第1章 铅锌选矿基础
铅是人类从铅锌矿石中提炼出来的较早的金属之一。它是最软的重金属,也是相对密度较大的金属之一,蓝灰色,硬度1.5,密度11.34gcm3,熔点327.4℃,沸点1750℃,延展性良好,易与其他金属如锌、锡、锑、砷等制成合金。
锌是古代7种有色金属铜、锡、铅、金、银、汞、锌中最后的一种。锌金属为蓝白色,硬度2.0,?点419.5℃,沸点911℃,加热至100~150℃时,具有良好延压性,压延后密度7.19gcm3。锌能与多种有色金属制成合金或含锌合金,其中最主要的是锌与铜、锡、铅等组成的黄铜等,还可与铝、镁、铜等组成压铸合金。
铅锌广泛用于电气工业、机械工业、军事工业、冶金工业、化学工业、轻工业和医药业等领域。
1.1 世界铅工业的基本情况
2007年世界铅总产量达到815万t含中国271.0万t,中国、美国、英国、德国、日本五国的铅产量合计占世界铅总产量的62.16%。世界铅五大生产国中,中国的铅产量等于其他4国的总和。铅精矿铅含量达到368.5万t,世界再生铅的产量在2005年已经超过了矿产铅产量并有不断增加的趋势。亚洲铅精矿产量达到166.3万t,主要产铅国家有中国、印度、朝鲜、哈萨克斯坦,美洲铅精矿产量104.3万t,亚洲和美洲的铅精矿产量占全球铅精矿的3.43%。中国是第一大铅精矿生产国,产量铅含量达到95.34万t,占世界总产量的39.43%;澳大利亚位居第二,产量达到59.4万t,占世界铅精矿总产量的16.11%。中、澳两国铅精矿的产量占世界铅精矿总产量的55.55%。中国、澳大利亚、美国、秘鲁、墨西哥五国的铅精矿产量达到294.1万t,占世界铅精矿总量的79.8%。2007年世界铅的总消费量是822.0万t,同比增长2.02%。2007年世界十大铅消费国铅的消费量为640.4万t,占全球铅消费总量的77.79%,主要集中在西方发达国家。其中,消费大国是中国和美国,两国共消费铅415.4万t,占世界铅总消费的50.57%。世界铅精矿的主要供应商是澳大利亚和秘鲁。两国分别出口铅精矿23.34万t、17.89万t,合计为41.23万t,占2007年世界铅精矿产量的11.18%。美国进口铅26.6万t,是世界上最大的进口国。五大铅进口国分别是美国、韩国、德国、西班牙、法国,进口铅合计为73.84万t,占2007年世界铅生产量的9.06%。中国铅工业在世界铅工业中有其重要地位,中国人口占世界的15,铅产量、铅精矿产量、消费量、铅精矿的进口量均占其世界的13左右,都超过了世界人均水平。
1.2 世界锌工业的基本情况
2007年世界锌的总产量1139.4万t含中国371万t,消费量为1140.9万t。2007年世界锌产量比2006年增加74.7万t,同比增长7.01%。其中,中国产量增加59.8万t,同比增长了17.8%。世界锌总消费量达到1140.9万t,中国锌消费达到363.5万t,占世界锌消费总量的31.88%。亚洲锌产量达到616.9万t,占世界锌产量的54.15%,超过世界人平均水平。欧洲锌产量占世界锌总产量的25.0%。亚、欧两大洲锌产量占世界锌总产量的80%。锌产量前五大国是中国、加拿大、韩国、日本和西班牙,其产量分别达到371.1万t、80.0万t、69.7万t、59.8万t、51.8万t,五国合计为632.4万t,占世界锌总产量的55.51%。世界锌精矿产量达到1143.1万t锌含量,比上年增加96.8万t,同比增长9.26%。其中,同期中国锌精矿产量273.79万t,比上年增加了59.4万t,同比增长20.88%。2007年中国锌精矿产量占世界锌精矿总产量的30.07%。世界锌精矿2005年增长3.97%,2006年增长2.17%,2007年是近年来增长最快的一年。亚洲锌精矿的产量达到486.4万t、美洲的产量381.5万t,分别占世界锌精矿总产量的42.55%、33.37%。亚洲和美洲锌精矿产量合计占世界锌精矿总产量的75.92%。世界五大锌精矿生产国是中国、秘鲁、澳大利亚、美国和加拿大,其产量快报数分别是273.79万t、144.4万t、140.2万t、78.8万t、60.4万t。五国锌精矿产量合计为697.59万t,占世界锌精矿总产量的61.02%。
亚洲、欧洲、美洲锌的消费量分别为616.9万t、285.7万t、192.7万t,分别占全球消费量的54.07%、25.04%、16.89%。亚洲和欧洲锌的消费量占世界锌总消费量的79.11%。锌消费前五大国家是中国、美国、日本、德国、韩国,其消费量分别达到363.5万t、103.5万t、58.8万t、57.6万t、51.7万t。五大锌消费国的消费量为635.1万t,占世界锌消费总量的55.66%。
