Поминеральный баланс свинца и серебра в тонком (-40+0 µm) классе частично окисленных свинцово-серебряных руд одного из месторождений Охотско-Чукотского вулканического пояса
Владимир В. Кнауф, ЗАО "НАТИ", Санкт-Петербург
Надежда С. Гусева, Группа компаний "Полиметалл", Санкт-Петербург
Опубликовано с учетом требований регламента по обращению со сведениями ограниченного доступа, принятого компанией Polymetal International Plc.
Введение
Одним из факторов упорности частично окисленных руд к обогащению является нахождение значительной (50% и более) доли полезного компонента в классах крупности менее 40µm уже после первых этапов измельчения. Для правильного выбора технологической схемы обогащения таких руд и для подбора обогатительного оборудования необходима информация о поминеральном распределении полезного компонента в шламовых классах, при этом минералогическая информация должна быть достоверной и количественной, а метод ее получения - оперативным.
Часто бывает, что в руках у технолога оказывается установленный химическим анализом факт потери металла со шламовым классом и данные минералогического анализа, выполненного по руде в целом, характеризующие преимущественно крупные классы руды. Эти данные не позволяют объяснить причины потери металла с тонкими классами, и технолог вынужден заниматься длительными экспериментами по подбору технологической схемы, позволяющей сократить потери металла. В аналогичной ситуации на одном из полиметаллических месторождений Охотско-Чукотского вулканического пояса произведено изучения поминерального распределения свинца и серебра в классе -40µm частично окисленных руд с использованием технологии "ppm-минералогия" и разработанного в ЗАО "НАТИ" аппаратно-программного комплекса ImSca-14. Полученная минералогическая информация впоследствии была использована технологами предприятия для оптимизации технологической схемы обогащения и сокращения потери металла со шламовыми классами.
Проба руды массой 100 кг была отобрана силами геологической службы предприятия в рамках действующей на предприятии программы геолого-технологического картирования.
Выход класса –40µm из руды до измельчения (крупность материала 100% класса +50мм) составил 11.96%. После измельчения материала до 100 крупности -2 мм +0 выход класса -40+0µm возрос до 19.94% и при этом в классе -40+0µm оказалось 57% всего содержащегося в руде свинца и 55% всего содержащегося в руде серебра. Навеска класса -40+0µm передана в ЗАО "НАТИ" для минералогического анализа по технологии "ppm-минералогия". Задача исследования - определить минеральные формы свинца и серебра и количественные соотношения между ними для последующей коррекции схемы обогащения.
Методы исследования
Навеска класса -40+0 µm массой 17 граммов подвергнута гравитационному концентрированию на гидросепараторе НАТИ с получением промпродуктов с "растяжкой" по плотности от ~3 до 7г/см3. Навеска является представительной для фракции -40+0µm, поскольку, согласно расчету, должна содержать не менее 1000 зерен галенита размером 40µm или не менее 1500 зерен англезита размером 40µm, а также не менее 4000 зерен фрейбергита размером 40µm или не менее 200 зерен акантита размером 40µm. Для более мелких зерен их число многократно возрастает.
В результате последовательного гравитационного концентрирования получены:
- Тяжелый галенит-англезитовый концентрат (TK) массой 0.3мг, коэффициент сокращения 57000;
- -1ТК – галенит-англезит-касситеритовый, масса 300мг, коэффициент сокращения 56;
- -2ТК – англезит-плюмбоярозитовый, масса 500мг, коэффициент сокращения 34;
- -3ТК – содержащий плюмбоярозит, ярозит, минералы железа и нерудные акцессорные минералы, масса 600мг, коэффициент сокращения 28 и хвосты, сложенные преимущественно кварцем, полевыми шпатами и другими нерудными минералами, плотностью менее 3г/см3.
Из полученных концентратов изготовлены препараты для микрозондовых исследований. Препараты сформированы из ТК и частей -1ТК,-2ТК и -3ТК. Проведена экспресс-диагностика основных (балансных) минералов микрорентгеноспектральным методом на электронном микроскопе-микроанализаторе Hitachi S570 с энергодисперсионным SDD спектрометром. Был использован аппаратно-программный комплекс ImSca-14, который управляет работой микроскопа-микроанализатора и SDD спектрометра и обеспечивает получение изображения препарата концентрата в отраженных электронах, затем классифицирует зерна по яркости пропорциональной среднему атомному номеру (функция химического состава и плотности минерала) с выделением яркостных (цветовых) диапазонов, после чего автоматически позиционирует электронный зонд микроскопа на каждом из зерен заданного цветового диапазона и производит диагностику зерен по химическому составу (характеристическим линиям в рентгеновском спектре) с одновременным подсчетом числа зерен одноименных минералов и площади каждого зерна. Отдельные мелкие зерна в -2ТК и -3ТК часто представлены не мономинеральными частицами, а субмикронными срастаниями частиц, которые также объединялись в яркостные диапазоны и для таких зерен при последующих расчетах принимался усредненный химический состав микросростков.
