浅谈矽卡岩铜矿床特征及其难选矿石浮选技术

徐 涛

(中国铜业有限公司，北京 100082)

浅谈矽卡岩铜矿床特征及其难选矿石浮选技术

徐 涛

(中国铜业有限公司，北京 100082)

本文重点阐述了矽卡岩铜矿矿床成因和矿床特征、难选矽卡岩铜矿的工艺矿物学特点和难选矽卡岩铜矿的浮选技术。指出应加强研究矿床学理论与选矿学理论的内在联系，尤其是将矿床物理化学特征与浮选理论相结合，对于浮选工艺流程制定具有重要的宏观指导意义。矽卡岩铜矿床相比其他铜矿床类型而言，矿体连续性差，矿物组成成分复杂，杂质元素较多，脉石矿物对于浮选的影响较大，且有中细粒嵌布结构，总体上相对难选一些。针对难选矽卡岩铜矿，浮选研究中应重点考虑磨矿流程的制定、铜硫分离、铜与易浮脉石分离等问题。

矽卡岩铜矿床；矿床特征；磨矿；铜硫分离；易浮脉石

我国矽卡岩矿床成矿地质条件复杂，类型和矿种比较齐全。现已探明的矽卡岩矿床矿产储量在金属矿床中占有重要位置[1]。其中，矽卡岩铜矿查明资源储量占铜矿总储量的22.3%[2]，在所有种类铜矿中仅次于斑岩型铜矿，并且以富矿为主，共伴生铁、铅、锌、钨、钼、锡、金、银以及稀散元素等，颇有综合利用价值，是我国铜矿物原料重要来源之一。因此，集中研究开发矽卡岩铜矿，尤其是难选矽卡岩铜矿的选矿技术是很有意义的。然而，对于选矿研究工作者而言，不能局限于仅从选矿学角度研究，也应对矽卡岩铜矿矿床成因、矿床特征、成矿规律等相关矿床学理论有所了解，甚至熟悉掌握，以增加对矿石性质的宏观、系统的认识，尤其是将矿床物理化学特征与选矿理论相结合，对于选矿工艺流程的制定具有重要的宏观指导意义，可使研究少走弯路，矿石分选效果朝着更为合理、有利的方向迈进。

1 矽卡岩矿床学理论对于选矿的指导

了解矽卡岩铜矿床的成因与特征，目的是为了寻找矿床学与选矿学的内在联系，从宏观角度为选矿工艺的制定提供理论依据。当然，这里只关心与选矿密切相关的矿床学理论。

1.1 矽卡岩矿床成因

矽卡岩矿床(又名接触交代矿床)主要是在中酸性-中基性侵入岩类与碳酸盐类岩石(或其它钙镁质岩石)的接触带上或其附近，由于含矿气水溶液进行交代作用而形成的。矿床一般都具有典型的矽卡岩矿物组合(钙铝-钙铁榴石系列；透辉石-钙铁辉石系列)[3]。矽卡岩铜矿床主要与大陆边缘造山带的钙硷性花岗闪长岩到石英二长岩、石英闪长岩等岩株有关。少数矽卡岩铜矿与大洋岛弧环境的石英闪长岩到花岗侵入岩有关。当围岩为石灰岩时形成钙矽卡岩型铜矿床，为白云岩时则形成镁矽卡岩型铜矿床。矿石中最主要的铜矿物是黄铜矿，常伴生的金属矿物为磁黄铁矿、黄铁矿，矿石中含钴和少量的金。矿石矿物在矽卡岩中有时构成致密块状硫化矿体，有时呈浸染状分布于矽卡岩中或磁铁矿矿体中。碳酸盐围岩和一些钙质岩石的存在是矽卡岩矿床形成的必要条件之一，碳酸盐围岩的化学成分差别在很大程度上影响着矽卡岩的类型[1]。镁矽卡岩或钙矽卡岩的出现主要决定于碳酸盐围岩中MgO的含量多少，但在大多数矿床中，这两类矽卡岩是共存的[1]。

