矿石中
有用矿物伴生的无用的固体物质,其组成的矿物称为
脉石矿物,如铬矿石中的
橄榄石和
辉石,
铜矿石中的
石英、
绢云母、
绿泥石等,铅锌矿石中的石英、
方解石等不含铅、锌的矿物,
金矿石中的石英、云母等不含金矿物,石棉矿石中的
白云石和方解石等。
脉石矿物主要是非
金属矿物,但也包括一些金属矿物,如铜矿石中达不到综合利用量的
方铅矿和
闪锌矿、
硫铁矿石中达不到综合利用量的
闪锌矿和
黄铜矿,都因量少不能综合利用,而称其为脉石矿物。通常通过选矿和其他方法除去,矿石中含脉石愈少,则其质量愈高。
概念
一般将矿床中与矿石相伴生的无用固体物质称为脉石,包括
脉石矿物、
夹石、围岩的
碎块等。它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉。矿体中围岩碎块和夹石的含量过多,就相对降低了矿石的品位,一般称其为
矿石贫化。
矿石通常由矿石矿物和暂时无用的脉石矿物组成。矿石矿物(gangue mineral)亦称
有用矿物,系指可以被利用的金属或非金属矿物,如铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿;石棉矿石中的石棉等。脉石矿物则是指那些虽与矿石矿物相伴,但不能被利用或在当前技术经济条件下暂时不能被利用的矿物,如铜矿石中的石英、绢云母等;石棉矿石中的白云母等。根据矿石中矿石矿物与脉石矿物的相对含量,可将矿石分为块状矿石即矿石中矿石矿物大于80%和
浸染状矿石即矿石中矿石矿物含量小于80%。
脉石矿物一般是非金属矿物,如方解石等。也可能是某些
金属矿物,如铜矿石中的黄铁矿。最常见的脉石为矿石的原岩的成份,还有后期蚀变充填的
石英、
碳酸岩脉(
方解石)、
褐铁矿、
铁锰矿和低温蚀变的
高岭土、
滑石、
水云母以及
绿泥石、
绿帘石等矿物。
脉石矿物的种类、含量和
共生关系情况,对矿石加工方法的选择和处理费用的高低往往具有重要的影响。脉石在炼铁时,可以和石灰石发生反应变为炉渣(一种密度小于铁的物质)被除去。
矿石矿物与脉石矿物的划分是相对于一个具体的
矿床而言的。在一个矿床中某种矿物可利用,它就是矿石矿物。而在另一矿床中这种矿物暂时不能被利用,它就变成了脉石矿物。同样,脉石矿物的概念也是如此。这就是说,某矿物在一类矿床中是矿石矿物,而在另一类矿床中它却是脉石矿物。例如,在铅锌矿石中
方铅矿和
闪锌矿都是重要的矿石矿物。而在金矿石中也可常含有这两种矿物,但是如其含量很少而不具备综合利用价值时它们就是脉石矿物。相反,在铅锌矿石及金矿石中石英都是脉石矿物,但是在
硅石(砂) 矿床的矿石中石英却是唯一的矿石矿物。可见矿石矿物和脉石矿物的划分是相对的、是动态的,也是针对具体的矿床而言的。随着人类对新矿物原料的要求不断增长、选矿工艺技术条件的不断革新和综合利用技术的加强,尚无利用价值的某些脉石矿物,将很有可能成为矿石矿物。这里应强调的是,并不是所有的金属矿物都不是脉石矿物,同样,并不是所有的非金属矿物都是脉石矿物。
脉石分选
粗矿脉石分离技术
在选矿中,为了节省磨机电耗,解决矿渣堆占土地问题,采用粗矿脉石分离技术(即尽量减少原矿中的脉石量),在这种技术的实施中,粒度大于6毫米的脉石分选新技术有:
(1)色泽分选
英国同森分选设备公司研制出一种光学
分选机,适用于分选5~ 150毫米的粒度。根据其适用粒度和处理能力,该设备分为621 M型((6~20毫米,0.5~1.5吨/时),962MP型(5~15毫米,1 ~ 3吨/时),1011M型(15~35毫米,1.5~3吨/时),711型(20~50毫米,2~10吨/时),712型(35~75毫米,8~30吨/时),812M型(50~150毫米,20~60吨/时),MP80系列(大量处理用)等机种。具体方法是:先用水或集尘机将给料清理干净,然后成纵向排列通过空间,这时利用表面色测光传感器探测色差,将信号送给压缩空气驱动的排料机构,使其动作,进行分选。排料动作次数最快为950次/秒。不同机种的设备外观差异很大。而且MP80系列与上述不同,是在80厘米宽的皮带上无规则进料,通过微处理机控制的16个排料器进行选别(MP84型用于40~80毫米,80吨/时,MP88型用于80~150毫米,150吨/时)。
