地質(zhì)冶金學(xué)及其在金和關(guān)鍵金屬賦存狀態(tài)研究中的新應(yīng)用*

劉蘭海 陳靜 周濤發(fā)** 張一帆 李夢(mèng)夢(mèng)

1. 合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥工業(yè)大學(xué)礦床成因與勘查技術(shù)研究中心(ODEC)，合肥 230009

2. 安徽省礦產(chǎn)資源與礦山環(huán)境工程技術(shù)研究中心，合肥 230009

金是一種在地殼中豐度極低(1×10-9)且分散性極強(qiáng)的元素。金礦床類型多樣，并且金在礦床中的空間分布極不均勻。金在礦床中的品位、儲(chǔ)量和賦存狀態(tài)是決定其處理工藝的主要因素(周有勤, 2013)。金的賦存狀態(tài)研究?jī)?nèi)容包括礦石中金礦物的種類、不同種類金所占的比例、顯微金的粒度、載金礦物的種類、粒度及其中的金含量。金在單個(gè)礦床中的賦存狀態(tài)通常有2種甚至3種，加上共生礦物組合(硫化物和蝕變礦物)、礦石強(qiáng)度、次生富集和其他因素的影響，金礦石(特別是難選金礦石)的高效回收充滿了挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。

隨著近年來(lái)金的價(jià)格一路上漲，有效開(kāi)采并回收金變得尤為重要。地質(zhì)冶金學(xué)(Geometallurgy)作為地質(zhì)學(xué)與冶金學(xué)之間的交叉學(xué)科，在近年內(nèi)得到了較快的應(yīng)用和發(fā)展。地質(zhì)冶金學(xué)在西方礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有著一套相對(duì)較為成熟的流程，被工業(yè)界和科研院所廣泛使用，在金礦的工藝設(shè)計(jì)、采礦計(jì)劃和生產(chǎn)礦山的工藝優(yōu)化等方面發(fā)揮了重要的作用。

近年來(lái)，地質(zhì)冶金學(xué)廣泛用到的分析手段包含了地質(zhì)學(xué)中的全巖地球化學(xué)、礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)、VNIR-SWIR高光譜分析等，這些方法在巖漿熱液礦床，尤其是斑巖型、淺成低溫?zé)嵋盒偷鹊V床中的地質(zhì)冶金學(xué)工作中被大量采用，為選礦工藝提供了重要的參考。地質(zhì)冶金學(xué)關(guān)注礦石類型的變化和不同類型礦石的時(shí)空分布特征，對(duì)于全面系統(tǒng)了解單個(gè)礦床具有重要的地質(zhì)意義，地質(zhì)冶金學(xué)的系統(tǒng)研究可以反過(guò)來(lái)幫助了解礦床的成因，尤其是巖漿熱液礦床的演化過(guò)程，優(yōu)化礦床模型。此外，近年來(lái)關(guān)鍵金屬礦床的研究成為熱點(diǎn)，而關(guān)鍵金屬常以豐度低、礦物細(xì)小著稱，與金有著很多相似之處，本文提出將針對(duì)金的地質(zhì)冶金學(xué)流程應(yīng)用到關(guān)鍵金屬研究中來(lái)，可以對(duì)關(guān)鍵金屬的賦存狀態(tài)與富集機(jī)制研究產(chǎn)生推動(dòng)作用。本文總結(jié)了國(guó)際上運(yùn)用這套最新的分析方法和流程進(jìn)行地質(zhì)冶金學(xué)研究金及關(guān)鍵金屬的應(yīng)用實(shí)例。

1 地質(zhì)冶金學(xué)的研究?jī)?nèi)容

地質(zhì)冶金學(xué)的概念大概可以追溯至20世紀(jì)60年代，然而真正意義上的地質(zhì)冶金學(xué)研究大多開(kāi)始于2000年及以后，并在2005年開(kāi)始出現(xiàn)顯著的增多，在一系列大型礦床的開(kāi)發(fā)或擴(kuò)建過(guò)程中發(fā)揮重要的作用，越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)和礦業(yè)公司開(kāi)始重視這項(xiàng)工作，世界各地的一些高校也開(kāi)始將礦物特征和地質(zhì)冶金學(xué)納入其學(xué)術(shù)課程(Huntetal., 2019；Hoal, 2008)。中國(guó)最新出版的礦石學(xué)和礦相學(xué)教材也將礦石的工藝特征和地質(zhì)冶金學(xué)的參數(shù)列為課程的重要部分(顧雪祥和章永梅, 2021)。

礦床的形成過(guò)程受到構(gòu)造、巖漿巖、圍巖等多種復(fù)雜因素影響，因此礦床特征在空間上往往具有極大的多樣性，尤其是金礦床，其巖石類型、礦石品位、礦物組合、蝕變和金的賦存狀態(tài)等經(jīng)常發(fā)生垂向和側(cè)向上的變化，可能會(huì)引發(fā)選礦過(guò)程中的問(wèn)題。為了降低這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，地質(zhì)冶金學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。作為地質(zhì)學(xué)與冶金學(xué)之間的一個(gè)交叉學(xué)科，地質(zhì)冶金學(xué)將礦體的地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和礦物學(xué)特征與冶金性能聯(lián)系起來(lái)，金的地質(zhì)冶金學(xué)研究目標(biāo)是從地質(zhì)的角度描述和理解礦體的多樣性和與之對(duì)應(yīng)的選冶參數(shù)，如粉碎性能、重選、浮選、氰化參數(shù)和金屬回收率，并將這些信息整合起來(lái)，建立定量的、礦床尺度的3D塊體模型或數(shù)據(jù)庫(kù)。該模型包含礦石和周?chē)鷱U石的每個(gè)部分的所有相關(guān)選礦參數(shù)(Huntetal., 2019)。模型中的每個(gè)塊體不僅可以按品位動(dòng)態(tài)估價(jià)，并且可以融合金的賦存狀態(tài)、蝕變、巖性、共生礦物組合、礦石硬度等參數(shù)。該模型可以用于協(xié)助采礦計(jì)劃和預(yù)測(cè)產(chǎn)率，選礦和冶金工程師可以利用地質(zhì)冶金學(xué)信息來(lái)優(yōu)化磨機(jī)設(shè)計(jì)和選礦流程，以最大限度地提高金的回收率(Zhou and Gu, 2016, 王玲和趙戰(zhàn)鋒, 2020)。

