黃金尾礦綜合利用聯(lián)合選礦試驗(yàn)研究*

王建磊 安峰文 彭少偉 盧 昊 李 軍 李會建 張金慶

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600) (2 山東省磁力應(yīng)用技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 濰坊 262600)

國內(nèi)多個黃金主產(chǎn)區(qū)，經(jīng)過幾十年的排放積累，尾礦庫占據(jù)著大量寶貴的土地資源，尾礦中殘留的選礦藥劑還會對周邊土壤、空氣、植被、地下水造成嚴(yán)重的污染，地勢較高的尾礦庫對下游居民的生命和財產(chǎn)構(gòu)成安全隱患[1～3]。

選礦廠通常采用以下幾種措施來實(shí)現(xiàn)對尾礦庫的維護(hù)或再利用：①采用加固壩堤、覆土植被的方式來保證尾礦庫安全；②將黃金尾礦篩分，細(xì)泥排尾、中細(xì)砂用作建材；③將黃金尾礦回填至礦山的采空區(qū)。這些改造措施均存在綜合利用程度和利用價值較低的問題[4～5]。

黃金礦石選礦一般采用破碎、磨礦、分級、浮選的流程，載金硫化礦物絕大部分被選出。尾礦中主要礦物成份為石英、長石、方解石，以及少量的機(jī)械鐵、氧化鐵、氧化鈦、硅酸鐵、硫化鐵等雜質(zhì)[6～7]。黃金尾礦粒度范圍一般為-0.074 mm 50%～70%，粒度較均勻，含有少量的細(xì)泥，主化學(xué)成分SiO2含量為66%～76%，K2O+Na2O為7%～12%、Al2O3含量為10%～16%，主要雜質(zhì)Fe2O3含量為1%～3%、TiO2含量為0.1%～0.3%、CaO含量為0.12%～1.0%，黃金尾礦1 200 ℃白度結(jié)果為5%～20%。不同的選礦廠產(chǎn)出的尾礦成份存在一定差異，部分尾砂SiO2含量較高、或含有鋰輝石、絹云母等，大部分屬于長石-石英型偉晶巖礦類型，具有一定的再利用價值[8～11]。

筆者以山東煙臺地區(qū)浮選黃金尾礦為研究對象，通過多次試驗(yàn)探索，選擇篩分、脫泥、重選、弱磁選、強(qiáng)磁選等聯(lián)合選礦工藝流程，最終產(chǎn)出長石精礦、黃金粗精礦、鐵精礦、建筑砂、水泥或陶瓷骨料、建材砂等產(chǎn)品，該工藝流程可提高廢棄浮選黃金尾礦的綜合利用率，同時減少尾礦庫容并創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益[12]。

1 礦石性質(zhì)

試樣取自山東煙臺某黃金選礦廠，取樣地點(diǎn)為選廠尾礦溢流和尾礦庫。原礦多元素分析結(jié)果見表1和表2；礦物組成分析見表3和表4。

表1 溢流尾礦多元素分析結(jié)果(%)

表2 尾礦庫樣品多元素分析結(jié)果(%)

表3 溢流尾礦礦物組成及相對含量(%)

表4 尾礦庫樣品礦物組成及相對含量(%)

由多元素分析結(jié)果可以看出，該黃金尾礦屬于低品位鉀鈉長石類型，主要有害元素為鐵、鈦、鈣，含有少量硫化物。由礦物組成分析結(jié)果可知，該金尾礦屬于長石-石英偉晶巖類型，主要雜質(zhì)為褐鐵礦、鈦鐵礦、綠簾石、輝石等含鐵礦物，主要有價礦物為長石和少量的機(jī)械鐵及自然金等。

2 選礦試驗(yàn)

表5 溢流尾礦粒度分析結(jié)果

2.1 原礦粒度組成分析

對選礦廠溢流的尾礦樣和尾礦庫礦樣分別進(jìn)行+0.370、-0.370+0.150、-0.150+0.074、-0.074+0.043、-0.043 mm五個粒級的粒度篩分分析，考察了各粒級的產(chǎn)率，對各粒級中的SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3、TiO2含量進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表5和表6。