2007年五大锌出口国出口量金属含量分别为:秘鲁109.85万t,澳大利亚99.27万t,美国85.52万t,爱尔兰39.38万t,瑞典13.09万t。五国出口量合计为347.11万t,占2007年世界锌精矿总产量的30.36%。2007年最大的锌精矿出口国秘鲁出口锌精矿同比增长11.94%,主要原因是中国锌精矿进口量加大。
1995年我国的锌产量是107万t,2007年达到371万t。12年增长了2.5倍。2010年前还有50万t左右的生产能力投入生产。我国锌的生产与消费将同步增长。
世界铅锌矿山采选规模不断扩大。目前超达公司在澳大利亚芒特艾萨MtIsa铅锌矿年处理矿石量达到800万t;印度斯坦锌业在2010年铅锌选矿产能将达到800万t。我国生产铅锌精矿的大企业,云南冶金集团、宏达集团、西部矿业、中金岭南等公司,2007年的精矿产量金属含量在15~20万t,与世界级矿业大公司还有很大差距。
1.3 铅锌矿物原料特点
铅锌在自然界里特别在原生矿床中共生极为密切。它们具有共同的成矿物质来源和十分相似的地球化学行为,有类似的外层电子结构,都具有强烈的亲硫性,并形成相同的易溶配合物。它们被铁锰质、粘土或有机质吸附的情况也很相近。铅在地壳中平均含量约为15×10-6,在有关岩石中平均含量:砂岩7×10-6、碳酸盐岩9×10-6、页岩20×10-6。锌在地壳中平均含量约为80×10-6,在有关岩石中平均含量:玄武岩105×10-6、花岗岩中60×10-6、砂岩16×10-6、碳酸盐岩20×10-6、页岩95×10-6。
目前,地壳中已发现的铅锌矿物有250多种,大约13是硫化物和硫酸盐类。方铅矿、闪锌矿等是冶炼铅锌的主要工业矿物原料。尽管现在已发现有250多种铅锌矿物,但可供目前工业利用的仅有17种。其中,铅工业矿物有11种,锌工业矿物有6种,以方铅矿、闪锌矿最为重要,其次是菱锌矿、白铅矿等。
矿石工业类型,以矿石自然类型为基础,?矿石氧化程度可分为硫化矿石铅或锌氧化率〈10%、氧化矿石铅或锌氧化率30%、混合矿石铅或锌氧化率10%~30%;按矿石中主要有用组分可分为:铅矿石、锌矿石、铅锌矿石、铅锌铜矿石、铅锌硫矿石、铅锌铜硫矿石、铅锡矿石、铅锑矿石、锌铜矿石等;按矿石结构构造,可分为:浸染状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石、条带状矿石、细脉浸染状矿石等。
1.4 铅锌矿床
铅锌矿床主要有5种类型:①花岗岩型。产于花岗岩及其碎屑质围岩中。矿床有用组分除铅、锌外,尚有钨、锡或铜。矿体呈脉状、浸染状。铅、锌品位较高,如湖南东坡、广东锯板坑等矿。②矽卡岩型。产于花岗岩类和碳酸盐岩接触带及其内外,矿石组分除铅、锌外,可含铜、钨、锡等。矿体呈脉状、透镜状、扁豆状。铅锌品位中等,如湖南水口山、辽宁桓仁等矿。③海相火山岩型。产于优地槽凝灰岩、熔岩及次火山岩中。矿石组分主要为铅、锌,常含黄铁矿。矿体呈似层状、透镜状、扁豆状。铅、锌品位高至中等,矿床为大、中型,如青海锡铁山、甘肃小铁山等矿。④陆相火山岩型。产于火山盆地分布的凝灰岩、熔岩及次火山岩中。矿石组分主要为铅、锌,部分含铜。矿体呈似层状、透镜状、脉状。铅、锌品位贫、富均有。矿床多为中型,如浙江五部、大岭口银山等矿。⑤碳酸盐岩型。产于地台或浅海相白云岩、石灰岩、不纯碳酸盐岩中。矿石组分除铅、锌外,部分含铜。矿体呈层状、似层状、透镜状。铅,锌品位高。矿床常为大、中型,如广东凡口、广西泗顶等矿。
1.5 铅锌选矿中的重要矿物
1.5.1 方铅矿
方铅矿是炼铅的重要矿石矿物,也是分布最广的铅矿物见图1-1。方铅矿是一种灰色的硫化铅,我国早在商代前就从方铅矿中提炼铅。方铅矿被风化后就变成白铅矿和铅矾。我国云南、广东、青海的几个地方的铅锌矿出产方铅矿方铅矿总是跟闪锌矿共生,在一些煤矿中有时也会有发现?方铅矿中常常还含有银,因此也被用来作为提炼银的资源。
图1-1 方铅矿Galena
方铅矿可能是人类最早开采的矿石之一。古埃及古王国时期人们就使用方铅矿作为化妆品。古巴比伦人就已经开始方铅矿的冶炼了。在古罗马方铅矿也非常重要,方铅矿的学术名称Galena就是古罗马人命名的。无线电技术早期,人们使用方铅矿作为整流器。
方铅矿中常含银,中国自古就从含银方铅矿中提炼银。方铅矿具有氯化钠型晶体结构见石盐。呈铅灰色,强金属光泽,莫氏硬度2.5,密度达7.5gcm3,具完全的立方体解理。晶体呈立方体,有时为八体与立方体的聚集体;集合体常成粒状和致密块状。