經(jīng)典的地質(zhì)冶金學(xué)研究方法的簡(jiǎn)化流程如圖1所示，以地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，從地質(zhì)調(diào)查開(kāi)始，收集和分析信息，建立地質(zhì)模型。根據(jù)地質(zhì)模型，開(kāi)發(fā)地質(zhì)冶金矩陣，作為框架指導(dǎo)進(jìn)一步測(cè)試的取樣與組合，然后從不同品位、圍巖、不同部位的代表性礦石類型中采集樣品(Baumgartneretal., 2011)。對(duì)采集的樣品進(jìn)行礦物學(xué)研究和冶金試驗(yàn)工作，來(lái)描述其礦石特征，產(chǎn)生的大量礦物學(xué)數(shù)據(jù)和冶金參數(shù)等數(shù)據(jù)與其他信息整合，導(dǎo)入地質(zhì)模型，確定三維空間內(nèi)礦體的礦物學(xué)和冶金參數(shù)的分布和變化，建立地質(zhì)冶金學(xué)模型(圖2)。

圖1 典型地質(zhì)冶金學(xué)方法的簡(jiǎn)化流程圖(據(jù)Zhou and Gu, 2016修改)Fig.1 Simplified flowsheet illustrating typical geometallurgical approach (modified after Zhou and Gu, 2016)

圖2 秘魯Canahuire礦床的3D地質(zhì)冶金學(xué)模型(據(jù)Baumgartner et al., 2011修改)該模型顯示了基于巖性和蝕變類型的不同冶金性質(zhì)的區(qū)域，其中，藍(lán)色代表次經(jīng)濟(jì)銀礦化區(qū)；橙色代表銅金角礫巖礦化區(qū)域；黃色代表灰?guī)r交代型的金礦化區(qū)域；淺藍(lán)色代表鈣質(zhì)砂巖中的構(gòu)造控制金的礦體Fig.2 3D geometallurgical model of the Canahuire deposit (Peru) (modified after Baumgartner et al., 2011)3D model displaying drillholes and generic domains based on lithology and alteration type. Blue: sub-economic silver mineralization; Orange: copper-gold breccia mineralization; Yellow: gold replacement mineralization in limestone; Light blue: structural controlled gold in calcareous sandstone

在可行性研究期間，該模型可以幫助礦山進(jìn)行選廠設(shè)計(jì)(如破碎機(jī)和磨機(jī)類型)和選礦方案。在礦山開(kāi)發(fā)期間，這些數(shù)據(jù)還可用于優(yōu)化礦山管理，能夠及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)采礦的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響，改進(jìn)采礦計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化。如采礦過(guò)程中礦石類型發(fā)生較大變化時(shí)，可以及時(shí)根據(jù)模型調(diào)整選礦策略避免損失(Huntetal., 2019)。

2 金礦石的地質(zhì)冶金學(xué)特征

金礦石的地質(zhì)冶金特征包含金的礦石分類、金的礦物組合和金的賦存狀態(tài)。相比于普遍采用浮選法處理的賤金屬，金礦石的處理流程更為復(fù)雜，通常采用幾種組合工藝進(jìn)行處理，包括重選、浮選和氰化等工藝，尤其是難選金礦石在氰化浸出前需要進(jìn)行預(yù)處理，這使得金礦的有效加工更具挑戰(zhàn)性。掌握金礦石的地質(zhì)冶金學(xué)特征，才能夠確定金礦的選礦工藝。

2.1 金礦石和金礦物的分類

金礦石可以劃分為兩大類：易選礦石(Free-milling)和難選礦石(Refractory)。易選礦石通常定義為通過(guò)常規(guī)氰化浸出回收率可達(dá)90%以上的金礦石。難選礦石是指常規(guī)氰化后金回收率低于90%，需要增加預(yù)處理工藝，才能達(dá)到較高回收率的礦石(Zhou and Gu, 2016; Vaughan, 2004)。

在礦物學(xué)上，礦石或磨礦產(chǎn)品中的金按形態(tài)可分為顯微金、亞顯微金和表面金(Zhouetal., 2004)。顯微金，又稱為可見(jiàn)金，包括所有肉眼和光學(xué)顯微鏡可見(jiàn)的金礦物，如自然金、銀金礦、金碲化物、金硒化物、金硫碲化物等。亞顯微金，又稱不可見(jiàn)金，是指在光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡下看不見(jiàn)的金，其尺寸<0.1μm，包括結(jié)合在硫化物晶格中的金(如固溶體金)，和極細(xì)顆粒金包裹體(稱膠體金)兩種形態(tài)，是卡林型金礦、淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V和火山成因塊狀硫化物(VMS)礦床等礦床中難選礦石的金主要形式(Cook and Chryssoulis, 1990; Zhou and Gu, 2016)。表面金是在成礦和隨后的氧化或冶金過(guò)程中吸附在其他礦物(如有機(jī)碳和氧化鐵) 表面的金，也稱吸附金(Chryssoulis and McMullen, 2016, Zhou and Gu, 2016)。

通過(guò)工藝礦物學(xué)研究，查清影響金礦石選冶難度的因素，尤其是金的賦存狀態(tài)和影響金氰化浸出的礦物，才能確定金礦石的性質(zhì)。金的礦石類型對(duì)于地質(zhì)冶金學(xué)建模中空間域的劃分、采礦方法的選擇、選冶工藝的制定、回收率的預(yù)測(cè)等礦山整體生產(chǎn)環(huán)節(jié)均具有重要的指導(dǎo)意義。

2.2 難選礦石的主要原因

常見(jiàn)的金礦石難選原因總結(jié)如圖3所示，這些也是在進(jìn)行金的地質(zhì)冶金學(xué)分析時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。金的包裹是指金被物理包裹導(dǎo)致無(wú)法接觸氰化物溶液，或者由于金呈亞顯微狀態(tài)或難溶金礦物導(dǎo)致無(wú)法有效浸出(Vaughan, 2004)。硫化物中的亞顯微金是難處理金礦石的最常見(jiàn)的原因，最容易成為亞顯微金載體的礦物是毒砂和含砷黃鐵礦，黃鐵礦中的砷含量往往與金呈正相關(guān)(Cook and Chryssoulis, 1990)。磁黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、方鉛礦和黝銅礦通常含有少量亞顯微金。這種礦石通常通過(guò)重力或浮選濃縮成硫化物精礦，然后通過(guò)焙燒、壓力氧化、生物氧化等方法使硫化物發(fā)生氧化，進(jìn)而氰化浸出金(Coetzeeetal., 2011)。

圖3 難選金礦石的常見(jiàn)原因(據(jù)Vaughan, 2004修改)Fig.3 Common causes for refractory and related gold ores (modified after Vaughan, 2004)

