陜西某含碳微細(xì)粒金礦石工藝礦物學(xué)研究

靳建平 韓躍新 雷大士 谷曉恬 楊 瑋

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819；2.西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安710054；3.西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院，陜西 西安 710055)

隨著高品位、易處理金礦資源的日益減少和枯竭，難處理金礦石(含碳、硫、砷等雜質(zhì)及微細(xì)粒金礦石)成為主要黃金生產(chǎn)資源，世界上30%的金礦屬難處理金礦[1-3]。含碳微細(xì)粒金礦具有碳質(zhì)含量高、金礦物粒度微細(xì)且被包裹的“雙重”難處理特性。我國(guó)的滇黔桂和陜甘川2個(gè)金三角地區(qū)蘊(yùn)藏著大量的含碳微細(xì)粒金礦石，其處理工藝受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4-6]。

工藝礦物學(xué)研究是制定礦石選冶工藝的重要依據(jù)，對(duì)礦石的高效開(kāi)發(fā)利用具有指導(dǎo)意義[7-9]，而關(guān)于含碳微細(xì)粒金礦石的詳細(xì)工藝礦物學(xué)研究方面的文章鮮有報(bào)道。本文采用光學(xué)顯微鏡、X射線(xiàn)衍射、SEM和EDS等分析手段對(duì)陜西秦嶺地區(qū)某含碳微細(xì)粒金礦石的工藝礦物學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析影響金回收的主要因素，為礦石分選工藝流程確定提供理論指導(dǎo)，為我國(guó)此類(lèi)難處理金礦石的開(kāi)發(fā)和利用提供借鑒。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)多元素分析

試驗(yàn)礦樣為陜西秦嶺地區(qū)某金礦原生礦石，對(duì)礦石進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果

注：其中Au、Ag含量的單位為×10-6。

由表1可知：礦石主要有用元素為金，品位為5.20×10-6；礦石銀品位為8.6×10-6，達(dá)到了綜合回收標(biāo)準(zhǔn)；礦石硫含量較低，但碳含量較高，達(dá)6.39%。

1.2 礦石主要元素物相分析

對(duì)礦石金和碳元素進(jìn)行化學(xué)物相分析，結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

表2 礦石金物相分析結(jié)果

表3 礦石碳物相分析結(jié)果

由表2可知，礦石中金主要呈裸露—半裸露金形式存在，分布率為38.27%，其次為硅酸鹽中金和硫化物中金，分布率分別為27.50%和20.38%，其余金存在于赤褐鐵礦和碳酸鹽中。

表3表明，礦石中以石墨碳和有機(jī)碳形式存在碳分別占總碳的23.47%和20.81%，這2種形式的碳將對(duì)礦石分選產(chǎn)生不利影響。

1.3 礦石礦物組成

對(duì)礦石進(jìn)行X射線(xiàn)衍射分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 礦石XRD分析結(jié)果

從圖1可以看出，礦石主要礦物為石英、白云石、方解石、石墨、絹云母、高嶺石和黃鐵礦。含量較低的礦物在XRD圖譜中無(wú)法顯示，因此利用蔡司偏光顯微鏡(型號(hào)：AxioScope.A1)，依據(jù)人工測(cè)定礦物含量方法(面測(cè)法)[9]，對(duì)礦石的組成礦物含量進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表4所示。

表4 礦石主要礦物含量分析結(jié)果

從表4可以看出：礦石中金屬礦物含量較低，主要是褐鐵礦、黃鐵礦，其次是釩鈦礦等；礦石有用礦物為自然金及輝銀礦；礦石非金屬礦物主要是石英，其次是白云石、方解石、絹云母、碳質(zhì)及石墨、重晶石等。

1.4 金礦物的化學(xué)成分分析

對(duì)金礦物進(jìn)行EDS能譜分析，確定金礦物化學(xué)成分，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 礦石金EDS能譜分析結(jié)果

由表5可知:4個(gè)能譜分析點(diǎn)Au的含量范圍為88.69%～100%，平均為94.86%；Ag的含量范圍為0%～11.31%。根據(jù)《巖金礦地質(zhì)勘查規(guī)范》[10]，礦石屬自然金礦石。