方铅矿呈铅灰色、黑色条痕,强金属光泽、立方体完全解理,硬度小,密度大。其理论组成为:Pb86.60%,S13.40%。混入物以Ag为最常见,其次为Cu、Zn,有时有Fe、As、Sb、Bi、Cd、Tl、In、Se等。Se代替S,可形成方铅矿-硒铅矿的完全类质同象系列。
方铅矿属等轴晶系,a0=0.594nm;Z=4。NaCl型结构,立方面心。化学键为离子键与金属键的过渡类型。六八面体晶类,Oh-m3m3L44L36L29PC;晶体常呈立方体、八面体状。主要单形:立方体a,菱形十二面体d,八面体o,三角三八面体p及其聚形。含Ag高时晶面往留弯曲。常依111呈接触双晶,依441呈聚片双晶。集合体呈粒状或致密块状。条痕黑色。金属光泽。有平行三组完全解理。成分中含Bi时常有平行的裂纹。硬度2~3。密度7.4~7.6gcm3。具弱导电性和良检波性。主要为岩浆期后作用的产物。在接触交代矿床中,常与磁铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等共生。在中、低温热液矿床中,与闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、石英、方解石、重晶石等共生。在氧化带不稳定,易转变为铅矾、白铅矿等矿物。
方铅矿是热液成因的矿物,几乎总是与闪锌矿共生。方铅矿在地表易风化成铅矾和白铅矿。中国铅锌矿的产地?云南金顶﹑广东凡口﹑青海锡铁山等地最著名。世界最大产地是美国的新密苏里,仅铅的储量就达3000万t。此外,英国的康沃尔﹑德国的弗赖贝格﹑澳大利亚的布罗肯希尔等也很著名。
1.5.2 脆硫锑铅矿
脆硫锑铅矿属硫盐矿物见图1-2。化学成分为Pb4FeSb6S14,晶体属单斜晶系。英文名来自英国矿物学家R?詹姆森RobertJame-son的姓氏。脆硫锑铅矿是一种硫盐矿物,呈铅灰色,金属光泽,很软。莫氏硬度2.5~3,密度5.6gcm3。晶体形态呈柱状或针状;通常呈羽毛状集合体,故有“羽毛矿”之称。它主要产于多金属热液矿床中,可作为提炼铅和锑的矿物原料。
图1-2 脆硫锑铅矿Jamesonite
1.5.3 白铅矿
白铅矿见图1-3呈透明或半透明白色,含铅的包裹体时也呈灰色、浅绿色或蓝色,具金属光泽,有时呈油脂光泽或珍珠光泽,可以与硝酸反应产生气泡。在阴极特性下发浅蓝绿色荧光的特性当中,予以鉴定。其化学组成为PbCO3,PbO83.53%,CO216.47%,有时含Ca,Sr和Zn。
图1-3 白铅矿Cerussite
白铅矿主要产于铅锌矿床氧化带,是方铅矿氧化成铅矾后,再受碳酸水溶液作用而形成的。常与磷氯铅矿共生;世界著名产地有美国宾夕法尼亚州Phoenixville,Pennsylvania;捷克Bohemia的Mies;俄罗斯的Nerchinsk;意大利的Sardina岛;非洲Tunis;西南非的Tsumeb;澳大利亚NewSouthWales的BrokenHill和德国Hessen-Nassau的Ems等地。
白铅矿的名称来源于Cerussite一字,来自拉丁语Cerussa,指白色的铅Whitelead,人造碳酸铅盐的旧用术语。
方铅矿属斜方双锥晶类,晶体常发育成板状、片状。晶系和空间群为正交晶系,Pmcn;
晶胞参数为a0=5.15?,b0=8.47?,c0=6.11?;
粉晶数据为3.5931,3.4980.5,2.4870.32; 莫氏硬度为3.0~3.5;
密度为6.4~6.6gcm3; 解理为不完全柱状解理; 断口为贝壳状断口。
1.5.4 闪锌矿
闪锌矿见图1-4的化学成分为ZnS,属等轴晶系的硫化物矿物成分相同而属于六方晶系的则称为纤锌矿,含Zn67.1%,通常含Fe,其铁含量最高可达30%,含铁量大于10%的称为铁闪锌矿。此外,常含有Mn和Cd、In、Tl、Ga、Ge等稀有元素。
图1-4 闪锌矿等轴晶系、晶质Sphalerite,XledIsometric
闪锌矿主要产于接触矽卡岩型矿床和中低温热液成因矿床中,是分布最广的锌矿物。世界著名产地有中国云南兰坪金顶、云南会泽、广东凡口、甘肃厂坝、青海锡铁山及湖南水口山等地。其名称源自希腊语,指不可Treacherous,这是因为它经常和方铅矿共生,也很像方铅矿,但不产铅,容易令人受骗。
闪锌矿的晶体形态属六四面体晶类,常呈四面体o111或立方体a100、菱形十二面体d110以及n112,z-357等单形组成聚形;
晶系和空间群为等轴晶系,空间群Td2-F4-3m; 晶胞参数为a0=5.40?;Z=4;
粉晶数据为3.1231,1.9120.51,1.6330.3; 莫氏硬度为3~4.5;
密度为3.9~4.2gcm3。