除了亞顯微金以外，大量難溶金礦物如碲金礦、碲金銀礦等也是難選礦石的原因，這些礦物大量出現(xiàn)在Kalgoorlie(西澳大利亞)(Shackletonetal., 2003)、Emperor(斐濟(jì))(Pals and Spry, 2003)等中低溫?zé)嵋旱V床中，這些礦物與氰化物反應(yīng)會(huì)形成鈍化膜導(dǎo)致浸出緩慢(Zhangetal., 2010)，可以通過(guò)延長(zhǎng)氰化浸出時(shí)間、升高pH、使用硫脲或硫代硫酸鹽浸出等方法解決。金礦物呈細(xì)粒包裹體(<10μm)分布在硫化物中難以解離的金礦石也是難處理的，可以通過(guò)超細(xì)研磨來(lái)解決，但能源消耗較大，也可以通過(guò)預(yù)氧化的方式解決(Coetzeeetal., 2011)。

礦石中含有的非載金礦物也可能會(huì)影響金的回收，包括次生銅礦物，如輝銅礦、銅藍(lán)、孔雀石等氰化物消耗者，這些礦物與氰化物絡(luò)合能力較金更強(qiáng)，導(dǎo)致氰化物消耗非常高，金回收率低或受到抑制。氧是氰化過(guò)程中消耗的試劑之一，浸出液中溶解氧不足會(huì)減緩氰化反應(yīng)，因此，磁黃鐵礦等耗氧劑會(huì)對(duì)氰化產(chǎn)生不利影響。在氰化過(guò)程中，金顆粒也可能被某些新形成的沉淀物包裹形成“鈍化邊緣”，從而限制金顆粒暴露在氰化物溶液中，降低氰化效率，這種現(xiàn)象可能與礦石中銻/砷硫化物的存在有關(guān)(Venteretal., 2004)。

有機(jī)碳的存在會(huì)形成“劫金”效應(yīng)(Preg-robbing)，指的是由于有機(jī)碳對(duì)氰化溶解金有強(qiáng)烈的吸附作用，使得碳質(zhì)金礦石直接氰化過(guò)程中，金的提取率明顯降低，這種現(xiàn)象在卡林型金礦中尤其顯著。原生金礦中含有0.2%以上的有機(jī)碳化合物時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重干擾金的氰化提取。除有機(jī)碳之外，層狀硅酸鹽礦物如葉臘石、高嶺土、金云母和伊利石也會(huì)產(chǎn)生一定的“劫金”作用。目前，人們已探索出多種針對(duì)碳質(zhì)金礦石的處理方法，主要可劃分為氰化法和非氰化法，氰化法研究較多的主要有焙燒氧化法、微波焙燒法、化學(xué)氧化法、生物氧化法和覆蓋抑制法，而非氰化法研究較多的有碳氯浸出法，硫脲法，硫代硫酸鹽法等(許曉陽(yáng), 2013; Milleretal., 2016)。

2.3 金的賦存狀態(tài)研究?jī)?nèi)容和方法

金的賦存狀態(tài)研究?jī)?nèi)容包括：(1)礦石中金礦物的類型，顯微金、亞顯微金和表面金所占比例；(2)含顯微金顆粒的粒度分布和嵌布特征等；(3)顯微金礦物的粒度分布；(4)金礦物的解離度(暴露的金與包裹在脈石礦物中的金體積比例)，包括游離、連生和包裹；(5)亞顯微金分析，包括載金礦物的種類、粒度及其中的金含量(Coetzeeetal., 2011; 馬馳等, 2011)。金元素在各礦物中的分布是決定金礦石易選還是難選的關(guān)鍵因素。準(zhǔn)確地確定金的賦存狀態(tài)和載金礦物的各項(xiàng)冶金參數(shù)至關(guān)重要，是選冶方法與設(shè)備選擇的依據(jù)。

金的賦存狀態(tài)研究，特別是亞顯微金和表面金的檢測(cè)和定量，需要使用復(fù)雜的分析技術(shù)(表1)。常用的技術(shù)包括光學(xué)顯微鏡、礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)、掃描電鏡、LA-ICP-MS、Tof-SIMS、TEM等。

近年來(lái)，礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)如QEMSCAN、TIMA(TESCAN Integrated Mineral Analyzer)等，在金礦物學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用。礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)基于掃描電鏡和能譜分析，能同時(shí)進(jìn)行極高分辨率的背散射與X射線能譜快速成像，獲取巖礦樣品的整體形態(tài)和礦物及元素的種類、含量及分布，查明礦物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、共生、連生和包裹關(guān)系特征。其提供的特定礦物和亮相搜索模塊，可以快速準(zhǔn)確尋找細(xì)小目標(biāo)礦物和金、銀和鉑等貴金屬以及稀有、稀土金屬，為地質(zhì)冶金學(xué)提供了極大的助力(陳倩等, 2021)。

常規(guī)的金賦存狀態(tài)研究方法如圖4所示， Coetzeeetal.

圖4 常規(guī)的金賦存狀態(tài)研究簡(jiǎn)化流程(據(jù)Zhou and Gu, 2016修改)Fig.4 Simplified investigation procedure for gold deportment (modified after Zhou and Gu, 2016)

表1 金賦存狀態(tài)分析方法(據(jù)Zhou et al., 2004修改)Table 1 Techniques commonly used in gold deportment study (modified after Zhou et al., 2004)

(2011)、Goodall (2008)和Goodall and Butcher (2012)也提出了類似的方法流程。首先將樣品粉碎后進(jìn)行化學(xué)分析確定金的品位，然后通過(guò)XRD、光學(xué)顯微鏡、自動(dòng)定量分析系統(tǒng)來(lái)分析其礦物學(xué)組成，包括對(duì)浸出液有害礦物的含量和特征。由于研究樣品(特別是各種類型的尾礦樣品)中金的含量較低，通常采用重液分離和超級(jí)淘洗等預(yù)富集技術(shù)來(lái)提高搜尋金的效率和代表性(Coetzeeetal., 2011)。金的賦存狀態(tài)分析從顯微金開(kāi)始，將重力富集后的樣品按重、中輕礦物制成光片后，通過(guò)礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)來(lái)搜尋顯微金礦物，以確定金礦物的形態(tài)、成分、數(shù)量、解離、共生組合和粒度分布等信息。

除了制作光片進(jìn)行礦相學(xué)研究以外，往往還需要進(jìn)行多種選礦試驗(yàn)來(lái)交叉驗(yàn)證所得到的結(jié)果，如重選、常規(guī)氰化浸出、浮選、預(yù)氧化浸出、超細(xì)研磨浸出等。通過(guò)樣品磨至不同粒度后進(jìn)行重選實(shí)驗(yàn)、常規(guī)浸出實(shí)驗(yàn)，可以確定游離金、連生金的含量，通過(guò)預(yù)氧化浸出可以確定硫化物中亞顯微金和細(xì)粒金包裹體的含量(Li and Zhou, 2019)。

