黄石市某尾矿库尾矿矿物特征及综合利用评价论文

　　摘要：初步查明黄石市某尾矿库中三氧化钨平均品位0.26%，三氧化钨金属量8574.17吨，次要矿产TFe平均品位13.85%，铁金属量458595.16吨。为实现尾矿资源化利用，详细开展尾矿矿物特征性研究及综合回收实验，提出钨、铜、磁性铁、硫铁矿等矿物的选矿回收工艺技术方案，及尾矿的综合利用技术方案，为合理开发利用尾矿资源提供技术依据。

 

　　关键词：尾矿；三氧化钨；浮选试验；铜硫分离

 

　　随着我国经济快速发展，传统粗放型的经济增长方式使得我国资源短缺的矛盾越来越突出，环境压力越来越大。黄石市作为湖北省唯一大宗固体废弃物综合利用基地，对工业固废资源二次开发及综合循环利用成为黄石市资源产业升级发展方向。本次研究基于黄石市某尾矿库调查工作，通过现场取样测试了解尾矿物质组成及矿物特征，提出钨、磁性铁、硫铁矿等矿物的选矿回收工艺技术方案，及其余尾矿的选矿分离工艺技术方案，为该尾矿库资源的综合开发利用提供技术依据。

 

 

　　尾矿库长约770m，宽约400m，面积约为0.2km2，总体为近北东向。尾矿库分为两级台阶，地势总体呈北东高南西低，库面地表最低标高为+131m，出露最大标高为+153.3m，最大高差22.3m。库中尾矿分布均匀，分布较为规则，与尾矿库体形态基本一致，具有中部深、边部浅，从北东向南西方向加深的特点。库区上游北东角未见尾砂，其他钻孔均有分布，尾矿赋存深度为0m~27.90m，尾矿厚度较稳定，厚度为0.4m~27.3m。经地质块段法估算求得：钨矿石量331.07万吨，三氧化钨平均品位0.26%，三氧化钨金属量8574.17吨，次要矿产TFe平均品位13.85%，铁金属量458595.16t。

 

 

 

　　2.1褐黄色中粒砂状尾矿

 

　　褐黄色细粒砂状尾矿，分布深度为0m~9.70m；主要金属矿物为：黄铜矿、褐铁矿、斑铜矿、辉铜矿、白钨矿、黄铁矿等，矿物多呈棱角状、次棱角状、它形粒状；粒度约0.125mm~0.25mm。非金属矿物主要为方解石、石榴石、石英、透辉石等，脉石矿物多呈棱角状、次棱角状、它形粒状，粒度0.01mm~0.12mm。

 

　　2.2深灰-黑灰色粉粒状尾矿

 

　　深部为深灰－黑灰色粉粒状尾矿，分布深度为1.00mm~27.90m，金属矿物呈不透明的棱角-次棱角状，粒度0.04mm~0.20mm，含量3%~15%；非金属矿物主要为方解石、白云石、石榴石、石英、钾长石、钠长石、透闪石岩屑等，脉石矿物多呈棱角状、次棱角状、它形粒状，粒度0.25mm~0.075mm。2.3尾矿结构

 

　　通过光学显微镜对矿石的显微结构进行了研究，结果表明矿石的结构主要为砂状沉积结构。样品中的磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿、白钨矿等反射率较高的金属矿物分散分布在方解石、白云石、钙铁榴石、石英、辉石、斜长石、碱性长石、白云母、斜绿泥石、高岭石等组成的空隙中。

 

　　2.4尾矿矿物组成

 

　　通过分析鉴定：尾砂中的金属矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、褐锰矿、黄铁矿、磁黄铁矿、斑铜矿、黄铜矿、白钨矿，非金属矿物主要有：方解石、白云石、钙铁榴石铝榴石、石英、橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、碱性长石、白云母、斜绿泥石、高岭石、伊利石等。其它矿物为偶见矿物，由于含量极低，归一化统计后结果显示为零，故合计归为一类，包括菱铁矿、方铈矿、钙钛矿、辉钼矿、锆石、重晶石、钛铁矿等。