纯闪锌矿近于无色,由于含铁量的不同直接影响闪锌矿的颜色。铁增多时,由浅变深,从淡黄、棕褐直到黑色铁闪锌矿。其透明度由透明到半透明、不透明,
光泽则由金属光泽到半金属泽。有的闪锌矿会有摩擦发光性,不导电。
1.5.5 菱锌矿
菱锌矿见图1-5是一种成分为碳酸锌的矿物,在人们发现闪锌矿之前,它一直被作为锌的主要来源。菱锌矿一般产出在金属矿床中的氧化带里,它是原来某种锌矿物蚀变成的,这叫做次生矿。纯的菱锌矿是白色的,如果含有其他元素,则会带上绿、黄、褐、黑等颜色,它们具有玻璃光泽,像葡萄、肾球、钟乳等形状,有的甚至像土。有些好看的菱锌矿还可做成工艺品。
图1-5 菱锌矿Smithsonite
菱锌矿的化学组成为ZnCO3,含ZnO64.90%,CO235.1%。以其形态、产状及其粉末?冷盐酸起泡为鉴定特征,与本亚族其他矿物的区别在于密度较大,菱面体解理较不完全。
菱锌矿产于铅锌矿床氧化带,是由闪锌矿氧化分解所产生的硫酸锌,交代碳酸盐围岩或原生矿石中的方解石而成,常与孔雀石、蓝铜矿等次生矿物伴生。世界著名的产地有意大利撒丁岛Masua,Sardinia;墨西哥的北部;希腊的Laurium;波兰;比利时;非洲的Zambia和South-WestAfrica;美国的Colorado和Utah和中国广西融县等地。以美国华盛顿Smithsonian研究院的奠基人,英国矿物学家JamesSmithson1754—1829年的姓名而命名。
菱锌矿属复三方偏三角面体晶类;呈菱体,e,f及复三方偏三角面体v,和六方柱m的聚形; 晶系和空间群为三方晶系,D63d-R-3c;
晶胞参数为arh=5.67?,α=48°26′; 粉晶数据为2.751,3.550.5,1.7030.45;
光学性质为一轴晶-,Ne=1.625,No=1.85,bire=0.2250。
其莫氏硬度为4~5; 密度为4~4.5gcm3,是方解石族矿物中最大的; 具菱面体解理,但不如族中其他矿物完全; 断口为参差状断口;
颜色为黄色或淡绿色; 条痕为白色; 具有透明光泽,玻璃光泽;无发光性; 遇冷HCl起泡。
1.5.6 黄铁矿
黄铁矿见图1-6因其浅黄铜的颜色和明亮的金属光泽,常被误认为是黄金,故又称为“愚人金”。黄铁矿是铁的二硫化物。纯黄铁矿中含有46.67%的铁和53.33%的硫。黄铁矿是生产硫磺和硫酸的原料,黄铁矿分布广泛,在很多矿石和岩石中包括煤中都可以见到它。黄铁矿风化后会变成褐铁矿或黄钾铁矾。黄铁矿化学成分是FeS2,具有NaCl型晶体结构。成分中通常含钴、镍和硒,常有完好的晶形,呈立方体、八面体、五角十二面体及其聚形。立方体晶面上有与晶棱平行的条纹,各晶面上的条纹相互垂直。集合体呈致密块状、粒状或结核状。浅黄铜黄色,条痕绿黑色,强金属光泽,不透明,无解理,参差状断口。莫氏硬度较大,达6~6.5,小刀刻不动,密度4.9~5.2gcm3。
图1-6 黄铁矿Pyrite
黄铁矿是分布最广泛的硫化物矿物,在各类岩石中都可出现。黄铁矿是提取硫和制造硫酸的主要原料,它还是一种非常廉价的古宝石。在英国维多利亚女王时代1837—1901年,人们都喜欢饰用这种具有特殊形态和观赏价值的宝石。它除了用于磨制宝石外,还可以做珠宝玉器和其他工艺品的底座。世界著名产地有西班牙里奥廷托、捷克、斯洛伐克和美国。中国黄铁矿的储量居世界前列,著名产地有广东英德和云浮、安徽马鞍山、甘肃白银厂等。
黄铁矿理论组成为Fe46.55%,S53.45%。常有Co、Ni类质同象代替Fe,?成FeS2-CoS2和FeS2-NiS2系列。随Co、Ni代替Fe的含量增加,晶胞增大,硬度降低,颜色变浅。As、Se、Te可代替S。常含Sb、Cu、Au、Ag等的细分散混入物。亦可有微量Ge、In等元素。Au常以显微金、超显微金赋存于黄铁矿的解理面或晶格中。
黄铁矿属等轴晶系,a0=0.5417nm,Z=4,黄铁矿型结构;Fe原子占据立方体晶胞的角顶和面心,S原子组成哑铃状的对硫[S2]2-,其中心位于晶胞棱的中心和体心,[S2]2-的轴向与相当晶胞18的小立方体的对角线方向相同,但彼此并不相交;S-S间距为0.210nm,共价键,小于两倍的硫离子半径之和0.35nm。
偏方复十二面体晶类,Th-m33L24L33PC;晶体完好,常呈立方体和五角十二面体,较少为八面体晶形;主要单形有立方体a,五角十二面体e,八面体o及偏方复十二面体。晶面上常见三组互相垂直的条纹,为立方体和五角十二面体的聚形纹;双晶主要依110和111形成,依110形成穿插双晶;集合体呈粒状、致密块状、浸染状或球状。隐晶质变胶体黄铁矿称胶黄铁矿。