矽卡岩矿床属于内生矿床，相应的成矿作用为内生成矿作用。内生成矿作用是十分复杂和多样的。内生成矿作用除来自上地幔部分熔融产生的玄武岩浆和超基性岩浆，铝硅层重熔产生的酸性岩浆，以及大洋板块插入大陆板块下的地幔中熔融而产生的安山岩浆，在它们上升冷凝过程中所发生的成矿作用外，还包括地壳上部沉积盖层中，由于大气水在深部环流过程中受热，溶解盖层中分散的有用元素在有利地质环境中发生的成矿作用。然而，矽卡岩矿床的形成不仅具有独特的地质环境和形成条件，就其形成作用来说也与其它各类内生矿床有所不同。成矿过程是复杂的，多期多阶段性的表现是明显的。早期交代形成的硅酸盐组合明显不同于一般热液矿床，其成分和接触带的两种主要反应岩石密切有关。晚期形成的石英硫化物组合虽和一般的热液矿床无明显差异，但它并非独立的产物，二是在统一成矿过程中的一个组成部分，它只是在最后阶段在较低温度条件下形成的。

总之，矽卡岩矿床形成的长期性和多阶段性以及含矿流体、围岩成分的差异，导致矿物组合的多样性、重叠性和复杂性[1]。这对选矿有着深远影响，在选矿研究中应首先明确矽卡岩矿床的类型，以便更好的开展研究工作。

1.2 矽卡岩矿床特征及其对浮选的指导

矽卡岩矿床特征[3]主要有以下几点。

1)各类矽卡岩矿床往往包含了两个或两个以上含矿交代建造，并伴有其他矿床类型，组成一个矽卡岩矿床的交代系列或成矿系列[1]。由于矿床形成明显受岩浆分异冷凝、围岩性质、接触带构造以及交代作用强度的影响，故矿体的产状、形状均比较复杂，矿体连续性也差。矽卡岩矿床常具分带性，分为内带和外带。内带即靠近岩浆岩一侧形成内矽卡岩，主要由较高温矿物组成，如磁铁矿、赤铁矿、石榴石、辉石等。外带即靠近围岩一侧形成的外矽卡岩，主要由高-中温矿物组成，如石榴石、辉石、角闪石、绿泥石、绿帘石、阳起石、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等。一般情况下从岩浆岩经内矽卡岩到外矽卡岩到石灰岩，氧化硅和氧化铝的含量降低，而氧化钙(氧化镁)和氧化铁的含量则增高。这些特征对于矿床开采规划、矿石配矿、选厂生产具有直接影响，会波及到浮选指标的稳定性，生产上应提前做好应对准备。

2)从岩体的产状看，一般是侵位于中深到浅成环境是最有利于接触交代矿床的形成。中深到浅成的岩相特征：具有细粒结构、斑状结构。又由于成矿温度较高，有挥发性组份的参与，因而矿石一般为粗粒结构。细粒结构的存在对于浮选前的磨矿作业有了严格要求，在磨矿流程的制定上应下工夫研究。

3)矿石物质成分复杂，形成的温度范围广，矿石的结构构造多种多样，有块状、浸染状、条带状、晶洞等构造。这一特点可能对浮选造成一定难度，尤其是在铜矿物与脉石矿物的分离、铜硫分离、多种有价元素的综合回收等方面。例如，镁矽卡岩铜矿可能存在着铜矿物与滑石等易浮脉石矿物的分离问题。各类型矽卡岩铜矿床脉石矿物组成具体见表1。

综上所述，矽卡岩铜矿相比其他铜矿床类型而言，矿体连续性差，矿物组成成分复杂，杂质元素较多，脉石矿物对于浮选的影响较大，且有中细粒嵌布结构，总体上相对难选一些。当然，这并不绝对，矿石的可选性最终还是依据矿石的具体性质而定。实际上，矽卡岩铜矿床化学酸碱性与矿浆中离子的分布规律研究对于浮选而言至关重要，遗憾的是该方面研究尚属空白。这需要针对不同类矽卡岩铜矿通过大量的研究工作来总结规律，形成相应理论体系，以便更好的指导浮选。

