靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石工藝礦物學研究

張鳳予,張恒博,豆靖林,衛偉,劉冬,黃婷

摘要：以靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石為研究對象，系統分析研究了廢石的化學成分、礦物組成、結構構造、主要金屬礦物嵌布特征和賦存狀態等工藝礦物學特征。結果表明：金礦廢石潛在有用礦物為金、石英和長石，金以微細粒自然金為主，與黃鐵礦、方鉛礦和脈石礦物具有較高的相關度。在選礦工藝上，廢石富集金不宜采用重選工藝，可采用浮選等工藝；提取石英、長石的原則流程包括脫泥和磁選除鐵；而廢石作為砂石骨料利用前要進行除硫。該研究可為靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石選礦工藝選擇和實現廢石的資源化、無尾化，提高資源綜合利用率提供理論依據。

關鍵詞：金礦；廢石；微細粒；嵌布特征；工藝礦物學

中圖分類號：TD92文章編號：1001-1277（2023）05-0052-05

文獻標志碼：Adoi：doi：10.11792/hj20230513

引言

工藝礦物學是通過對礦物中元素或礦物賦存狀態和性質的系統研究，闡明其分布規律，指導和配合選礦研究和實際生產［1-2］，其是選礦工藝流程的基礎。黃草明等［3］對贊比亞穆利亞希銅礦區混合銅礦石的化學組成、礦物組成及嵌布特征等進行了系統研究，提出了先浮選回收硫化銅，然后回收氧化銅的建議流程。李美榮等［4］采用礦物定量檢測技術與工藝礦物學手段相結合的方法，對礦石進行工藝礦物學研究，在查明礦物賦存狀態的同時提出了采用重磁浮聯合選礦流程，實現有用元素和尾礦綜合回收的建議。

靈寶小秦嶺金礦區位于豫陜接壤的中低基巖山地區，面積約1 500 km2，是中國第二大黃金產區，經過30多年的開采，產生了大量的廢石［5］。這些廢石具有數量巨大、礦渣型泥石流隱患大、綜合利用率低、潛在經濟價值高等特點，廢石的堆積還造成了土地侵占、地形地貌景觀破壞、土壤污染和地質災害隱患。受近些年全球資源緊張和國際金融危機的影響，黃金等貴金屬的價格持續高漲，因此，對靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石資源利用的研究有著重要的現實意義。為此，本文對靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石進行了系統的工藝礦物學研究，包括化學組成、礦物成分、結構構造、主要金屬礦物嵌布特征和賦存狀態等，為提高礦產資源綜合利用率提供理論依據。

1化學成分與礦物組成

1.1化學成分

樣品采自靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石，從化學成分（見表1）來看，廢石中Au品位0.495 g/t（最低邊界品位1 g/t），仍具潛在利用價值；w（CaO+MgO）/w（Al2O3+ SiO2）=0.05，屬酸性巖石；SiO2品位達66 ％，Al2O3品位16.6 ％。結合鈉鉀鈣等物質含量，可初步判斷廢石為含石英長石硅鋁酸鹽巖石。

1.2礦物組成

樣品中金屬礦物主要為黃鐵礦（1.48 %），少量方鉛礦、磁鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、白鎢礦和針硫鉍鉛礦、硫碲鉍鉛礦、針硫鉍銅鉛礦、針輝鉍鉛礦、輝碲鉍礦。脈石礦物主要為石英、斜長石（32.02 %）、黑云母（9.85 %）、鉀長石（8.87 %）和絹云母（5.91 %），其次為方解石（1.97 %）、高嶺石（0.99 %），以及少量角閃石、綠泥石、綠簾石和榍石。從整體來看，暗色礦物含量較少，主要為金屬硫化物和氧化物，以黃鐵礦含量最高，金主要以自然金形式存在，石英相對含量為38.92 ％，長石相對含量為40.89 ％，具有提取價值，是潛在的有用礦物。

2礦石結構構造

2.1礦石結構

礦石結構包括自形粒狀結構、半自形粒狀結構、他形粒狀結構和交代結構。其中，少部分黃鐵礦見立方體和五角十二面體自形晶。部分黃鐵礦、磁鐵礦呈半自形粒狀結構。大部分黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦、鉍化物、碲化物等金屬礦物呈他形粒狀結構。交代結構見黃鐵礦被黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等礦物交代，方鉛礦被鉍化物、碲化物等礦物交代等。

2.2礦石構造

礦石構造主要有塊狀構造和浸染狀構造。塊狀構造多見于石英等造巖礦物構成的致密集合體。浸染狀構造是金屬硫化物和氧化物以星點狀分散且無定向嵌布于脈石礦物顆粒中，本樣品中金屬礦物集合體的粒徑一般小于2 mm，因此，又可稱為稀疏浸染狀構造。

