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(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)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(tuán)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)定性和相對完美的自然屬性，很早就被看作是財富的象征，充當(dāng)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(jì)流通領(lǐng)域和國際金融市場。2019年我國黃金產(chǎn)量達(dá)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、提取等工序時產(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%[1]。一方面，黃金尾礦占用大量土地、易產(chǎn)生安全隱患，還存在污染環(huán)境的風(fēng)險，不利于綠水青山的建設(shè)[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(xì)，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，既可再回收尾礦中殘余的金和伴生銀、銅、鉛、鋅、鎢等金屬元素[6]，又有對剩余大量非金屬礦物的提取和資源化利用的研究[7]，如提取絹云母[8-10]、回收長石和石英[11]。杜芳芳[6]對河南某含有部分鎢、金元素的金礦尾礦，確定了重選脫泥-磁選除鐵-浮選回收金硫-分級磁選的聯(lián)合工藝流程。以Au品位0.600 g/t、WO3品位0.089%的金尾礦，得到了含WO3品位56.22%、WO3回收率為74.09%的鎢精礦和Au品位24.25 g/t、Au回收率為48.00%的金硫精礦，同時兼顧了鐵的回收，實現(xiàn)了尾礦中有價金屬資源綜合利用。劉江[9]對含絹云母50%左右的浮選金尾礦，采用磁選+水力旋流器分級工藝回收浮選尾礦中的絹云母，工業(yè)生產(chǎn)獲得絹云母精礦Al2O3品位23.27%、回收率48.18%的良好指標(biāo)，實現(xiàn)了絹云母的回收利用。魏轉(zhuǎn)花[11]針對含有金和長石等有用礦物的金礦尾礦，采用搖床對金礦尾礦進(jìn)行分選，可獲得金品位41.15 g/t、回收率46.84%的金精礦；搖床尾礦經(jīng)脫泥-弱磁選-2段高梯度磁選聯(lián)合工藝處理，可得到鐵雜質(zhì)(Fe2O3)含量0.23%，產(chǎn)率為57.39%的長石精礦，產(chǎn)品達(dá)到玻璃I級和陶瓷II級原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既減少了尾礦排放量，又增加了礦山經(jīng)濟(jì)效益。針對金尾礦普遍含硅較高及含有部分特征元素的特點，結(jié)合其粒度特性，通過匹配部分輔助原料和助劑，將金尾礦制備加氣混凝土、蒸壓磚或墻體磚[12-14]，制作輕質(zhì)陶粒、發(fā)泡陶瓷、多孔陶瓷[4,15-16]，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[17-19]，表明對金尾礦的資源化利用大有可為。

因不同金礦的地質(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(yīng)盡可能查明金尾礦的資源性質(zhì)與其礦物學(xué)特性，然后開拓針對性的利用技術(shù)方案。本文對中國黃金集團(tuán)江西金山選金尾礦開展金尾礦資源的性質(zhì)與提取絹云母研究，為今后充分利用該金尾礦資源奠定前期技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實 驗

1.1 實驗原料

金尾礦試樣取自江西德興金山金礦，外觀顏色為灰色至灰白色，少部分因烘干而結(jié)塊，經(jīng)機(jī)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，制樣后進(jìn)行分析和測試。肉眼標(biāo)本觀察金尾礦試樣為灰白色粉樣，以石英、方解石及絹云母等為主，金尾礦試樣X射線衍射見圖1。

圖1 金尾礦試樣X射線衍射Fig.1 X-ray diあraction pattern for gold tailing samples

顯示試樣中含有黃鐵礦、石英、絹云母、方解石、綠泥石、斜長石等礦物。此外，金尾礦試樣的密度為2.78 g/cm3，堆密度為1.33 g/cm3。

1.2 研究與測試方法

1.2.1 動態(tài)分級與浮選實驗

絹云母多為鱗片狀細(xì)粒，且因質(zhì)軟易碎、密度較小，分級時易于與密度較大的金屬礦物和粒度較粗的石英等脈石礦物分離。從金尾礦中提取絹云母時，先采用動態(tài)分級將絹云母初步富集，再選用浮選工藝將絹云母進(jìn)一步提純，以達(dá)到相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量要求。

