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2.矿石物质成分

组成矿石的矿物计有140余种（表2-85），主要金属矿物有：黄铁矿、黄铜矿、胶状黄铁矿、磁黄铁矿。

表2-85原生矿石矿物组成一览表Table 2-85Mineral composjtion in primitive ore

矿石自然类型有：

氧化带：褐铁矿铁帽、夕卡岩铁帽、含铜黑土。

混合带：辉铜黄铜矿石。

原生带：含钨黄铜黄铁矿石、含钨黄铁矿石、含银黄铁闪锌矿石。

3.矿石结构构造

矿石结构有：半自形—他形粒状结构、交代结构、压碎、胶状结构。

矿石构造有：浸染状、条带状、块状构造。此外还有角砾状、层纹状和网脉状构造。

4.矿物化学成分

为Cu、S、W、Fe、Pb、Zn、Mo等，伴生有益组分Au、Ag。在铜精矿中Au、Ag可富集回收，具综合利用价值。另外还有微量的Ga、Ge、Te、In、Se等元素（见表2-86）。

表2-86Ⅱ-4矿体化学组分表（wB/%）Table 2-86Chemical composition inⅡ-4 orebody（wB/%）

注：Ag、Au的单位为×10-6

铜：主要含铜矿物为黄铜矿、辉铜矿、黝铜矿。铜硫矿体含铜品位一般在0.53%～1.16%，平均0.77%。沿倾向变化相对较稳定；沿走向则呈跳跃式变化。品位变化系数96.92，分布基本均匀，品位与厚度关系不明显。

硫：铜硫矿体含硫一般在6.00%～22.27%，平均15.46%。

钨：主要以独立矿物白钨矿形式赋存于夕卡岩内，与铜硫矿伴生产出。

银：主要以类质同象形式赋存于黝铜矿中，含量变化较大；银的独立矿物有辉银矿、硫锑铅银矿、硫铋银矿、深红银矿、含银辉铅铋矿等，充填在黄铁矿、方铅矿、黄铜矿裂隙处或孔洞中。矿体中银含量（2～500）×10-6，平均27.30×10-6，富集部位在矿区西北侧浅部和东侧深部，空间上与石英斑岩、花岗斑岩关系密切。银与铅锌呈正相关。

金：分布普遍但含量较低，一般在（0.03～0.05）×10-6，最高达5.16×10-6，金主要赋存在黄铁矿中。

铅锌：主要以方铅矿、闪锌矿独立矿物产出，赋存于铅锌矿体中。矿石品位一般是铅低锌高。含铜黑土含铅锌较高。

5.矿化分带

永平铜矿床具有氧化带、混合带和原生带。原生带为矿体主体部分，主要为铜硫钨矿石、硫铁钨矿石和铅锌银矿石，基本由硫化物组成。

在水平方向上，自北向南依次为：含铜黑土→铅锌矿体→铜铅锌矿体→铜硫矿体和钼矿体→铜硫铅锌矿体。在垂直方向上，自下而上为：铁帽、含铜黑土、铜铁矿体→铅锌矿体、钼矿体→铜硫矿体夹铅锌矿体→硫矿体。

矿物组合沿走向自北向南依次为：含铜黑土、方铅矿、闪锌矿、菱铁矿→黄铁矿、黄铜矿、白钨矿、辉钼矿、磁黄铁矿→方铅矿、闪锌矿。沿倾向方向自上而下为：褐铁矿→黄铜矿、黄铁矿→白钨矿、辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿→闪锌矿、白钨矿、黄铜矿、黄铁矿。

（五）蚀变作用

夕卡岩化：发育于叶家湾组的碳酸盐岩中，尤以不纯灰岩为甚，形成以石榴子石为主，次为透辉石、透闪石、阳起石、绿帘石等夕卡岩矿物。夕卡岩化与矿化关系密切，当夕卡岩中绿帘石、透辉石、透闪石、阳起石等矿物与石榴子石一起出现时，以黄铜矿-黄铁矿化为主，也可见到铅锌矿化；单一成分的石榴子石夕卡岩中，仅见黄铜矿和黄铁矿，且多呈细脉状或细脉浸染状出现。