3主要金屬礦物工藝特征

3.1金礦物

金礦物嵌布特征見圖1。圖1金礦物嵌布特征由圖1 可知，金主要以獨立礦物自然金形式存在。自然金在反射光下呈亮金黃色，高反射率，低硬度，均質性，他形粒狀。在原礦光片中發現自然金8粒，同時對原礦粉碎后進行重砂富集，制成砂光片后在偏光顯微鏡下觀察，發現自然金顆粒。對11粒自然金進行了粒度統計，粒徑0.003～0.163 mm，結果見表2。由表2可以看出，自然金主要為微細粒金。

3粒自然金顆粒能譜分析結果見表3。由表3可知，自然金中金的質量分數在97 %以上，含有鐵的類質同象體。通過對原礦中8粒自然金統計發現，自然金主要賦存于脈石礦物中（見圖1-b）），與方鉛礦、黃鐵礦也有較高的相關度；而重砂中發現的自然金主要包裹于黃鐵礦中（見圖1-a））。因此，自然金與脈石礦物、黃鐵礦和方鉛礦有較高相關度。

3.2黃鐵礦

黃鐵礦嵌布特征見圖2。

黃鐵礦是廢石中含量最多的金屬硫化物，也是主要的載金礦物，主要為半自形—他形粒狀，部分為自形晶體，在反光鏡下呈淺黃色，高反射率，高硬度，均質體。黃鐵礦常呈浸染狀、斑塊狀嵌布在脈石礦物粒間，顆粒較大，易解離。部分與閃鋅礦連生或包裹細小閃鋅礦顆粒，有時整體被閃鋅礦交代呈文象結構（見圖2-a、b、c、d）。少部分黃鐵礦顆粒間或裂隙中也見黃銅礦產出（見圖2-e）。

對黃鐵礦粒度進行統計，結果見表4。由表4可知，黃鐵礦粒度主要集中于0.073～0.579 mm，占比約80 %。黃鐵礦能譜分析結果見表5。從表5中可以看出，部分黃鐵礦中含少量Si元素。

3.3其他金屬礦物

1）方鉛礦。方鉛礦含量較少。光片中為純白色，無內反射，易磨光，但常具擦痕，因具3組解理而顯示特征的黑三角孔。其主要呈不規則粒狀分布在脈石礦物中，少量交代黃鐵礦（見圖2-a、d），與金的產出相關（見圖1-c））。方鉛礦能譜分析結果（見表6）顯示，方鉛礦大多含有類質同象元素，Pb被Fe、Ca等元素替代，S被Si元素替代。

2）磁鐵礦。磁鐵礦是礦石中含量最多的金屬氧化物，主要為半自形—他形粒狀。鏡下可見呈灰色微帶棕色，無多色性，無內反射，均質性，硬度高，一般不易磨光，具磁性。磁鐵礦主要呈浸染狀分布，在礦石中分布不均勻，部分礦石中含量較高，與生成的期次有關。

3）黃銅礦。黃銅礦含量較少，是銅的主要賦存礦物。鏡下呈銅黃色，均質性，硬度低，易磨光。主要為他形粒狀嵌布在脈石礦物中或與黃鐵礦連生，呈浸染狀分布。另見少量黃銅礦交代方鉛礦和閃鋅礦（見圖2-e）。個別自然金與黃銅礦具連生關系，是潛在的選礦目標。

4）鉍化物、碲化物。鉍化物、碲化物常與方鉛礦連生，多為后期交代方鉛礦產生。通過掃描電子顯微鏡和能譜分析，主要見針輝鉍鉛礦、針硫鉍銅鉛礦、針硫鉍鉛礦、硫碲鉍鉛礦和輝碲鉍礦等（見表7）。

5）白鎢礦。白鎢礦含量較少，是鎢的主要賦存礦物。光片中不易觀察，在薄片中無色，突起極高，干涉色最高為一級紅，同時具有發光性，常與脈石礦物連生。能譜分析（見表8）顯示其被少量Fe元素類質同象替代。

3.4金屬元素賦存狀態

1）金元素。對樣品進行金物相分析，結果見表9。從表9可知，金主要以獨立礦物自然金形式存在，主要有裸露及半裸露金、碳酸鹽礦物包裹金、銅鉛鋅硫化礦物包裹金、赤鐵礦包裹金、硫鐵礦包裹金、石英及硅酸鹽包裹金。

2）其他金屬元素。鉛：主要以獨立礦物方鉛礦及鉛的鉍化物、碲化物形式存在。鐵：主要以獨立礦物黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦等礦物存在，少量以類質同象形式分布在其他礦物中。銅：主要以獨立礦物黃銅礦形式存在。鉍、碲：主要以鉍化物、碲化物的形式存在。