日本河合石灰工业公司(峙阜县)将色泽分选机用于石灰石的选矿作业。据其他国家介绍,色泽分选还适用于大理石、
菱苦土、
长石、
石英、
燧石、
白垩、
砂岩、
铝土矿、
白云石、
硅灰石、
滑石、
岩盐、
皂石、石棉、
耐火粘土、
石膏、
金刚石、矿脉型金属矿及农作物等方面。
(2)光选
英国的里奥廷托锌金专业小组制成了光度分选器。适合10~180毫米粒径的分选。处理能力从20吨/时高达200吨/时(粒径为180毫米时)。适于该种设备的矿种有
金矿、
菱苦土矿、
石棉、
锡矿、
黑钨矿、
萤石、
钛铁矿、
石灰石等。
(3)萤光分选
这是由法国地质、矿业研究所研究成功的技术,适于分选如白钨矿这样的经紫外线照射可发出萤光的矿物。该装置由(1)矿石
输送皮带、(2)
紫外线照射、(3)萤光检测、(4)由检测信号驱动的自动排料等机构组成。以40~80毫米粒径的
钨矿(白钨矿)为例试验的结果,进料品位为0.61%WO3,废石品位为0.10%WO3,废石中的WO3的分布率为8.4%,废石矿量百分率为51.4%。该装置适合干50~150毫米粒径的脉石分选。
脉石矿物分离工艺
(1)重选
重选,又称
重力选矿。是指利用被分选矿物颗粒间相对密度、粒度、形状的差异及其在介质(水、空气或其他相对密度较大的液体)中运动速率和方向的不同,使之彼此分离的选矿方法。
例如钨锡矿的选矿工艺流程主要由粗选段和精选段两段组成。 根据钨矿物和
锡石比重大的物理性质,在磨矿细度较粗的条件下,用重选法抛尾,实现钨锡矿物大体与
脉石矿物分离。 由于比重较大的
伴生矿物如
金属氧化物及各种硫化物等部分进入重选粗精矿,致使粗精矿中钨、锡品位较低,满足不了冶炼要求。 在重选粗精矿中,磁铁矿具有强磁性,在低磁场场强下可除去;
黑钨矿、
赤铁矿等具有弱磁性,在高磁场场强下,可以被选入强磁性产品中,然后再用重选法将比重大的黑钨矿选入重选精矿中获得黑钨精矿产品。 在非磁性产物中,以锡石和白钨矿物为主要目的矿物,由于白钨含量微且嵌布粒度细,很难形成白钨产品,因此,针对非磁性产物以回收锡为主,白钨矿的回收不作为本次研究的重点。 由于在最初的重选过程中混入了
黄铁矿,为了进一步提高钨、锡的品位,精选段对钨粗精矿和锡粗精矿分别进行脱硫试验,可以获得合格的钨精矿产品。
(2)化学选矿
化学选矿是基于矿物组分的化学性质的差异,利用化学方法改变矿物的性质,使目标组分或杂质组分选择性地溶于浸出溶剂中,从而达到分离的目的。
例如织金某矿区红土型锐钛矿石TiC:含量为7.55%,主要钛矿物为
锐钛矿,主要
脉石矿物为
石英、
针铁矿、
高岭石和
海泡石,属难选锐钛矿石。根据矿石性质的特点,对矿石进行了加碱焙烧一酸浸试验。根据锐钛矿化学性质的稳定性,可通过化学选矿的方法选择性溶解矿石中的脉石矿物。矿石中的主要杂质成分为
二氧化硅和
氧化铝,它们在焙烧情况下可与
氢氧化钠反应,生成可溶于水的硅酸钠、
偏铝酸钠,焙砂中硅酸钠、偏铝酸钠的溶解可使与脉石矿物连生或被脉石矿物包裹的锐钛矿得到富集;滤渣中加入过量的盐酸,一方面可中和残留的碱,另一方面可与
铁氧化物等脉石矿物反应生成可溶性盐,这些盐可通过洗涤方式除去,从而进一步富集锐钛矿。结果表明:在氢氧化钠用量为700 kg/t,焙烧温度为450℃,焙烧时间为35 min,盐酸用量为200 kg/t,盐酸浸出时间为12 min条件下,获得的锐钛矿精矿TiC:品位为28.89%、回收率为86.75%,较好地实现了钛的预富集。焙砂水浸滤液中的大量偏铝酸钠、硅酸钠分别可用来生产纳米