黄铁矿呈浅黄铜黄色,表面常具黄褐色锖色;条痕绿黑或褐黑;强金属光泽;不透明;解理极不完全;莫氏硬度6~6.5;密度4.9~5.2gcm3;可具检波性。
黄铁矿是半导体矿物。由于不等价杂质组分代替,如Co3+、Ni3+代Fe2+或As3+、AsS3+代替S2-2时,产生电子心n型或空穴心p型而具导电性。在热的作用下,所捕获的电子易于流动,并有方向性,形成电子流,产生热电动势而具热电性。
在岩浆岩中,黄铁矿呈细小浸染状,为岩浆期后热液作用的产物。接触交代矿床中,黄铁矿常与其他硫化物共生,形成于热液作用后期阶段。在热液矿床中,黄铁矿与其他硫化物、氧化物、石英等共生;有时形成黄铁矿的巨大堆积。在沉积岩、煤系及沉积矿床中,黄铁矿呈团块、结核或透镜体产出。在变质岩中,黄铁矿往往是变质作用的新生产物。
黄铁矿在氧化带不稳定,易分解形成氢氧化铁如针铁矿等,经脱水作用,可形成稳定的褐铁矿,且往往依黄铁矿成假象。这种作用常在金属矿床氧化带的地表露头部分形成褐铁矿或针铁矿、纤铁矿等覆盖于矿体之上,故称铁帽。在氧化带酸度较强的条件下,可形成黄钾铁矾Jarosite,KFe3[SO4]2OH6,其分布量仅次于褐铁矿。
1.5.7 白铁矿
白铁矿见图1-7是一种铁的硫化物矿物。白铁矿往往呈鸡冠状或束状,因此它还被称为鸡冠状黄铁矿或矛状黄铁矿。其实白铁矿还可以呈放射状或瘤状等样子。白铁矿与黄铁矿都属于硫化物矿物,但它们的晶体结构不一样,所以长的样子也不一样。另外,白铁矿的颜色为锡白色和青铜黄色,跟黄铁矿的黄铜色不太一样。
白铁矿的化学组成为FeS2,含Fe46.55%,S53.45%。
图1-7 白铁矿Marcasite
白铁矿和黄铁矿不同之处,一是具有鸡冠状的晶形,二是颜色比较淡白,三是在显微镜下观察时光性的非均质性与黄铁矿相区别。其在自然界的分布远比黄铁矿少,并且不形成大量的聚积,是FeS2的不稳定变体,高于350℃即转变为黄铁矿。
世界范围广泛分布着大量的白铁矿,在美国的Oklahoma、Missouri,Wisconsin和Illinois各州,产在铅锌矿床之内。在Bohemia,Caisbad和德国的Saxony等地,产在粘土?之内;在英国的Doyer和Folkestone等地。
白铁矿的名称来源于Marcasite一字,来自阿拉伯语,原指黄铁矿,是对硫化铁矿和类似的不确定矿物的命名。
白铁矿属斜方双锥晶类,晶体通常呈平行010的板状,有时呈双锥状。常见单形有平行双面b010,斜方柱m110、e101;
晶系和空间群为斜方晶系,D122h-Pmnn; 晶胞参数为a0=4.0445?,b0=5.425?,c0=3.388?;
粉晶数据为2.711,1.760.63,3.440.4。
其莫氏硬度为6~6.5; 密度为4.85~4.9gcm3; 平行101不完全解理; 断口不平坦;
颜色为淡黄铜色,微带浅灰或浅绿色调; 条痕为暗灰绿色; 不透明; 有金属光泽; 无发光性; 且性脆。
1.5.8 磁黄铁矿
磁黄铁矿是红砷镍矿族中的一种铁的硫化矿物,它的化学组成较FeS理论含量含有更多的S,S的含量可达到39%~40%,混入物以Ni和Co为最常见。而当其中的镍含量很高时,便可从中提炼镍。磁黄铁矿有金属光泽,为暗青铜黄色带红。一般呈块状产于铜镍硫化矿床中。磁黄铁矿如果在地表则容易风化而变成褐铁矿。
图1-8 磁黄铁矿Pyrrhotite
磁黄铁矿属硫化物-单硫化物-磁黄铁矿族;
晶系和空间群在320℃以上稳定的为高温六方晶系变体空间群为P63mmc,320℃以下稳定?为空间群为C2c;
晶胞参数在高温六方晶系变体为a0=0.343nm、c0=0.569nm,低温单斜晶系变体a0=0.686nm、b0=1.190nm、c0=1.285nm;
晶形呈六方板状、柱状或桶状,通常呈致密块状集合体;颜色为暗黑铜黄色,表面常呈褐锖色;条痕为灰黑色;不透明;具金属光泽;
其莫氏硬度为4;密度为4.6~4.7gcm3;属平行解理不完全;具有导电性和磁性。
磁黄铁矿的名字来源于希腊语“phrrhotes”,意为“红色”,指其颜色。分布于各种类型的内生矿床中。在基性岩体内的铜钼硫化物岩浆床中,它是主要矿物成因之一,与其共生的矿物有镍黄铁矿、褐黄铜矿;在接触交代?床中,有时形成巨大的聚集,与其共生的矿物有黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、毒砂等。在氧化带,它极易分解转变为褐铁矿。中国甘肃金川、吉林盘石等铜镍硫化物矿床中均富产磁黄铁矿,世界上最著名的产地是加拿大安大略的萨德伯里。
1.5.9 方解石
