羅立群，張曉雪，林永峰，賈旭峰，鄭波濤，魏晨曦

(1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430070；2.中國黃金集團江西金山礦業(yè)有限公司，江西 德興 334213)

黃金因其稀缺性、穩(wěn)定性和完美的自然屬性，很早就被看作是財富的象征，充當著世界貨幣；黃金既是一種貨幣、資產(chǎn)，更是一種商品，活躍在經(jīng)濟流通領域和國際金融市場。2019年我國黃金產(chǎn)量達380.23 t，連續(xù)13年位居全球第一。因金礦石中有用金屬含量低，含金礦石經(jīng)破碎、磨礦、分選、提取后產(chǎn)生大量的固體廢棄物或浸金尾渣，統(tǒng)稱黃金尾礦，通常占黃金原礦量的95%以上[1]。一方面，大量的黃金尾礦既占用土地、易產(chǎn)生安全隱患，還存在污染環(huán)境的風險，不利于綠水青山的建設[2-3]；另一方面，我國大部分金礦石品位低，多為伴生礦，礦物嵌布粒度細，多數(shù)含有其他可綜合回收的有價金屬或伴生礦物，綜合利用的潛力較大[4-5]。對黃金尾礦的利用，除早期再回收殘余的金和伴生銀、銅、鉛、鋅、鎢等金屬元素外，近年來著重關注對剩余大量非金屬礦物的提取和資源化利用[6]，如提取絹云母[7-9]、回收長石和石英[10]，制備加氣混凝土、蒸壓磚或墻體磚[11-13]，制作輕質(zhì)陶粒、發(fā)泡陶瓷、多孔陶瓷[4,14-15]，以及用于干混砌筑砂漿、發(fā)泡水泥和玻璃纖維等建筑材料與產(chǎn)品[16-18]，表明對金尾礦的資源化利用大有可為。

因金礦地質(zhì)成因與地域產(chǎn)出不同，其共伴生金屬礦物與透明礦物的賦存與嵌布特征各異，為了更好地綜合利用金尾礦資源，做到物盡其用，首先應盡可能查明金尾礦的資源性質(zhì)與其礦物學特性。本文對中國黃金集團江西金山選金尾礦開展金尾礦資源的性質(zhì)與礦物學特性研究，為今后充分利用該金尾礦資源奠定前期技術基礎。

1 試 驗

1.1 試樣及基本性質(zhì)

金尾礦研究樣品取自江西德興某金礦，外觀顏色為灰色至灰白色，少部分因烘干后而結(jié)塊，經(jīng)機械輕微壓碎成粉后多次混勻，采用四分法對分和割環(huán)法縮分、取樣制樣后進行相關的分析和測試。試樣多元素化學分析結(jié)果見表1，表明試樣中含有殘余的金為0.495 g/t，少量的銀為1.70 g/t；有利于制備建筑材料的SiO2、Al2O3分別為62.21%和13.54%。

表1 金尾礦試樣多元素化學分析結(jié)果Table 1 Multi-element chemical analysis results of gold tailing sample

肉眼標本觀察金尾礦試樣為灰白色粉樣，以黃鐵礦、毒砂、石英、方解石及絹云母等為主，金尾礦試樣X射線衍射(XRD)圖譜如圖1所示，顯示試樣中含有黃鐵礦(Pyrite)、石英(Quartz)、絹云母(Sericite)、方解石(Calcite)、綠泥石(Chlorite)、斜長石(Plagioclase)等礦物。此外，金尾礦試樣的密度為2.78 g/cm3，堆比重為1.33 g/cm3。

圖1 金尾礦試樣X射線衍射(XRD)圖譜Fig.1 X-ray diffraction pattern for gold tailing sample

1.2 研究與測試方法

1) 化學成分檢測。先以X熒光半定量分析化學成分，再以化學分析方法測試多元素含量及物相，微量元素種類及其含量采用ICP發(fā)射光譜儀測試。根據(jù)國標《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)中的相關要求，采用低本底多道γ能譜儀測定鐳-226、釷-232、鉀-40的比活度值，確定放射性核素指標。

2) 光學顯微鏡觀察。取適量金尾礦樣品，經(jīng)加膠固化-磨片-拋光工序后制成光薄片，在Nikon Lv100pol型偏反光顯微鏡下進行觀察。利用礦物在光學顯微鏡下的光學性能不同，分析和統(tǒng)計樣品中礦物的形態(tài)特征和產(chǎn)出形式。

