它的衍射图谱都是一一对应的，普遍用于矿物物相测定分析10-11），分析结果如图1所示。XRD衍射峰表明尾矿中含有的主要矿物为钙铁石榴石、钙铝石榴石、石英、方解石和白云石。图1铜尾矿XRD分析结果Figure 1.X-ray diffraction analysis of the copper tailings1 组尾矿样送中南大学采用 MLA（矿物解离分析）对样品中主要矿物的重量含量进行测定（MLA定量矿物学已经成为工艺矿物学研究的重要手段12），测定结果见表3。表3样品中主要矿物含量Table 3.Contents of main minerals in a sampleMineralChalcopyriteQuartzAndradite-GrossularPlagioclaseOrthoclaseAlbiteCalciteDolomiteAnkeriteDiopsideHedenbergiteFerroactinoliteKaersutiteTremoliteGruneriteMuscovitePHlogopiteBiotite矿物黄铜矿石英钙铁榴石-钙铝榴石钙长石钾长石钠长石方解石白云石铁白云石透辉石钙铁辉石铁透闪石钛闪石透闪石铁闪石白云母（绢云母）金云母黑云母Wt/%0.1414.3632.994.928.661.0211.320.621.3410.611.381.210.650.370.040.840.130.38MineralGoethitePyritePyrrhotiteSpHaleriteArsenopyriteApatiteWollastoniteZoisiteTalcChloriteTitaniteSerpentineMinnesotaiteFayaliteKaoliniteOthersTotal矿物赤褐铁矿黄铁矿磁黄铁矿闪锌矿毒砂磷灰石硅灰石黝帘石滑石绿泥石榍石蛇纹石铁滑石铁橄榄石高岭石其他合计Wt/%1.052.571.380.050.010.20.141.70.180.240.230.250.390.230.360.07100MLA分析与XRD分析结果相当。MLA分析统计结果表明：样品中铜矿物为黄铜矿，其他金属硫化物以黄铁矿和磁黄铁矿为主，微量闪锌矿和毒砂；铁矿物主要为少量赤褐铁矿；非金属矿物以石榴石（钙铁榴石-钙铝榴石）为主，其次是石英、长石（包括钾长石、钙长石和钠长石）、方解石和辉石（包括透辉石和钙铁辉石），少量白云石（包括铁白云石）、闪石（包括铁透闪石、透闪石、钛闪石和铁闪石等）、云母（包括白云母、黑云母和金云母）和黝帘石等，其他微量矿物尚有磷灰石、硅灰石、滑石、绿泥石、榍石、蛇纹石、铁滑石、铁橄榄石和高岭石等。3主要矿物嵌布特征3.1 黄铜矿CuFeS2样品中铜的赋存矿物含量较低，解离度为15%左右，除少量呈单体产出外，大部分呈不规则状包裹或半包裹在石英、长石、辉石、石榴石、方解石和云母等表1铜尾矿微量元素组成/10-6Table 1.Contents of trace elements in the copper tailings/10-6表2铜尾矿多元素化学分析结果/Table 2.Results of chemical multielement analysis of thecopper tailings注：*单位为10-6。成分AsBiCdCrCsDyGa检出限制0.20.010.0210.010.050.1含量105.546.51.96612.612.9916.4成分GeLiLuMnNiPPr检出限制0.050.20.0150.2100.03含量0.0511.10.23249049.55805.51成分SeSnTlVWGeSb检出限制110.02510.050.05含量13120.78109570.053.87成分SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgO含量43.6511.78.3621.482.06成分K2ONa2OCuTFeS含量1.630.440.1427.901.10成分Au*Ag*Pb*Zn*含量0.126.71534716第33卷第1期脉石矿物颗粒中，部分与黄铁矿伴生，粒径为0.0070.07 mm，属于微细粒嵌布（图2、图3）。a.黄铜矿（Cp）呈单体粒状产出；b.黄铜矿（Cp）和黄铁矿（Py）被石英（Q）-钠长石（Ab）包裹；c.黄铜矿（Cp）嵌布在石英（Q）-辉石（D）中；d.黄铜矿（Cp）嵌布在钠长石（Ab）-黝帘石（Z）中图2黄铜矿（Cp）主要嵌布特征Figure 2.Main occurrence characteristics of chalcopyrite(CP)图3黄铜矿的粒度-连生关系MLA解析图Figure 3.MLA analysis of grain size-intergrowth relationshipof chalcopyrite3.2 钙铁榴石-钙铝榴石Ca3(Fe,Al)2SiO43钙铁榴石-钙铝榴石是样品中含量最多的脉石矿物。钙铁榴石-钙铝榴石是一组类质同象矿物，Fe3+和Al3+离子端元可以完全相互取代，样品中钙铝榴石含量相对较高，约占3/4。主要呈自形或半自形柱粒状，约50%呈单体产出，余者多与辉石、长石、石英和方解石等矿物连生，粒径为0.020.15 mm（图4、图5）。a.石榴石（G）-辉石（D）溶蚀充填连生体；b.