方解石是一种碳酸钙矿物,天然碳酸钙中最常见的就是它。因此,方解石是一种分布很广的矿物。方解石的晶体形状多种多样,它们的集合体可以是一簇簇的晶体,也可以是粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状等。敲击方解石可以得到很多方形碎块,故名方解。方解石的色彩因其中含有的杂质不同而变化,如含铁锰时为浅黄、浅红、褐黑等等。但一般多为白色或无色。无色透明的方解石也叫冰洲石IcelandSpar,这样的方解石有一个奇妙的特点,就是透过它可以看到物体呈双重影像。因此,冰洲石是重要的光学材料。方解石是石灰岩和大理岩的主要矿物,在生产生活中有很多用途。我们知道石灰岩可以形成溶洞,洞中的钟乳石、石笋等其实就是方解石构成的。
图1-9 方解石Calcite
方解石是最重要的碳酸盐矿物,化学成分为CaCO3,属三方晶系,有完全的菱面体解理,玻璃光泽,透明至半透明,普通为白色或无色,含有其他颜色亦不少,条痕白色,莫氏硬度3.0,密度2.6~2.8gcm3,遇冷稀盐酸剧烈起泡,冰洲石具有强烈双折射和三组完全解理。
方解石的晶体形状多种多样,石灰岩、大理岩和美丽的钟乳石之主要矿物即为方解石。在泉水中可沉积出石灰华,在火成岩内亦常为次生矿物,在玄武岩流的杏仁孔穴中,沉积岩之裂缝内常有方解石充填而成细脉,或透过生物学作用,以贝壳或岩礁的方式产出。
方解石见于中央山脉东斜面之结晶石灰岩,西部第三纪及第四纪石灰岩,以及金瓜石金铜矿床中。全世界所有的矿物晶型以方解石居冠,少说也有200种以上。代表产地有美国、墨西哥、英国、法国、德国。
1.5.10 石英
石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系的氧化物矿物,即低温石英a-石英,是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英b-石英。石英块又名硅石,主要是生产石英砂又称硅砂的原料,也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。
图1-10 石英Quartz
天然石英石的主要成分为SiO2,常含有少量杂质成分如Al2O3、IMO、CaO、MgO等。它有多种类型。日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩、砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等。石英外观常呈白色、乳白色、灰白半透明状态,莫氏硬度为7,性脆,无解理,具贝壳状断口,断面具玻璃光泽或脂肪光泽,密度因晶型而异,变动于2.22~2.65gcm3之间,
其化学、热学和机械性能具有明显的异向性,不溶于酸,微溶于KOH溶液,熔点1750℃。
石英是非可塑性原料,其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度和化学稳定性,并能增加坯体的半透明性,是配制白釉的良好原料。无色、透明的石英的变种,希腊人称为“Krystallos”,意思是“洁白的冰”,他们确信石英是耐久而坚固的冰。中国古代人认为嘴里含上冷的水晶能够止渴。
1.5.11 重晶石
重晶石是钡的最常见?物,它是成分为硫酸钡。产于热液矿脉和石灰岩及石灰岩风化而成的粘土矿床中。重晶石的晶体呈大的管状,晶体聚集在一起有时可形成玫瑰花形状或分叉的晶块,这称为冠毛状重晶石。纯的重晶石是无色透明的,一般则呈白、浅黄色,具有玻璃光泽。重晶石是一种很重要的非金属矿物原料,具有广泛的工业用途。可以用作白色颜料我们俗称立德粉,还可用于化工、建材、造纸、纺织填料,其最主要的用途是作为加重剂用在钻井行业中及提炼钡。
图1-11 重晶石Barite
重晶石是以硫酸钡BaSO4为主要成分的非金属矿产品,纯重晶石显白色、有光泽,由于杂质及混入物的影响也常呈灰色、浅红色、浅黄色等,结晶情况相当好的重晶石还可呈透明晶体出现。
重晶石的莫氏硬度为3~3.5,密度为4.3~4.7gcm3,具有密度大、硬度低、性脆的特点。重晶石化学性质稳定,不溶于水和盐酸,无磁性,但具毒性。
1.6 有色金属选矿的基本概念
1.6.1 有色金属选矿工艺其本概念
1选矿。选矿是利用矿物的物理或化学性质的差异,借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离,并达到使有用矿物相对富集的过程,从而达到冶炼对矿石品位的一定要求。