2 礦石中金的賦存狀態(tài)

從原礦樣磨制的40件光片中僅找到3粒自然金，且屬短徑均小于2.5 μm的微粒金，如果從原礦角度描述自然金的嵌布特征及粒度特征，代表性不強(qiáng)。為了進(jìn)一步查清金的賦存狀態(tài)，用浮選法對(duì)金進(jìn)行富集，將磨礦細(xì)度為-0.074 mm占80%條件下經(jīng)1粗1精浮選流程得到的浮選精礦(Au品位38.24×10-6)磨制10件砂光片，從中找到57粒自然金，具有較好的代表性，用偏光顯微鏡及掃描電子顯微鏡分析金的嵌布特征并總結(jié)其粒度特征。

2.1 金礦物的嵌布特征

礦石中金主要以獨(dú)立礦物自然金的形式存在，能譜分析結(jié)果表明，褐鐵礦、黃鐵礦、石英、碳質(zhì)、絹云母、重晶石中均不含分散金。礦石中金的存在形式比較復(fù)雜，主要為長(zhǎng)角粒狀，其次是枝杈狀、角粒狀，少量麥粒狀、尖角粒狀等。從選礦的角度劃分，浮選精礦中金的賦存狀態(tài)分為單體金、連生金和包裹金3種類(lèi)型。①單體金：浮選精礦中的金以單體金為主(見(jiàn)圖2)，約占75.45%，主要分布在0.005～0.01 mm粒級(jí)。②包裹金：金主要被包裹于褐鐵礦、碳質(zhì)、黃鐵礦、石英組成的碎屑中(圖3)，包裹金占13.77%，主要分布在0.005～0.01 mm粒級(jí)。③連生金：金與微粒黃鐵礦、碳質(zhì)連生(圖4)，連生金占10.78%，與碳質(zhì)硅質(zhì)板巖碎屑(碳質(zhì)和石英)連生的金占5.99%，與含碳硅質(zhì)板巖碎屑(石英、褐鐵礦及黃鐵礦)連生的金占4.79%，連生金嵌布情況見(jiàn)表6。

圖2 礦石中的單體金

圖3 金被褐鐵礦、石英和碳質(zhì)組成的碎屑包裹

圖4 金與黃鐵礦、碳質(zhì)連生

粒 級(jí)/mm與碳質(zhì)硅質(zhì)板巖連生體含量/%與含碳硅質(zhì)板巖連生體含量/%金分布率/%0005～00131931963900025～0005160160319-00025120000120合 計(jì)5994791078

2.2 金礦物的粒度特征

對(duì)浮選精礦(Au品位38.24×10-6)磨制砂光片，在顯微鏡及掃描電鏡下統(tǒng)計(jì)分析自然金粒度，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 浮選精礦中金礦物的粒度特征

注:參加統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)為57粒。

由表7可知：礦石中金礦物粒度均小于0.01 mm，為微粒金；0.005～0.01 mm粒級(jí)含量最多，占83.03%；-0.005 mm粒級(jí)占16.97%。

3 礦石主要共伴生礦物的賦存狀態(tài)

3.1 黃鐵礦

礦石中黃鐵礦含量約0.8%，嵌布粒度很細(xì)，粒徑0.005～0.03 mm，一般呈星散狀分布，可見(jiàn)自形—半自形粒狀或圓粒狀和草莓狀黃鐵礦，在部分碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中分布相對(duì)較多，有少量黃鐵礦沿褐鐵礦裂隙呈團(tuán)粒狀分布或分布在后期石英脈中，碎裂較強(qiáng)，褐鐵礦化。在褐鐵礦和石英粒間裂隙中有微粒黃鐵礦與自然金連生。

