任 慧 刘 杰 吕 良 王 勋 张淑敏

(1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110819;2.难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心,辽宁 沈阳 110819)

金矿石是一种十分重要的矿产资源,是提取金的主要原材料。随着社会的快速发展,金的需求也日益增加[1]。然而,金矿资源的贫化和相关环保政策的提出,使得金矿资源的开发和利用变得愈发困难[2-4]。内蒙古柴胡栏子金矿为典型的石英脉型金矿,选厂现阶段采用全泥氰化提金工艺,该生产工艺产生的氰化尾渣对人体和生态环境都会造成极大危害。因此,有必要开发绿色环保的提金工艺来代替原有的全泥氰化工艺[5-7]。详尽的金矿工艺矿物学研究是制定矿石选冶工艺的重要基础,而现阶段学者对于柴胡栏子金矿的了解主要集中在金矿成因、矿床成因及找矿方面,鲜有对该地区金矿矿石工艺矿物学特性的研究报道,这使许多选冶工作者对于该矿石特性的了解不够深入,难以为矿石分选提供可靠的建议[8-10]。为此,本试验采用化学多元素分析、矿物自动分析仪分析(MLA)、扫描电子显微镜分析、能谱分析、光学显微镜分析等现代分析测试手段对该地区金矿的工艺矿物学特性进行详尽的研究,明确矿石物质组成、粒度分布及主要矿物的嵌布特征,意在为企业后续无氰技术改造提供可行性论证依据。

1 矿石的物质组成

1.1 化学多元素分析

柴胡栏子金矿矿石主要化学成分分析结果如表1所示。

表1 矿石主要化学成分分析结果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the ores %

由表1可知:矿石中主要可以利用的元素为Au和Ag,品位分别为 2.83、2.80 g/t;SiO2的含量较高,为56.81%;有害元素As、C的含量分别为0.01%、0.80%。

1.2 矿物组成分析

采用MLA分析仪对矿石中主要矿物及其含量进行测定,结果如表2所示。

表2 矿石主要矿物及含量Table 2 Main mineral composition and its contents in the ores %

由表2可知:矿石中含有微量的银金矿和碲银矿,金属矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿,含量分别为2.80%、3.08%;矿石中脉石矿物含量较高,其中石英含量最高,为26.49%,其次为绿帘石、长石、云母,含量分别为17.15%、15.91%、12.23%。

2 矿石的结构和构造

2.1 矿石结构

该金矿石的结构主要有以下4种类型:① 自形—半自形结构。矿石中大部分黄铁矿的结晶程度较好,呈半自形粒状晶形结构,其次存在少量石墨呈自形片状结构。②他形结构。部分黄铁矿和磁黄铁矿结晶条件较差,不能按其结晶习性生长,呈他形粒状结构。③包含结构。粒状黄铁矿、磁黄铁矿包裹于石英中,形成包含结构。④ 填隙结构。矿石中磁黄铁矿沿石英间隙交代填充。

2.2 矿石构造

该金矿石的构造主要有以下3种类型:①块状构造。在矿石中可观察到黄铁矿呈致密块状分布,为块状构造。②浸染状构造。在矿石中可以观察到黄铁矿和磁黄铁矿呈星点状分布,为浸染状构造。③条带状构造。矿石中存在石墨呈条带状分布,构成条带状构造。

3 主要矿物的嵌布特征

3.1 黄铁矿

黄铁矿是矿石中主要的金属矿物和载金矿物,在矿石中的含量为2.80%。矿石中大部分黄铁矿呈不规则粒状,半自形晶型;部分黄铁矿星点状浸染状分布于石英脉石中(图1(a));少量与磁黄铁矿等矿物紧密共生,两者有时呈连晶关系(图1(b));部分极细粒黄铁矿(-10μm)中存在银金矿包裹体,不利于金的回收。黄铁矿粒度分析结果(表3)表明:黄铁矿+150μm粒级产率为53.38%,以粗粒分布为主,同时含有部分中细粒矿物。