氢氧化铝和水玻璃。
(3)浮选
浮选(flotation)是漂浮选矿的简称,是根据矿物颗粒表面物理
化学性质的不同,按矿物
可浮性的差异进行
分选的方法。利用矿物表面的物理化学性质差异选别矿物颗粒的过程,旧称
浮游选矿,是应用最广泛的选矿方法。
天然
磷矿石由于伴生有不同种类和含量的
脉石矿物,因而品位较低,无法满足肥料及化学品工业应用的要求。磷矿中的磷酸盐矿物需要通过选矿技术加以
富集,浮选法是一种较为普遍且有效的分离手段,在硅质、钙质或硅钙质磷矿中都有所应用。由于脉石矿物的物性及其与磷酸盐矿物间相互作用的不同会使浮选工艺和药剂配方随之发生改变。一般多采用反浮选工艺 ,即采用羧酸类和胺类捕收剂分别作用于碳酸盐和硅质矿物使其上浮成为泡沫产品,而磷酸盐矿物则通过抑制剂作用,大部分富集在槽底,从而达到分离的效果,提高矿石的品位。在上述 3 类磷矿中,由于碳酸盐与磷酸盐矿物的表面性质相近,因而钙质磷矿的浮选分离并不顺利,尤其是当碳酸盐以方解石的形式存在时。虽然分离硅质磷矿中的石英和磷灰石已获得了较满意的浮选结果,但是对于硅钙质矿石,其成分和物性更复杂,也较难甄选,甚至碳酸盐矿物的存在会影响石英的浮选过程,使分离效果也变差。相关文章采用反浮选法以油酸盐和烷基胺盐为捕收剂分别除去细粒径磷矿中的碳酸盐和硅质脉石以提高矿石的品位。结果表明:不管是对油酸盐反浮选捕收方解石,还是胺盐反浮选捕收硅石,增加体系的酸性都有利于提高矿石的品位,还能明显提高前者的 P2O5回收率。
脉石矿物综合利用研究
金属矿选别尾矿中含有多种脉石矿物,因而处理这些尾矿可使矿产资源得到更充分合理地利用。但是,由于受技术、经济等各种条件的限制,仅能回收其中的某些组分。
长石、石英、粘土矿物
长石、石英、粘土矿物常常与
金属矿物共生,作为玻璃、陶瓷的主要原料和配料,它们也就成了回收的主要脉石矿物之一。
离子吸附型重稀土矿床是我国近年来发现的独奇的稀上资源,稀土主要以离子态吸咐于拈上类犷物上,其矿物组成主要是石英、长石、高岭石、云母等。江西某离子型重希上矿回收有价金属稀土的尾矿中,主要化学成分含量为:SiO273.07%,Al2O313.87%,K2O431%,Fe1.76%,Na2O0.2%,该尾矿中石英的含量占40%以上,且颗粒介于长石和粘土类矿物之间,通过分级脱泥的方法,可得到校廉价的玻璃相陶瓷原料长石、石英、粘土矿物,从而使
脉石矿物得到综合回收。
辉钼矿原矿含钼一般都小于0.1%,99%以上都是
脉石矿物,经过选别后的粗精矿产率还不足1%。河南栾川某钼矿,矿物成分除钼、钨、硫等矿物外,钾长石占矿石总量的40%,石英约占33%,矿物质地很纯。长石、石英嵌布粒度不均匀,粒径大者2~5mm,小者0.1~0.5mm,接触界面平直,易于解离。钥硫浮选的磨矿细度为-300目占40%,此细度适于长石、石英分选。试验采用酸性矿浆,优先浮选工艺处理浮选尾矿,选出产率为45%的长石精矿和产率为33%的石英精矿。
萤石
萤石是一种非常重要的非
金属矿物工业原料,我国萤石矿约50~60%赋存于铜错锌等夏合矿中,研究从这些矿石中综合回收萤石,具有重要的现实意义。湖南邵东铅锌矿选矿厂邀一请长沙有色金属研究所,对铅锌选别中的脉石矿物进行利用研究。经分析,错锌选别尾矿中主要成分含量为:CaF213.92%,SiO273.09%,Al2O33.74%,BaSO42.86%,Fe0.63%。根据尾矿的性质,采用分支浮选流程进行试验,得到的萤石精矿品位为CaF298.78%,CaCO30.46%,SiO20.64%,达到化工用萤石要求。