2选矿工序。选矿过程中?矿石发生物理、化学变化的基本环节亦称作业叫选矿工序,通常有选前的矿石准备作业,选别作业,选后的脱水作业。选前的准备作业是基于后续作业对物料的粒度的特殊要求,将矿石粉碎,使其中的有用矿物和脉石达到单体解离的工序。选别作业是将已经单体解离的矿石采用适当的手段,使有用矿物和脉石分选的工序。脱水作业是按照浓缩、过滤、干燥三个阶段来脱除选矿产品中的水分,减少对于运输和冶炼过程中的不利影响。
3原矿。选矿所处理的,从矿山开采出来的矿石称为原矿,即选矿厂的原料。
4中矿。选别过程中得到的中间的尚需进一步处?的产品。
5精矿。选矿厂分选所得到的有用矿物含量较高,适合于冶炼的选矿最终产品。
6尾矿。选别后排弃的“废料”,其中有用矿物含量很低,不需进一步处理或技术经济上不适合进一步处理的产物。
7预选作业。是指在矿石入选前,采用人工或机械设备把矿石中的废石预先选出丢弃,以达到矿石初步富集的过程。主要包括:①手选;②光电拣选;③重介质选矿;④磁电选矿等。
8碎矿。利用选矿厂粉碎设备,将采出的矿石粉碎到某种产品粒度要求的过程。
9筛分。利用筛子将粒度范围较宽的混合物料按粒度分成若干个不同级别的过程。筛分时,留在筛上的物料称为筛上产品,通过筛孔的物料称为筛下产品。
10磨矿。磨矿是将破碎后的矿石磨细到满足分选粒级要求的过程。
11分级。它是根据矿粒在介质水或空气等中沉降速度的不同把物料分离成两个或两个以上的粒度级别的过程。分级有水力分级和风力分级两种。
12选别。选别作业是将已经单体解离的矿石,采用适当的手段,使有用矿物和脉石分选的工序。常用的分选方法有浮选法、磁选法、重选法等。
13精矿处理。主要是指精矿脱水。通常分为两个步骤:第一步沉淀浓缩,常用沉淀池或浓缩机?设备,把很稀的矿浆浓缩到含水分为30%~50%的矿浆。第二步过滤,用过滤机使精矿产品的水分达到8%~16%。根据具体情况,特别是对精矿水分要求严格或北方地区的冬季,有时还需要第三步干燥,把物料用干燥机烘干,可以使物料中的水分降到6%以下,但干燥脱水费用高,精矿损失较大,所以目前在选矿厂中常采用的是浓缩、过滤两段脱水流程。
14网目。在筛分作业所使用的筛子中,泰勒标准筛的筛号以“网目”表示,它是指1in相当于25.4mm长度内所具有的筛孔数目。它反应了筛孔尺寸的大小。例如,0.074mm的筛子,即表示1in长度内有200个筛孔,相当于其筛孔尺寸为0.074mm。另有一种德国标准筛,这种筛的网目是1cm长的筛网上的筛孔数。
15矿浆浓度。矿浆浓度是表示矿浆中固体矿粒的含量,常用固体的质量分数表示,也可以用液固比或体积比表示。
16粒度。表示选矿过程中矿物颗粒的大小。球体和立方体物料颗粒的粒度分别用直径和边长表示,对不规则物料颗粒,可用具有相同行为的球体直径作为其等效直径。
17选矿药剂。凡是在选矿过程中,为提高该作业的效率而加入的化学添加剂,统称为选矿药剂。它主要分为调整剂、抑制剂、活化剂、捕收剂、起泡剂、分散剂与絮凝剂,助磨剂,脱水剂等。
18金属平衡。进入选矿厂的原矿含金属量与出厂精矿含金属量、尾矿含金属量之间的平衡关系,称为金属平衡。它是反映金属分布和流向,衡量选矿厂生产技术和经营管理水平的重要标志。
19浸出。浸出就是将固体物料加入液体溶剂,使溶剂选择性地溶解矿物原料中某些组分的工艺过程,用于浸出的试剂称为浸出剂,浸出所得的溶液称为浸出液。
20尾矿处理。对选矿厂排出的尾矿进行相应处理的过程称为尾矿处理。目前国内外对尾矿资源的综合利用主要可以概括为以下几种:
①首先是尽量做好尾矿资源有用组分的综合回收利用,采用先进技术和合理工艺对尾矿进行再选,最大限度地回收尾矿中的有用组分,进一步减少尾矿数量;
②尾矿用作矿山地下开采空区的充填料,即水砂充填料或胶结充填的基料;
③尾矿作为建筑材料的原料制作水泥、硅酸盐尾砂砖等;
④尾砂用于修建公路的路面材料、防滑材料以及海岸造田等;
⑤在尾矿堆积场上覆土造田、种植农作物或植树造林等;
⑥把尾矿堆存在专门修筑的尾矿库内,这是多数选矿厂目前应用最广泛的尾矿处理方法。
21废水处理。为防止选矿厂的废水造成危害而进行的处理过程称为废水处理。废水净化取决于有害物质的成分、数量、排入水系的类别,以及对回水水质的要求。主要处理方法有:①利用尾矿沉淀池使尾矿水在池中沉淀出尾矿颗粒及悬浮物,达到澄清的目的。②物理化学方法是利用吸附材料将某种有害物质吸附除去,常用的吸附剂有白云石、活性炭、石灰等。化学方法是加入适量的化学药剂促使有害物质转化为无害物质。例如,尾矿水中含有单氰或复氰化合物时,一般用漂白粉、硫酸亚铁和石灰净化剂进行化学净化,也可以采用铅锌矿石和活性炭作吸附剂进行吸附净化。
