硫化金铜矿浮选系统中硫和砷的迁移转化研究

摘要

以湖北某矽卡岩型硫化金铜矿为例，对浮选法矽卡岩型硫化金铜矿选矿系统矿石组分中硫、砷元素的赋存和迁移转化进行了研究。通过对浮选系统中的原矿、精矿、尾砂和选矿废水进行取样测试，展现了硫元素和砷元素在浮选系统中的迁移分布规律；结合尾砂毒性浸出试验和形态分析试验结果，评估了尾砂中砷的稳定性；采用化学物相法、XRD、MLA（Mineral Liberation Analyser自动矿物分析仪）多手段的联合测试，诠释了原矿及浮选产品金铜精矿、硫精矿、铁精矿和尾砂的构成物相及硫和砷元素的结合构型、赋存状态、嵌布特征。研究工作的主要成果如下：
　　1、浮选系统中的硫元素和砷元素迁移分布规律：
　　①原矿中硫元素在浮选系统内的迁移分布比例依次为：金铜精矿>硫精矿>尾砂>损失>铁精矿。砷元素在浮选系统内的迁移分布比例依次为：尾砂>硫精矿>金铜精矿>铁精矿>选矿废水>损失。
　　②砷元素形态Dold提取实验结果表明，各矿石中T1水溶态与T2可交换态砷含量极少，硫精矿和金铜精矿存在微量的T3羟基氧化态，铁精矿中存在微量的T4原生氧化铁态，各矿物中 T5有机态及次生硫化铜态含量均极少，均含有一定量的T6原生硫化态，绝大部分则以T7残渣态存在。表明经过浮选过程后，微量的砷被氧化释放，但砷元素主要以T7残渣态存在的情况没有改变。
　　2、尾砂中的砷具有较高的稳定性：
　　①毒性浸出实验结果表明，尾矿中砷元素浸出值较低，暂不具备浸出毒性，根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）中规定的第Ⅱ类一般工业固体废物的定义，仅就砷元素而言，尾砂归属于第Ⅱ类一般工业固体废物。
　　②尾砂中砷元素98％以上均以残渣态形态存在，同时尾矿中砷的载体矿物为砷元素提供天然保护层，因而尾矿中砷元素其赋存状态较为稳定。尾矿库废水中，砷的检测结果均低于原子荧光法的检出限，佐证了砷的赋存状态稳定，一般条件下难以释放到环境中。尾砂中砷的高度稳定性提示了尾砂综合利用的可行性。
　　3、金铜矿中硫和砷元素的构成物相、结合构型、赋存状态和嵌布特征：
　　①硫元素在矿物中主要存在形式为磁性硫、硫酸盐硫和硫化物硫，在原矿、硫精矿、金铜精矿、铁精矿和尾矿中，硫元素均主要以硫化物存在，经过浮选工艺之后，硫化物富集至硫精矿和金铜精矿之中，磁性硫大多富集至铁精矿中，尾砂中全硫含量大大减少。砷元素在矿物中主要存在形式为氧化砷类、砷酸盐类、硫砷化物类和砷的其他形态。浮选系统中的原矿、硫精矿、铁精矿和尾矿中，均含有一定量的氧化砷类，硫精矿、铁精矿和尾矿中含有一定量的砷酸盐类，原矿、硫精矿、金铜精矿、铁精矿和尾矿中均有一定量的砷硫化物存在，难氧化的砷其他形态含量较大，含量均在92%左右。
　　② XRD图谱分析发现，原矿中主要为黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿和斑铜矿以及脉石矿物石英、钙铁榴石和方解石；硫精矿中主要为黄铁矿、菱铁矿和石英；金铜精矿中主要为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、菱铁矿和石英；尾矿中脉石矿物主要为石英、方解石、绿泥石和钙铁榴石；而尾矿中硫化矿可检测到的有闪锌矿、方铅矿和透辉石。原矿、精矿、尾矿的XRD图谱分析结果中，未见含砷独立矿石的物相。
　　③MLA测试结果表明，原矿中硫和砷元素共存的独立矿物为硫砷铜矿、砷黝铜矿和毒砂，以毒砂为主，其中硫砷铜矿主要与黄铜矿、黄铁矿连生以及部分包裹在方解石内；砷黝铜矿包裹于石英内；毒砂主要以矿物单体存在，或是包裹微细磁黄铁矿颗粒。经过浮选过程后，与黄铁矿连生的砷黝铜矿转移至硫精矿中，与斑铜矿连生的硫砷铜矿，包裹于斑铜矿的砷黝铜矿、毒砂单体浮选至金铜精矿中。金铜精矿中主要为硫砷铜矿、砷黝铜矿和毒砂，以砷黝铜矿为主。
　　④硫砷矿石中砷的释放分析：原矿中氧化砷类物质占总砷的2.39%，这一部分氧化砷可能为部分暴露于自然环境中的毒砂氧化产生的，毒砂中的部分[AsS]2-被氧化成As(Ⅲ)或是As(Ⅴ)。在浮选过程中，碱性富氧条件对毒砂、砷黝铜矿影响较小，硫砷铜矿被氧化释放的可能性较大。表层尾矿优先氧化，这个过程可能氧化的含砷矿物为毒砂或是砷的载体矿物。

目录

声明

引言

第1章 文献综述

1.1 金铜矿石开发与环境污染

1.2 浮选系统中重金属污染研究

1.3 矿物形态及物相研究手段现状

1.4 研究背景、目的与意义

1.5 主要研究内容及技术路线

1.6 主要创新点

第2章 实验材料与方法

2.1 实验原料、试剂及仪器

2.2 实验部分

2.3 分析测试方法

2.4 实验方法对比分析

第3章 浮选系统中硫与砷元素迁移转化分析

3.1 硫化金铜矿浮选概况

3.2 浮选系统中硫与砷元素分布特点分析

3.3 尾矿稳定性分析

3.4 原矿精矿尾矿中砷元素赋存形态分析

3.5 矿石中硫与砷元素物相分析

3.6 硫与砷共存物质迁移转化特点分析

3.7 本章小结

第4章 结论及建议

4.1 结论

4.2 进一步研究的设想

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