江西石塢金礦床地質特征和金的賦存狀態及對選礦工藝的指示意義

饒崢, 趙立民, 潘永盛, 林忠良, 黃美俊, 郝斌斌, 劉義真, 巫志豪

(1.關鍵礦產資源勘查與開發江西省重點實驗室, 南昌 330009; 2.江西省核工業地質調查院, 南昌 330038)

石塢金礦床位于江西省德興市金山金礦田北部,金資源豐富,已提交金資源量35 t,達到大型規模,是礦田內第二大礦床。前人對石塢金礦床地質特征[1-2]、地球化學特征[3]等方面的研究表明,石塢金礦床類型為韌性剪切帶型,這類礦床的控礦因素及成礦機制都與韌性剪切帶有關[4-5]。在金礦床的研究中,金礦物是研究礦床最直接的對象。金礦物的賦存狀態是金在礦石中的存在形式,研究內容既包括金的物理狀態與化學形式,又體現金與載體礦物之間的關系[6]。金礦物的賦存狀態研究為其回收方法的確定提供了直接證據,對提高礦床資源利用效率具有重要的意義[7-8]。鑒于此,現選取該礦床主體礦帶產出的代表性礦石為研究對象,利用光學顯微鏡觀察、化學成分分析、X射線衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、掃描電鏡分析(scanning electron microscope,SEM)等手段,對石塢金礦床礦石特征、載金礦物的種類及金礦物的賦存狀態進行研究,探索影響回收金的礦物學因素,指導礦石選礦工藝,為礦床的綜合利用研究提供理論依據。

1 區域地質背景

石塢金礦床位于錢塘地體與江南地體接觸部位的贛東北蛇綠巖混雜帶之中[圖1(a)],夾持于樂安江走滑型剪切帶與茅橋蛇綠巖剪切帶之間,主要受到北東向的八十源—銅廠和江光—富家塢兩條與區域性深大斷裂方向一致的韌性剪切帶控制,地處欽杭結合帶東段北部萬年推覆體中金山推覆構造的中部位置[圖1(b)][9]。受到推覆變形影響,礦田沿北東方向發育四條小角度傾斜、呈疊瓦狀展布的次級韌性剪切帶,從南西往北東方向依次為金山口、西蔣—石碑、金山—朱林以及茅嶺(圖2)[10-11]。

圖1 金山金礦區域地質簡圖

圖2 金山推覆構造剖面示意圖[11]

德興地區主要為侏羅系的鵝湖嶺組和新元古界張村巖組兩套地層,其余大部分地層缺失,呈現出典型的雙元結構。上部為鵝湖嶺組凝灰巖,下部為張村巖組淺變質巖,二者呈不整合接觸[12]。張村巖組地層具有較高的Au背景值(25.5×10-9),這為德興地區金的富集和成礦提供了豐富的物質基礎,區域內絕大多數金礦床都產于張村巖組地層中,是區域內最主要的礦源層和容礦建造[13]。2017年隨著《中國礦產地質志·江西卷》的正式出版,對1∶50萬江西省地質圖部分地層進行了重新劃分,把贛東北蛇綠巖與石塢金礦區以南的新元古界雙橋山地層進行了合并,合并后統稱為張村巖組(片)[14]。

區域內巖漿活動較為頻繁,主要集中在燕山期和晉寧期,具有多期次多階段的特點。燕山期以中酸性-酸性侵入巖為主,晉寧期以蛇綠巖套和基性-中酸性侵入巖為主,侵入巖多以巖脈、小巖株的形式零星散布于區域內[12,15]。在金山金礦田范圍內巖漿活動較為微弱,還未發現有中酸性巖漿巖出露,金礦化可能與變安山玄武巖和凝灰質巖在空間上有密切關系[16]。

2 礦床地質特征

2.1 地層

圖3 石塢金礦床地質略圖

2.2 構造

礦區構造以韌性剪切帶為主,空間上包括兩條次級韌性剪切帶:西蔣—石碑(上)和金山—朱林(下)[17]。其次為褶皺構造,礦區位于北東向的石碑—西源嶺背斜的中段,整體呈現出較為平緩的特點,由于受到韌性剪切作用的影響,在局部地區可以看到撓曲現象的出現[3]。沿著背斜的軸部發育一條走向相同、傾向北西的斷裂構造,明顯地錯斷了礦化帶,屬于成礦后的構造[2]。

