任 慧 劉 杰 呂 良 王 勛 張淑敏

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110819;2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧 沈陽 110819)

金礦石是一種十分重要的礦產(chǎn)資源,是提取金的主要原材料。隨著社會(huì)的快速發(fā)展,金的需求也日益增加[1]。然而,金礦資源的貧化和相關(guān)環(huán)保政策的提出,使得金礦資源的開發(fā)和利用變得愈發(fā)困難[2-4]。內(nèi)蒙古柴胡欄子金礦為典型的石英脈型金礦,選廠現(xiàn)階段采用全泥氰化提金工藝,該生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的氰化尾渣對人體和生態(tài)環(huán)境都會(huì)造成極大危害。因此,有必要開發(fā)綠色環(huán)保的提金工藝來代替原有的全泥氰化工藝[5-7]。詳盡的金礦工藝礦物學(xué)研究是制定礦石選冶工藝的重要基礎(chǔ),而現(xiàn)階段學(xué)者對于柴胡欄子金礦的了解主要集中在金礦成因、礦床成因及找礦方面,鮮有對該地區(qū)金礦礦石工藝礦物學(xué)特性的研究報(bào)道,這使許多選冶工作者對于該礦石特性的了解不夠深入,難以為礦石分選提供可靠的建議[8-10]。為此,本試驗(yàn)采用化學(xué)多元素分析、礦物自動(dòng)分析儀分析(MLA)、掃描電子顯微鏡分析、能譜分析、光學(xué)顯微鏡分析等現(xiàn)代分析測試手段對該地區(qū)金礦的工藝礦物學(xué)特性進(jìn)行詳盡的研究,明確礦石物質(zhì)組成、粒度分布及主要礦物的嵌布特征,意在為企業(yè)后續(xù)無氰技術(shù)改造提供可行性論證依據(jù)。

1 礦石的物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)多元素分析

柴胡欄子金礦礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the ores %

由表1可知:礦石中主要可以利用的元素為Au和Ag,品位分別為 2.83、2.80 g/t;SiO2的含量較高,為56.81%;有害元素As、C的含量分別為0.01%、0.80%。

1.2 礦物組成分析

采用MLA分析儀對礦石中主要礦物及其含量進(jìn)行測定,結(jié)果如表2所示。

表2 礦石主要礦物及含量Table 2 Main mineral composition and its contents in the ores %

由表2可知:礦石中含有微量的銀金礦和碲銀礦,金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦,含量分別為2.80%、3.08%;礦石中脈石礦物含量較高,其中石英含量最高,為26.49%,其次為綠簾石、長石、云母,含量分別為17.15%、15.91%、12.23%。

2 礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

2.1 礦石結(jié)構(gòu)

該金礦石的結(jié)構(gòu)主要有以下4種類型:① 自形—半自形結(jié)構(gòu)。礦石中大部分黃鐵礦的結(jié)晶程度較好,呈半自形粒狀晶形結(jié)構(gòu),其次存在少量石墨呈自形片狀結(jié)構(gòu)。②他形結(jié)構(gòu)。部分黃鐵礦和磁黃鐵礦結(jié)晶條件較差,不能按其結(jié)晶習(xí)性生長,呈他形粒狀結(jié)構(gòu)。③包含結(jié)構(gòu)。粒狀黃鐵礦、磁黃鐵礦包裹于石英中,形成包含結(jié)構(gòu)。④ 填隙結(jié)構(gòu)。礦石中磁黃鐵礦沿石英間隙交代填充。

2.2 礦石構(gòu)造

該金礦石的構(gòu)造主要有以下3種類型:①塊狀構(gòu)造。在礦石中可觀察到黃鐵礦呈致密塊狀分布,為塊狀構(gòu)造。②浸染狀構(gòu)造。在礦石中可以觀察到黃鐵礦和磁黃鐵礦呈星點(diǎn)狀分布,為浸染狀構(gòu)造。③條帶狀構(gòu)造。礦石中存在石墨呈條帶狀分布,構(gòu)成條帶狀構(gòu)造。

3 主要礦物的嵌布特征

3.1 黃鐵礦

黃鐵礦是礦石中主要的金屬礦物和載金礦物,在礦石中的含量為2.80%。礦石中大部分黃鐵礦呈不規(guī)則粒狀,半自形晶型;部分黃鐵礦星點(diǎn)狀浸染狀分布于石英脈石中(圖1(a));少量與磁黃鐵礦等礦物緊密共生,兩者有時(shí)呈連晶關(guān)系(圖1(b));部分極細(xì)粒黃鐵礦(-10μm)中存在銀金礦包裹體,不利于金的回收。黃鐵礦粒度分析結(jié)果(表3)表明:黃鐵礦+150μm粒級產(chǎn)率為53.38%,以粗粒分布為主,同時(shí)含有部分中細(xì)粒礦物。