Фотографии фрагментов гравитационных концентратов фракции -40µm во отраженных электронах (левая колонка) и изображение того же фрагмента, обработанное в программе ImSca-14 (правая колонка), представлены на рис. 1.
![]() а
|
![]() б
|
![]() в
|
![]() г
|
![]() д
|
![]() е
|
![]() ж
|
![]() з
|
![]() |
Рис. 1 Фотографии тяжелых концентратов:
слева – RE-изображение, справа изображение, обработанное с помощью ImSca-14: а, б – ТК; в,г – -1ТК; д, е – -2ТК; ж, з –3ТК.
|
Из-за обилия минеральных видов в полученных концентратах, содержащих свинец и серебро и, зачастую образующих сростки зерен друг с другом, с минералами железа и с силикатными фазами, детальное описание минерального состава полученных концентратов не проводилось: для этого требуются дополнительные целенаправленные исследования, если потребуется более высокая точность всего цикла работ. Из фотографии фрагмента –2ТК (рис. 2) можно получить представление о сложности минерального состава тонкого класса исследуемой руды.
![]() |
Рис. 2. RE-изображение фрагмента -2ТК.
Обозначения минералов:
Ang – англезит;
Jr – ярозит;
Ag-Jr – аргентосодержащий ярозит;
(Ag, Pb)-Jr – аргентосодержащий плюмбоярозит;
Lan – ланаркит;
Ag-S – сульфид серебра (акантит);
FeOx –оксид железа;
KFsp – калиевый полевой шпат;
Q – кварц; Sil – силикат.
|
Для оценки распределения свинца между гравитационным концентратом и хвостом концентрирования выделялись обобщенные группы рудных минералов (сульфаты, гидросульфаты, сульфосоли…) с близкой плотностью и близкими средними содержаниями рудных компонентов, которым присваивались обобщенные условные названия. Такой подход оправдан тем, что в концентрат или в хвост переходят именно зерна или субмикронные агрегаты, а не отдельные минеральные виды, поэтому достаточно оценить плотность зерна (вне зависимости от того, представлено ли оно одним минералом или сростком), которая определяется яркостным диапазоном и приблизительное содержание свинца либо серебра (зависит от принадлежности преобладающего в сростке минерала к определенной миинеральной группе). Статистически представительное количество просчитанных зерен - более 4000, не менее 1000 в каждом продукте - позволяет оценить примерное распределение металлов между зернами разной плотности.
Результаты изучения концентратов
Характеристика тяжелого концентрата (ТК)
Выход концентрата 0.002 масс. %.
Выделено три яркостных диапазона (рис. 1б). Первый представлен преимущественно зернами галенита. Второй - единичными зернами галенита, сульфатами свинца, касситеритом, минералами серебра и их богатыми сростками, единичными зернами сурьмяных сульфосолей железа, пирита и халькопирита. Третий яркостной диапазон объединяет преимущественно касситерит, в меньшем количестве сульфаты свинца и единичные зерна минералов серебра. Большинство зерен в ТК – мономинеральные фазы. Число зерен в первом, втором и третьем диапазонах соотносятся как 1: 3.4: 0.8. Суммарные площади зерен первого, второго и третьего диапазонов соотносятся как 1: 2.1: 0.4. Всего в трех диапазонах просчитано 1897 зерен. Групппировка зерен произведена по составу, выделены галенит, сульфаты свинца (обобщенное название группы «англезит»), касситерита, единичные сростки, содержащие минералы серебра (обобщенное название группы «акантит»), а также сурьмяные сульфосоли железа (обобщенное название группы «бертьерит». Бертьерит - FeSb2S4, плотность 4.64г/см3). Соотношение названных условных групп в составе ТК представлено на рис. 3. Как видно из рисунка, на «англезит» приходится 49.9% массы концентрата, на галенит – 37.3%, на касситерит – 12.2%, на «акантит» – 0.3%, на «бертьерит» – 0.4%.