2.3 礦體特征

礦區內礦體受到次級韌性剪切帶控制,含礦地質體包括超糜棱巖—糜棱巖、千糜巖,與圍巖在空間上未見有明顯的邊界,可見S-C面理[圖4(a)]。按照動力變質的程度可以分為外帶和內帶,外帶巖石具有明顯的千糜巖化和糜棱巖化特征[圖4(b)],而內帶動力變質作用強烈,巖性為千糜巖、糜棱巖以及超糜棱巖[圖4(c)]。

圖4 韌性剪切變形構造及礦體特征

按照金品位>0.1 g/t指標圈定了金礦化帶(Ⅰ帶)的范圍,按照金品位>1 g/t指標圈定金礦體,其中V1為主礦體,占總資源量的80%以上,根據見礦工程結果,走向上控制長約850 m,傾向上控制延深約1 200 m。由于受到韌性剪切作用,使得礦體形態在走向和傾向上均以舒緩波狀延伸,以似層狀產出,連續性較好,如圖5所示。礦體厚度范圍0.8～30.70 m,平均厚度4.94 m,平均品位達到4.95 g/t。

圖5 石塢金礦剖面和水平斷面圖

2.4 礦石特征

2.4.1 礦石類型及結構構造

礦石顏色為灰色-灰綠色,按照礦石的產出狀態、結構構造及礦物共生組合,礦區內的礦石種類主要為(超)糜棱巖型,這類礦石在糜棱巖[圖6(a)]和超糜棱巖[圖6(b)]中均有產出,二者之間無明顯界限,空間上呈現出過渡漸變的特點,具有相似的礦物組成。

圖6 礦石樣品及鏡下照片

樣品的薄片鑒定在原國土資源部南昌礦產資源監督檢測中心完成,儀器為偏反光顯微鏡(ZEISS Scope.Al型)和偏光顯微鏡(Nikon ECLIPSE-E200型)。鏡下觀察表明,樣品的礦物形態以碎基和碎斑為主。糜棱巖中碎斑主要為長英質物質,含量約15%,由石英、斜長石及鉀長石組成,呈透鏡狀,粒徑范圍0.15～0.5 mm,其中石英具波狀消光,斜長石具微弱絹云母化,鉀長石具微弱泥化[圖6(c)]。碎基由經碾壓破碎的長英質組成,含量約65%左右,粒徑范圍0.01～0.03 mm,礦物間界限不清。薄片中可見多期熱液活動,以碳酸巖化、硅化為主。早期無礦階段,硅化石英呈透鏡狀,碳酸鹽脈經糜棱巖化作用呈腸狀變形。晚期階段硅化石英呈犬牙交錯狀產出,碳酸鹽顆粒結晶粗大,局部見綠泥石,伴隨黃鐵礦產出[圖6(d)]。

超糜棱巖經多次反復動力變質作用形成,經強烈糜棱巖化作用后疊加了碎裂作用,形成大小不等的碎塊、巖塊。由于碎裂作用,使得裂隙較為發育,后期被硅化石英、碳酸鹽及綠泥石填充,呈網脈狀分布。巖石中碎斑和碎基的礦物成分均為硅化石英,碎斑粒徑0.2～0.5 mm,含量約90%。碎基粒徑0.01～0.04 mm,部分已破碎成趨于隱晶硅質狀,動態重結晶明顯[圖6(e),圖6(f)],含量約10%,由于多期次動力作用,使其呈條帶狀分布。巖石硅化作用按照不同特征可以分為3個階段。早期階段硅化石英經強糜棱巖化,破碎強烈;中期階段硅化石英受弱糜棱巖化,呈透鏡狀變形,同時伴隨綠泥石及黃鐵礦產出,與礦化關系密切;晚期階段硅化石英呈犬牙狀,充填裂隙,未經糜棱巖化,無礦化。