圖1 黃鐵礦的嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristic of pyrite

表3 黃鐵礦粒度分析結(jié)果Table 3 Analysis results of particle size of pyrite

3.2 磁黃鐵礦

磁黃鐵礦是主要載金礦物之一,在礦石中的含量為3.08%。磁黃鐵礦多呈他形粒狀晶形分布,粒度變化較大,部分呈團(tuán)窩狀分布(圖2);部分磁黃鐵礦包裹銀金礦等礦物。磁黃鐵礦粒度分析結(jié)果(表4)表明:磁黃鐵礦粒度變化較大,各個(gè)粒級均有分布,其中細(xì)粒和微細(xì)粒級(75～10μm)占 38.66%,極細(xì)粒粒級(-10μm)占 7.46%,對于金的回收有一定影響。

圖2 磁黃鐵礦的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristic of pyrrhotite

表4 磁黃鐵礦粒度分析結(jié)果Table 4 Analysis results of particle size of pyrrhotite

3.3 石 墨

礦石中石墨的含量為0.24%,含量較低。石墨多呈自形片狀、鱗片狀和星散狀分布,粒度分布不均,多嵌布于石英脈石中,具有弱定向性(圖3)。石墨作為一種劫金礦物,易對礦石中金的浸出產(chǎn)生影響,建議通過物理選礦方法預(yù)先除去。

圖3 石墨的嵌布特征Fig.3 Dissemination characteristic of graphite

3.4 石 英

石英以自形晶型產(chǎn)出,多呈粒狀、柱狀,與絹云母、長石等緊密共生,部分石英以星點(diǎn)狀填充在云母粒間,嵌布粒度不均。

4 礦石中金的賦存狀態(tài)

4.1 銀金礦與其他礦物的嵌布關(guān)系

礦石中金的獨(dú)立礦物為銀金礦,但由于銀金礦含量低、粒度細(xì),所以無法直接通過選礦方法將其富集。因此,需要考察銀金礦與其他礦物的共伴生關(guān)系,以確定金的賦存狀態(tài)。分析銀金礦掃描電鏡結(jié)果(圖4)可知:銀金礦與黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等硫化礦物共生;部分銀金礦被硫化物包裹,呈包含結(jié)構(gòu);少量銀金礦與碲化物連生。

圖4 銀金礦與其他礦物的嵌布關(guān)系Fig.4 Dissemination relationship between electrum and other mineral

對黃鐵礦、磁黃鐵礦和其他礦物中金的含量進(jìn)行分析,結(jié)果如表5所示。

表5 金的賦存狀態(tài)Table 5 Occurrence status of gold

從分析結(jié)果可以看出:礦石中金主要賦存于黃鐵礦和磁黃鐵礦中,黃鐵礦中金含量為62.20 g/t,占礦石中金總量的41.61%;磁黃鐵礦中金含量為32.30 g/t,占礦石中金總量的23.77%。其他礦物中金含量為1.54 g/t,占礦石中金總量的34.62%,這部分銀金礦主要以2種形式存在:①石英—綠泥石脈中,大部分銀金礦產(chǎn)于石英顆粒之間,與綠泥石共生(圖4(d));石英脈型金礦石中金的顆粒粒度變化較大,小至-1μm,最大可至80μm。 ②蝕變輝石閃長玢巖中(圖5),主要產(chǎn)于基性礦物顆粒之間。基性礦物中常發(fā)育綠泥石、碳酸鹽等蝕變礦物,與金共生。蝕變巖中的銀金礦粒度較均勻,集中于10μm左右。

圖5 銀金礦產(chǎn)于基性礦物顆粒間Fig.5 Electrum occurred in basic mineral grains

4.2 銀金礦嵌布狀態(tài)分析

銀金礦的SEM-EDS分析結(jié)果顯示:銀金礦中的元素組成以金為主,含少量的銀。然而,由于銀金礦的嵌布粒度較細(xì),僅通過能譜分析無法準(zhǔn)確測定金的含量。通過對銀金礦進(jìn)行掃描電子顯微鏡分析(圖6),可以看出銀金礦多呈不規(guī)則狀和團(tuán)窩狀分布(圖6(a)、(b)),粒度極細(xì),絕大部分小于0.01 mm。礦石中銀金礦多被黃鐵礦等金屬硫化礦物包裹(圖6(c)),有的存在于石英等脈石礦物粒間、裂隙或以包裹體的形式存在(圖6(d))。因此,呈細(xì)粒嵌布且部分與脈石礦物共生關(guān)系緊密的銀金礦會(huì)對金的選別產(chǎn)生較大影響。