3) X射線衍射分析。采用X射線衍射(XRD)來分析樣品中的主要礦物相組成，所用X射線衍射儀為日本理學Rigaku D/max-3c，采用Cu靶，Kα輻射源，石墨單色濾波器，步進掃描。實驗參數(shù)為管電壓40 kV，管電流50 mA，掃描速度3°/min，光散狹縫1°，接收狹縫0.30 mm，放散射狹縫1°。

4) 電子探針及EDS能譜分析。分析樣品微觀結(jié)構及微區(qū)元素組成，電子探針測試為日本電子株式會社廠家生產(chǎn)電子探針顯微分析儀+能譜儀，型號為JXA-8230/INCAX-ACT。各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量△E，利用能譜儀確定不同元素X射線光子特征能量不同來進行成分分析，確定微區(qū)點的元素組成、含量與礦物種類。

2 結(jié)果與討論

2.1 金尾礦化學成分與特點

ICP發(fā)射光譜法是根據(jù)處于激發(fā)態(tài)的待測元素原子回到基態(tài)時發(fā)射的特征譜線對待測元素進行分析的方法，廣泛地應用于質(zhì)量控制的元素分析，超微量元素的檢測。江西金尾礦試樣電感耦合等離子體光譜(ICP)分析結(jié)果見表2，注意：ICP檢測結(jié)果中Si除外。

表2 金尾礦試樣電感耦合等離子體光譜(ICP)分析結(jié)果Table 2 Analysis results of gold tailings by inductively coupled plasma spectrometry(ICP) 單位：wt%

結(jié)合表1與表2可知，金尾礦試樣中的化學成分以SiO2和Al2O3為主，兩者含量分別為62.21%和13.54%，兩者之和達到75.75%，占比超過75%，有利于后續(xù)利用其作為建材原料。其他可用于建材原料的成分為CaO占3.63%和部分鐵含量占3.39%，且MgO含量僅為2.27%，小于3%，其化學成分含量均對制備建材有利。Cu、Pb、Zn、Cr等常見重金屬的含量均很低，預計沒有影響。

2.2 金尾礦放射性核素測定與評價

作為制備建材的礦山尾礦固廢原料，特別是含有稀有元素和有色金屬的金屬礦山尾礦，必須考慮是否存在放射性的風險。因此對金尾礦試樣中放射性核素進行了測定，其放射性核素測試結(jié)果見表3。

由表3可知，該金尾礦中的放射性核素均低于建筑主體材料中要求的天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度同時滿足內(nèi)照射指數(shù)IRa≤1.0和外照射指數(shù)Ir≤1.0的要求。若將其制備成裝飾裝修材料，也滿足要求較高的A類裝飾裝修材料中放射性比活度同時滿足內(nèi)照射指數(shù)IRa≤1.0和外照射指數(shù)Ir≤1.3的標準，表明其資源化利用后的建筑材料產(chǎn)銷和使用范圍均不受限制，包括Ⅰ類民用建筑的內(nèi)飾面和Ⅱ類民用建筑、工業(yè)建筑的內(nèi)飾面。

表3 金尾礦試樣的放射性核素測試結(jié)果Table 3 Radionuclides results of gold tailings sample

2.3 金尾礦的物相分析

為了考察江西金山金尾礦的分選效果，將金尾礦試樣分別進行了相關的物相分析，以查明金尾礦中有益成分和有害成分的含量與礦相類別，確定各元素礦相的分布情況，反饋金礦選別過程的效果。 由于金賦存在以黃鐵礦為主的硫化礦中，主要考察了金尾礦中金、鐵、硫的物相，其物相分析結(jié)果見表4。

表4 金尾礦的物相分析與分布率測定結(jié)果Table 4 Phase analysis and element distribution results of gold tailings

由表4可知，鐵等氧化礦物中包裹金為0.288%，其分布率為58.18%，其次為單體金+連生金、硫化物中包裹金均為0.090%，兩者占比則均為18.18%。另外，硅酸鹽中金含量較少，僅為0.027%，分布率僅為5.46%。若選礦中加強對含鐵等氧化礦物的浮選回收，預計可以進一步降低金尾礦中的金含量。