绿泥石化、绿帘石化、硅化、绢云母化、黄铁矿化及碳酸岩化有不同程度的发育，其大致分带是：以矿带为中心，矿层中夕卡岩化最强，矿层内部及顶底板则以硅化为主，绿帘石化、碳酸岩化局部发育于矿带中，矿带附近则以绢云母化及其星散状黄铁矿化为主。

三、成矿条件

（一）稳定同位素

据硫同位素资料，混合岩、夕卡岩及铜硫矿体中δ34S变化范围分别为2.7‰～4.14‰、2.9‰～4.10‰、2.4‰～4.10‰，相当于玄武岩硫，揭示有深源物质参与。

铅同位素值206Pb/204Pb为17.941,207Pb/204Pb为15.522,208Pb/204Pb为38.3（叶庆同，1985）暗示下地壳或地幔成分较多，具深部来源特征。

（二）成矿温度

据矿物爆裂温度测定资料，细粒层状黄铁矿159～203℃，粗粒黄铁矿164～269℃，块状黄铜矿217～278℃，方铅矿225℃，磁黄铁矿274～305℃。变化为159～305℃，基本为中温范围。

（三）成矿期、成矿阶段划分

综观矿床形成的全过程可将其划分为同生沉积期、混合岩化期、岩浆期后热液期、表生期4个成矿期。其中混合岩化期、岩浆期后热液期是矿床形成的关键时期，可进一步划分为夕卡岩阶段，气化-高温热液阶段、低温热液阶段。

同生沉积成矿期：中石炭世，火山沉积作用带来了火山物质及Cu、Pb、Zn等成矿元素。以后在成岩作用过程中，生成以黄铁矿为主含微量黄铜矿等微量金属硫化物层或薄层。

混合岩化成矿期：夕卡岩成矿阶段：混合岩化作用形成夕卡岩，与此同时地层中的成矿元素发生活化转移、富集，部分转化为矿液在岩石中矿物间进行渗滤充填，形成稀疏浸染状磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等嵌于夕卡岩矿物的粒间或裂隙中，而大量的矿液沿着层间裂隙充填。早已形成的黄铁矿等金属硫化物普遍重结晶。

岩浆期后热液成矿期：①气化-高温热液成矿阶段，有少量磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿形成；②中温热液成矿阶段，为铜的主要矿化阶段，成矿方式以充填-交代为主，浸染状交代为辅；③低温热液成矿阶段，即铅锌银矿化阶段。

表生成矿期：矿床形成后，原生矿石遭受风化形成氧化带。

（四）成矿物质来源

叶家湾组Cu、Pb、Zn、W、Mo、Ag等丰度较高，含火山-沉积成分的叶家湾组是“矿源层”或“初始矿化层”。

震旦-寒武系混合岩组成矿元素丰度也较高，提供了部分成矿物质。

燕山早期十字头花岗斑岩，Cu、Pb的丰度，尤其是Mo、W、Ag丰度均较高，连同矿源层的物质进入含矿热液，充填交代，形成了热液型铜多金属矿床。

四、找矿标志

（1）与紧密褶皱协调一致的纵向断裂和层间破碎带，断裂交汇、复合部位，是找矿的宏观标志。

（2）石炭系中统叶家湾组，在英安质火山碎屑岩发育的前提下，常常含有较丰富的成矿物质，即是矿源层又是赋矿层，是找矿的直接标志之一。

（3）岩浆热液、混合作用及热能及充填交代，可使同生沉积初始矿化层改造，成矿元素活化、迁移、富集成矿。含矿岩体是找矿的重要标志。

（4）夕卡岩化、硅化、黄铁矿化与铜矿化关系密切，热液成矿后期阶段碳酸岩化出现与铅锌银矿化有关。

（5）褐铁矿铁帽，常常是硫化矿的氧化带产物，地表老窿和矿渣是寻找铜矿床的直观标志。

三、尾矿综合利用案例分析

毕孔彰

(全国地学哲学委员会)