表1 各类型矽卡岩铜矿床脉石矿物组成

2 难选矽卡岩铜矿工艺矿物学特点

矿床学理论(主要是矿床成因、矿床物理化学特征)为选矿工艺的制定提供了宏观方向，而工艺矿物学为选矿方案的制定提供了具体依据。当然，即使同属矽卡岩铜矿，由于矿床形成的环境的复杂性和成矿方式的多样性，各个矿床之间也是有差异的。从工艺矿物学角度来看，结合实践经验，一般难选矽卡岩铜矿具备以下特点之一或兼有以下某几个特点。

1)铜矿物(原生、次生)嵌布粒度细，多数以包裹体或与脉石矿物呈连生体形式产出，即使细磨也难实现完全解离。

2)黄铁矿含量高，且与黄铜矿共生关系密切，对于铜硫分离造成困难。

3)含有较多的滑石、蛇纹石等易浮脉石矿物，铜矿物与易浮脉石矿物的分离存在困难，影响铜精矿品位。

4)铜氧化率较高，较大程度影响铜的回收率。

5)矿石中含有较多的粘土矿物(多水高岭石、叶腊石、蒙脱石等)，由于其亲水性强，在磨矿过程中易产生泥化现象，致使浮选中不仅会吸附大量的药剂，而且会恶化铜矿物的浮游性能。如果粘土矿物中含铜，则该部分铜更加难以回收而损失在浮选尾矿中。

6)次生铜矿物含量较多，其性脆(如铜蓝、蓝辉铜矿等)，磨矿中易产生过磨而泥化，且次生铜矿物氧化后会有较多铜离子进入矿浆而活化黄铁矿，不利于铜硫分离。

3 难选矽卡岩铜矿浮选技术

需要说明的是，不是所有的矽卡岩铜矿都是难选铜矿，难选矽卡岩铜矿是相对的概念，随着选矿技术的不断进步，相信难选技术问题也将会逐渐得到解决。当然，矽卡岩铜矿常常伴生有价元素，对于有价元素的综合利用也是一项复杂的研究课题，但这里着重从浮选技术角度论述铜精矿品位和铜回收率的提高。鉴于以上涉及的矽卡岩矿床特征和难选矽卡岩铜矿石的工艺矿物学特点，难度主要集中在磨矿流程制定、铜硫分离、铜与易浮脉石分离等问题。

3.1 磨矿流程

难选矽卡岩铜矿中往往有部分铜矿物嵌布粒度细，以包裹体或与脉石矿物呈连生体形式产出。要使铜矿物单体解离，必须进行细磨，而矿石中往往还含有一定量的性脆的次生铜矿物，在磨矿过程中易产生过磨而泥化，导致其可浮性降低；磨矿作业也会导致一些性脆的脉石矿物过磨而泥化，泥化的脉石矿物容易吸附药剂，并对铜矿物表面形成罩盖作用，也会对铜矿物的浮选造成负面影响。因此，为最大限度解决这一矛盾，选择合理的磨矿流程显得尤为关键。磨矿流程应按照铜在浮选过程中的损失走向而确定的，因此磨矿针对的对象会各不相同，磨矿流程主要有：精矿再磨流程[4]、中矿再磨流程[4]、精矿与中矿混合再磨流程、尾矿再磨流程[4]和浮选前二段磨矿分级流程。

3.1.1 精矿再磨流程

精矿再磨流程主要以分离或除杂为目的，即实现铜矿物与其他有用矿物的分离，或提高铜精矿的品位、减少杂质含量。该流程一般适用于一段磨矿效果不理想而两段磨矿即可实现绝大部分铜矿物单体解离的矿石。其原则流程图如图1所示。因矿物组成复杂、杂质元素多等原因，多数矽卡岩铜矿采用了精矿再磨流程，如某高原高硫矽卡岩铜矿[5]、丰山铜矿[6]、西藏某矽卡岩铜钼矿[7]等均采用了粗精矿再磨流程。