礦石結構以糜棱和超糜棱結構為主,碎裂結構次之,及少量的乳滴狀結構等。礦石構造以浸染狀構造、塊狀構造及星點狀構造為主,其次為條帶狀構造及細脈-網脈狀構造等。

2.4.2 礦物組成及特征

利用多晶X射線衍射儀(D8 advance型)進行礦石的物相分析。結果顯示,金屬礦物中黃鐵礦含量最高(2.43%),其次為毒砂(0.35%),方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦等含量較低,有害元素As以毒砂的形式存在;脈石礦物中石英含量最高(40.95%),其次為白云母(24.5%)、綠泥石(10.77%)、鈉長石(14.18%)等。具體礦物組成及含量如表1所示。

表1 礦石礦物組成

(1)黃鐵礦。黃鐵礦為主要的載金礦物[18]。半自形-自形粒狀[圖6(g)、圖6(h)],其中大部分為半自形晶粒,反射光下顯黃白色-淺黃白色。根據鏡下特征,黃鐵礦的形成時期可以分為區域動力變質期和硅化-金礦化期兩個期次[圖6(i)]。區域動力變質期的黃鐵礦普遍受到韌性動力作用的影響,多呈透鏡狀及碎粒化[圖6(k)],顆粒較為細小,粒徑范圍0.01～0.05 mm,斷續脈狀浸染狀分布。少量粒徑較粗者粒徑可達0.1～0.2 mm,多呈稀疏浸染狀分布,碎裂結構發育[圖6(g)]。硅化-金礦化期晶體較為完整,稀疏浸染狀分布,多為半自形-自形粒狀,顆粒較大,粒徑范圍0.2～0.8 mm,且靠近熱液脈(石英、碳酸巖、綠泥石脈等)處顆粒往往變大。

(2)毒砂。毒砂為半自形粒狀,稀疏浸染狀分布,粒徑范圍0.1～0.4 mm。反射光下顯微帶黃色的亮白色,可見輕微破碎[圖6(k)]以及與黃鐵礦共結邊同時生成,構成連晶[圖6(h)],局部少見。

(3)黃銅礦。黃銅礦為不規則粒狀[圖6(j)],顆粒較為細小,粒徑范圍0.05～0.1 mm。反射光下顯銅黃色,星點浸染狀分布,可見局部富集現象,沿裂隙呈斷續脈狀浸染分布,局部交代黃鐵礦。

(4)閃鋅礦。閃鋅礦為不規則粒狀,粒徑范圍0.1～0.25 mm。反射光下顯灰褐色,分布較少,僅局部可見。其中部分含乳滴狀黃銅礦[圖6(j)]為固溶體分離的產物。

(5)方鉛礦。方鉛礦為不規則粒狀,粒徑范圍0.05～0.1 mm。反射光下顯亮白色,僅在局部脈石礦物顆粒的間隙之中少量分布。可見磨痕呈褶邊狀,晶體見三角孔構造[圖6(l)]。

根據《江西省德興市石塢礦區金礦勘探報告》[19]中對于這些硫化物粒徑分布的統計結果表明,主要的載金礦物黃鐵礦的粒徑集中分布于0.04～0.4 mm范圍,毒砂的粒徑集中分布于0.04～0.3 mm范圍,其他硫化物的粒徑同樣集中在0.04～0.3 mm范圍。

2.4.3 化學成分

利用Optima 8000型號電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)分析礦石的化學成分。分析結果表明,礦石中金的品味為3.36 g/t,是最主要的有用組分,其余有用組分含量較低,未達到能夠綜合回收利用的標準。有害元素主要為As,其品位為0.26%。碳、硫含量較低,分別為0.57%和0.67%,礦石工業類型屬于貧硫化物型金礦石,礦石具體化學成分分析結果如表2所示。

表2 礦石化學成分分析結果

3 金礦物分析

在偏反光顯微鏡下能夠看到金礦物的存在[圖6(m)～圖6(p)],但是很難區分其形態和種類。因此,利用場發射掃描電子顯微鏡(Nova NanoSEM 450型號)對礦石中金礦物的微觀形態進行觀察和統計學研究,同時借助牛津X-Max 20能譜儀對金礦物的種類進行進一步的識別。

