內蒙古柴胡欄子金礦石的工藝礦物學研究

任 慧 劉 杰 呂 良 王 勛 張淑敏

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

金礦石是一種十分重要的礦產資源,是提取金的主要原材料。隨著社會的快速發展,金的需求也日益增加[1]。然而,金礦資源的貧化和相關環保政策的提出,使得金礦資源的開發和利用變得愈發困難[2-4]。內蒙古柴胡欄子金礦為典型的石英脈型金礦,選廠現階段采用全泥氰化提金工藝,該生產工藝產生的氰化尾渣對人體和生態環境都會造成極大危害。因此,有必要開發綠色環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研究是制定礦石選冶工藝的重要基礎,而現階段學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,鮮有對該地區金礦礦石工藝礦物學特性的研究報道,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,本試驗采用化學多元素分析、礦物自動分析儀分析(MLA)、掃描電子顯微鏡分析、能譜分析、光學顯微鏡分析等現代分析測試手段對該地區金礦的工藝礦物學特性進行詳盡的研究,明確礦石物質組成、粒度分布及主要礦物的嵌布特征,意在為企業后續無氰技術改造提供可行性論證依據。

1 礦石的物質組成

1.1 化學多元素分析

柴胡欄子金礦礦石主要化學成分分析結果如表1所示。

表1 礦石主要化學成分分析結果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行測定,結果如表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 礦石的結構和構造

2.1 礦石結構

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

2.2 礦石構造

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

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則粒狀,半自形晶型;部分黃鐵礦星點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,兩者有時呈連晶關系(圖1(b));部分極細粒黃鐵礦(-10μm)中存在銀金礦包裹體,不利于金的回收。黃鐵礦粒度分析結果(表3)表明:黃鐵礦+150μm粒級產率為53.38%,以粗粒分布為主,同時含有部分中細粒礦物。

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果(表4)表明:磁黃鐵礦粒度變化較大,各個粒級均有分布,其中細粒和微細粒級(75～10μm)占 38.66%,極細粒粒級(-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生影響,建議通過物理選礦方法預先除去。

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,部分石英以星點狀填充在云母粒間,嵌布粒度不均。

4 礦石中金的賦存狀態

4.1 銀金礦與其他礦物的嵌布關系

礦石中金的獨立礦物為銀金礦,但由于銀金礦含量低、粒度細,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系,以確定金的賦存狀態。分析銀金礦掃描電鏡結果(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,呈包含結構;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行分析,結果如表5所示。

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

從分析結果可以看出: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),主要產于基性礦物顆粒之間。基性礦物中常發育綠泥石、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 銀金礦嵌布狀態分析

銀金礦的SEM-EDS分析結果顯示: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,僅通過能譜分析無法準確測定金的含量。通過對銀金礦進行掃描電子顯微鏡分析(圖6),可以看出銀金礦多呈不規則狀和團窩狀分布(圖6(a)、(b)),粒度極細,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,呈細粒嵌布且部分與脈石礦物共生關系緊密的銀金礦會對金的選別產生較大影響。

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

4.3 銀金礦顆粒形態和粒徑分析

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

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

根據SEM高對比度背散射照片并結合二元圖像處理方法,共計分析有效數據973個,顆粒粒度分析結果見表6。統計結果表明:柱狀銀金礦約占總數的34.74%,接近圓形的不規則形狀的銀金礦約占65.26%。長軸/短軸小于6μm的礦物顆粒占統計總數的91.42%,礦物基本為短柱狀,長短軸比越大,礦物顆粒數越少。通過測量長短軸比,對礦物粒度進行了修訂計算,銀金礦的顆粒長軸方向長度主要在6 μm以下,占統計總量的91.78%。粒徑4μm以下的銀金礦顆粒,占統計總數的81.29%。其中粒徑為1～2μm的銀金礦占統計總量百分比最大,為32.89%。當粒徑大于5μm時,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,與脈石礦物共生關系緊密,采用一段式磨礦工藝顯然是無法達到單體解離的要求。同時,載金礦物黃鐵礦和黃銅礦過長時間的磨礦會造成載金礦物過磨和礦漿泥化嚴重等問題。因此,建議采用重選優先富集部分金礦,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,同時由于礦石中含有細粒單體銀金礦,重—浮聯合工藝更有利于穩定生產指標。綜合以上分析,通過選礦預富集可降低礦石損失,提高入選品位,增加可利用資源儲量,延長礦山服務年限;而無氰選礦工藝在保證生產指標前提下,可適應當下日益嚴格的環保政策,其經濟社會效益及推廣示范效應顯著,意義重大。

6 結 論

(1)該金礦石主要有價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)該金礦石的結構主要有自形—半自形結構、他形結構、包含結構及填隙結構,構造主要有塊狀構造、浸染狀構造及條帶狀構造。

(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,不易單體解離;銀金礦嵌布粒度細,無論采用何種工藝都需要較高的磨礦細度;礦石中存在石墨等劫金礦物,可能會對后續的浸出產生一定影響。

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