![]() Рис. 3 Массовое соотношение минералов в тяжелом концентрате
|
![]() Рис. 4 Распределение масс свинца в тяжелом концентрате между минеральными фазами
|
Доли сульфатов свинца и галенита в поминеральном балансе свинца в ТК приблизительно одинаковы и составляют 51.5% для сульфатов и 48.5% для галенита (рис. 4).
Распределение зерен перечисленных минеральных групп, слагающих ТК, по крупности, представлено на рис. 5.
![]() ![]() ![]() Рис. 5 Гранулометрическая характеристика минеральных групп тяжелого концентрата ТК |
Преобладающие размеры зерен галенита (Gn) 30 - 40 мкм, зерен сульфатов свинца (Angl) – 20 -30 µm, касситерита (Cs)- 20 - 30 µm , минералов серебра и содержащих их сростков – 20 - 30 µm, сурьмяных сульфосолей железа– 20 - 30 µm. (Размер зерна рассчитан как корень квадратный из измеренной площади, поэтому в случае удлиненных зерен размер может превышать 40 мкм).
Характеристика концентрата -1ТК
Выход продукта 1,7 масс. %.
Выделено три яркостных диапазона (рис. 1г). В первый попали исключительно зерна галенита, во второй – преимущественно сульфаты свинца и в незначительном количестве касситерит, сурьмяные сульфосоли железа, в третий – минералы серебра и содержащие их сростки, касситерит, сурьмяные сульфосоли железа, «фрейбергит» (сурьмяные сульфосоли меди и серебра), аргентсдержащие гидросульфаты свинца и железа (обобщенная группа «аргентосодержащий плюмбоярозит»). Число зерен в первом, втором и третьем диапазонах соотносятся как 1: 19.5: 5.6. Суммарные площади зерен первого, второго и третьего диапазона соотносятся как 1: 20.8: 1.72. Всего в трех диапазонах просчитано 1519 зерен. Соотношение минеральных групп в -1ТК представлено на рис. 6.
Как видно из рисунка, на сульфаты свинца (группа «англезит») приходится 88.1% массы концентрата, на галенит – 5.0%, на касситерит – 3.7%, на минералы серебра и содержащие их сростки (группа «акантит») – 1.3%, на сурьмяные сульфосоли железа (группа «бертьерит») – 1.6%, на «аргентосодержащий плюмбоярозит» – 0.1%. Масса свинца в данном промпродукте распределена следующим образом (рис. 6): 93.36% - в сульфатах, 6.62% - в галените, 0.02% - в аргентосодержащих гидросульфатах свинца и железа («аргентсодержащий плюмбоярозит»).
![]() Рис. 6 Массовое соотношение минералов в концентрате -1ТК
|
![]() Рис. 7 Распределение масс свинца в концентрате -1ТК между минеральными фазами
|
Преобладающий размер зерен галенита, сульфатов свинца и касситерита, а также «аргентосодержащего плюмбоярозита» - 30-40 µm, минералов серебра и содержащих их сростков и «фрейбергита» – 30 µm, «бертьерита» – 40 µm. Распределение зерен каждой минеральной группы, входящей в состав –1ТК по крупности представлено на рис. 8.
![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 8 Гранулометрическая характеристика минеральных групп концентрата -1ТК |
Характеристика концентрата -2ТК
В этом и следующем концентрате наблюдается большое разнообразие минеральных видов. Среди минералов, содержащих свинец и серебро, присутствуют сульфаты и гидросульфаты в тесных субмикронных срастаниях с оксидами-гидроксидами железа. Часто в таких субмикронных срастаниях фиксируются цинк, сурьма, медь.
Выход –2ТК составил 2.9 масс.%.
Выделено четыре яркостных диапазона (рис. 1е). Верхний содержит единичные зерна галенита, второй, третий и четвертый близки по числу зерен и занимаемой ими площади. Во втором диапазоне преобладают сульфаты свинца, среди свинцовых минералов также присутствуют ланаркит - Pb2(SO4)O и гидроксил-сульфат ченит – Pb4Cu(SO4)2(OH)6. В небольших количествах присутствуют минералы серебра и содержащие их сростки, касситерит, сурьмяные сульфосоли железа и аргентосодержащие гидросульфаты свинца. В третьем преобладают аргентосодержащие гидросульфаты свинца, в четвертом – не содержащие свинец и серебро фазы: гидросульфаты железа и силикатные минералы. В небольших количествах присутствуют касситерит, сульфаты свинца и минералы серебра. По сравнению с -1ТК снижается доля галенита и касситерита - 1.2% и 1.3% соответственно и возрастает доля сурьмяных сульфосолей железа - «бертьерит» - 4.0%, минералов серебра и содержащих их сростков «акантит» -1.7%. Соотношение минеральных групп в –2ТК представлено на рис. 9.