摘要本文通过举例,说明了尾矿综合利用的重要性、必要性。

关键词尾矿综合利用

尾矿,通常所指是在一定的技术条件下,经选矿之后的残留物。残留物中可含有低品位的“有用金属物质”和“围岩”。从广义上讲,尾矿及废石、煤矸石、粉煤灰、高炉渣等均可通称为“尾矿”。

尾矿因其大量占用土地、污染环境、危害生态、危害社会、危害人们的健康而备受人们关注。

世界各国每年排出的尾矿量约50亿吨,我国矿业固体废渣年排放量达12亿吨以上,累计堆积已达200亿吨,占地5.5万公顷,而且随着矿产资源综合利用程度的提高,矿石可采品位的相应降低,尾矿量还会增长。尾矿、废石的大量排放堆积,污染环境、占用土地,每年由此造成的经济损失高达300亿元。

尾矿,从表面上看,属于被丢弃的废弃物。但随着科学技术的进步、人们认识的深化,尾矿已成为可利用的物质资源,或者被称为“二次资源”。“世界上没有无用的物质,只有放错了位置的物质”。

尾矿的综合利用,至少可以归类于以下几个方面:一是有用元素的继续提取应用;二是制作新型材料;三是用做矿山、土地的生态恢复;四是其他。这里仅就以上的应用做些举例分析说明。

一、有用元素的继续提取应用

(一)钼矿尾矿综合回收

某钼矿选厂的尾矿,经多元素分析,含有如表1的各元素。

表1某钼矿选厂尾矿元素含量表

对以上数据进行分析,尾矿中只有铁品位较高,达到2.34%,具有潜在回收价值。山东科技大学化学与环境工程学院对尾矿中铁物相分析结果如表2。

表2某钼矿选厂尾矿铁物相分析结果表

分析表明,铁矿物赋存状态比较复杂,综合考虑将磁性铁中的铁作为回收对象。通过对尾矿的直接磁选试验,初步获得43%左右的铁精矿。对铁精矿进行了再磨再选试验,可获得产率0.38%、品位63.93%、回收率10.29%的铁精矿。

(二)铋锌铁尾矿中低品位白钨矿的回收

某大型矽卡岩型金属矿,主要回收铋、锌、铜、铁四元素,日处理矿石2400吨,产尾矿1700吨。含WO30.12%左右,尾矿中矿物相对含量如表3。

表3某尾矿中矿物相对含量表

广州有色金属研究院应用中磁—强磁—浮选—优选流程,从尾矿中得到含Fe48.59%的磁铁矿,含S42.57%、Zn13.13%的硫精矿,以及WO3品位67.92%的白钨精矿,还有含石榴子石92%的石榴子石精矿。其中钨回收率64.04%。

(三)铜矿尾矿资源结构与综合利用

历史上不是所有的矿山都建有尾矿库的,因此有相当一部分金属,包括铜尾矿都被直接排入江河湖海。根据中国地质大学(北京)等单位主要对江西、安徽、湖北、云南等几个大型铜矿基地的部分重点矿山尾矿调查,判断可以回选利用的铜尾矿矿量大约为2亿吨(表4)。

表4中国部分省(区)可回选利用的铜尾矿矿量表

续表

对以上尾矿研究表明,25%的铜矿尾矿资源具有再回选的经济价值,75%的铜矿尾矿在目前的技术经济条件下,不具备再选经济价值。具有再选经济价值的,在老矿山老尾矿中表现比较突出,例如表5所示。

表5铜矿老矿山老尾矿再回选经济价值举例

(四)其他综合回收利用

中国有色金属工业协会名誉会长康义指出:金川集团回收利用的铂、钯、金等稀贵元素已达18种,共伴生镍铜金属综合利用率达72%。

山东信发集团,2011年建成200万吨赤泥综合利用项目,处理后,赤泥中碱含量降低到1%以下,氧化铝含量降低到10%以下,碱回收率达90%以上,氧化铝回收率达40%以上。