图1 黄铁矿的嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristic of pyrite

表3 黄铁矿粒度分析结果Table 3 Analysis results of particle size of pyrite

3.2 磁黄铁矿

磁黄铁矿是主要载金矿物之一,在矿石中的含量为3.08%。磁黄铁矿多呈他形粒状晶形分布,粒度变化较大,部分呈团窝状分布(图2);部分磁黄铁矿包裹银金矿等矿物。磁黄铁矿粒度分析结果(表4)表明:磁黄铁矿粒度变化较大,各个粒级均有分布,其中细粒和微细粒级(75～10μm)占 38.66%,极细粒粒级(-10μm)占 7.46%,对于金的回收有一定影响。

图2 磁黄铁矿的嵌布特征Fig.2 Dissemination characteristic of pyrrhotite

表4 磁黄铁矿粒度分析结果Table 4 Analysis results of particle size of pyrrhotite

3.3 石 墨

矿石中石墨的含量为0.24%,含量较低。石墨多呈自形片状、鳞片状和星散状分布,粒度分布不均,多嵌布于石英脉石中,具有弱定向性(图3)。石墨作为一种劫金矿物,易对矿石中金的浸出产生影响,建议通过物理选矿方法预先除去。

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

3.4 石 英

石英以自形晶型产出,多呈粒状、柱状,与绢云母、长石等紧密共生,部分石英以星点状填充在云母粒间,嵌布粒度不均。

4 矿石中金的赋存状态

4.1 银金矿与其他矿物的嵌布关系

矿石中金的独立矿物为银金矿,但由于银金矿含量低、粒度细,所以无法直接通过选矿方法将其富集。因此,需要考察银金矿与其他矿物的共伴生关系,以确定金的赋存状态。分析银金矿扫描电镜结果(图4)可知:银金矿与黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等硫化矿物共生;部分银金矿被硫化物包裹,呈包含结构;少量银金矿与碲化物连生。

图4 银金矿与其他矿物的嵌布关系Fig.4 Dissemination relationship between electrum and other mineral

对黄铁矿、磁黄铁矿和其他矿物中金的含量进行分析,结果如表5所示。

表5 金的赋存状态Table 5 Occurrence status of gold

从分析结果可以看出:矿石中金主要赋存于黄铁矿和磁黄铁矿中,黄铁矿中金含量为62.20 g/t,占矿石中金总量的41.61%;磁黄铁矿中金含量为32.30 g/t,占矿石中金总量的23.77%。其他矿物中金含量为1.54 g/t,占矿石中金总量的34.62%,这部分银金矿主要以2种形式存在:①石英—绿泥石脉中,大部分银金矿产于石英颗粒之间,与绿泥石共生(图4(d));石英脉型金矿石中金的颗粒粒度变化较大,小至-1μm,最大可至80μm。 ②蚀变辉石闪长玢岩中(图5),主要产于基性矿物颗粒之间。基性矿物中常发育绿泥石、碳酸盐等蚀变矿物,与金共生。蚀变岩中的银金矿粒度较均匀,集中于10μm左右。

图5 银金矿产于基性矿物颗粒间Fig.5 Electrum occurred in basic mineral grains

4.2 银金矿嵌布状态分析

银金矿的SEM-EDS分析结果显示:银金矿中的元素组成以金为主,含少量的银。然而,由于银金矿的嵌布粒度较细,仅通过能谱分析无法准确测定金的含量。通过对银金矿进行扫描电子显微镜分析(图6),可以看出银金矿多呈不规则状和团窝状分布(图6(a)、(b)),粒度极细,绝大部分小于0.01 mm。矿石中银金矿多被黄铁矿等金属硫化矿物包裹(图6(c)),有的存在于石英等脉石矿物粒间、裂隙或以包裹体的形式存在(图6(d))。因此,呈细粒嵌布且部分与脉石矿物共生关系紧密的银金矿会对金的选别产生较大影响。