通過(guò)上述一系列研究手段得到的顯微金含量如果只占金總含量的80%或更少，就需要對(duì)亞顯微金進(jìn)行分析(Zhou and Gu, 2016)。通過(guò)LA-ICP-MS、D-SIMS、TEM等方法，可以進(jìn)一步確定亞顯微金的載體礦物的種類與含金量。如果樣品顯示出潛在的劫金效應(yīng)的趨勢(shì)，則還要考慮進(jìn)行表面金的分析。最終結(jié)合選礦試驗(yàn)的結(jié)果和試驗(yàn)分析的結(jié)果，通過(guò)金的礦物學(xué)平衡計(jì)算，得到全部的金的賦存狀態(tài)特征。以廣西金牙卡林型金礦為例，其礦床中金的賦存狀態(tài)表征方法可以如圖5所示。

圖5 金牙卡林型金礦金賦存狀態(tài)表征方法示意圖(數(shù)據(jù)引自Zhou and Wang, 2003)Fig.5 Schematic diagram of gold deportment characterization of Carlin-type gold deposits (data cited from Zhou and Wang, 2003)

3 地質(zhì)冶金學(xué)應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)冶金學(xué)研究，礦山工程師可以快速可靠地識(shí)別潛在的低回收率問(wèn)題，并調(diào)整工藝流程以克服這些問(wèn)題。近年來(lái)隨著地質(zhì)冶金學(xué)的發(fā)展，除傳統(tǒng)的工藝礦物學(xué)方法，越開(kāi)越多的新方法也加入進(jìn)來(lái)，例如紅外光譜與機(jī)器學(xué)習(xí)等，收集和產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備也隨之升級(jí)，給地質(zhì)冶金學(xué)增添了新的活力。本文介紹了近年部分來(lái)自不同類型熱液礦床的金的地質(zhì)冶金學(xué)研究實(shí)例，并對(duì)近年來(lái)嘗試應(yīng)用在地質(zhì)冶金學(xué)上的新方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹(表2)。

表2 近幾年發(fā)表的部分地質(zhì)冶金學(xué)應(yīng)用實(shí)例Table 2 Some examples of geometallurgy work published in recent years

3.1 地質(zhì)冶金學(xué)在選礦方面的應(yīng)用

3.1.1 斑巖型銅金礦床

Arif and Baker (2004)在研究Batu Hijau斑巖型銅金礦床時(shí)，通過(guò)巖相學(xué)、電子探針、LA-ICP-MS和浮選試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，金主要以自然金和斑銅礦-黃銅礦晶格金的形式存在。礦床中硫化物空間上從上到下有著斑銅礦>黃銅礦到黃銅礦>斑銅礦的變化。在富斑銅礦的礦石中，金主要以亞顯微金(硫化物晶格金)或自然金顆粒的形式存在于銅硫化物顆粒中。在富黃銅礦的礦石中，金主要以自然金顆粒的形式存在，亞顯微金較少。巖相學(xué)觀察表明，與富斑銅礦的礦石相比，富黃銅礦的礦石中游離金(即自然金不附著于任何硫化物)的比例更高。游離金所占的比例與浮選試驗(yàn)回收率數(shù)據(jù)呈負(fù)相關(guān)，其中富黃銅礦礦石的金回收率始終低于富斑銅礦礦石，推測(cè)是由于游離金未被浮選出來(lái)導(dǎo)致的。因此建議在選礦時(shí)增加一道重選工序，可以有效提高富黃銅礦金礦石的回收率。

3.1.2 淺成低溫?zé)嵋航鸬V床

位于巴布亞新幾內(nèi)亞的Lihir金礦床是一個(gè)世界級(jí)淺成低溫?zé)嵋航鸬V床，金總資源量達(dá)到約1600t(Sykoraetal., 2018)。礦床的頂部為蝕變巖帽，上部為高品位金礦帶(>3g/t Au)，富集硫化物與冰長(zhǎng)石，為淺成低溫?zé)嵋浩诔傻V，下部為相對(duì)較低品位(<1g/t Au)的硬石膏±碳酸鹽巖脈和角礫巖帶，并伴有斑巖式的黑云母蝕變。礦床中的金大部分都在上部的高品位金礦帶中(Sykoraetal., 2018)。

礦床中的金主要以亞顯微金的形式賦存在黃鐵礦中。通過(guò)LA-ICP-MS分析，不同熱液階段形成的黃鐵礦微量元素在含量上存在極大的差異，早期斑巖礦化階段形成的黃鐵礦顆粒較大，富集Co、Ni、Se元素，金含量低；淺成低溫?zé)嵋旱V化階段形成的黃鐵礦多具震蕩環(huán)帶，富集As、Au、Mo、Ag等微量元素。復(fù)合成因的黃鐵礦是指斑巖礦化階段形成并經(jīng)受淺成低溫?zé)嵋毫黧w改造形成的黃鐵礦，有斑巖型黃鐵礦的核及富Au、As和其他微量元素的黃鐵礦邊緣(圖6)。

圖6 Lihir金礦床復(fù)合成因黃鐵礦顆粒及相應(yīng)的LA-ICP-MS圖像(據(jù)Sykora et al., 2018)(a)復(fù)合成因型黃鐵礦中用NaClO蝕刻后的黃鐵礦的反射光顯微照片，以及砷在黃鐵礦上分布的LA-ICP-MS圖；(b)黃鐵礦邊緣的特寫(xiě)圖，突出顯示了細(xì)條帶狀邊緣，插頁(yè)顯示了沿LA-ICP-MS激光線微量元素含量示意圖(紅色與較大的圓點(diǎn)代表含量較高)；(c)鈷、鎳、金和鉛在復(fù)合成因型黃鐵礦顆粒中的LA-ICP-MS圖像Fig.6 Composite pyrite grains in the Lihir deposit and corresponding LA-ICP-MS images (after Sykora et al., 2018)(a) reflected-light microphotograph of NaClO etched pyrite. LA-ICP-MS image of As overlain on pyrite. Insert (b) outlines the area of the LA-ICP-MS analysis on this pyrite grain; (b) close-up view of rim of pyrite highlighting wispy zoned rims, partly truncated at edges. Insert shows schematic of higher values of trace elements (i.e., larger circles with hotter colors) along a LA-ICP-MS laser line; (c) LA-ICP-MS images for Co, Ni, Au, and Pb

淺部高品位淺成熱液礦化為主的區(qū)域，黃鐵礦顆粒全部富含砷和金，因此需要更長(zhǎng)的氧化和處理時(shí)間。而在深部的低品位硬石膏蝕變帶中，復(fù)合成因的黃鐵礦顆粒占主導(dǎo)地位，金僅沿黃鐵礦顆粒的邊緣富集，因此只需要經(jīng)受較短時(shí)間的氧化和浸出就可以釋放大部分金，此研究為降低氧化時(shí)間、節(jié)省成本提供了重要的理論依據(jù)。