表6 尾礦庫粒度分析結(jié)果

選廠溢流尾礦樣品中，+0.370 mm粗粒和-0.043 mm細(xì)泥分別占16.76%和28.38%，主元素成分鉀鈉硅鋁在-0.370+0.043 mm粒級含量高于+0.370 mm粗粒和-0.043 mm細(xì)泥，有害雜質(zhì)Fe2O3、TiO2呈均勻分布。-0.043 mm細(xì)泥中的雜質(zhì)呈微細(xì)粒存在，+0.370 mm粗粒中的雜質(zhì)呈連生體存在，-0.370+0.043 mm中粒級的雜質(zhì)解離度較好，但還有部分呈包裹體存在。雜質(zhì)在粗、中、細(xì)粒均勻分布的原礦性質(zhì)直接影響到長石精礦品質(zhì)的提高。

尾礦庫樣品中+0.370 mm粗砂產(chǎn)率為23.62%，高于選廠溢流樣品；-0.043 mm細(xì)泥產(chǎn)率為8.16%，低于選廠溢流樣品；主元素鉀鈉硅鋁在-0.150+0.043 mm粒級含量高于+0.370 mm粗粒和-0.043 mm細(xì)泥，F(xiàn)e2O3、TiO2等雜質(zhì)含量較溢流尾礦高，這是因?yàn)槲驳V在排放至尾礦庫時受沖積作用力，大顆粒礦物及比重大的礦物優(yōu)先沉積。

2.2 磁重聯(lián)選試驗(yàn)

參考黃金尾礦兩種礦樣的性質(zhì)，本試驗(yàn)研究主要內(nèi)容包括：①原礦強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)；②脫泥+磁選除雜試驗(yàn)；③篩分+磁選除雜試驗(yàn)；④篩分+脫泥+磁選試驗(yàn)；⑤篩分+脫泥+分級磁選試驗(yàn)；⑥篩分+脫泥+重選+磁選試驗(yàn)；⑦篩分+脫泥+重選+分級磁選試驗(yàn)；⑧全流程試驗(yàn)。分別對比不同的選礦工藝流程對兩份礦樣的選別效果。

2.2.1 原礦強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)

煙臺地區(qū)黃金選礦廠經(jīng)破碎、磨礦、浮選后尾礦粒度一般為-0.074 mm占50-60%，粒度較均勻，粗砂量較少，含有一定量的細(xì)泥，采用強(qiáng)磁選分選出合格長石精礦產(chǎn)品，可降低尾礦排放量并增加選廠經(jīng)濟(jì)效益。選擇板式強(qiáng)磁選機(jī)和立環(huán)高梯度磁選機(jī)對選廠溢流尾礦和尾礦庫樣品分別進(jìn)行除雜試驗(yàn)，主要目的是通過強(qiáng)磁選去除褐鐵礦、鈦鐵礦、綠簾石、輝石、云母等染色含鐵鈦雜質(zhì)，以提高主產(chǎn)品長石精礦的品質(zhì)。

表7 原礦強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)結(jié)果

兩份礦樣配制礦漿濃度為25%，經(jīng)1.0 T板式磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)、1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)三次強(qiáng)磁選，工藝流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖1 原礦強(qiáng)磁選除雜試驗(yàn)流程

溢流尾礦樣經(jīng)強(qiáng)磁選除雜流程后，1 200 ℃白度結(jié)果由8.62%提高為20.63%；尾礦庫樣1 200 ℃白度結(jié)果由10.87%提高為24.16%。試驗(yàn)結(jié)果說明強(qiáng)磁除雜流程適用于此類黃金尾礦，但此流程所得精礦產(chǎn)品的白度過低，市場應(yīng)用價值不大。影響因素主要有礦樣中存在過粗及過細(xì)顆粒，其存在的褐鐵礦、鈦鐵礦、綠簾石、輝石、云母等雜質(zhì)較難去除，應(yīng)進(jìn)一步改善流程以提高長石精礦白度。

2.2.2 脫泥+磁選除雜試驗(yàn)

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，細(xì)泥中含褐鐵礦、鈦鐵礦、綠簾石、輝石、云母等染色雜質(zhì)，且較難去除，嚴(yán)重影響長石精礦的白度，故采用脫泥斗分別去除200目、250目、300目細(xì)泥，粗粒級黃金尾礦進(jìn)行磁選試驗(yàn)，工藝流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 脫泥+磁選除雜試驗(yàn)結(jié)果