盡管金尾礦中的硫主要以硫化物中的硫存在，其含量為0.26%，分布率高達92.86%；但是鐵物相中硫化鐵中的鐵僅為0.15%，占比僅為3.86%，表明若要進一步降低硫化物的含量，其幅度有限、難度較大。

2.4 金尾礦粒度特性與粒級分布

不論是選礦過程，還是尾礦制備建材，物料的粒級及粒級分布是極其重要的物化參數(shù)，需要重點控制和詳細考察確定。金尾礦試樣的激光粒度分析單個分布與累積結(jié)果如圖2所示，其粒度篩析與水析及分布率測定結(jié)果見表5。

由圖2可知，單個粒級的峰值有兩處，一是20 μm左右，多為絹云母類細粒；二是200～300 μm粗顆粒，應該是含硅較高的難磨物料。由表5可知，總體而言，各粒級中粗粒級的SiO2含量略高，細粒級的SiO2含量略低，表明SiO2含量高的礦物硬度大，難以磨細。 而Al2O3、TFe、Au含量的高低則與SiO2含量的變化正好相反，即粗粒級中Al2O3、TFe、Au的含量略低，而細粒級中相應元素含量略高，表明含Al2O3高的礦物(如云母類礦物)及TFe高的金屬礦物比SiO2(如石英類礦物)容易磨細。

表5 金尾礦試樣的粒度篩析與水析及分布率測定結(jié)果Table 5 Results of particle size analysis and element distribution of gold tailing samples

由表5可知，金尾礦粗度較粗，篩析-0.074 mm粒級占41.58%；粒級分析表明細粒級顆粒中殘余金的含量較低，而粗粒級的顆粒中含金量較高，表明含金礦物的顆粒微細，而粗顆粒的含金顆粒解離度不足，導致金的損失。同時注意兩點，一是金尾礦中-0.30+0.154 mm粒級含量的金含量為0.74 g/t，高于+0.30 mm粒級含量的0.55 g/t；二是水析部分中的+0.074 mm的金含量為1.08 g/t，高于粒級篩分中-0.154+0.074 mm金含量的0.49 g/t，與含金礦物賦存在金屬礦物中容易磨礦，且金屬礦物比重大結(jié)果一致。

因此，若需要降低殘余金的含量，可從加強磨礦分級、提高入選細度、改善粒度組成、強化比重大的金屬礦物的回收來考慮。當然也需要考慮提高入選細度的投入成本與降低金尾礦含量產(chǎn)生的效益來判斷投入產(chǎn)出的平衡點。

2.5 金尾礦的礦物組成與含量

通過前述化學成分分析、ICP與XRF分析，結(jié)合顯微鏡下鑒定結(jié)果，估算出金尾礦試樣中礦物組成及含量見表6。由表6可知，該金尾礦中金屬礦物主要為黃鐵礦、毒砂，及少量金紅石和磁鐵礦等金屬礦物，但總體含量均不高，分別為3.10%、2.60%、0.50%和0.45%；但未見殘余金顆粒。主要非金屬礦物為石英、絹云母、方解石、綠泥石和斜長石，其含量分別為54.30%、15.30%、14.80%、5.20%和2.90%，其四者的礦物量之和高達92.30%，表明金尾礦中非金屬礦物占有比例很高，具有較好的建材資源化利用前景。

表6 金尾礦試樣中的主要礦物組成及含量Table 6 Composition and contents of main minerals in gold tailings 單位：%

2.6 金尾礦中絹云母的產(chǎn)出與嵌布

由顯微鏡鑒定可知，絹云母多呈鱗片狀，部分為單晶體，與石英、方解石、綠泥石、斜長石及金紅石等連生，金尾礦中絹云母產(chǎn)出的典型顯微照片見圖3?？梢婘[片狀的絹云母(Ser)包裹石英(Qtz)、斜長石(Pl)，或與其交生形成復雜集合體，如圖3(a)所示，鱗片狀的絹云母(Ser)包裹石英(Qtz)、或與方解石(Cal)、綠泥石(Chl)等礦物共生，如圖3(b)所示，絹云母的片徑多為0.01～0.20 mm之間。金尾礦中絹云母含量較高，具有提取與回收的價值。

圖3 金尾礦中典型絹云母產(chǎn)出的顯微鏡照片(正交偏光)Fig.3 Microscopy pictures of typical sericite in gold tailings(crossed polars light)