我国云锡公司大屯选厂硫化矿车间所处理的矿石属以锡铜为主的多金属硫化矿,经摇床处理后获得含萤石、方解石、铁和硫等的尾矿。尾矿一部分来自矿泥摇床,0.037~0.019 mm的物料占90%左右,其中含CaF219.6%,CaCO312.53%,Fe16.25%,S3.44%。另一部分来自矿砂摇床,+0.074 mm占85%左右,其中含CaF216.29%,CaCO316.56%,Fe12.57%,S3.33%,这部分物料磨至0.15 mm入选。选厂所用的流程为一次粗选,一次扫选,5~7次精选。药剂制度为:碳酸钠5000 g/t,油酸 250 g/t,水玻璃 120 g/t。矿浆pH值控制在8~9之间,脱硫率控制在95%以上。工业试验所得的萤石精矿品位CaF295~97%,回收率35~55%。
我国
白云鄂博矿是举世闻名的特大型稀土矿床,矿物种类繁多,可供综合利用的矿物竟有30余种,其中主要是铁、稀土、萤石等
有用矿物,在选铁尾矿中回收稀土的同时,萤石也得到了回收。
重晶石
在有色金属、金银稀土矿床中重晶石是主要
脉石矿物,重晶石常与各种硫化物及其氧化物,以及
石英、
萤石、
菱镁矿共生。近年来,国内外对重晶石的综合利用进行了大量的研究和实践,并取得了可喜的成果。
法国里昂某多金属矿床,平均矿物含量,有用矿物为:
闪锌矿15%,
黄铜矿6.5%,
方铅矿0.3%,
黄铁矿35.4%。
脉石矿物为:
重晶石26.1%,其他12.7%(
绿泥石、石英硅酸盐脉石等)。通过对矿石特征进行技术分析研究,采用一次粗选,一次扫选和三次精选浮选流程在pH值为9.5,用一种醇的硫酸盐MelioranB109条件下,处理铜锌硫浮选尾矿,得到品位为98%,回收率为73.33%的重晶石精矿。
陕西某含金、银多金属矿,矿石中主要硫化矿为:
黄铁矿12.5%,
方铅矿4.6%,
闪锌矿5.2%;脉石矿物为:
重晶石51.5%,
石英14%,绢云母10%。浮选硫化矿后的尾矿中主要矿物是重晶石,含量约60%左右。映西省地矿局西安测试中心对浮选尾矿直接采用重选—摇床进行重晶石的回收,获得合格的重晶石精矿:品位BaSO487.98%,回收率65%。
江苏省漂水县观山铜矿自投产以来,历年尾矿的产率约为90~95%。尾矿的主要矿物含量为:
菱铁矿54.61%,
重晶石9.32%,
黄铁矿3.26%,
赤铁矿1.04%,
石英30.99%,考虑到菱铁矿和重晶石两者可浮性相近的特点,采用强磁回收菱铁矿和浮选回收重晶石。回收重晶石的浮选流程,试验最终获得含BaSO495.3%,回收率77.48%的优质重晶石精矿。
白云石和菱镁矿
白云石和
菱镁矿也是金属矿床中的两种主要脉石矿物,国内外正在广泛开发这类脉石矿物的新应用领域。如用来制作
耐火材料、
陶瓷和玻璃原料以及制作
硅砖、水泥等建材原料等。波兰还探讨将金属矿浮选尾矿中的白云石和菱镁矿分离开来,作为生产钙镁肥料的原料,或将白云石单独分选出来作为白云石粉出售。
我国某铅锌矿赋存于白云岩中,主要金属矿有:闪锌矿占7%,方铅矿约15%,黄铁矿3.5%,脉石矿物主要为白云石,约占总量的80%,其次为重晶石和菱镁矿,含量各为3%左右。铅锌选别后的浮选尾矿已达到熔剂、耐火材料用白云岩的I级品工业要求,这样矿山可免建尾矿坝,达到了充分利用矿产资源的目的。
研究意义
试验研究和生产实践表明,从金属矿中综合回收
脉石矿物是大有可为的,不仅合理利用了矿产资源,而且还可取得很高的经济和社会效益。因此,矿山企业部门一方面努力寻找勘探新的矿床,另一方面应从已探阻和正在开发的老尾矿中回收脉石矿物。
近年来,尽管我国对金属矿床中共生的
脉石矿物的综合回收做了不少工作,综合利用的水平在不断提高.但是应清醒地看到,我国矿产资源的综合利用水平还是比较低的,与发达的工业国家相比还有不少的差距。我们应该加强新设备、新工艺、新药剂的研制和推广应用,’使从金属矿床中回收脉石矿物的工作得到进一步地改善.总之,从金属矿床中综合回收脉石矿物,无论从现实还是长远来看,都具有重要意义。