 

　　2.5尾矿工艺粒度筛析

 

　　钙铁榴石的工艺粒度整体偏细：0.15mm累计筛上占比9.42%，0.075mm累计筛上占比25.77%，0.022mm累计筛上占比73.13%；0.15mm累计筛下占比90.58%，0.075mm累计筛下占比74.23%，0.022mm累计筛下占比26.87%。石英的工艺粒度整体偏细：0.15mm累计筛上占比7.44%，0.075mm累计筛上占比22.8%，0.022mm累计筛上占比71.91%；0.15mm累计筛下占比92.56%，0.075mm累计筛下占比77.2%，0.022mm累计筛下占比28.09%。方解石的工艺粒度整体偏细：0.15mm累计筛上占比3.19%，0.075mm累计筛上占比22.98%，0.022mm累计筛上占比67.89%；0.15mm累计筛下占比96.81%，0.075mm累计筛下占比77.02%，0.022mm累计筛下占比32.11%。

 

 

　　矿石物质组成研究样品为选矿试验综合样品。均经过方格缩分法进行取样。经过X射线荧光光谱定性分析、多元素定量分析、氧化物化学分析。分析结果表明：

 

　　(1)样品中WO3含量为0.26%，Cu含量为0.072%，MoO3含量0.0191%，应注意钨和铜的综合回收和利用。

 

　　(2)样品中主量元素SiO2、CaO、Fe2O3含量分别为22.68%、29.84%和22.68%，应注意其赋存状态。

 

　　(3)样品中金银等贵金属含量未见异常。

 

　　(4)样品中稀有元素、稀土元素和分散元素未见异常。

 

 

　　根据分析结果，尾矿中WO3、TFe、S元素含量高，在垂向分布上存在由浅至深逐渐富集的规律。

 

　　4.1钨

 

　　WO3的载体主要为白钨矿，浅部褐黄色粉砂状尾矿中WO3含量0.07%~0.52%，剖面平均品位0.18%~0.23%；深部深灰－黑灰色粉砂状尾矿中WO3含量0.071%~0.64%，剖面平均品位0.25%~0.29%。具有明显的由地表向下部逐渐增高特点。分析样品中白钨矿含量为0.31%，解离度在75%~85%，粒度集中在10μm~50μm，大部分呈星点状被粘土矿物、方解石和石英等脉石矿物紧密包绕。

 

　　4.2铁

 

　　浅部褐黄色粉砂状尾矿中TFe含量变化区间3.40%~21.2%，剖面平均品位11.84%~12.57%；深部深灰-黑灰色粉砂状尾矿中TFe含量区间6.81%~34.6%，剖面平均品位11.03%~14.86%。具有明显的由地表向下部逐渐增高特点。样品分析中TFe的含量为14.4%，通过矿相显微镜、电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射等分析手段，发现铁的载体矿物包括磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、褐锰矿、黄铁矿、磁黄铁矿、钙铁榴石，其中比较重要的独立矿物为磁铁矿、黄铁矿。

 

　　4.3硫

 

　　化学分析S的含量为1.23%，通过矿相显微镜、电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射等分析手段，发现硫的载体矿物主要包括黄铁矿、磁黄铁矿、斑铜矿、黄铜矿，偶见辉钼矿。其中最重要的硫的载体矿物为黄铁矿，其矿物含量为2.5%。由于其含量较低，且大部分嵌布关系复杂。因此其综合利用难度较大。

 

　　4.4钙铁榴石

 

　　样品中的钙铁榴石主要以单体的形式分散分布在样品中，部分以连生体的形式与其他矿物相互连生，还有极少部分包裹在粘土、方解石和石英组成的空隙中。钙铁榴石解离度(90%<x<100%)为82.15%，1.26%为包裹状态。

 

 