图1 精矿再磨原则流程图

3.1.2 中矿再磨流程

这里的中矿是指精选阶段所得中矿或扫选阶段所得中矿或两者的混合。中矿再磨流程兼有提高铜精矿品位和铜回收率双重作用。如果中矿含有大量的铜矿物与脉石矿物连生体，不经过单独处理，则会使铜精矿品位下降和部分铜矿物流失；在闭路试验中也会经常遇到中矿返回量大致使浮选指标恶化的情况，有时甚至使闭路试验无法进行下去。这时中矿需单独进行再磨再选。其原则流程图如图2所示。

据文献报道，大冶铜山口铜矿[6]采用了中矿再磨再选流程(图3)，最大限度抛尾，既解决了中矿返回量大的问题，又改善了浮选指标，最终得到铜精矿品位22.52%、铜回收率87.06%的较好指标。此外，江西永平铜矿[8]也采用类似中矿再磨再选流程，铜回收率提高了4%。美国威德选厂采用了中矿再磨流程，铜精矿品位达到20%～23%，铜回收率75%～80%[8]。南斯拉夫的博尔选厂也采用了中矿再磨再选流程[8]。

图2 中矿再磨原则流程图

图3 大冶铜山口铜矿中矿再磨流程

3.1.3 精矿与中矿混合再磨流程

精矿与中矿混合再磨流程不多见。如果铜矿物嵌布粒度细且有大量贫连生体存在，为保回收率则有可能用到这一磨矿流程。精矿与中矿混合再磨原则流程如图4所示。

3.1.4 尾矿再磨流程

如果铜矿物多数与脉石矿物呈贫连生体形式产出，则会导致部分铜矿物损失在尾矿中而降低铜的回收率，为回收这部分铜矿物，最大限度保证回收率，需要对尾矿进行再磨再选。尾矿再磨原则流程如图5所示。

图4 精矿与中矿混合再磨原则流程

图5 尾矿再磨原则流程

3.1.5 浮选前二段磨矿分级流程

图6 浮选前二段磨矿分级流程

如果矿石中铜矿物嵌布粒度细，为实现铜矿物充分解离，浮选前需要进行细磨，则可能会采用二段磨矿分级流程。该磨矿流程充分结合分级工序以避免矿石过磨、减少泥化现象，有利于铜的回收。新疆富蕴索尔库都克铜矿[9]在二期扩能选矿系统设计中取消了一期设计的粗精矿再磨流程而采用两段磨矿分级流程(图6)，最大限度使铜、钼矿物单体解离，减少过磨，从而促进铜钼分离浮选，同时结合柱-机联合工艺，简化了浮选工艺流程，二期浮选指标为铜精矿品位21.39%，铜回收率90.99%，相比一期指标铜精矿品位19.76%，铜回收率89.59%，浮选指标明显得到优化。

3.2 浮选流程

3.2.1 铜硫分离问题

铜硫共生紧密、含硫量高、铜矿物与黄铁矿嵌布粒度细、矿石呈酸性或矿浆中消耗钙离子的阴离子多(容易消耗石灰而降低抑制效果)等均可能导致铜硫分离困难。此外，次生铜矿物经氧化后会有较多铜离子进入矿浆，活化黄铁矿，增加铜硫分离难度。铜硫分离一般是通过抑硫浮铜来实现的。

3.2.1.1 浮选药剂

1)硫化铜矿物捕收剂。硫化铜矿捕收剂常用的有黄药类、黑药类、硫氨酯和硫氮类等。在生产实践中，黑药(如丁铵黑药)对硫化矿物的捕收能力较弱，浮选速度较慢，但黑药的选择性比黄药好。硫氨酯类与黄药或黑药类相比具有更高的选择性和稳定性，它对黄铜矿和辉铜矿的捕收作用较强，对黄铁矿捕收能力较弱，浮选硫化铜矿时可降低黄铁矿抑制剂用量。硫氮类捕收剂捕收能力较黄药强，尤其是对黄铜矿的捕收能力较强，对黄铁矿捕收能力较弱，选择性好，浮选速度快，用于铜铅硫化矿分选时，能够获得比黄药更好的分选效果。EP捕收剂[10]对硫化铜矿具有较好的捕收性能兼选择性，对矽卡岩型次生铜含量高的铜矿石有良好的选择性，能在低碱度环境中实现铜硫分离。浮选时，两种或两种以上的捕收剂混合使用，往往比单一用药浮选效果好，具体表现为捕收剂组合使用时，可以提高目的矿物回收率，降低浮选药剂用量及选矿成本，另外还可以减少或取代有毒药剂。如对于细粒铜和难选铜矿物，采用“丁基黄药+丁铵黑药”混合捕收剂强化铜硫混选，可以降低尾矿中铜的损失。