3.1 金礦物的賦存狀態及特征

金礦物在偏反光顯微鏡下呈現出亮金黃色,形態為尖角粒狀、線粒狀、麥粒狀等。由于金礦物的延展性較好,部分處于巖石應變強烈處的金礦物會以長條狀形式產出。礦石中金礦物很少出現以單體顆粒的形式出現,主要的賦存狀態與黃鐵礦、毒砂以及石英等礦物具有較為密切的關系。

鏡下觀察結果顯示,礦石中金礦物的賦存狀態包括裂隙金[圖7(a)、圖7(b)]、粒間金[圖7(c)]和包裹金[圖7(d)],分別占礦物中總金的64.92%、23.99%及11.09%,具體統計結果見表3。主要以粒間金和裂隙金兩種形式產出,其中裂隙金的占比最高,主要表現為以線狀充填于黃鐵礦裂隙之中,占比61.32%,只有少量充填于白云母、石英等脈石礦物裂隙之中,占比3.6%;其次為粒間金,表現為金礦物沿著一種或多種伴生礦物顆粒充填,占比23.99%,主要分布在黃鐵礦和石英顆粒之間,少量分布在毒砂、黃鐵礦與其他礦物顆粒之間。

表3 金礦物物相分析結果

Py為黃鐵礦;Sp為閃鋅礦;Au為金;Qtz為石英;Apy為毒砂

包裹金分為硫化物中的金和硅酸鹽礦物中的金兩種,表現為金礦物以不規則粒狀被包裹于硫化物和硅酸鹽礦物之中。這類金礦物主要被黃鐵礦、毒砂以及黃銅礦等硫化物包裹,占比約9.95%,其他極少數存在于石英及其他硅酸鹽礦物之中。

統計結果可以看出,金礦物與其他礦物的緊密程度由強到弱分別為黃鐵礦>石英>毒砂>其他脈石礦物。礦石中90%左右的金礦物都與黃鐵礦存在較為緊密的關系,黃鐵礦是礦區中金礦物的重要載體。

挑選了30粒顆粒較大的金礦物(包括裂隙金18粒、粒間金8粒、包裹金4粒)進行能譜分析。結果表明,金礦物中Au含量為88.81%～97.32%,Ag含量為2.68%～11.19%,具體分析結果見表4。 這些金礦物按照分類標準均屬于自然金[20]。

3.2 金礦物的粒度

自然金按照粒度大小可以分為6個級別,分別為次顯微金(<0.005 mm)、微粒金(0.005～0.01 mm)、細粒金(0.01～0.037 mm)、中粒金(0.037～0.074 mm)、粗粒金(0.074～0.295 mm)、巨粒金(>0.295 mm)。根據鏡下觀察和統計,金礦物的粒度主要為細粒金,占金礦物總數的57.24%;其次為微粒金,占比27.01%;還含有少量的次顯微金和中粒金,分別占比10.32%和5.43%,如圖8所示。礦石中金礦物主要為細粒金和微粒金,粒徑分布范圍0.005～0.037 mm。此外,金礦物的粒度與其賦存狀態也存在一定的關系,其中次顯微金主要以包裹金的形式存在,細粒金和微粒金主要以裂隙金的形式存在,中粒金主要以粒間金的形式存在。

圖8 金礦物的粒度分布圖

4 綜合回收金的選礦工藝

4.1 影響金回收的礦物學因素

礦石中金礦物的粒度大小是確定選礦方法和選擇磨礦細度的主要依據[21-22]。物相分析結果如下。

(1)金礦物主要以裂隙金及粒間金的形式賦存,粒度范圍主要分布于0.005～0.03 mm,分布率為88.91%,這一粒級金礦物的綜合回收適宜采用浮選工藝。

(2)礦石中95%左右的金礦物的嵌布都與硫化物關系較為密切,這些金礦物在適當磨礦條件下,采用全硫化物浮選的方法能夠較好地進行富集和回收。

(3)礦石中有1.14%的金礦物以包裹金的形式存在于硅酸鹽礦物中,這部分金礦物容易在全硫化物浮選過程中損失。

(4)礦石中有10.32%的金礦物為粒徑小于0.005 mm的次顯微金,這部分金礦物多以包裹金和粒間金的形式存在,通過磨礦也較難使其單體解離或裸露出來,容易隨著包裹礦物的去向損失。