22浮选。它是利用矿物自身具有不同的表面活性,或经浮选药剂处理所获得的疏水、亲水、亲油性,在相界面聚集或与气泡相吸附,使矿物得以富集的选别方法。浮选应用范围最普遍,适合于处理的矿种有铜、铅、锌、钨、锡、钼、镍、锑、汞、硫、铁、金、银、锂、铍、稀土矿和非金属矿等。
23化学选矿。它是基于矿物和矿物组分化学性质的差异,利用化学方法改变矿物组成,然后用其他方法使目的组分富集的矿物加工工艺。化学选矿是处理和综合利用某些贫、细、杂等难选矿物原料的有效方法之一,也是充分利用矿产资源和解决三废废水、废气、废渣处理的重要方法之一。
1.6.2 选矿设备名词概念
1 选矿破碎设备
破碎设备是指能把来自井下或露天开采的大块矿石破碎到适合于下一工序要求粒级的设备。
1颚式破碎机。颚式破碎机既可以用于粗碎作业,也可以用于中、细碎作业,特别是用于井下破碎作业和中、小型移动破碎装置。它主要有:①简摆型颚式破碎机;②复摆型颚式破碎机;③综合摆动型颚式破碎机;④冲击颚式破碎机。
2旋回破碎机。旋回破碎机被广泛应用于大、中型选矿厂和大型采石场中,用于粗碎各种硬度岩矿物料。它主要有:①普通型旋回破碎机;②液压旋回式破碎机;③颚旋式旋回破碎机。
3圆锥破碎机。圆锥破碎机适用于对硬度岩矿物料的中、细和超细破碎。圆锥破碎机按其破碎腔形状不同可分为:①标准型圆锥破碎机;②中间型圆锥破碎机;③短头型圆锥破碎机。
4冲击作用破碎机。冲击作业破碎机主要用于中等硬度或软物料的中、细碎。它主要有:①锤式破碎机;②反击式破碎机;③笼形破碎机。
2 选矿筛分设备
1固定筛。固定筛分为固定格筛和固定细筛。固定格筛常用于矿石粗、中碎前的预先筛分。固定格筛有两种型式,一种是格条刚性固定筛,另一种是悬臂格筛,此外还有筛孔向排料端逐渐增大的筛子。固定细筛常用作细粒物料湿式分级。
2滚轴筛。滚轴筛常?于粗粒物料的筛分作业中。该设备可用作洗矿机或给料机。它分为圆盘滚轴筛和异形盘滚轴筛。
3筒筛。筒筛常用在重选厂作洗矿脱泥用,或用作中、细物料的分级筛分。它按工作表面可分为:①圆柱形筒筛;②圆锥形筒筛;③角柱形筒筛;④角锥形筒筛。
4振动筛。振动筛按其结构、原理及作用可分为:①惯性振动筛子;②自定中心振动筛;③重型振动筛;④圆振动筛;⑤单轴振动筛;⑥双轴振动筛;⑦直线振动筛;⑧共振动筛。
5弧形筛。弧形筛是一种湿式细粒筛分设备,此筛可用于跳汰、摇床等选别作业的预筛,水力旋流器沉砂或溢流的脱水,与?矿机组成闭路作为分级设备,以及重介质选矿的脱介等。
3 选矿的磨矿设备
把破碎后的矿石磨细至适合选别要求粒级的设备。此种设备主要有:
1球磨机。它以钢球为磨矿介质,可用于开路或闭路流程中对物料进行干磨或湿磨。这种设备又可分为格子型和溢流型两种。
2棒磨机。它以长圆钢棒为磨矿介质,能有效防止过粉碎。
3自磨机。也称为无介质磨机,它分为干式自磨和湿式自磨两种。
4砾磨机。
4 选矿分级设备
当矿石磨细后,能及时把那些已符合细度要求的矿粒分离出来的设备。常用的闭路磨矿浮选流程主要分级设备有:
1螺旋分级机它可分为高堰式螺旋分级机,低堰式螺旋分级机和沉没式螺旋分级机三种;
2水力旋流器;
3把式分级机;
4浮槽分级机;
5筛子;
6卧式离心分级机。
5 选矿浮选设备
1机械搅拌式浮选机。这一类浮选机借助于浮选槽下部的叶轮或回转子的高速旋转实现矿浆的混合搅拌并充入空气。它主要有:①XJK型浮选机;②SF、BF、XJ、JJF等型号浮选机。
2充压气式浮选机。它根据压入空气方式的不同可分为:①气升式浮选机;②浮选柱。
6 选矿其他辅助设备
1胶带输送机。胶带输送机主要用于输送各种块状、粒状等散状物料。TD75型带式输送机的带宽有:500mm、650mm、800mm、1000mm、1200mm、和1400mm六种。带式输送机所选用的输送带有橡胶带和塑料带两种。
2给矿机。选矿厂所选用的给矿机根据其工作机构的运动特性,可分为:①连续动作的:板式给矿机、带式给矿机、链式给矿机;②往复动作的:槽式给矿机、摆式给矿机、振动式给矿机;③回转动作的:圆盘式给矿机、滚筒式给矿机。
3矿仓。矿仓主要用于接受、分配及贮存矿石。按型式可分为:①地下式;②半地下式;③地面式;④高架?;⑤抓斗式;⑥斜坡式。按几何形状可分为:①圆形;②矩形;③槽形。按其作用可分为:①原矿受矿仓;②原矿及中间贮备矿仓;③缓冲及分配矿仓;④磨矿矿仓;⑤产品矿仓。
4砂泵。在选矿厂中砂泵主要用于输送矿浆。常用的砂泵可分为:①PS型砂泵;②PH型砂泵;③PNJ和PNJF型衬胶砂泵;④PW型砂泵;⑤立式砂泵;⑥油隔离矿浆泵。
此外,还有浓缩设备、过滤设备、干燥设备、其他脱水设备。
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