金尾礦試樣中絹云母的粒度分布統(tǒng)計見表7，試樣中-0.01 mm的細粒級，因過于細小顯微鏡下未統(tǒng)計。

由表7可知，絹云母粒度主要分布在-0.10+0.05 mm粒級，分布率達到54%，其次為-0.05+0.01 mm，分布率達到25%。因此，后續(xù)對絹云母的回收主要需針對-0.10+0.01 mm粒級的絹云母。

表7 金尾礦試樣中絹云母的粒度分布統(tǒng)計Table 7 Particle size distribution statistics of sericite in gold tailings

2.7 金尾礦中絹云母的微區(qū)特征分析

為了查明鱗片狀絹云母的微區(qū)元素特征，將圖3(a)中典型鱗片狀絹云母與石英、斜長石集合體進行EMPA分析，其BEI背散射電子像及部分特征元素的面掃描電子像示于圖4，圖4的BEI電子像中藍色譜點右上角為能譜點微區(qū)，典型絹云母顆粒中的能譜微區(qū)成分分析結(jié)果見表8。

表8 典型絹云母顆粒中的能譜微區(qū)成分分析結(jié)果Table 8 Results of energy dispersive spectrum composition in typical sericite particles 單位：%

圖4 鱗片狀絹云母集合體的BEI背散射及O，Si，Al，K，Na，Ca，F(xiàn)e的面掃描電子像Fig.4 Back scatter electron image of flaky sericite aggregate and area-scanning of O,Si,Al,K,Na,Ca and Fe

由圖4可知，鱗片狀絹云母集合體中各主要元素的面掃描電子像中除硅、氧之外，鋁和鉀的面掃描特征也比較明顯，鈉也具有一定的特征，而鐵等元素掃描特征不明顯，但是能譜微區(qū)成分分析中顯示絹云母中均含量一定量的鐵，可能影響絹云母的質(zhì)量。

典型絹云母的EDS能譜成分圖如圖5所示，其定量數(shù)據(jù)為：O(27.82%)、Si(34.64%)、Al(19.04%)、K(10.25%)、Na(1.40%)、Fe(5.43%)，表明絹云母中還含有少量的鐵和鈉等元素，將導致絹云母的純度不高。由于絹云母具有較好的可浮性，易于與石英分離；但與長石、方解石等礦物可浮性相近，且絹云母質(zhì)軟易碎、多為細粒礦物顆粒，易于長石、方解石混雜，也需要防止與易泥化的綠泥石等礦物混雜。提取絹云母時，需要加強分級作業(yè)和防止浮選時細粒易泥化物的混雜，避免影響絹云母產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖5 金尾礦中典型絹云母的EDS圖譜Fig.5 EDS spectrum of typical sericite in gold tailings

3 結(jié) 論

1) 江西金尾礦試樣中含金0.495 g/t，含銀為1.70 g/t，且金多殘留于鐵等氧化礦物中包裹金。鐵等氧化礦物中包裹金為0.288%，占58.18%；其次為單體金+連生金、硫化物中包裹金均為0.09%，兩者占比均為18.18%；顯微鏡下金尾礦中未發(fā)現(xiàn)殘余金顆粒的存在。

2) 金尾礦中SiO2、Al2O3分別為62.21%和13.54%，殘余的礦物主要為石英、絹云母和方解石，其礦物量分別為54.2%、15.3%、14.8%，其中絹云母具有較好的回收前景。放射性核素測試表明，金尾礦試樣的內(nèi)照射指數(shù)IRa為0.60，外照射指數(shù)Ir為0.73，兩者均小于1.0，若制備建材制品或裝飾裝修材料，其產(chǎn)銷與使用范圍不受限制。

3) 金尾礦的粒度分析表明：該試樣粒度較粗，篩析-0.074 mm粒級占41.58%，殘余含金礦物的單體解離度不高，含金礦物多賦存在比重較高的重礦物或金屬礦物中。若適當提高試樣的入選粒度，加強對金尾中重礦物的回收，仍有部分提金潛力。絹云母多為細粒級產(chǎn)出，其-0.10+0.05 mm粒級占比為79%，片徑多為0.01～0.2 mm之間。

4) 絹云母雖具有較好的可浮性，但多為鱗片狀細粒且因質(zhì)軟易碎、易與共生脈石礦物混雜，提取時需要加強分級和細粒易泥化物的分散，防止影響絹云母的品質(zhì)。