3.1.3 卡林型金礦床

位于中國(guó)廣西的金牙卡林型金礦床中金的平均品位為6.27g/t，金的賦存形態(tài)為亞顯微金和顯微金。Zhou and Wang (2003)采用顯微金掃描、掃描電鏡、PIXE作圖、SIMS和RIMS研究表明，亞顯微金主要以毒砂(占金含量的77%)為載體，少量(約16%)賦存在富砷的細(xì)粒和微晶黃鐵礦中。PIXE作圖和“平坦”SIMS深度-濃度剖面顯示，亞顯微金在毒砂和黃鐵礦中均勻分布，表明金以固溶體金的形式存在而不是膠體金。顯微金以微米大小的自然金顆粒形式出現(xiàn)，占金含量的6%。雄黃和其他礦物中攜帶的金極少。對(duì)大量拋光礦石的系統(tǒng)掃描都未發(fā)現(xiàn)硫化物中存在包裹顆粒金。此項(xiàng)研究表明，礦床中金主要為硫化物中的亞顯微金，不易直接氰化，但可通過(guò)硫化物精礦浮選、預(yù)氧化處理后氰化回收。

3.1.4 IOCG型礦床

Fosteretal.(2007)通過(guò)巖相研究，化驗(yàn)數(shù)據(jù)和主要硫化物的LA-ICP-MS分析表明，Ernest Henry IOCG型礦床中幾乎所有的金都以自然金或銀金礦(95%～65% Au)的形式出現(xiàn)，針碲金銀礦和黃銅礦、黃鐵礦中的亞顯微金占比極少。自然金顆粒的粒度在<1～50μm之間，并且空間分布不均勻，大多數(shù)分布于微尺度集合體中。在拋光剖面中發(fā)現(xiàn)的76個(gè)自然金顆粒中，有55個(gè)與黃銅礦和黃鐵礦都有接觸。金主要與黃銅礦共生產(chǎn)于穿切黃鐵礦的微脈中，以及與黃銅礦接觸的黃鐵礦顆粒表面(圖7)。這種組合結(jié)構(gòu)可能與黃鐵礦的半導(dǎo)體效應(yīng)有關(guān)，因?yàn)榻鸬某恋砗艽蟪潭壬鲜苎趸€原控制，而含砷的黃鐵礦會(huì)顯示出p型電導(dǎo)性，會(huì)有利于金在黃鐵礦表面沉淀。考慮到Ernest Henry的選礦流程是優(yōu)先篩選自然金和黃銅礦，較大顆粒的金在研磨過(guò)程中可以較好地解離出來(lái)，當(dāng)自然金的粒度較細(xì)時(shí)，自然金可能會(huì)附著在黃鐵礦上進(jìn)入尾礦，導(dǎo)致不能有效回收，因此，研究金的結(jié)構(gòu)分布具有重要的冶金意義。

圖7 Ernest Henry礦床中黃鐵礦PIXE掃描圖(據(jù)Foster et al., 2007)該圖顯示了Au、As、Cu、Co四種元素在同一個(gè)黃鐵礦顆粒中的分布，其中自然金賦存在黃鐵礦(Py)顆粒中的富砷核心被一系列含黃銅礦(Ccp)的斷裂穿切位置Fig.7 Scanned PIXE maps of pyrite in the Ernest Henry deposit (after Foster et al., 2007)The maps for Au, As, Cu, Co in one pyrite grain, coarse gold developed where the arsenic-rich core of a pyrite (Py) grain is transected by a series of chalcopyrite (Ccp)-bearing fractures

3.1.5 斑巖-矽卡巖型銅金礦床

張一帆等 (2021) 對(duì)安徽新橋斑巖-矽卡巖銅金礦床的精礦粉進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，銅精粉中的Au、Ag含量較鐵精粉與硫精粉高很多，而有害的As元素則比硫精粉低(表3)。將三種精粉制成靶片后用TIMA分析其中的Au-Ag礦物，發(fā)現(xiàn)在銅精粉中有約占0.2%的金銀礦物，以輝銀礦和碲銀礦為主，粒徑在1～20μm之間，以及少量自然金和自然銀，粒徑在1～3μm之間，在鐵精粉和硫精粉中未發(fā)現(xiàn)金銀礦物。銅精粉中的自然金與自然銀皆被包裹在黃銅礦中，或與黃銅礦連生。新橋礦山的選礦流程是先浮選銅，后浮選硫，因此金可以隨黃銅礦浮選出來(lái)。據(jù)王中明(2000)研究，新橋的金呈微細(xì)粒包裹體與分散態(tài)存在于黃鐵礦中，占金含量的56.3%～58.9%，而據(jù)金洪良和王大偉(1993)研究，該礦床中金主要呈自然金和銀金礦包裹于黃銅礦和黃鐵礦中，兩人的結(jié)論截然相反。

表3 新橋礦床三種礦精粉中的部分元素含量(×10-6)Table 3 Partial element contents of three concentrate fines in Xinqiao deposit (×10-6)

本次研究表明，金銀明顯在銅精礦中更為富集(表3)，金在銅精粉中可以有效利用，銷售時(shí)可以折價(jià)計(jì)入銅精粉的價(jià)值中，硫精粉主要為化工用途，金無(wú)法回收也無(wú)法計(jì)價(jià)。新橋礦床的硫儲(chǔ)量有1.37億t，而銅儲(chǔ)量有50萬(wàn)t，金儲(chǔ)量123t(周濤發(fā)等, 2010)，金可以與銅一起較好地回收，反過(guò)來(lái)證明金很可能更傾向于與黃銅礦共生。還需要進(jìn)一步收集新橋尾礦的數(shù)據(jù)來(lái)證明此結(jié)論。新橋礦床近年來(lái)從露天開(kāi)采逐步轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，礦石類型相較于已發(fā)表研究的礦石，金銀賦存狀態(tài)可能有所變化。金在新橋礦床中的賦存狀態(tài)與富集機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

3.2 地質(zhì)冶金學(xué)對(duì)成礦過(guò)程的指示

阿拉斯加西南部的Pebble斑巖型銅金鉬礦床是世界上最大的斑巖礦床之一。該礦床的蝕變及礦化分帶明顯，不同的蝕變分帶中銅和金的品位不同，高級(jí)泥化帶具有較高的銅金品位，鉀化帶礦石量最多，品位中等，低品位礦石主要見(jiàn)于絹英巖化帶(Gregoryetal., 2013)。

基于QEMSCAN和原位LA-ICP-MS研究表明，不同蝕變分帶中的金賦存狀態(tài)差別極大：高級(jí)泥化帶中的金主要呈高純度金包裹體形式賦存在黃鐵礦和黃銅礦中；鉀化蝕變帶中的金以銀金礦包裹體形式賦存在黃銅礦及少量黃鐵礦中；絹英巖化帶中的黃鐵礦具有貧金的核部與富金的邊緣，該分帶的金主要以黃鐵礦邊緣高純度金包裹體形式存在。