圖2 脫泥+磁選除雜試驗(yàn)流程

兩份試樣經(jīng)200目、250目、300目脫泥后經(jīng)1.0 T板式磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)、1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)三次強(qiáng)磁除雜流程。結(jié)果表明：黃金尾礦粒度越細(xì)，長石精礦的產(chǎn)率越高，白度越低，長石精礦的白度與物料中的SiO2含量有關(guān)，SiO2含量越高，長石精礦的白度越高。與不脫泥直接磁選除雜相比，脫泥后磁選的選礦工藝有利于提升長石精礦品質(zhì)。

圖3 篩分+磁選除雜試驗(yàn)流程

2.2.3 篩分+磁選除雜試驗(yàn)

兩份礦樣以20目(0.80 mm)篩選出粗粒砂，篩下產(chǎn)品配成25%的礦漿濃度，分別經(jīng)1.1 T板式磁選機(jī)+1.1 T立環(huán)磁選機(jī)+1.4 T立環(huán)磁選機(jī)三次強(qiáng)磁選除雜流程，工藝流程見圖3，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 篩分+磁選除雜試驗(yàn)結(jié)果

由表9可知，溢流尾礦中+20目粗砂含量較少，尾礦庫樣中+20目粗粒砂較多。這部分粗砂最大粒徑可達(dá)2～5 mm，易造成磁選介質(zhì)的堵塞而影響生產(chǎn)并產(chǎn)生磁尾帶料多的現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，原礦篩分去除粗砂對于提升長石精礦品質(zhì)的效果不明顯，但為避免粗顆粒造成磁選機(jī)介質(zhì)的堵塞，應(yīng)預(yù)先篩分去除。

2.2.4 篩分+脫泥+磁選除雜試驗(yàn)

溢流尾礦和尾礦庫樣分別先以20目(0.80 mm)去除粗砂，以脫泥斗脫除300目(0.050 mm)以下細(xì)泥質(zhì)，經(jīng)1.1 T板式磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)、1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)3次強(qiáng)磁除雜對比篩去粗粒和脫除細(xì)粒后的樣品除雜效果。工藝流程見圖4；試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 篩分+脫泥+磁選試驗(yàn)結(jié)果

圖4 篩分+脫泥+磁選試驗(yàn)流程

兩份尾礦樣經(jīng)篩分+脫泥+強(qiáng)磁選除雜后，F(xiàn)e2O3、TiO2等雜質(zhì)含量明顯降低，白度分別提高至39.65%和42.46%，說明去除粗粒級和細(xì)泥的物料再經(jīng)磁選除雜流程，能有效提高長石精礦的品質(zhì)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)磁選除雜時，黃金尾礦的粒度范圍對長石精礦品質(zhì)有較大影響，故進(jìn)行不同粒級黃金尾礦相同磁選條件下的對比試驗(yàn)，以確定合適的入選物料粒度范圍。

2.2.5 篩分+脫泥+分級磁選試驗(yàn)

溢流尾礦和尾礦庫樣分別先以20目(0.80 mm)去除粗砂，以脫泥斗脫除300目(0.050 mm)以下細(xì)泥質(zhì)，以80目、160目篩分出-20+80目、-80+160目和-160+300目三種粒度產(chǎn)品，再分別經(jīng)1.1 T板式磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)、1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)三次強(qiáng)磁流程，對比不同粒度條件強(qiáng)磁選除雜效果。工藝流程見圖5，試驗(yàn)結(jié)果見表11和表12。

表11 溢流尾礦篩分+脫泥+分級磁選試驗(yàn)結(jié)果

表12 尾礦庫樣篩分+脫泥+分級磁選試驗(yàn)結(jié)果

圖5 篩分+脫泥+分級磁選試驗(yàn)流程

試驗(yàn)表明：溢流尾礦和尾礦庫樣在分級磁選時，-20+80目和-80+160目兩種粒級雜質(zhì)去除效果均優(yōu)于-160+300目細(xì)泥級，-20+80目和-80+160目長石精礦的白度也相應(yīng)地高于-160+300目。這是因?yàn)榧?xì)粒級中氧化鐵、氧化鈦呈細(xì)?；虬w賦存，不易吸附在立環(huán)磁選機(jī)的介質(zhì)表面。