　　根据工艺矿物学研究结果，该尾矿样品中白钨矿含量为0.26%，含量大于1%的矿物为：磁铁矿(2.17%)、褐铁矿(1.13%)、黄铁矿(2.5%)、方解石(34.45%)、白云石(1.74%)、钙铁榴石(26.54%)、铝榴石(1.42%)、石英(13.65%)、橄榄石(1.12%)、辉石(3.63%)、斜长石(1.37%)、碱性长石(2.63%)、白云母(1.03%)、斜绿泥石(1.13%)、高岭石(1.41%)；样品中WO3含量为0.26%，S含量1.23%，Cu含量为0.072%；样品中主量元素SiO2、CaO、Fe2O3含量分别为29.82%、25.87%和22.50%。尾矿样品中，可回收的有价金属矿物有黄铁矿、磁铁矿、白钨矿，可综合回收利用的非金属矿物为钙铁榴石、方解石和石英，其它矿物成分含量较低且该尾矿样品粒度偏细、含泥量很高(-0.038mm占57.52%)，所以很难通过物理选矿得到有效分离。该尾矿样品中黄铁矿含量较低，但通常在选白钨矿和磁铁矿之前要求优先脱除，否则会导致磁铁矿和白钨矿产品中的硫含量超标，同时也会影响非金属尾矿的综合回收利用。黄铁矿主要通过浮选工艺富集回收，对于粒度较粗、单体解离度高的黄铁矿，也可采用重选工艺富集回收。本次试验样品泥量大粒度较细，黄铁矿的粒度也较细且粗细分布不均匀，只能考虑浮选方法脱除，争取选出合格的硫精矿。黄铜矿会一起富集进入硫精矿，粒度很细难解离的硫化铜矿物和氧化铜矿物则很难富集回收，进入硫精矿的铜矿物通过铜硫分离作业有可能得到回收利用。

 

 

　　白钨矿通常采用浮选工艺进行富集回收，一般要经过常温粗选和加温精选(彼得洛夫法)两个阶段，才能产出合格的白钨精矿产品，粒度较粗的白钨矿也可采用重选工艺富集回收。本次试验研究的尾矿样品含泥量大、粒度较细，样品的粒度筛析结果表明，有82.44%的白钨矿分布在-0.038mm的粒级中，所以首先考虑采用浮选工艺，如浮选尾矿中钨的损失率较高，可采用重选工艺加强回收。磁铁矿是最方便回收的金属矿物，采用湿式弱磁选工艺就可产出磁铁矿精矿产品。选出黄铁矿、磁铁矿、白钨矿后，尾矿中以方解石、钙铁榴石和石英为主要非金属矿物。钙铁榴石硬度高、比重较大(3.7g/cm3~4.1g/cm3)、带弱磁性，所以可以通过强磁选、重选或磁-重联合工艺富集回收。样品中方解石的工艺粒度整体偏细且粗细不均，在选出钙铁榴石之后，采用浮选工艺与石英及其它矿物分离，争取得到CaO含量达到45%以上的方解石产品，可作为水泥的石灰石原料得到综合利用。

 

　　依据尾矿性质及矿物组成特性，在多方案选矿探索试验研究的基础上，进行了硫化矿物和白钨矿的浮选试验研究，包括铜硫混合浮选、铜硫分离、白钨矿粗选、加温精选、白钨精矿酸浸等工艺技术研究；针对浮选尾矿，进行了弱磁选铁、重选进一步回收钨、重选回收石榴子石、强磁选—分级重选回收石榴子石、浮选分离方解石和石英、加温精选尾矿强磁选方解石、摇床细泥分选及制备矿物硅肥等试验研究,获得的主要研究成果如下：

 

　　(1)采用“铜硫混浮—铜硫分离”的流程方案，闭路试验可获得产率0.10%、Cu品位13.80%、Cu回收率21.71%的铜精矿，以及产率1.22%、S品位44.50%、S回收率50.89%的硫精矿。

 

　　(2)针对铜硫混浮尾矿，采用“白钨矿粗选-加温精选-酸浸”的工艺流程，可获得产率0.40%、WO3品位34.19%、回收率53.04%的酸浸白钨精矿，符合行业标准YS/T231-2007钨细泥精矿(WO3品位＞30%)的要求。

 