石榴石（G）-钾长石（O）连生体图4石榴石（G）主要嵌布特征Figure 4.Main embedding characteristics of garnet(G)图5石榴石的粒度-连生关系MLA解析图Figure 5.MLA analysis of grain size-intergrowth relationshipof garnet3.3 黄铁矿FeS2和磁黄铁矿Fe0.9S样品中主要的金属硫化物，黄铁矿和磁黄铁矿二者产出形式较为接近，多呈半自形或他形粒状产出，解离度约为50%左右，连生体以富连生体为主，嵌连矿物多为辉石、长石、石英和方解石等，黄铁矿与磁黄罗传华，等：安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究17安徽地质2023年铁矿也常交生产出，粒径为0.010.1mm（图6、图7）。a.黄铁矿（Py）和磁黄铁矿（Po）单体；b.黄铁矿（Py）-石英（Q）连生体和黄铁矿（Py）-长石（P）连生体；c.黄铁矿（Py）-石英（Q）-方解石（C）连生体图6黄铁矿（Py）、磁黄铁矿（Po）等主要嵌布特征Figure 6.Main embedding characteristics of pyrite(Py),pyrrhotite(Po),etc.图7黄铁矿和磁黄铁矿的粒度-连生关系MLA示意图Figure 7.MLA analysis of grain size-intergrowth relationshipof pyrite and pyrrhotite4主要矿物的解离度及连生关系采用MLA对样品中黄铜矿、石英、钙铁榴石、钙铝榴石、方解石、辉石、黄铁矿和磁黄铁矿的解离度及连生关系进行测定，结果见表4、表5。表4主要矿物的解离度/%Table 4.Degrees of dissociation of main minerals矿物黄铜矿石英钙铁榴石钙铝榴石方解石辉石黄铁矿磁黄铁矿单体15.4027.8251.5651.4951.8940.2650.1854.73连生体3/43.0054.3333.9737.0233.5929.8030.0036.313/41/20.218.755.347.635.529.537.445.161/21/419.965.473.722.464.6410.863.681.551/461.443.645.411.394.369.548.692.25统计结果显示：黄铜矿单体解离度为15%左右，且大部分属于贫连生体（目的矿物占比小于1/4的颗粒），石英和辉石的解离度相对较低，分别为 28%和40%左右。而钙铁榴石、钙铝榴石、方解石和黄铁矿、磁黄铁矿的解离度较为接近，均为50%左右。表5主要目的矿物与连生矿物的比例/%Table 5.Proportion of main minerals to embedded minerals连生矿物黄铜矿石英钙铁榴石钙铝榴石方解石辉石黄铁矿磁黄铁矿长石云母赤褐铁矿黝帘石目的矿物黄铜矿10030.073.153.624.8515.427.260.0017.003.390.044.11石英1.081005.1713.8916.6430.302.970.1314.512.621.051.67钙铁榴石0.2411.2710027.248.7530.001.420.0713.960.690.622.28钙铝榴石0.1412.8711.5610012.8237.901.030.0915.020.890.373.79方解石0.2727.366.6122.7510016.593.460.185.371.511.023.10辉石0.2915.507.0320.935.161002.010.2235.500.860.336.92黄铁矿1.3014.963.295.5610.4919.6810010.0018.692.140.931.33磁黄铁矿0.003.380.843.073.0712.3654.8710010.360.311.922.30从连生情况来看：黄铜矿的连生矿物主要为石英、长石和辉石，其次是黄铁矿、石榴石、方解石和云母等；石英的连生矿物主要为辉石、长石、方解石和石榴石；钙铁榴石的连生矿物主要为辉石和钙铝榴石，其次是长石、石英和方解石；钙铝榴石则主要与辉石、长石、石英、方解石和钙铁榴石连生；方解石的嵌连矿物主要为石英、石榴石和辉石；辉石多与长石、石榴石18第33卷第1期和石英连生；黄铁矿的连生矿物主要为磁黄铁矿、辉石、石英和方解石。因此欲回收样品中黄铜矿，需要进一步细磨，使得其解离或暴露而与药剂接触，从而达到浮选富集的效果。5结论（1）矽卡岩型铜尾矿水木冲尾矿库尾矿化学组成分析显示，该尾矿属钙镁硅型尾矿，以硅钙镁氧化物为主，尾矿中含 Cu 0.142%、Ag 0.1210-6、Ga 16.410-6、Se 1310-6，具有回收利用的潜力。同时尾矿中As、Cd、Mn 等 元 素 含 量 分 别 为 105.510-6、1.9610-6、2 49010-6，高出 水泥窑协同处置固体废物技术规范（GB/T 307602014）入窑生料要求，对于尾矿综合利用具有环境安全风险。（2）尾矿中矿物组分以典型矽卡岩矿物为主，其中钙铁榴石-钙铝榴石、石英、方解石、透辉石含量最高。（3）主要有用组分黄铜矿呈不规则状包裹或半包裹在石英、长石、辉石、石榴石、方解石和云母等脉石矿物颗粒中，嵌布粒径为 0.0070.07 mm，属于微细粒嵌布。黄铁矿、磁黄铁矿为样品中主要的金属硫化物，二者产出形式较为接近，多呈半自形或他形粒状产出，连生体以富连生体为主，连生矿物多为辉石、长石、石英和方解石等，粒径为0.010.1 mm，属于微细粒嵌布。