金的賦存狀態(tài)變化反映了巖漿熱液溫度和組成在時(shí)間和空間上的波動(dòng)。蝕變礦物和硫化物組合以及金賦存狀態(tài)提供了巖漿熱液系統(tǒng)的熱液成分、pH值和溫度演化的信息，為成礦過(guò)程提供了一定的指示(Gregoryetal., 2013)。

早期高溫流體形成了鉀化蝕變，并且沉淀富銀金礦包體的黃銅礦和少量黃鐵礦(Py1)。流體溫度降低形成絹英巖化蝕變，沉淀貧金的黃鐵礦核部(Py2)，部分早期高溫黃鐵礦發(fā)生重結(jié)晶，形成了富金的黃鐵礦邊緣(Py3)(圖8)。后期經(jīng)歷相分離的巖漿流體上涌導(dǎo)致高級(jí)泥化蝕變疊加在原有的礦床之上，將更多的銅和金帶入系統(tǒng)，并將先前存在的含金硫化物重新結(jié)晶，形成富自然金包裹體的黃鐵礦(Py4)和黃銅礦，因此該分帶金品位最高。

圖8 Pebble礦床黃鐵礦LA-ICP-MS微量元素圖(據(jù)Gregory et al., 2013)激光光斑尺寸為10μm. (a)絹英巖化帶的樣品，黃鐵礦粒度為700μm×700μm，該黃鐵礦顆粒具有低Co含量的核部(Py2)和高Au含量的邊緣(Py3)；(b)鉀化蝕變帶中的黃鐵礦，粒度為450μm×600μm. 在較大的Py2顆粒內(nèi)有少量的Py1殘余，并具有高Au-As的晚期Py4邊緣. 元素圖以每秒計(jì)數(shù)顯示相對(duì)強(qiáng)度，較高的計(jì)數(shù)對(duì)應(yīng)較高的濃度Fig.8 Laser ablation ICP-MS trace element maps of pyrite in the Productura deposit (after Gregory et al., 2013)Laser spot size is 10μm. (a) sample from the quartz-illite-pyrite domain. Size of pyrite is 700μm×700μm. This pyrite grain has a lower Co pyrite-core (Py2) with a gold-rich pyrite (Py3) rim; (b) sample from the sodic-potassic domain. Size of pyrite is 450μm×600μm. This pyrite grain has small remnants of lower cobalt pyrite cores (Py1) within a larger higher cobalt pyrite grain (Py2) and with a higher Au-As pyrite (Py4) rim. Element maps show relative intensity in counts per second with higher counts corresponding to higher concentrations

Pebble礦床選礦采用浮選和重選法，富集黃銅礦和金，并抑制黃鐵礦浮選。在這種情況下，黃鐵礦中的金大部分流失到尾礦中。此項(xiàng)研究表明，不同的蝕變分帶應(yīng)當(dāng)采用不同的選礦策略，在絹英巖化帶和高級(jí)泥化帶中，黃鐵礦中的金含量較高，在選礦時(shí)應(yīng)充分考慮。

Pebble礦床的研究實(shí)例表明，地質(zhì)冶金學(xué)研究同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)和學(xué)術(shù)意義。了解金的賦存狀態(tài)可以改善工藝設(shè)計(jì)，提高金屬回收率，將帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，確定金屬運(yùn)移的地質(zhì)控制因素可改進(jìn)礦床模型，對(duì)設(shè)計(jì)勘探方案具有重要意義。

3.3 地質(zhì)冶金學(xué)的技術(shù)發(fā)展

3.3.1 利用VNIR-SWIR高光譜預(yù)測(cè)回收率和產(chǎn)量

近年來(lái)可見(jiàn)光-近短波紅外(VNIR-SWIR)高光譜成像系統(tǒng)在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域逐漸廣泛應(yīng)用，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為蝕變礦物的快速識(shí)別提供了理想的條件。由于不同的分子團(tuán)分子量和激發(fā)態(tài)不同，彎曲和伸展頻率不同，導(dǎo)致其在特定的波長(zhǎng)(即與其分子團(tuán)共振的波長(zhǎng)) 選擇性吸收電磁能，反映在VNIR-SWIR數(shù)據(jù)中則為不同強(qiáng)度不同波長(zhǎng)的吸收峰，即不同的礦物會(huì)對(duì)應(yīng)不同的吸收曲線，對(duì)于含羥基礦物、部分碳酸鹽礦物和硫酸鹽礦物具有非常好的區(qū)分效果(Hauff, 2008; 楊志明等, 2012)。

美國(guó)內(nèi)華達(dá)州Phoenix斑巖-矽卡巖型Au-Cu礦床研究中，使用自動(dòng)系統(tǒng)從炮孔樣品中收集VNIR-SWIR高光譜數(shù)據(jù)來(lái)表征樣品，可以預(yù)測(cè)礦床中金的回收率和產(chǎn)量(Johnsonetal., 2019)。Phoenix礦床中矽卡巖型礦石礦化類型多變，礦物組合復(fù)雜，對(duì)爆破、采礦、粉碎等工藝操作提出了重大挑戰(zhàn)。礦山人員發(fā)現(xiàn)礦物類型與磨機(jī)性能數(shù)據(jù)有良好的相關(guān)性，金和銅的回收率以及磨機(jī)產(chǎn)量和精礦質(zhì)量與硅酸鹽和硫化物的礦物學(xué)組成都息息相關(guān)。例如滑石、角閃石、綠泥石和白云母/伊利石的含量都會(huì)對(duì)礦石的有效回收造成影響，石榴石矽卡巖和輝石角巖會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成負(fù)面影響。之前礦山的礦物學(xué)數(shù)據(jù)均來(lái)源于爆破巖屑的人工編錄，而不同賦礦圍巖中的蝕變礦物通常粒度較細(xì)，顏色相似，因此在野外很難區(qū)分，給地質(zhì)工作人員人工編錄帶來(lái)了很大的困難。VNIR-SWIR高光譜成像系統(tǒng)可以對(duì)炮孔碎片的蝕變巖石進(jìn)行近實(shí)時(shí)礦物學(xué)數(shù)據(jù)采集和礦物豐度的半定量測(cè)定(圖9)，極大地提高了巖屑編錄的速度和準(zhǔn)確度。

圖9 Phoenix礦床矽卡巖化蝕變的炮孔碎片野外照片(a)和高光譜成像匹配算法結(jié)果(b)(據(jù)Johnson et al., 2019)百分比(%)指的是不同光譜礦物類別的像素面積百分比. 高光譜成像能夠?qū)⑽◣r蝕變進(jìn)一步細(xì)分為陽(yáng)起石矽卡巖、陽(yáng)起石綠泥石矽卡巖和陽(yáng)起石-絹云母矽卡巖Fig.9 Photograph (a) and hyperspectral imaging matching algorithm results (b) of blast hole (after Johnson et al., 2019)Percent (%) is the percentage of pixels classified as the varying spectral mineral classes. hyperspectral imaging is able to further subdivide alteration into actinolite, actinolite-chlorite, and actinolite-sericite skarn with variable biotite