溢流尾礦和尾礦庫樣中含有少量浮選金時殘留的硫化礦物，主要以硫鐵礦為主，其分子式為FeS2，比磁化率極低，常規(guī)強(qiáng)磁選難以去除，導(dǎo)致長石精礦中含鐵超標(biāo)。一般情況下金尾礦中含有0.1 g/t左右的金，以硫鐵礦為主要載體。其次含有少量破碎、磨礦時產(chǎn)生的機(jī)械鐵。而尾礦庫樣受沖積作用力，比重大的機(jī)械鐵和載金硫化鐵的含量要高于選廠溢流尾礦樣。從綜合利用與提高長石精礦品質(zhì)等方面考慮，應(yīng)在磁選前以重力選礦方式提前回收機(jī)械鐵和載金硫鐵礦物。

2.2.6 篩分+脫泥+重選+磁選試驗(yàn)

圖6 篩分+脫泥+重選+磁選試驗(yàn)流程

溢流尾礦和尾礦庫樣分別先以20目篩出粗砂，再進(jìn)脫泥斗去除300目以下細(xì)泥質(zhì)，以25%的礦漿濃度先經(jīng)螺旋溜槽選出比重較大的機(jī)械鐵和載金黃鐵礦，溜槽輕產(chǎn)物再經(jīng)1.1 T板式磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)、1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)三次強(qiáng)磁除雜流程，考察增加重選流程后對長石精礦各項指標(biāo)的影響。試驗(yàn)工藝流程見圖6，試驗(yàn)結(jié)果見表13。

表13 篩分+脫泥+重選+磁選試驗(yàn)結(jié)果

圖7 篩分+脫泥+重選+分級磁選試驗(yàn)流程

與無重選除雜流程相比，螺旋溜槽選出密度較大的機(jī)械鐵和硫化鐵后，溢流尾礦的長石精礦白度由39.65%提高到44.16%，尾礦庫樣所得長石精礦白度由42.46%提高到46.51%。說明去除硫鐵礦有利于進(jìn)一步提升長石精礦的品質(zhì)，溜槽選出的重礦物中所含的強(qiáng)磁性機(jī)械鐵和磁鐵礦，可采用弱磁選機(jī)分選提純，所含硫鐵礦可采用重選進(jìn)行分離。

2.2.7 篩分+脫泥+重選+分級磁選試驗(yàn)

選礦廠尾礦溢流和尾礦庫樣分別先經(jīng)20目篩分和脫泥斗脫去-300目細(xì)泥，再以螺旋溜槽選出重礦物，重選后的輕產(chǎn)物經(jīng)1.1 T板式磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)兩次除雜后，以160目標(biāo)準(zhǔn)篩分將礦樣分為-20+160目和-160+300目兩種粒級試驗(yàn)樣，其中-20+160目粗中粒樣經(jīng)1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)除雜，-160+300目經(jīng)1.4 T電磁漿料進(jìn)行除雜，主要對比分級磁選與常規(guī)磁選的不同效果。工藝流程見圖7，試驗(yàn)結(jié)果見表14。

表14 篩分+脫泥+重選+分級磁選試驗(yàn)結(jié)果

兩份礦樣經(jīng)篩分+脫泥+重選+分級磁選流程后，-20+160目和-160+300目兩個粒級產(chǎn)出的精礦產(chǎn)率均高于不分級磁選。采用立環(huán)高梯度強(qiáng)磁選機(jī)選別粗粒級，選擇電磁漿料強(qiáng)磁選機(jī)分選細(xì)粒級，可分別有效地去除粗粒級物料和細(xì)粒級物料中的氧化鐵、氧化鈦雜質(zhì)，所得長石精礦品質(zhì)均優(yōu)于不分級磁選，取得了更優(yōu)的選礦指標(biāo)。

2.2.8 全流程試驗(yàn)