(5)礦石中約5%的金礦物與毒砂關系密切,這部分金礦物容易在降低金精礦中砷含量的過程中損失。

4.2 選礦工藝實驗

礦石中硫化物的粒徑主要集中分布在0.04～0.4 mm范圍,為最大限度提高石塢金礦床選冶效益,對礦石進行了磨礦細度試驗。結果顯示,在0.074 mm的磨礦細度達到75%的情況下,可以使礦石中大部分被硫化物及少量被脈石礦物包裹的金礦物裸露或半裸露。

自然金具有一定的疏水性,浮選工藝回收效果較好,同時易被黃藥類捕收劑捕收吸附[23-25]。因此,在選礦工藝上可以添加長鏈黃藥加以浮選,可實現金礦物的綜合回收。藥劑種類和用量試驗顯示,在0.074 mm的磨礦細度達到75%、礦漿濃度為33%的情況下,使用碳酸鈉作為pH調整劑(用量300 g/t)、異戊基鈉黃藥+丁銨黑藥4∶1作為捕收劑(用量100 g/t)、2號油作為起泡劑(用量24 g/t)、浮選時間累計不少于14 min能夠使金的回收率達到最高。

在磨礦細度試驗、閉路試驗、開路試驗、藥劑用量試驗等基礎上,對比研究了“兩粗-兩掃-兩精-中礦順序返回”常規浮選、“尼爾森重選-重選尾礦浮選”及“快速浮選-快浮尾礦再浮選” 3種工藝,最終 “快速浮選-快浮尾礦再浮選”工藝金回收率最高(93.89%),具體流程如圖9所示。

圖9 推薦工藝流程圖

“快速浮選-快浮尾礦再浮選”工藝優勢體現在3個方面。一是具有較高的精礦回收率,閉路尾礦中金的品位明顯低于前兩種工藝;二是采用該工藝處理原礦樣,通過開路快速浮選即可獲得金精礦產品,且回收率能夠達到75%左右,符合“能收早收”的浮選原則。與常規浮選流程相比,避免了目的礦物在浮選體系里循環打轉,有利于現場調控,穩定浮選指標;三是該工藝的浮選藥劑成本較低。

5 結論

(1)石塢金礦床礦石中金屬礦物以黃鐵礦為主,毒砂次之,有害元素As以毒砂的形式存在;脈石礦物以石英為主,其次為白云母;金礦物只有自然金一種。

(2)礦石中金礦物以粒間金、包裹金和裂隙金的形式存在,分別占礦石中總金的23.99%、11.09%及64.92%,主要以粒間金和裂隙金兩種形式產出,主要表現為填充于黃鐵礦裂隙中或充填于黃鐵礦、毒砂于其他礦物晶粒之間。金礦物與其他礦物的緊密程度由強到弱分別為黃鐵礦>石英>毒砂>其他脈石礦物,其中90%左右都與黃鐵礦存在較為緊密的關系。

(3)礦石中的金礦物根據粒度可以分為次顯微金、微粒金、細粒金、中粒金,分別占比10.32%、27.01%、57.24%和5.43%,以微粒金和細粒金為主,粒徑范圍分布于0.005～0.037 mm;黃鐵礦、毒砂等硫化物粒徑分布在0.04～0.4 mm范圍,黃鐵礦略粗于其他硫化物。

(4)礦石中95%左右的金礦物的嵌布都與硫化物關系較為密切,在0.074 mm的磨礦細度達到75%的情況下通過加長鏈黃藥進行全硫化物浮選,可以較好地對金礦物進行富集和回收。在磨礦細度試驗、閉路試驗、開路試驗、藥劑用量試驗等基礎上,對比研究3種工藝,最終“快速浮選-快浮尾礦再浮選”工藝效果最佳。