![]() Рис. 9 Массовое соотношение минералов в концентрате -2ТК
|
![]() Рис. 10 Распределение масс свинца в концентрате -2ТК между минеральными фазами
|
В балансе свинца главной фазой по-прежнему являются сульфаты, на «англезит» приходится 84.76% массы содержащегося в продукте свинца. Вторыми по значимости в баллансе свинца являются гидросульфаты, на «аргентосодержащий плюмбоярозит» приходится – 11.73% свинца, на галенит – 3.51%. (рис. 10).
Распределение зерен каждой минеральной группы по классам крупности представлено на рис. 11. Преобладающий размер зерен в большинстве минеральных групп - 20 и 30 µm.
![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 11 Гранулометрическая характеристика минеральных групп концентрата -2ТК |
Из данных таблицы следует, что в –2ТК по сравнению с –1ТК в 3 раза возрастает концентрация серебра, в 2 раза снижается концентрация свинца, в 100 снижается концентрация олова, в 8 раз возрастает концентрация сурьмы.Для –1ТК и –2ТК проанализирован валовый химический состав фрагмента концентрата для чего получен сигнал с участка, составляющего площадь одного кадра. Составы приведены в табл. 1. Хотя данный способ измерения валового состава не является строго корректным, полученные составы являются независимым способом проверки заключений, сделанных на основании минералогических наблюдений.
Таблица 1. Сопоставление массы металла в тонне продукта класса -40 µm по данным химического анализа и по минералогическим данным
![]() |
Наблюдается удовлетворительная сходимость балансов свинца и серебра, рассчитанная по минеральным данным с данными химического анализа, что является независимым подтверждением правильности сделанной оценки минерального состава этих продуктов (табл. 2).
Характеристика концентрата -3ТК
Выход продукта 3.5 масс.%.
После оцифровки фотографии гравитационного концентрата системой ImSca-14 выделено четыре яркостных диапазона (яркость зерна на фотографии зависит от среднего атомного номера, как функции химического состава зерна и отражает его плотность) (рис. 1 з). Наиболее яркий диапазон объединяет преимущественно сульфаты свинца, следующий по яркости – аргентосодержащие гидросульфаты свинца и железа - на основе химического состава зерен эта группа получила обобщенное название «аргентосодержащий плюмбоярозит». Два наименее ярких диапазона объединяют не содержащие свинец и серебро минералы: третий диапазон - преимущественно гидросульфаты и оксиды железа, и последний, самый бледный четвертый диапазон - преимущественно силикаты и оксиды железа. Значительная часть зерен в третьем и четвертом диапазонах представлена сростками субмикронных зерен силикатов, оксидов железа, кварца, калиевого полевого шпата.
Соотношения между числом зерен в яркостных диапазонах: 1: 2: 7: 9.6; соотношения суммарных площадей зерен 1: 7.8: 25.2: 21.85. Иначе говоря, в этом промпродукте преобладают не содержащие свинец и серебро минералы: ярозит (45.8%), силикатные минералы (36.1%). Значительная часть зерен представлена сростками субмикронных зерен силикатов, оксидов железа, кварца, калиевого полевого шпата. Собственные минералы серебра отсутствуют. Соотношения между минеральными группами, слагающими данный продукт, представлены на рис. 12.
![]() Рис. 12 Массовое соотношение минералов в концентрате -3ТК
|
![]() Рис. 13 Распределение масс свинца в концентрате -3ТК между минеральными фазами
|
В балансе свинца по-прежнему преобладают сульфаты, в них содержится 62.43% массы наличествующего в данном продукте свинца, на гидросульфаты свинца - «аргентосодержащий плюмбоярозит» - приходятся оставшиеся 37.57%. (рис.13).
![]() ![]() ![]() Рис. 14 Гранулометрическая характеристика минеральных групп концентрата –3ТК |
Обобщенная характеристика всех свинец-содержащих продуктов
Объединенный концентрнат 1 (ТК + -1ТК + -2ТК + -3ТК)
Выход концентрата - 8.2масс.%.