2)黄铁矿抑制剂。成熟有效的黄铁矿抑制剂为石灰。乳酸、单宁酸、水杨酸、焦性末食子酸、淀粉等有机抑制剂在pH=8的低碱度[11]下均能一定程度地抑制黄铁矿。此外，可以使用组合抑制剂，如：石灰+腐殖酸钠，石灰+亚硫酸钠，石灰+硫化钠+亚硫酸钠等[12]。也有研究结果表明[13]在pH=8条件下，硫代硫酸钠+焦性末食子酸、次氯酸钠+焦性末食子酸、氯化钙+单宁酸、高锰酸钾+单宁酸、次氯酸钠+腐殖酸钠等混合抑制剂对黄铁矿均有选择性抑制作用。

3.2.1.2 铜硫分离浮选流程

1)铜硫混合浮选-分离方案。铜硫混合浮选-分离方案是指在弱碱性条件下让铜矿物和黄铁矿一起浮出，得到的混合精矿经再磨后，采用大量石灰强力抑制黄铁矿，从而实现铜硫分离。缺点是分选回路泡沫容易发粘，分选效果并不理想[8]，并且对铜精矿品位和金、银等贵金属的富集具有一定的负面影响。对于原矿含硫较低，铜矿物易浮的铜硫矿石选用这种流程较有利。

2)部分铜硫混选-分离方案。部分铜硫混选-分离方案是采取先易后难的原则制定的浮选工艺流程，即将可浮性较好的铜矿物和黄铁矿一起浮出，再进行铜硫分离。该方案浮选药剂用量相对较少，生产操作较稳定。某高原高硫铜矿石[5]在原矿磨矿细度-0.074mm占65%条件下，采用硫化铜矿物和部分易浮的黄铁矿一起混合浮选，粗精矿经再磨至-0.045mm占90%后进行铜硫分离，取得了较好效果。冬瓜山铜矿[14]也采用了该浮选分离方案，铜硫分离效果较好。

3)铜优先浮选方案。铜优先浮选方案是在高碱度(一般使用大量石灰)条件下抑制黄铁矿，使用高效选择性好的的捕收剂优先浮选铜矿物。该方案优点是铜精矿品位高，生产较稳定，但要达到较高的铜回收率，必须解决细粒和微细粒铜矿物与黄铁矿的分离问题，因此一般采取粗精矿再磨或中矿再磨的措施[14]。

4)分步优先浮选方案。充分利用硫化铜矿物与黄铁矿的可浮性差异，采用选择性较好的捕收剂优先浮选易浮硫化铜矿物，然后对难选的铜矿物进行强化浮选再进行铜硫分离的分步优先浮选工艺流程。永平铜矿[8]采用了分步优先浮选工艺流程，取得了较好的浮选分离效果。

3.2.2 铜与易浮脉石的分离问题

有些矽卡岩铜矿，如镁质矽卡岩铜矿很可能含有一定量的滑石、蛇纹石等易浮脉石，严重影响硫化铜矿物的浮选。滑石因可浮性好，易随硫化铜矿物浮出而影响铜精矿质量。蛇纹石在磨矿过程中常常易于泥化，降低矿浆的分散特性，消耗浮选药剂，影响浮选指标。对于这类矿石，易浮脉石的分离往往难以彻底实现。