圖6 銀金礦嵌布狀態(tài)分析Fig.6 Dissemination state analysis of electrum

4.3 銀金礦顆粒形態(tài)和粒徑分析

相關(guān)研究表明[11-13],礦物的顆粒形態(tài)會(huì)對其重選和浮選行為產(chǎn)生顯著的影響,因此對銀金礦進(jìn)行形態(tài)分析可為金的回收提供理論指導(dǎo)。該礦石中銀金礦形態(tài)各異,但形狀基本為柱狀和不規(guī)則狀(圖7)。

圖7 銀金礦顆粒形態(tài)Fig.7 Particle morphology of electrum

根據(jù)SEM高對比度背散射照片并結(jié)合二元圖像處理方法,共計(jì)分析有效數(shù)據(jù)973個(gè),顆粒粒度分析結(jié)果見表6。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:柱狀銀金礦約占總數(shù)的34.74%,接近圓形的不規(guī)則形狀的銀金礦約占65.26%。長軸/短軸小于6μm的礦物顆粒占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的91.42%,礦物基本為短柱狀,長短軸比越大,礦物顆粒數(shù)越少。通過測量長短軸比,對礦物粒度進(jìn)行了修訂計(jì)算,銀金礦的顆粒長軸方向長度主要在6 μm以下,占統(tǒng)計(jì)總量的91.78%。粒徑4μm以下的銀金礦顆粒,占統(tǒng)計(jì)總數(shù)的81.29%。其中粒徑為1～2μm的銀金礦占統(tǒng)計(jì)總量百分比最大,為32.89%。當(dāng)粒徑大于5μm時(shí),隨著粒徑的增大,礦物顆粒占總量的百分比逐漸減小。

表6 銀金礦粒度組成Table 6 Grain size analysis of electrum

5 選別工藝推薦

該金礦中金礦物的嵌布粒度較細(xì),與脈石礦物共生關(guān)系緊密,采用一段式磨礦工藝顯然是無法達(dá)到單體解離的要求。同時(shí),載金礦物黃鐵礦和黃銅礦過長時(shí)間的磨礦會(huì)造成載金礦物過磨和礦漿泥化嚴(yán)重等問題。因此,建議采用重選優(yōu)先富集部分金礦,重選尾礦再磨后采用浮選的方法回收尾礦中賦存的金。該方法可以回收部分較難上浮的載金礦物,同時(shí)由于礦石中含有細(xì)粒單體銀金礦,重—浮聯(lián)合工藝更有利于穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)。綜合以上分析,通過選礦預(yù)富集可降低礦石損失,提高入選品位,增加可利用資源儲量,延長礦山服務(wù)年限;而無氰選礦工藝在保證生產(chǎn)指標(biāo)前提下,可適應(yīng)當(dāng)下日益嚴(yán)格的環(huán)保政策,其經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益及推廣示范效應(yīng)顯著,意義重大。

6 結(jié) 論

(1)該金礦石主要有價(jià)成分金和銀的品位分別為 2.83、2.80 g/t;脈石組分主要為 SiO2,含量為56.81%;有害元素砷的含量較低,僅為0.01%。

(2)該金礦石中含有微量的銀金礦和碲銀礦,金屬礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦,含量分別為2.80%、3.08%;礦石中脈石礦物含量較高,其中石英含量最高,為26.49%,其次為綠簾石、長石、云母,含量分別為17.15%、15.91%、12.23%。

(3)該金礦石的結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形結(jié)構(gòu)、他形結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)及填隙結(jié)構(gòu),構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造及條帶狀構(gòu)造。

(4)黃鐵礦中金含量62.20 g/t,金分布率為41.61%;磁黃鐵礦中金含量為32.30 g/t,金分布率為23.77%;其他礦物中金含量為1.54 g/t,分布率為34.62%。

(5)影響該金礦石中金銀利用的主要因素是:部分銀金礦被脈石礦物包裹,或存在于石英、輝石粒間、裂隙;少量黃鐵礦和磁黃鐵礦粒度極細(xì),不易單體解離;銀金礦嵌布粒度細(xì),無論采用何種工藝都需要較高的磨礦細(xì)度;礦石中存在石墨等劫金礦物,可能會(huì)對后續(xù)的浸出產(chǎn)生一定影響。

(6)綜合考慮該金礦的化學(xué)組成、礦物組成、粒度分布及礦物的嵌布特征關(guān)系,建議先采用一段磨礦后進(jìn)行重選提金,重選尾礦再磨后采用浮選的方法回收尾礦中賦存的金。