![]() Рис. 15 Распределение минеральных групп в объединенном гравитационном концентрате 1 (ТК + -1ТК + -2ТК + -3ТК)
|
Состав объединенного концентрата представлен на рис. 15. Объединенный продукт содержит 1.5% галенита, 33.67% сульфатов свинца (группа «англезит»), 1.26% касситерита, 0.89% минералов серебра и содержащих их сростков (группа «акантит»), 1.77% сурьмяных сульфосолей железа (группа «бертьерита»), 19.17% гидросульфатов свинца (группа «аргентосодержащий плюмбоярозит»), 0.02% сурьмяных сульфосолей серебра и меди (группа «фрейбергит»), 22.24% не содержащих свинец гидросульфатов железа (группа «ярозит»), 15.47% нерудных силикатных минералов.
![]() Рис. 16 Распределение свинца между минеральными группами в объединенном гравитационном концентрате 1 (ТК+-1ТК+-2ТК+-3ТК)
|
![]() Рис. 17. Распределение серебра между минеральными группами в объединенном гравитационном концентрате 1 (ТК+-1ТК+-2ТК+-3ТК)
|
Поминеральный баланс свинца в объединенном продукте представлен на рис. 16. На сульфаты свинца приходится 77.03% от всей массы содержащегося в объединенном концентрате свинца, на гидросульфаты - 20.29, на галенит – 2.68%. В поминеральном балансе серебра в объединенном продукте (рис. 17) 78.38 масс % приходится на долю изоморфных или тончайших механических примесей преимущественно в гидросульфат свинца и железа, 20.20% - на долю собственных минералов серебра.
Объединенный концентрнат 2 (ТК + -1ТК + -2ТК)
Выход продукта – 4.7 масс %.
Соотношение минеральных групп представлено на рис. 18. Продукт содержит 2.64% галенита, 56.3% сульфатов свинца, 2.20% касситерита, 1.65% минералов серебра, 3.1% сурьмяных сульфосолей железа, 22.6% аргентосодержащих гидросульфатов свинца и железа, 0.038% сурьмяных сульфосолей меди и серебра, 11.56% не содержащих свинец и серебро гидросульфатов и оксидов железа. Нерудных силикатных фаз в продукте нет.
Поминеральный баланс свинца в продукте представлен на рис. 19. На долю галенита приходится 4.59% от массы содержащегося в продукте свинца, на долю сульфатов – 87.98%, на долю аргентосодержащих гидросульфатов железа и свинца – 7.33%.
![]() Рис. 18 Распределение минеральных групп в объединенном гравитационном концентрате 2 (ТК + -1ТК + -2ТК)
|
В поминеральном балансе серебра в объединенном продукте (рис. 20) 35.34 масс % приходится на долю собственных минералов серебра, 62.17% серебра - примеси в других минералах, преимущественно в гидросульфате свинца и железа.
![]() Рис. 19 Распределение свинца между минеральными группами в объединенном гравитационном концентрате 2 (ТК+-1ТК+-2ТК)
|
![]() Рис. 20. Распределение серебра между минеральными группами в объединенном гравитационном концентрате 2 (ТК+-1ТК+-2ТК)
|
Выводы
В классе –40 µm исследуемой руды свинец содержится в трех минеральных формах:
-- сульфатной (англезит), на которого приходится 77масс.% свинца
-- сульфидной (галенит), на долю которого приходится 3 масс% свинца
-- в форме гидросульфата (плюмбоярозита), на долю которого приходится 20 масс % свинца
Преобладающий размер зерен минералов свинца – 30-40 µm, минералов серебра и содержащих их агрегатов – 20-30 µm.
В классе -40 µm серебро присутствует в двух формах: собственных минералов серебра, среди которых преобладает акантит и виде изоморфной и/или субмикронной механической примеси в другие минералы, а также в тонких сростках с другими минералами. Причем более 70% серебра в такой форме тесно ассоциирована с плюмбоярозитом, что делает невозможным полное разделение свинца и серебра физическими методами.
Использование технологии «ppm-минералогия» и аппаратно-программного комплекса ImSca 14 позволяет в сжатые сроки получать достоверную количественную информацию о минеральном составе тонких классов руды, необходимую и достаточную для выбора или оперативной корректировки технологической схемы обогащения. (Работы по получению гравиконцентратов и изготовлению микрозондовых препаратов заняли один день, три приборо-смены с системой ImSca14, неделя потребовалась на обработку результатов и подготовку отчета).
Благодарности:
Авторы признательны сотрудникам ОАО "Полиметалл" Н.А. Галимову и С.Ф. Ермакову за предоставленный материал для исследования.