選礦廠尾礦溢流和尾礦庫兩份試樣在入選粒度、礦漿濃度、磁選場強(qiáng)、重選+弱磁選、分級磁選等條件均確定后，分別做最后的全流程試驗(yàn)。采用20目篩分粗粒砂-脫泥斗脫除-300目細(xì)泥，螺旋溜槽、CTB弱磁選機(jī)、搖床分選機(jī)械鐵和載金硫鐵礦，采用1.1 T板式強(qiáng)磁選機(jī)、1.1 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)二次除雜然后長石精礦進(jìn)行分級，-20+160目中粒級經(jīng)1.4 T立環(huán)高梯度磁選機(jī)，-160+300目細(xì)粒級經(jīng)1.4 T電磁漿料機(jī)強(qiáng)磁選除雜，試驗(yàn)工藝流程見圖8，試驗(yàn)結(jié)果見表15和表16。

表15 溢流尾礦全流程試驗(yàn)結(jié)果

圖8 金尾礦全流程試驗(yàn)工藝流程

溢流尾礦經(jīng)全流程試驗(yàn)可得含金12.35 g/t的金精礦和TFe含量65.58%的鐵精礦，粗粒長石精礦白度達(dá)到52.85%，細(xì)粒長石精礦白度為43.37%，達(dá)到合格陶瓷原料標(biāo)準(zhǔn)。同時產(chǎn)出粗砂、細(xì)泥和總磁尾三種產(chǎn)品。

尾礦庫樣全流程試驗(yàn)可得含金16.18 g/t的金精礦和TFe含量66.42%的鐵精礦，因細(xì)泥含量少于溢流尾礦，長石精礦的產(chǎn)率高于溢流尾礦樣。粗細(xì)粒長石精礦的白度為54.19%，細(xì)粒長石精礦白度為46.05%，長石精礦白度高于溢流尾礦樣。達(dá)到合格陶瓷原料標(biāo)準(zhǔn)。同時產(chǎn)出粗砂、細(xì)泥和總磁尾三種產(chǎn)品。

3 結(jié)論與展望

1)黃金浮選尾礦中常有長石、石英、自然金、硫鐵礦、磁鐵礦等有價礦物，另有機(jī)械鐵、氧化鐵、氧化鈦、硅酸鐵、硫化鐵等雜質(zhì)。其中選廠溢流尾礦中粗砂少，含泥率高，尾礦庫樣受沖積作用力，其所含的機(jī)械鐵、磁鐵礦、硫鐵礦、粗砂等高于溢流尾礦，含泥率則相對較低。

2)依據(jù)煙臺地區(qū)黃金浮選尾礦的特性，采用“篩分、脫泥、重選、弱磁選、分級強(qiáng)磁選除雜”聯(lián)合選礦流程，可分選出+20目建筑用粗砂、-300目陶瓷骨料或水泥原料細(xì)泥、作建材砂用的磁尾砂、合格的鐵精礦和金精礦、陶瓷級中細(xì)長石精礦等多種產(chǎn)品。

表16 尾礦庫樣全流程試驗(yàn)結(jié)果

3)選廠溢流尾礦經(jīng)聯(lián)合選礦工藝流程，可分選出產(chǎn)率為1.19%的粗粒砂、產(chǎn)率為23.65%的細(xì)泥和產(chǎn)率為15.48%的磁尾砂；含金12.35 g/t的金精礦和TFe品位為65.58%的鐵精礦，產(chǎn)率分別為42.27%和17.06%以及白度分別為52.85%和43.37%的長石精礦。

4)尾礦庫樣經(jīng)聯(lián)合選礦工藝流程，可分選出產(chǎn)率為3.22%的粗粒砂、產(chǎn)率為4.31%的細(xì)泥和產(chǎn)率為14.82%的磁尾砂；含金16.18 g/t的金精礦和TFe品位為66.42%的鐵精礦，產(chǎn)率分別為60.73%和16.45%以及白度分別為54.19%和46.05%的長石精礦。

5)依據(jù)伴生礦物不同，還可通過磁選+浮選流程產(chǎn)出白云母、石英等產(chǎn)品。該聯(lián)合選礦工藝流程可達(dá)到尾礦零排放及二次資源綜合利用的目的，已在山東煙臺地區(qū)多家黃金選礦廠得到生產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保方面的社會意義。