第1章 锌矿资源概况
1.1 锌的性质和用途
锌是一种银白色略带蓝灰色的有色金属，呈典型的金属光泽，熔点为419.58℃，沸点为906.97℃，熔沸点都较低。在常温条件下，锌的延展性欠佳，表现出脆性金属的特性；当加热至100～150℃区间时，其延展性会显著改善，材质变得相对柔软且易于加工；然而，一旦加热温度超过250℃，锌的延展性急剧下降，再次呈现脆性状态。在化学性质方面，锌不溶于任何浓度的硫酸或盐酸，于干燥环境中具有较高的化学稳定性，不易发生化学反应。但在潮湿的空气环境中，锌金属表面会发生化学反应，生成碱式碳酸锌（ZnCO3？3Zn(OH)2）薄膜，该薄膜能够有效阻止内部锌的进一步氧化，从而保护锌金属基体［1］。
锌是不可或缺的基础性金属原料，在众多领域发挥着重要作用。在钢铁行业中，锌主要应用于钢铁制品表面镀锌处理，凭借其优良的防腐蚀性能，可长时间保护钢材表面不受侵蚀，显著延长钢材的使用寿命［2］。锌能够与铝、铜、铅等多种金属形成具有*特性能的锌合金（图1.1），其强度和硬度均可大幅度提升，这些合金广泛应用于机械制造业、建筑行业、运输工业及电气工业等行业［3-7］。在机械制造领域，锌合金零件因其卓越的力学性能，能够承受更高的应力与磨损，确保机械设备的高效稳定运行；在建筑领域，锌合金制品兼具美观与耐用的特性，同时展现出良好的耐候性，可有效抵御自然环境的侵蚀；在运输工业中，无论是汽车零部件还是航空航天部件，锌合金均发挥着重要作用，其应用范围涵盖了整个运输产业；在电气工业领域，锌合金凭借良好的导电性和稳定性，为电气设备的可靠运行提供坚实保障。此外，锌金属基于*特的抗磁性，在非磁性材料领域得以应用；同时，锌金属由于在与其他金属碰撞摩擦时不产生火花的特性，成为防爆器材生产制造领域的关键原材料，为安全生产以及特殊环境作业提供保障。
图1.1 锌金属及锌合金
1.2 锌矿资源分布
1.2.1 世界锌矿资源分布
锌作为一种具有重要战略意义的有色金属，在全球经济建设进程中发挥着不可或缺的关键作用。现阶段，锌金属主要通过对锌矿石进行提炼而获取。据相关统计数据，全球总计有58个巨型铅锌矿床，以各国分布数量进行排序依次为：澳大利亚（10个）、美国（7个）、加拿大（6个）、中国（5个）、哈萨克斯坦（4个）［8］。当前，世界范围内开采较为广泛的铅锌矿类型主要包括海相沉积岩容矿SEDEX型、MVT型（密西西比河谷型）、夕卡岩型、砂页岩型、热源交代型以及黄铁矿型等，其中，SEDEX型铅锌矿床在储量规模上占据显著优势，为储量*大的铅锌矿类型［9］。图1.2为世界各国锌资源储量分布图，2023年全球锌储量（经济可采储量）为2.2亿金属吨，其分布呈现出一定的集中性，主要分布于澳大利亚、中国、俄罗斯、墨西哥、秘鲁等国家。
1.2.2 中国锌矿资源分布
目前，国内已有27个省市针对铅锌矿资源展开了勘探工作，勘探结果表明，铅锌矿资源在我国的分布呈现出明显的地域特征，主要集中于中西部地区。截至2022年，我国已探明的锌储量约为4.61亿金属吨，然而，受地域环境因素的制约，矿石开采难度大，目前部分锌资源仍需进口以满足国内需求。我国锌矿资源的分布具有不均衡性，主要集中在云南、内蒙古、甘肃、新疆等省区，其中云南、内蒙古和甘肃三省区的锌储量合计占全国锌储量的半数以上。储量分布的不均衡，直接影响了我国锌矿资源的开采与冶炼布局，目前我国锌矿资源的开采与冶炼活动主要集中于西南和西北地区。据相关数据统计，2022年我国锌产量达到680.2万t；同年，国内锌矿砂及其精矿进口量为411.42万t。尽管国内锌矿维持正常生产，但我国对于锌的需求仍在不断扩大，锌精矿供不应求。随着国民经济的快速发展和下游行业的持续增长，特别是建筑、交通、电子、电力等领域对锌的需求不断增加，预计未来数年锌的消费需求仍将保持增长态势。
以2023年全球锌产量1200万金属吨计算，全球锌资源的静态可采年限为18.3年，相较之下，而我国锌资源静态可采年限仅为10年。尽管我国锌资源储量在世界范围内位居第二，但人均占有量处于较低水平。此外，我国锌矿资源主要是以铅锌伴生矿床的形式赋存，此类矿床具有以下特点：其一，中小型矿床数量多；其二，矿石类型复杂，伴生有用元素种类繁多，高达50种；其三，矿石中铅少锌多，铅锌比为1∶2.5；其四，贫矿多，富矿少，选矿难度较大，多数矿石的铅锌品位之和为5%～10%［10-11］。