研究人員利用磨機(jī)性能數(shù)據(jù)和從磨機(jī)樣品以及炮孔巖屑樣品中收集的VNIR-SWIR高光譜數(shù)據(jù)，與選礦結(jié)果相結(jié)合，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，建立預(yù)測(cè)金銅回收率、品位和產(chǎn)量的模型(Johnsonetal., 2019)。將炮孔樣品的VNIR-SWIR高光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用于模型，就可以計(jì)算預(yù)測(cè)的采收率和產(chǎn)量，結(jié)果表明，預(yù)測(cè)模型與實(shí)際開(kāi)采結(jié)果有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此項(xiàng)研究證明VNIR-SWIR高光譜成像技術(shù)不僅可以應(yīng)用于勘探級(jí)別的蝕變填圖，同時(shí)也可以直接建立蝕變礦物與冶金預(yù)測(cè)模型之間的有效聯(lián)系，通過(guò)分析炮孔樣品可以實(shí)時(shí)生成大量數(shù)據(jù)，是建立準(zhǔn)確的地質(zhì)冶金學(xué)模型的強(qiáng)有力工具。

3.3.2 通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算礦物組合

智利的Productura 斑巖Cu-Au-Mo礦床研究人員，使用巖心化驗(yàn)得到的多元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)合半定量X射線衍射(Q-XRD)得到的礦物學(xué)數(shù)據(jù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)巖心的礦物組合進(jìn)行定性和定量估算(圖10；Escolmeetal., 2019)。

圖10 使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法通過(guò)全巖化學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算出的Productura礦床蝕變與礦化分帶(據(jù)Escolme et al., 2019)(a)定性方法計(jì)算的蝕變分帶；(b)定性方法計(jì)算的礦化分帶；(c)定量方法的線性計(jì)算(LP)得出的粘土總量的分布圖；(d)定量方法的加權(quán)最小二乘法(WLSQ)得出的粘土總量的分布圖Fig.10 Alteration and mineralization zonation of Productura deposit calculated using whole-rock geochemical data (after Escolme et al., 2019)(a) alteration zonation calculated by qualitative approach; (b) mineralization zonation calculated by qualitative approach; (c) total clay map calculated by linear programming (LP); (d) total clay map calculated by weighted least squares (WLSQ) estimate

在定性方法中，根據(jù)主要蝕變組合，將Productora樣品分為多個(gè)蝕變組合，包括硅化、磁鐵礦化、鉀化、鈉化、絹云母化和泥化蝕變，以及相對(duì)新鮮巖性，按照主要硫化物礦物也同樣劃分出不同的礦化組合。將地球化學(xué)數(shù)據(jù)加上補(bǔ)充的QXRD數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算，可以對(duì)主要礦物組合進(jìn)行快速簡(jiǎn)單的分類，從而繪制出蝕變與礦化分帶圖。結(jié)果表明，通過(guò)定性方法的計(jì)算，可以顯著增加大量的可用礦物學(xué)數(shù)據(jù)量，快速、簡(jiǎn)單地評(píng)價(jià)主要礦物組合，并與實(shí)測(cè)的礦物學(xué)結(jié)果吻合。

定量方法主要使用了線性計(jì)算和加權(quán)最小二乘法，用于生成主要礦物相的可靠定量估計(jì)，除了幾種粘土和碳酸鹽礦物由于成分相似無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分外，其結(jié)果與測(cè)量的礦物學(xué)數(shù)據(jù)非常匹配。通過(guò)該方法，可以直接將化驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為礦物數(shù)據(jù)，得到主礦物相的含量，以及對(duì)選礦有害的粘土含量。對(duì)于礦山而言，極大地減輕了地質(zhì)人員的工作量，而且極為快捷準(zhǔn)確。

4 討論

4.1 地質(zhì)冶金學(xué)在金礦床中的應(yīng)用

綜上所述，地質(zhì)冶金學(xué)的思路和方法在礦山生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，它可以為地質(zhì)與采礦、選冶之間架起一座橋梁，使各個(gè)部門(mén)的人協(xié)同起來(lái)，為礦山帶來(lái)更好的發(fā)展。

本文列舉了幾種不同類型熱液金礦床的地質(zhì)冶金學(xué)研究實(shí)例，表明各類型礦床中金的礦石類型和賦存狀態(tài)有著較大的差異，對(duì)應(yīng)的選冶方法也有不同(侯凱等, 2014)，導(dǎo)致地質(zhì)冶金學(xué)研究的流程與側(cè)重點(diǎn)，以及需要解決的問(wèn)題都有很大的區(qū)別。在單個(gè)礦床中，金的賦存狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生空間上的變化，這種變化往往與礦石的礦物組合或者蝕變的變化相關(guān)，了解了這種變化就可以在采礦時(shí)就及時(shí)調(diào)整選礦策略，以保證金的回收率。

本文介紹了金的賦存狀態(tài)的常用分析方法及其實(shí)際實(shí)例，包括自動(dòng)礦物分析系統(tǒng)、LA-ICP-MS、PIXE等，還介紹了VNIR-SWIR高光譜和通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算礦物組合兩種新方法的應(yīng)用。這些方法從不同的維度豐富了地質(zhì)冶金學(xué)的信息獲取方法，加快了數(shù)據(jù)獲取速度，減少了人力物力投入，而且可以獲得傳統(tǒng)的工藝礦物學(xué)難以取得的參數(shù)，為地質(zhì)冶金學(xué)增添了新的思路，除此之外還有更多的新的方法需要科研人員與礦山工程人員共同開(kāi)發(fā)。

4.2 地質(zhì)冶金學(xué)在關(guān)鍵金屬研究中的應(yīng)用

關(guān)鍵金屬(Critical metals)和關(guān)鍵礦產(chǎn)資源(Critical minerals)是國(guó)際上近年來(lái)提出的新概念，是指對(duì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要的一類金屬元素及其礦床的總稱，其成礦特點(diǎn)和成礦機(jī)制研究已成為國(guó)際礦床學(xué)研究的熱點(diǎn)(謝桂青等, 2019; 蔣少涌等, 2019; 周濤發(fā)等, 2020)。絕大多數(shù)的關(guān)鍵金屬都屬于稀有金屬、稀土金屬、稀散金屬、稀貴金屬，簡(jiǎn)稱“四稀”元素(翟明國(guó)等, 2019)。許多關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)多為共、伴生礦產(chǎn)，普遍含量極低，且獨(dú)立礦物一般十分細(xì)小或沒(méi)有獨(dú)立礦物，因此研究其賦存狀態(tài)、分布特征與富集機(jī)制十分困難。如果將金的地質(zhì)冶金學(xué)方法運(yùn)用到關(guān)鍵金屬研究中來(lái)，可能會(huì)是解決關(guān)鍵金屬賦存狀態(tài)的好方法。