3.2 褐鐵礦

褐鐵礦在礦石中含量約1%左右，主要有2種嵌布特征：褐鐵礦呈蝕邊狀交代黃鐵礦或呈黃鐵礦假象，粒徑0.005～0.03 mm，呈星散狀分布；褐鐵礦呈他形粒狀嵌布，粒徑0.01～0.3 mm，沿硅質(zhì)巖裂隙分布，少量呈團(tuán)粒狀或細(xì)脈狀分布在硅化石英細(xì)脈中，褐鐵礦裂隙中有微粒金分布，少量微粒金包裹在褐鐵礦中。

3.3 碳質(zhì)及石墨

碳質(zhì)是礦石金氰化浸出過(guò)程中的主要有害成分，碳主要分布在含碳硅質(zhì)板巖及碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中。非晶質(zhì)碳主要呈塵點(diǎn)狀分布于含碳硅質(zhì)板巖中，部分呈他形粒狀與石英相均勻分布或呈紋層狀分布于碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中。石墨或半石墨主要呈鱗片狀或片狀分布于含碳硅質(zhì)板巖或碳質(zhì)硅質(zhì)板巖中，部分分布于硅化細(xì)脈中。石墨單晶主要沿含碳硅質(zhì)板巖或碳質(zhì)硅質(zhì)板巖呈板理片狀或透鏡狀分布，成分較純，在巖石中含量約為1%～3%。

3.4 石 英

石英是含量最高的非金屬礦物，約占66.0%，分布較為廣泛。部分金分布在石英粒間、石英與碳質(zhì)粒間，隱晶質(zhì)—微晶類(lèi)型的石英與金嵌布關(guān)系密切，較難解離。

4 影響金回收的礦物學(xué)因素

4.1 碳質(zhì)和黏土礦物含量高

4.2 自然金粒度微細(xì)

礦石中金主要以自然金形式存在，但粒度微細(xì)，以0.005～0.01 mm粒級(jí)為主。碳質(zhì)硅質(zhì)板巖和含碳硅質(zhì)板巖與金關(guān)系密切，其組成礦物主要是粒度細(xì)小的隱晶質(zhì)石英及碳質(zhì)，所以從選礦意義上自然金可能成為石英隱晶質(zhì)集合體包封的包裹金，或者石英碳質(zhì)集合體包封的包裹金，不利于金的回收。

4.3 自然金與碳質(zhì)或石英緊密共生

礦石中碳質(zhì)物粒度微細(xì)，呈0.01 mm左右的粒狀與石英緊密共生，均勻分布或紋層狀分布。自然金分布在石英粒間或石英與碳質(zhì)粒間，自然金與碳質(zhì)、石英都很細(xì)，從選礦角度分離碳質(zhì)和石英難度較大。

5 結(jié) 論

(1)陜西秦嶺某金礦石中有用礦物為自然金及輝銀礦，主要金屬礦物為褐鐵礦、黃鐵礦；非金屬礦物主要是石英，其次是方解石、白云石、絹云母、碳質(zhì)及石墨、重晶石等。礦石金品位為5.20×10-6,有機(jī)碳和石墨含量分別為1.33%和1.50%。

(2)礦石中自然金粒度微細(xì)，以0.005～0.01 mm粒級(jí)為主。金以單體金為主，占75.45%；連生金占10.78%，主要與碳質(zhì)硅質(zhì)板巖和含碳硅質(zhì)板巖碎屑連生；包裹金占13.77%，主要分布在含碳硅質(zhì)板巖碎屑中，由石英、褐鐵礦、絹云母組成。

(3)礦石中自然金粒度微細(xì)，以0.005～0.01 mm粒級(jí)為主；碳質(zhì)(有機(jī)碳和石墨碳)含量高、粒度細(xì)，且與石英等脈石礦物緊密共生；黏土礦物(絹云母、高嶺石)含量較高；部分微粒自然金被石英、碳質(zhì)、褐鐵礦及黃鐵礦等礦物組成的碎屑包裹，因此，礦石中金較難選別回收。

[1] 楊洪英,楊 立,佟琳琳,等.廣西金牙難浸金礦的工藝礦物學(xué)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007(8):1156-1158.

Yang Hongying，Yang Li,Tong Lingling，et al.Process mineralogy of refractory gold ore in Jinya，Guangxi Province[J].Journal of Northeastern University:Natural Science，2007(8):1156-1158.