1.3 锌矿物类型及特点
1.3.1 硫化锌矿物
在自然界中，锌主要以硫化物及氧化物的形态存在，其中硫化锌矿占据较大比例，而氧化锌矿占比较小。具有工业价值的常见硫化锌矿物主要包含闪锌矿、铁含量较高的铁闪锌矿以及闪锌矿同质异象变体的纤维锌矿。由于铅原子与锌原子的外层电子结构具有相似性，锌在自然界中常与铅共生，通常情况下，硫化锌矿床中伴生有大量的硫化铅矿，同时还存在硫化铜、硫铁矿等硫化矿物。闪锌矿的理论化学组成包含67.10%的Zn和32.90%的S。铁是*为常见的类质同象混入物，其含量*高时质量分数可达26%。镉和锰等元素也常以混入物形式存在，镉含量一般为0.1%～0.5%，当镉含量超过5%时，形成镉闪锌矿，化学式为（Zn，Cd）S。此外，闪锌矿中有时还会夹杂其他金属矿物的机械混入物。纯闪锌矿的颜色接近于无色，但因常含铁元素而呈现浅黄色、黄褐色、棕色乃至黑色。闪锌矿的莫氏硬度在3～4之间，相对密度通常为3.9～4.2。其性质比较脆，导电能力很差，属于绝缘体。闪锌矿属于硫离子紧密堆积的等轴晶系，晶型一般呈四面体。闪锌矿易被氧化为ZnSO4而流失，因此氧化铅锌矿中锌的含量和次生矿物种类较铅的含量和次生矿物种类少。通常情况下，当闪锌矿中铁的质量分数超过6%时，即可称为铁闪锌矿。纤维锌矿（ZnS）是闪锌矿的同质异象变体，其分布远不及闪锌矿广泛，主要产于低温热液矿床。纤维锌矿中常富含较多的镉，因此当纤维锌矿含量较高时，可作为镉矿开采。纤维锌矿属六方晶系，与闪锌矿的物理性质很相近。图1.3为闪锌矿和铁闪锌矿的标本照片。
1.3.2 氧化锌矿物
在锌矿资源中，除了硫化锌矿物外，氧化锌矿物也是一类重要的组成部分，其形成过程、矿物特性及选矿难度等方面与硫化锌矿物存在显著差异。硫化锌矿床的表层经过长期氧化作用后，可形成氧化锌矿床。在含有O2、CO2、生物质和H2O的环境中，表层的硫化锌经过长期的地质“演化”过程，可逐步形成氧化带，且地下水中的CO2浓度越高，越有助于氧化锌矿物的生成［12-13］。氧化锌矿物在种类上相对较为单一，然而其内部构造与结构却颇为复杂，多伴生有粒度较细的造岩矿物，以及黏土成分、Fe2O3和Fe(OH)3等杂质成分。在氧化锌矿石中，主要的脉石矿物包含CaMg(CO3)2、CaCO3、3MgO？4SiO2？H2O、Al2O3、FeO/MgO、SiO2、黏土以及Fe2O3和Fe(OH)3等。在矿石破碎或磨矿作业过程中，其中的Fe(OH)3和FeO(OH)？nH2O易于粉碎形成矿泥［14］。氧化锌矿物主要可划分为硅酸盐矿物和碳酸盐矿物两大类，其中碳酸盐矿物以菱锌矿和水锌矿为主，硅酸盐矿物则主要涵盖异极矿和硅锌矿［15-19］。表1.1列出了常见氧化锌矿物的化学式及物理性质。图1.4为菱锌矿和异极矿的标本照片。
1.4 氧化锌矿资源概况
我国锌矿资源储量丰富，但矿石品位较低，矿物组成复杂，开采难度大，选矿处理困难。硫化锌矿物通过活化浮选工艺可实现有效回收，而氧化锌矿物的可浮性极差，浮选回收难度极大，历经数十年的科技攻关，至今仍未完全实现工业化生产，其高效回收问题一直是选矿冶金领域公认的世界性技术难题。从地质成因角度而言，氧化锌矿床可划分为浅矿床和深矿床两种地质类型。氧化锌矿物是自然界长期风化作用的产物，这一过程发生于锌矿的氧化带内，由闪锌矿氧化后与围岩交互作用而形成。当围岩为碳酸盐矿物时，便会形成菱锌矿，菱锌矿进一步与空气中的SiO2、CO2相互作用，进而生成异极矿。氧化锌矿在自然界的形成过程具体反应方程式如下：
（1.1）
（1.2）
（1.3）
（1.4）
依据锌矿石的氧化程度，可将其分类如下［20-21］：①硫化锌矿，其锌矿石的氧化率低于10%；②混合锌矿，锌矿石的氧化率处于10%～30%之间；③氧化锌矿，锌矿石的氧化率高于30%。
根据矿石特性，氧化锌矿石还可进一步细分为以下5类（表1.2）［22-25］。
展开