国家通过“城市矿产”示范工程建设,初步形成了我国再生有色金属回收利用体系。与2002年相比,2011年的再生铜已从88万吨上升到260万吨,再生铝由130万吨上升到440万吨,再生铅由17万吨上升到135万吨。

中国地科院尾矿综合利用技术中心张金青等指出,首钢、鞍钢、本钢、马钢、包钢等公司,都从尾矿中再选回收铁精矿,均取得良好的社会经济效益。新疆稀有金属矿业公司从可可托海尾矿中综合回收白云母,与外商兴办了一座年产5000吨云母粉的联营厂,年产值800万元。佳兴铜矿对尾矿的再选回收硫精矿1000吨,铜9.2吨,金33.4千克。

二、生产新型建材系列产品,并形成产业链

利用尾矿生产新型系列产品,已成为实现尾矿“减量化、无害化、资源化”的重要途径。特别是近年,尾矿已成为建材、陶瓷、玻璃工业和新型材料工业的复合矿物原料被广泛应用,成效明显,前景广阔。

例如,早在20世纪90年代初期,利用江西德兴铜矿的尾矿、首钢铁尾矿、南京梅山铁尾矿制成紫砂美术陶瓷和砂锅、酒具等日用陶瓷,制成外墙砖和锦砖,以及水泥、烧结砖、广场砖等。

山东龙头旺金矿将尾矿分三部分处理:大粒矿渣做铺路材料,细粒出售,尾矿制砖并建成一座年产1700万吨砖的砖厂。山东焦家金矿于1996年建成4条砖的生产线,每年利用尾矿6万吨。

1999年9月,首钢迁安铁矿建成国内第一条空心砌块、彩色铺地砖和建筑用砂石料生产线,并实现产业化。

21世纪开始,甘肃白银铜矿、承德寿王坟铜矿、南京梅山铁矿以及邯钢、鞍钢、辽宁凌钢、河北邢钢等,在中国地质科学院的技术支持下,相继建厂,生产小型空心砌块、彩色劈离砌块、多孔砖、实心砖、保温隔墙板、彩色铺地砖和混凝土添加剂。

2003年首钢“利用废石年生产150万立方米建筑用砂石料产业化”项目,2004年北京威克冶金矿山公司“利用废石年生产300万立方米建筑用砂石料产业化”项目,先后投产,运行正常,效益显著,实现了矿山排石场当年无废石堆积治理目标。

2006年,鞍钢集团利用铁尾矿、废石建成了年生产8000万块标准实心砖(多孔砖、砌块)生产线,产品供不应求。

2008年,河北易县铁矿尾矿年生产6000万块灰砂砖生产线等先后投产,70%产品销往北京。

2009年河北临城县南沟矿业公司铁尾矿生产彩色路面砖,承重砌块,年产值可达2300万元。

2011年11月,本溪清迈尾矿综合利用有限公司,新型建材系列产品生产线开工建设。2012年上半年一期工程投产运行,利用铁尾矿生产复合保温砌块、加气混凝土砌块、干粉砂浆等,安排就业540人,年消耗尾矿100万吨,年利税3200万元。

总之,尾矿的整体利用并生产新型建筑材料系列产品,前景广阔,效益明显,既促进了就业,又实现了生态保护,是循环经济也是绿色产业。

三、尾矿生产新型材料微晶玻璃

微晶玻璃是近年来国际上发展起来的一种新材料,可以应用在机械力学材料、光学材料、电子与微电子材料、生物医学材料、化学化工材料、建筑材料等领域中。其中,泡沫微晶玻璃作为结构材料、热绝缘材料和纤维复合增韧微晶玻璃都得到了广泛的研究和应用。微晶玻璃还被用于制造原子反应堆控制棒上的材料、反应堆密封剂、核废料存储材料等。具有耐酸碱、耐磨、热稳定性、电绝缘性、抗压抗冲击强度高、无放射性危害等优良性能。