1.2.2 測試方法與手段

化學(xué)成分與礦物組成采用XRF、XRD及化學(xué)分析獲得；顯微鏡觀察在Nikon Lv100pol型偏反光顯微鏡下進(jìn)行，并統(tǒng)計絹云母的粒度分布；電子探針及EDS能譜分析在JXA-8230/INCAX-ACT型電子探針顯微分析儀+能譜儀上完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 金尾礦化學(xué)組成與特點

2.1.1 金尾礦化學(xué)成分

金尾礦試樣的多元素化學(xué)分析結(jié)果見表1。

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

表1試樣金含量為0.495 g/t，銀含量為1.70 g/t。試樣中主要化學(xué)成分以SiO2和Al2O3為主，兩者含量分別為62.21%和13.54%，兩者占比超過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 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(xué)成分含量均對制備建材有利。其Cu、Pb、Zn、Cr等常見重金屬的含量均很低，預(yù)計沒有影響。

2.1.2 金尾礦的物相分析

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2。

表2 金尾礦的物相分析與分布率測定結(jié)果/%Table 2 Phase analysis and element distribution results of gold tailings

表2結(jié)果說明，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(qiáng)對含鐵等氧化礦物的浮選回收，預(yù)計可以進(jìn)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(dá)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(jìn)一步降低硫化物的含量，其幅度有限、難度較大。

2.2 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，物料的粒度及粒級分布都是極其重要的物理參數(shù)，需要重點控制和詳細(xì)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)果見圖2，其粒度篩析與水析及分布率測定結(jié)果見表3。

圖2 金尾礦試樣激光粒度分析與累積分布結(jié)果Fig.2 Particle size analysis and cumulative distribution of gold tailings by laser

表3 金尾礦試樣的粒度篩析與水析及分布率測定結(jié)果Table 3 Results of particle size analysis and element distribution of gold tailing samples

從表3可知，金尾礦粗度較粗，篩析時-0.074 mm 41.58%；篩析結(jié)果表明細(xì)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(xì)，而粗顆粒的含金顆粒解離度不足，導(dǎo)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，若需降低殘余金的含量，可從加強(qiáng)磨礦分級、提高入選細(xì)度、改善粒度組成，強(qiáng)化比重大的金屬礦物回收等方面考慮。

2.3 金尾礦的礦物組成與絹云母的產(chǎn)出特征

2.3.1 金尾礦的礦物組成與含量

通過前述化學(xué)成分分析與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4。

表4 金尾礦試樣中的主要礦物組成及含量 /%Table 4 Composition and contents of main minerals in gold tailings

從表4可知，金尾礦中金屬礦物主要為黃鐵礦、毒砂，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(dá)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。

2.3.2 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。

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)

可見鱗片狀的絹云母包裹石英、斜長石，或與其交生形成復(fù)雜集合體，見圖3-a，鱗片狀的絹云母包裹石英、或與方解石、綠泥石等礦物共生，見圖3-b，絹云母的片徑多為0.01 ~ 0.2 mm之間。金尾礦中絹云母含量較高，具有提取與回收的價值。金尾礦試樣中絹云母的粒度分布統(tǒng)計見表5。

表5 金尾礦試樣中絹云母的粒度分布Table 5 Particle size distribution statistics of sericite in gold tailings

從表5中可以看出，絹云母粒度主要分布在-0.10+0.05 mm粒級，分布率達(dá)到54%，其次為-0.05+0.01 mm，分布率達(dá)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。

2.3.3 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中典型鱗片狀絹云母與石英、斜長石集合體進(jìn)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見圖4。

圖4 鱗片狀絹云母集合體的BEI 背散射及O、Si、Al、K、Na、Ca、Fe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

圖4中藍(lán)色譜點右上角為能譜點微區(qū)，典型 絹云母顆粒能譜微區(qū)成分分析結(jié)果見表6。

表6 典型絹云母顆粒中的能譜微區(qū)成分分析結(jié)果 / %Table 6 Results of energy dispersive spectrum composition in typical sericite particles

從圖4中可知，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能譜成分見圖5。

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

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(dǎo)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(xì)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(qiáng)分級作業(yè)和防止浮選時細(xì)粒易泥化物的混雜，避免影響絹云母產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.4 金尾礦中絹云母的提取研究