　　(3)针对钨粗选尾矿，采用“弱磁选-摇床重选”工艺可获得产率3.73%、TFe品位60.45%、回收率15.66%的铁精矿；可获得产率0.13%、WO3品位10.93%、回收率5.54%的重选钨精矿；可获得产率2.44%、钙铁榴石品位89.25%、回收率8.21%的石榴子石精矿。

 

　　(4)针对摇床脱泥尾矿采用“强磁选-分级摇床重选”工艺，产出钙铁榴石品位83.50%~90.00%、两个粒级的四个石榴子石精矿，其产率合计4.82%、回收率合计15.72%；同时产出一个产率11.02%、钙铁榴石品位71.93%、回收率29.87%的石榴子石次精矿。获得的石榴子石精矿及次精矿产率总计18.28%，回收率总计53.80%。

 

　　(5)针对强磁选石榴子石后的非磁性脱泥尾矿，采用“浮选分离方解石和石英”工艺，经过一粗一扫二精闭路浮选流程，可获得CaO品位44.21%、产率6.51%、回收率14.92%的方解石精矿，以及SiO2品位52.38%、产率14.44%、回收率55.42%的石英尾矿；经过一次粗选简单开路浮选流程，可产出CaO品位38.34%、产率11.76%、回收率23.37%的方解石粗精矿产品，同时产出SiO2品位61.17%、产率9.19%、回收率41.18%的石英尾矿。两种品位的方解石精矿都可用于水泥工业石灰质原料，两种品位的石英尾矿都可用于水泥工业的粘土质配料和砖瓦用粘土原料。

 

　　(6)采用加温精选尾矿和摇床细泥选矿流程中各自的产率配比，只需添加少量助剂纯碱，可制备出指标优异的多功能硅肥产品，有效硅含量25.70%、重金属符合国家和行业标准对硅肥产品的指标要求，可实现两种尾矿产品的规模化消纳和高值化利用。

 

　　(7)研发的尾矿综合利用工艺技术方案，可产出铜精矿、硫精矿、铁精矿、酸浸白钨精矿、重选钨精矿、石榴子石精矿、方解石精矿、石英尾矿及矿物硅肥产品，有望实现尾矿资源的无尾化利用及规模化消纳。

 

 

　　采用“白钨矿粗选-加温精选-酸浸”浮选和“弱磁选-摇床重选”工艺流程，可主要回收有用组分WO3，兼顾回收铜精矿、硫精矿、铁精矿。其中WO3综合产率为0.53%，有价金属元素回收完成后，剩余二次尾矿占94.42%。

 

　　针对摇床脱泥尾矿采用“强磁选-分级摇床重选”工艺，回收石榴子石精矿，其综合产率为18.28%；继续采用“浮选分离方解石和石英”工艺，回收方解石精矿及石英尾矿，其中方解石精矿产率6.51%，石英尾矿产率为14.44%。方解石精矿可用于水泥工业石灰质原料，石英尾矿都可用于水泥工业的粘土质配料和砖瓦用粘土原料。

 

　　针对摇床细泥和加温精选尾矿两个尾矿产品，两者共约占55.19%，进行了矿物硅肥制备试验研究，制备出指标优异的多功能硅肥产品，最终实现尾矿资源的无尾化利用及规模化消纳。

 

 

　　(1)尾矿库开采条件好，尾矿中三氧化钨含量稳定，品位较高，矿体连续性好，规模近中型，工程地质条件简单和水文、环境地质条件中等，项目建设可行。尾矿中除提取三氧化钨外，还可回收铜精矿、硫精矿、铁精矿，石榴石精矿、方解石精矿，剩余石英尾矿可用于水泥工业和粘土原料，细泥和加温精选尾矿经处理可制作硅肥，均具备一定的开发利用价值。

 

　　(2)细泥和加温精选尾矿(二次尾矿)约占尾矿总量的55%，本次选冶实验给出方案是制作硅肥，可最终完全消纳尾矿。但是硅肥市场前景未做市场调研，市场能否消化大量的硅肥产品还需进一步研究。这最终影响二次尾矿的处理问题，应妥善处理解决。