由中国地质科学院尾矿研究中心承担的“尾矿微晶玻璃”研究项目,1994年就获得了中国新发明专利,其成果已在新疆、陕西、山西企业工程项目中成功实施转化。2007年5月新疆锦泰微晶材料有限公司“年产20万平方米尾矿微晶玻璃”生产线建成投产。接着,2009年8月,君达(凤县)公司在陕西宝鸡新建我国第二家“年产20万平方米尾矿微晶玻璃”生产线。以上产品销往我国西安、保定、宁波以及意大利、日本等,供不应求。目前只有我国实现了尾矿微晶玻璃技术成果产业化。

四、其他应用

尾矿,亦可用作井下充填料或填坑铺路,亦可对尾矿库复垦造田,绿化造林,利用矿肥改造土壤等,或建生态公园、体育娱乐场地等。

例如,凡口铅锌矿,50%的尾矿用作井下充填;大冶铁矿在洪山等老尾矿库上种植梨树等果木、火枸等药材;山东招远地区的一些金矿山在老尾矿库复土造梯田,种植红薯、花生等。

总之,尾矿无害化处置后,也会产生一定的经济社会效益。

五、加强规划,加强研究,努力实现尾矿综合利用

中国地质科学院尾矿研究中心,是1990年成立的专门从事矿山废石、尾矿、煤矸石等工业固体废弃物资源综合利用新技术研发、新产品开发和成果转化的科技型研究机构,也是目前我国唯一的一家。他们从最初研究制作建筑原材料,到研究微晶玻璃系列产品,做了巨大的努力,作出了突出贡献。

为了实现尾矿的综合利用,他们的研究发明早在2007年就被国家发改委、科技部、商务部、国家知识产权局列入我国“十一五”规划《当前优先发展的重大高技术产业化项目领域》指南。工信部、国土资源部、科技部、国家安全监察总局并于2010年4月发布了《金属·尾矿综合利用专项规划(2010—2015)》。工信部近日发布了《大宗工业固体废弃物综合利用“十二五”规划》,将大宗工业固体废弃物综合利用视为节能环保战略性新兴产业的重要组成部分。规划目标,到2015年大宗工业固体废弃物综合利用量达到16亿吨,综合利用率达到50%,年产值5000亿元,提供就业岗位250万个。目前,据统计,到2010年我国大宗工业固体废弃物综合利用量已达11亿吨,综合利用率达40%,成效显著。

六、建议从源头上治理有关尾矿的问题

为了减少尾矿的产生,必须从各个环节上入手,即提高矿产资源的开采回采率,以减少矿渣、矿石、废石等;努力提高选矿回收率,以减少丢弃的有用矿物;努力提高矿产资源的综合利用率,使得有用金属及元素尽量得到回收。当然,不管回采率、回收率、综合利用率有多高,但仍然总有采不尽、收不回以及暂时无法综合利用的问题,这样就需要加大对尾矿的研究、开发、利用的投入和力度。

近年来,在国家和各方面的重视下,一些重点大中型煤炭矿区回采率达到80%以上,金属矿山露天开采回采率超过85%,地下开采回采率也高于80%。煤炭回采率提高了2%～11%,铁矿回采率提高了3%～13%。这表明提高矿山的回采率是完全有可能的。

从选矿回收率来说,一些铁矿山提高到85%左右,有色金属80%,磷、硫等60%。精矿品位和资源回收水平得到了有效提高。

从矿产资源综合利用来说,据统计,目前,我国50%以上的钒,22%以上的黄金,50%以上的铂、钯、碲、镓、铟、锗等稀有金属都来自于综合利用。在中央财政专项安排下,2011年首批建立了40个矿产资源综合利用示范基地,资源效益正在实现高效转化。

总之,从源头治理是减少尾矿的根本,加大对尾矿的研究开发与利用是实现尾矿变废为宝的有效途径。

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