雖然絹云母具有較好的可浮性，但多為鱗片狀細(xì)粒，易與共生脈石礦物混雜，提取時采取先分級預(yù)富集而后再浮選處理的原則工藝流程。

2.4.1 金尾礦提取絹云母的動態(tài)分級研究

探索實驗表明，鑒于水力旋流器的分級效果較螺旋分級機(jī)好，占地面積較高頻細(xì)篩小等優(yōu)點，故確定動態(tài)分級設(shè)備選擇水力旋流器，實驗使用Φ75 mm規(guī)格的旋流器。根據(jù)前期條件實驗后確定給礦濃度分別為40%±，選擇沉砂嘴內(nèi)徑為5 mm、6 mm和7 mm進(jìn)行優(yōu)化實驗，經(jīng)多次實驗取平均值后，不同沉砂嘴的動態(tài)分級實驗結(jié)果見圖6。

圖6 金尾礦不同沉砂嘴的水力旋流器動態(tài)分級Fig.6 Bar chart of dynamic classification with different underflow mouths in gold tailings by hydrocyclone

將試樣水力旋流器的動態(tài)分級溢流經(jīng)水析后，考察各粒級產(chǎn)率及SiO2、Al2O3分布情況，其結(jié)果見表7。

表7 金尾礦水力旋流器溢流水析及SiO2、Al2O3分布Table 7 Hydraulic analysis on hydrocyclone overflow and SiO2 and Al2O3 distribution in gold tailings

從圖6可以看出，當(dāng)給礦濃度為39.29%、沉砂嘴內(nèi)徑為5 mm時，溢流濃度為25.55%，沉砂濃度為53.61%；當(dāng)給礦濃度為39.40%、沉砂嘴內(nèi)徑為6 mm時，溢流濃度在25.45%，沉砂濃度達(dá)到66.05%；當(dāng)給礦濃度為39.43%、沉砂嘴內(nèi)徑為7 mm時，溢流濃度在26.23%，沉砂濃度為62.66%。表明三者分級效果均比較理想，且以沉砂嘴內(nèi)徑為 6 mm時的效果較好。

由表7結(jié)果可知，細(xì)粒級溢流樣品中Al2O3的含量較高，表明其絹云母含量較高，金尾礦經(jīng)分級后其粒度-0.074 mm由66.47%提高到97.22%以上，試樣中SiO2和Al2O3含量由65.34%、13.28%變化至57.58%、17.38%，將有利于后續(xù)絹云母的浮選提取。

2.4.2 金尾礦提取絹云母的浮選研究

根據(jù)探索實驗和條件實驗優(yōu)化操作參數(shù)后，確定控制浮選礦漿的pH值為3.0 ~ 3.5，以水玻璃為抑制劑，混合胺為捕收劑，金尾礦提取絹云母的浮選原則流程為一粗二精一掃的閉路選別流程見圖7，提取絹云母的浮選操作條件和藥劑添加量參見圖7，金尾礦提取絹云母動態(tài)分級-浮選閉路實驗結(jié)果見表8。

圖7 金尾礦提取絹云母原則流程Fig.7 Flowsheet of extracting sericite from gold tailings

表8 金尾礦提取絹云母動態(tài)分級-浮選閉路實驗結(jié)果Table 8 Dynamic classification-flotation closed circuit results of sericite extracted from gold tailings

閉路實驗可獲得絹云母精礦的產(chǎn)率為11.61%，Al2O3含量為23.91%，回收率為21.19%。表明金尾礦通過動態(tài)分級-浮選提升過程后，能得到Al2O3含量符合YS/T 467-2004 標(biāo)準(zhǔn)的絹云母粉產(chǎn)品，其質(zhì)量等級可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中MCA-1級別中要求Al2O3的含量不小于23.00%。

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的包裹金。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。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。

(2) 粒度分析表明，該試樣粒度較粗，篩析-0.074 mm 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(dāng)提高試樣的入選粒度，加強(qiáng)對金尾中重礦物的回收，仍有部分提金潛力。絹云母多為細(xì)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。

(3)絹云母具有較好的可浮性，多為鱗片狀細(xì)粒產(chǎn)出，宜采用動態(tài)分級預(yù)富集、后浮選提質(zhì)工藝流程。動態(tài)分級用Φ75 mm、沉砂嘴內(nèi)徑為 6 mm的效果為好，經(jīng)一粗二精一掃浮選工藝可以獲得產(chǎn)率為11.61%，Al2O3含量為23.91%，Al2O3回收率為21.19%的較好指標(biāo)，達(dá)到絹云母粉中MCA-1級別標(biāo)準(zhǔn)。