图6 银金矿嵌布状态分析Fig.6 Dissemination state analysis of electrum

4.3 银金矿颗粒形态和粒径分析

相关研究表明[11-13],矿物的颗粒形态会对其重选和浮选行为产生显著的影响,因此对银金矿进行形态分析可为金的回收提供理论指导。该矿石中银金矿形态各异,但形状基本为柱状和不规则状(图7)。

图7 银金矿颗粒形态Fig.7 Particle morphology of electrum

根据SEM高对比度背散射照片并结合二元图像处理方法,共计分析有效数据973个,颗粒粒度分析结果见表6。统计结果表明:柱状银金矿约占总数的34.74%,接近圆形的不规则形状的银金矿约占65.26%。长轴/短轴小于6μm的矿物颗粒占统计总数的91.42%,矿物基本为短柱状,长短轴比越大,矿物颗粒数越少。通过测量长短轴比,对矿物粒度进行了修订计算,银金矿的颗粒长轴方向长度主要在6 μm以下,占统计总量的91.78%。粒径4μm以下的银金矿颗粒,占统计总数的81.29%。其中粒径为1～2μm的银金矿占统计总量百分比最大,为32.89%。当粒径大于5μm时,随着粒径的增大,矿物颗粒占总量的百分比逐渐减小。

表6 银金矿粒度组成Table 6 Grain size analysis of electrum

5 选别工艺推荐

该金矿中金矿物的嵌布粒度较细,与脉石矿物共生关系紧密,采用一段式磨矿工艺显然是无法达到单体解离的要求。同时,载金矿物黄铁矿和黄铜矿过长时间的磨矿会造成载金矿物过磨和矿浆泥化严重等问题。因此,建议采用重选优先富集部分金矿,重选尾矿再磨后采用浮选的方法回收尾矿中赋存的金。该方法可以回收部分较难上浮的载金矿物,同时由于矿石中含有细粒单体银金矿,重—浮联合工艺更有利于稳定生产指标。综合以上分析,通过选矿预富集可降低矿石损失,提高入选品位,增加可利用资源储量,延长矿山服务年限;而无氰选矿工艺在保证生产指标前提下,可适应当下日益严格的环保政策,其经济社会效益及推广示范效应显著,意义重大。

6 结 论

(1)该金矿石主要有价成分金和银的品位分别为 2.83、2.80 g/t;脉石组分主要为 SiO2,含量为56.81%;有害元素砷的含量较低,仅为0.01%。

(2)该金矿石中含有微量的银金矿和碲银矿,金属矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿,含量分别为2.80%、3.08%;矿石中脉石矿物含量较高,其中石英含量最高,为26.49%,其次为绿帘石、长石、云母,含量分别为17.15%、15.91%、12.23%。

(3)该金矿石的结构主要有自形—半自形结构、他形结构、包含结构及填隙结构,构造主要有块状构造、浸染状构造及条带状构造。

(4)黄铁矿中金含量62.20 g/t,金分布率为41.61%;磁黄铁矿中金含量为32.30 g/t,金分布率为23.77%;其他矿物中金含量为1.54 g/t,分布率为34.62%。

(5)影响该金矿石中金银利用的主要因素是:部分银金矿被脉石矿物包裹,或存在于石英、辉石粒间、裂隙;少量黄铁矿和磁黄铁矿粒度极细,不易单体解离;银金矿嵌布粒度细,无论采用何种工艺都需要较高的磨矿细度;矿石中存在石墨等劫金矿物,可能会对后续的浸出产生一定影响。

(6)综合考虑该金矿的化学组成、矿物组成、粒度分布及矿物的嵌布特征关系,建议先采用一段磨矿后进行重选提金,重选尾矿再磨后采用浮选的方法回收尾矿中赋存的金。