對(duì)于稀有稀貴等關(guān)鍵金屬，如果元素本身質(zhì)量較大(如鉑族元素等)，也可以采用重液分離和超級(jí)淘洗等預(yù)富集技術(shù)，再進(jìn)行礦物搜索，來(lái)提高搜尋含關(guān)鍵金屬礦物的效率，可以避免由于關(guān)鍵金屬在樣品中分布不均勻?qū)е芦@得的結(jié)果不夠全面。

為此，本文設(shè)計(jì)了關(guān)鍵金屬賦存狀態(tài)的研究流程和規(guī)范化表達(dá)，如圖11所示，以關(guān)鍵金屬Te為例，首先分析某礦床中礦粉中的全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)，得到Te的總含量，然后將礦粉制片，用TIMA進(jìn)行分析，可以直接統(tǒng)計(jì)Te的獨(dú)立礦物(如碲金礦、碲銀礦、自然碲等)，以及碲礦物的粒度、解離度、共生關(guān)系等信息。將TIMA識(shí)別出來(lái)的Te獨(dú)立礦物按含量反算回Te元素的含量，并用全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)的Te含量相減，就可以估算出分散在其他載體礦物中Te的含量。用LA-ICP-MS對(duì)其他載體礦物(如毒砂)中的Te元素進(jìn)行分析并統(tǒng)計(jì)，如果與計(jì)算得到的數(shù)據(jù)誤差在允許范圍內(nèi)，就可以認(rèn)為該數(shù)據(jù)代表礦床中Te的賦存狀態(tài)。

圖11 關(guān)鍵金屬Te的賦存狀態(tài)研究流程示意圖Fig.11 Simplified investigation procedure for deportment of critical metal Te

通過(guò)精細(xì)化的系統(tǒng)采樣，還可以在礦床尺度上建立起關(guān)鍵金屬的空間分帶模型，再輔以大量礦物學(xué)研究工作，就可以確定關(guān)鍵金屬沉淀時(shí)的成礦期次，總結(jié)其礦物組合與隨時(shí)間變化的特征。在詳細(xì)的關(guān)鍵金屬賦存狀態(tài)和礦床尺度時(shí)空分布特征研究的基礎(chǔ)上，將其與礦床的地質(zhì)成因模型有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就可以反過(guò)來(lái)為成礦機(jī)理研究提供大量數(shù)據(jù)，揭示出關(guān)鍵金屬在礦床中超常富集的機(jī)制。

4.3 地質(zhì)冶金學(xué)的發(fā)展前景

不同類型的金礦床中金及關(guān)鍵金屬元素的賦存狀態(tài)變化較大，往往需要運(yùn)用不同的研究手段。對(duì)不同類型金礦床建立和健全數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為基礎(chǔ)建立劃分各種類型礦石的工藝類型分類體系，可使選礦作業(yè)更加合理、科學(xué)和高效的運(yùn)行，為項(xiàng)目評(píng)價(jià)、可行性研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)提供系統(tǒng)的基礎(chǔ)，可能是接下來(lái)需要努力的一個(gè)方向。

除了文中提到的更先進(jìn)與便捷的儀器以外，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來(lái)將原有的單一數(shù)據(jù)與礦物學(xué)或巖石力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，使其可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦嘣⒏到y(tǒng)的數(shù)據(jù)，在近些年得到了更好的體現(xiàn)。這也從側(cè)面反映出地質(zhì)冶金學(xué)的兼容性，今后可以將更多不同維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，包括化學(xué)分析數(shù)據(jù)、礦物學(xué)組合、金賦存狀態(tài)、紅外光譜、巖石力學(xué)性質(zhì)、球磨機(jī)參數(shù)、巖石粉碎性能等，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)或大數(shù)據(jù)分析，尋找相關(guān)性，降低地質(zhì)冶金學(xué)研究的工作量，提高地質(zhì)冶金學(xué)模型的準(zhǔn)確度。除此之外，更為豐富的數(shù)據(jù)可以充分為礦山調(diào)度、采礦計(jì)劃與工藝和工程設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，地質(zhì)人員也可以從地質(zhì)冶金學(xué)成果中獲得充足的礦化、蝕變和構(gòu)造等信息，對(duì)礦床成因、礦化過(guò)程與控礦因素有更好的把握，或者開(kāi)發(fā)新的勘探工具和發(fā)現(xiàn)新的勘探指標(biāo)，為下一步找礦提供依據(jù)。

5 結(jié)論

(1)地質(zhì)冶金學(xué)將礦體的地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和礦物學(xué)特征與冶金性能聯(lián)系起來(lái)的交叉學(xué)科，研究目標(biāo)是從地質(zhì)的角度描述和理解礦體的多樣性和與之對(duì)應(yīng)的選冶參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)建立三維模型，為礦山規(guī)劃提供參考。

(2)不同類型的金礦床的地質(zhì)冶金學(xué)特征往往相差極大，通過(guò)對(duì)不同類型金礦床建立地質(zhì)冶金學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為基礎(chǔ)建立劃分各種類型礦石的工藝類型分類體系，是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。

(3)VNIR-SWIR高光譜、地球化學(xué)數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)等方法近年來(lái)在地質(zhì)冶金學(xué)上逐漸得到應(yīng)用，豐富了地質(zhì)冶金學(xué)的信息獲取方法，而且可以獲得傳統(tǒng)的工藝礦物學(xué)難以取得的參數(shù)，為地質(zhì)冶金學(xué)增添了新的思路。

(4)借鑒金的地質(zhì)冶金學(xué)方法對(duì)關(guān)鍵金屬礦床開(kāi)展研究，本文設(shè)計(jì)了關(guān)鍵金屬賦存狀態(tài)的研究流程和規(guī)范化表達(dá)，可以解決關(guān)鍵金屬含量低、礦物顆粒小等研究難點(diǎn)，為關(guān)鍵金屬元素的賦存狀態(tài)和富集機(jī)制等研究提供豐富的信息。

致謝感謝周有勤老師、孫藝博士在本文工作前期提供的很多想法，本文前期實(shí)驗(yàn)工作與西北大學(xué)宋文磊老師以及多位同學(xué)進(jìn)行過(guò)討論，感謝他們的無(wú)私交流。感謝新橋礦業(yè)有限公司提供的礦石精粉樣品。感謝審稿人李晶高級(jí)工程師與宋文磊博士對(duì)本文提出的寶貴意見(jiàn)。