（4）基于工艺矿物学研究，该尾矿综合利用可首先富集尾矿中的黄铜矿及黄铁矿，金银随之富集。由于其解离度较低，需要进一步细磨，其解离或暴露时才能与药剂接触，从而达到浮选富集的效果。参考文献：1敖顺福.有色金属矿山尾矿综合利用进展J.矿产保护与利用，2021，41(3)：94-103.2孟跃辉，倪文，张玉燕.我国尾矿综合利用发展现状及前景J.中国矿山工程，2010，39(5)：4-9.3赵钥庆，王佳.山东某金矿选矿尾渣金的再回收试验研究J.世界有色金属，2018(17)：186-187.4牛福生，梁银英，吴根.从金尾矿中回收精制石英砂的试验研究J.中国矿业，2008，17(1)：74-77.5鲁军.铜尾矿选矿综合回收试验研究J.矿产综合利用，2012(3)：23-25，29.6陈靖，陈飞，胡洋，等.某铜铁矿尾矿再选试验研究J.现代矿业，2019，35(11)：11-13.7汪顺才，袁荣灼，余学勇，等.铅锌矿尾矿制备陶粒处理选矿废水J.环境工程学报，2013，7(5)：1779-1784.8常印佛，刘湘培，吴言昌.长江中下游铜铁成矿带M.北京：地质出版社，1991.9吴昭谦.中国铜都铜陵史话M.合肥：安徽人民出版社，2013.10 SCHRAMM R.Use of X-ray fluorescence analysis forthedeterminationofrareearthelementsJ.PhysicalSciences Reviews，2016，1(9)：1-17.11 杨南如，岳文海.无机非金属材料图谱手册M.武汉：武汉工业大学出版社，2000：1-64.12 温利刚，贾木欣，王清，等.基于扫描电子显微镜的自动矿物学新技术：BPMA及其应用前景J.有色金属(选矿部分)，2021(2)：12-23.Process mineralogy of tailings of a skarn type copper deposit in Tongling,Anhui ProvinceLUO Chuanhua1,2,SHAN Shifeng1,2,DING Dan1,2and HAN Zhengwei3(1.No.321 Unit,Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province,Tongling,Anhui 244033,China;2.EngineeringResearch Center of General Industrial Solid Waste Disposal and Resource Utilization of Anhui Province,Tongling,Anhui 244033,China;3.School of Resource Processing and Bioengineering,Central South University,Changsha,Hunan 410083,China)Abstract：In order to find a way of realizing the recovery and utilization of skarn type copper tailings resources,this paperfocuses on the skarn type copper tailings of the Shuimuchong tailing reservoir of Tongling to conduct a detailed processmineralogical research by using chemical analysis,X-ray diffraction analysis(XRD),automatic mineralogical analysis system(MLA)and other means.The results showed that the tailings contained 0.142%Cu,0.1210-6Ag,16.410-6Ga and 1310-6Se.The main metallic minerals are chalcopyrite,pyrite and pyrrhotite,and non-metallic minerals are garnet,quartz,feldspar,calcite,etc.Chalcopyrite has a degree of dissociation of about 15%,and it is mostly associated with quartz,feldspar andpyroxene;pyrite and pyrrhotite are similar in degree of dissociation of about 50%,and they are intergrown or associated withpyroxene,feldspar,quartz and calcite;garnet has a degree of dissociation of about 50%,and it is mostly associated withpyroxene,feldspar,quartz and calcite.Key words：copper tailings；process mineralogy；occurrence relation；degree of dissociation罗传华，等：安徽铜陵某矽卡岩型铜尾矿工艺矿物学研究19