4綜合利用方向

4.1金富集

廢石具有浸染狀構造和交代結構，具明顯的變質熱液成因特征，而其礦床類型為含金石英脈型。這類金礦床中含金礦物受熱液作用會以細粒狀充填于造巖礦物顆粒間。而金的賦存狀態和嵌布特征顯示，金以微細粒金為主的獨立礦物自然金形式存在，與脈石礦物、黃鐵礦和方鉛礦有較高相關度。由于金單質粒度小，需要破碎篩分，而對于包裹在硫化礦物中的金只需要硫化礦物單體解離即可，但是對于與脈石礦物連生金的磨礦細度就需要達到金的單體解離要求。廢石中金為熱液成因的巖金，與黃鐵礦等嵌連，不易徹底分離，所以不適宜采用重選工藝，可采用浮選等工藝。根據楊波等［6］對某金礦浮選尾礦的研究，造成金選礦損失的主要原因是石英和硅鋁酸鹽礦物中所含金粒度較細，難以回收。而該廢石金元素賦存狀態顯示，石英和硅鋁酸鹽礦物是主要載金礦物之一，所以需要盡可能將分散于石英和硅鋁酸鹽礦物中的細粒金分選出來。

4.2石英、長石提取

根據工藝礦物學特征，石英、長石是潛在有用礦物。由于礦樣為金礦廢石，含較多細泥，常規的銨類捕收劑對礦泥敏感，RNH3+易吸附于荷負電的礦泥顆粒表面，所以需要預先脫泥。一般來說，石英、長石的提取需要先脫除含鐵鈦的有害礦物，要求雜質中含Fe2O3小于0.002 %［7］，而廢石中含Fe2O3 3.94 ％，主要為磁鐵礦等，需要通過磁選脫除［8］，所以該廢石提取石英、長石的原則流程要包括脫泥和磁選除鐵。

4.3尾礦利用

在選礦的不同階段會產生不同的尾礦。目前來看，將尾礦制成建筑材料，是實現其大宗利用的主要手段，也是實現礦產資源化、無尾化的重要方法。金礦廢石經初步破碎及分選后可以制作砂石骨料。根據GB/T 14685—2011 《建設用卵石、碎石》［9］和GB/T 14684—2011 《建設用砂》［10］，研究區樣品有害物質限量中硫化物及硫酸鹽（按SO3質量計）為1.237 %（見表1），＞1 %，不符合建設用骨料標準。因此，該廢石和尾礦要除硫后才能作為砂石骨料利用。根據其化學成分和礦物組成特征，廢石及尾礦還可作為各類建材、陶瓷及釉料或陶粒、微晶玻璃等產品原材料［11-16］，實現綜合利用的同時提高其附加值。

5結論

1）靈寶小秦嶺金礦區金礦廢石潛在有用礦物為金、石英和長石，礦石結構為自形、半自形、他形粒狀和交代結構，礦石構造主要有塊狀構造和浸染狀構造。主要金屬礦物為黃鐵礦，還含有少量方鉛礦、磁鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等，脈石礦物主要為石英、斜長石、黑云母、鉀長石和絹云母。

2）金主要以自然金存在，以微細粒金為主，自然金與黃鐵礦、方鉛礦和脈石礦物具有較高的相關度，金的磨礦細度需要達到金的單體解離要求。金物相主要有裸露及半裸露金、碳酸鹽礦物包裹金、銅鉛鋅硫化礦物包裹金、赤鐵礦包裹金、硫鐵礦包裹金和石英及硅酸鹽包裹金。

3）廢石提取石英長石原則流程要包括脫泥和磁選除鐵。廢石及其尾礦作為砂石骨料利用前要除硫。此外，廢石還可作為各類建材或陶瓷及釉料或陶粒、微晶玻璃的原材料，實現綜合利用的同時提高其附加值。

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Process mineralogy study of the gold mine waste rock

in Xiaoqinling gold mining district，LingbaoZhang Fengyu1，2，Zhang Hengbo1，2，Dou Jinglin1，2，Wei Wei1，2，Liu Dong1，2，Huang Ting1，2

（1.No.1 Geology Team，Henan Bureau of Nonferrous Geology and Mineral Resources;

2.Henan Engineering Research Center for Non-ferrous Metal Mineral Exploration）

Abstract：Taking the gold mine waste rock in Xiaoqinling gold mining district in Lingbao as the research object，the process mineralogical characteristics of waste rock such as chemical composition，mineral composition，texture and structure，embedding characteristics，and occurrence state of main metal minerals are systematically analyzed.The results show that the potentially useful minerals of gold mine waste rocks are gold，quartz，and feldspar，and gold is mainly fine-grained native gold，which has a high correlation with pyrite，galena，and gangue minerals.For the mineral processing technology，gravity separation is not suitable for gold enrichment from the waste rock，and flotation can be used.The principle process of extracting quartz and feldspar includes desliming and magnetic separation to remove iron;the waste rock should be desulfurized before being used as a sand aggregate.This study can provide a theoretical basis for the research on mineral processing technology of the gold mine waste rock in Xiaoqinling gold mining district in Lingbao，realizing the recycling of waste rock，the goal of tailings-free mine，and improving the comprehensive uti-lization rate of resources.

Keywords：gold mine;waste rock;microfine grain;embedding characteristics;process mineralogy