滑石、蛇纹石等易浮脉石的抑制剂[15-16]主要有：水玻璃、羧甲基纤维素及其它纤维类、聚丙烯酰胺、木质素、六偏磷酸钠等。此外，邓禾淼[17]针对冬瓜山铜矿，采用改性LC作为滑石、蛇纹石等易浮脉石抑制剂，取得了良好的抑制效果；国外研究工作者针对蛇纹石对硫化矿物浮选的影响，研究了羧甲基纤维素、木质磺酸盐、聚合电解质、六偏磷酸钠和水玻璃等的分散作用，认为无机分散剂分散矿浆中矿泥比有机分散剂更有效[14]。

一般，铜矿物与易浮脉石的浮选分离方案基本上有以下两种。

1)预先浮选易浮脉石方案。预先浮选易浮脉石方案是充分利用易浮脉石的天然可浮性，在自然pH值下，首先添加少量起泡剂而不加捕收剂或加入少量捕收剂先浮选出易浮脉石，再进行铜矿物的浮选。张心平等人[14]针对冬瓜山铜石采用了新型浮选剂BC预先浮选滑石，取得了较好效果。

2)预先抑制易浮脉石方案。预先抑制易浮脉石方案是指通过添加易浮脉石抑制剂而浮选铜矿物。但由于易浮脉石可浮性极好，往往难以对其进行有效抑制，也就难以降低易浮脉石对硫化矿浮选的不利影响[12]。

4 结语

1)在我国，研究开发矽卡岩铜矿是很有意义的。选矿工作者不能局限于仅从选矿学角度研究，也应对矽卡岩铜矿矿床成因、矿床特征、成矿规律等相关矿床学理论有所了解，并建立内在联系，同时要认清难选矽卡岩铜矿的工艺矿物学特点，以便更为有效制定浮选工艺流程。

2)矽卡岩铜矿相比其他铜矿床类型而言，矿体连续性差，矿物组成成分复杂，杂质元素较多，脉石矿物对于浮选的影响较大，且有中细粒嵌布结构，总体上相对难选一些。对于难选矽卡岩铜矿而言，应重点考虑磨矿流程的制定、铜硫分离、铜与易浮脉石的分离等问题。

3)为丰富和发展浮选理论体系，建议：①将矿床类型与选矿技术对应结合，总结出各矿床类型相应的选矿技术方法，尤其是针对难选矿石的矿床类型、特征等方面进行总结，建立大数据库，以为选矿工作提供指导；②矿床化学酸碱性与对应矿浆中离子体系的研究对于浮选而言至关重要，遗憾的是该方面研究尚属空白。这需要针对不同类型矿床通过大量的研究工作来总结规律，形成相应理论体系，以便更好的指导选矿，从而更好地开发利用资源。

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Brief discussion on characteristics of skarn copper deposits and flotation techniques of complex skarn copper ore

XU Tao

(China Copper Corporation Limited, Beijing 100082, China)

In China, it is very important to research and develop the skarn copper deposits. The main contents of this paper include the genesis and deposit characteristics of skarn copper deposits, the process mineralogy characteristics of complex skarn copper ore and flotation technology of complex skarn copper ore. The paper points out that the research of interrelationship between the theory of ore deposit and the theory of mineral processing should be strengthened, especially the combination of the physical and chemical characteristics of ore deposit and flotation theory, which has important macroscopic guiding significance for flotation process. Compared with other types of copper deposits, skarn copper deposits are characterized by poor continuity, complex mineral composition, impurity elements and the fine grained disseminated structure, and gangue minerals have a greater influence on flotation. Therefore, skarn copper ore is relatively difficult to flotation separation. For the complex skarn copper deposit, the priority of flotation study should be given to the development of grinding circuit, the separation of copper and sulfur, as well as the separation of copper and hydrophobic gangue, etc.

skarn copper deposit; deposit characteristics; grinding circuit; separation of copper and sulfur； hydrophobic gangue

2016-10-18

徐涛(1984-)，男，河北唐山人，博士，主要研究复杂矿产资源高效清洁选矿技术。

TD923

A

1004-4051(2016)12-0106-06