[2] 董再蒸，韓躍新，高 鵬.卡林型金礦化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].金屬礦山，2015(12):92-97.

Dong Zaizheng，Han Yuexin，Gao Peng.Research status on chemical pre-oxidation for carlin-type gold ore[J].Metal Mine，2015(12):92-97.

[3] 陳紅軼，姚國(guó)成.難浸金礦預(yù)處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].金屬礦山，2009(9):81-83.

Chen Hongyi，Yao Guocheng，Research status and development of pretreatment technology for the refractory gold ore[J].Metal Mine，2009(9):81-83．

[4] 胡杰華，黃 麗.難浸金礦生物堆浸工藝若干控制要點(diǎn)淺析[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2013，21(1):78-81.

Hu Jiehua，Huang Li.A brief review on the effectiveness of control criteria and methods for gold bio-heap leaching technology[J].Gold Science and Technology，2013，21(1):78-81.

[5] 仝麗娟，張廣偉.工藝礦物學(xué)在選礦中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014(12):68-69.

Tong Lijuan，Zhang Guangwei.Application of process mineralogy in beneficiation[J].Modern Mining，2014(12):68-69.

[6] 付 強(qiáng)，李艷峰.江西利山金礦工藝礦物學(xué)研究[J].有色金屬:選礦部分,2013(S1):64-66.

Fu Qiang，Li Yanfeng.Process mineralogy of gold ore in Lishan，Jiangxi Province[J].Nonferrous Metals:Mineral Processing Section，2013(S1):64-66.

[7] 劉 璐，王守敬，卞孝東.靈寶某金礦石工藝礦物學(xué)研究[J].金屬礦山，2017(11)：112-114.

Liu Lu，Wang Shoujing，Bian Xiaodong.Study on process mineralogy of a gold ore from Lingbao[J].Metal Mine，2017(11)：112-114.

[8] 李治杭，韓躍新，高 鵬，等.硼鐵礦工藝礦物學(xué)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，37(2):258-262.

Li Zhihang，Han Yuexin，Gao Peng，et al.Research on processing mineralogical characterization of the paigeite ore[J].Journal of Northeastern University：Natural Science，2016，37(2):258-262.

[9] 孫永升，韓躍新，高 鵬，等.高磷鮞狀赤鐵礦石工藝礦物學(xué)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，34(12):1773-1777.

Sun Yongsheng，Han Yuexin，Gao Peng，et al.Study on process mineralogy of a high phosphorus oolitic hematite ore[J].Journal of Northeastern University：Natural Science，2013，34(12):1773-1777.

[10] 中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.巖金礦地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

Ministry of Land and Resources of the People’s Republic of China.Specifications for hard-rock gold exploration[S].Beijing:China Standard Press，2002.

[11] Tan H，F(xiàn)eng D，Lukey G C，et al.The behaviour of carbonaceous matter in cyanide leaching of gold[J].Hydrometallurgy，2005，78(3/4):226-229.

[12] Stenebr?ten J F，Johnson W P，Brosnahan D R.Characterization of goldstrike ore carbonaceous material(Part 1):chemical characteristics[J].Minerals & Metallurgical Processing，1999，16(3):37-43.

[13] Ofori Sarpong G，Osseo Asare K.Preg-robbing of gold from cyanide and non-cyanide complexes:effect of fungi pretreatment of carbonaceous matter[J].International Journal of Mineral Processing，2013，119(2):27-33.

[14] Katsumata H，Sada M，Kaneco S，et al.Humic acid degradation in aqueous solution by the photo-Fenton process[J].Chemical Engineering Journal，2008，137(2):225-230.

[15] Uyguner C S，Bekbolet M.Evaluation of humic acid photocatalytic degradation by UV-vis and fluorescence spectroscopy[J].Catalysis Today，2005，101(3/4):267-274.

[16] Rees K L，Deventer J S J V.Preg-robbing phenomena in the cyanidation of sulphide gold ores[J].Hydrometallurgy，2000，58(1):61-80.