焙燒氧化處理對(duì)含金硫精礦工藝礦物學(xué)特性的影響研究

李峰　王賢磊　張輝　馬建洪　楊帆

摘要：基于礦物解離分析儀，結(jié)合X射線全自動(dòng)衍射儀、掃描電子顯微鏡和激光粒度分析儀，對(duì)湖南某礦山浮選鉛鋅礦后的難處理含金硫精礦焙燒氧化處理前后的礦物性質(zhì)、粒度、裂紋和孔隙及金礦物解離度和連生情況進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果顯示：焙燒氧化處理使該含金硫精礦中毒砂和黃鐵礦氧化轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，氧化過程會(huì)導(dǎo)致礦物碎裂，顆粒粒度變細(xì)，顆粒表面疏松多孔;金礦物單體解離度由原來的34.66 %提高到83.79 %，提高約2.4倍。焙燒氧化處理使礦物顆粒碎裂、裂紋和孔隙增多，金礦物單體解離度提高，有效增加了浸出劑在礦物顆粒中的滲透率和與金礦物的接觸面積，有利于金的浸出。該結(jié)果對(duì)研究難處理含金硫精礦在焙燒氧化處理前后工藝礦物學(xué)特性的變化具有重要參考意義，可為此類礦物中金的提取提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：含金硫精礦;焙燒氧化;MLA;金;解離;工藝礦物學(xué)

中圖分類號(hào)：TD91文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2022）01-0091-05doi：10.11792/hj20220115

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳項(xiàng)目（17C1373）;國(guó)防科技工業(yè)局核能開發(fā)科研項(xiàng)目

引言

黃金自古以來一直都是一種貴金屬，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用。中國(guó)作為金礦資源大國(guó)，截止到2016年，全國(guó)已查明金礦資源量達(dá)12 167 t[1]，但仍滿足不了中國(guó)供不應(yīng)求的市場(chǎng)現(xiàn)狀[2]。因此，高效開發(fā)難處理金礦資源成為必要。中國(guó)難處理金礦中金大部分被黃鐵礦和砷黃鐵礦包裹，使其無法與浸出劑有效接觸，導(dǎo)致浸出率低。為了解決此問題，科研工作者提出了多種預(yù)處理方法，包括焙燒氧化法、加壓氧化法、生物氧化法與化學(xué)氧化法等[3-4]。其中，焙燒氧化法以工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠和適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)被長(zhǎng)期使用[5]。但是，探究焙燒氧化法預(yù)處理對(duì)含金硫精礦工藝礦物學(xué)特性影響機(jī)理的文獻(xiàn)較少。

礦物解離分析儀（MLA）是目前前沿的礦物特性分析儀器，利用專業(yè)的礦物分析軟件系統(tǒng)來控制現(xiàn)代掃描電子顯微鏡進(jìn)行自動(dòng)分析和圖像捕獲，解決了光學(xué)顯微鏡和半自動(dòng)分析工具耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)和測(cè)定不準(zhǔn)確等問題，為發(fā)展現(xiàn)代數(shù)字礦山提供了便捷[6-7]，被廣泛應(yīng)用到各類金屬、稀土及煤礦等工藝礦物學(xué)特性研究中[8-10]。本文以湖南某礦山浮選鉛鋅礦后的難處理含金硫精礦為研究對(duì)象，基于MLA，結(jié)合X射線全自動(dòng)衍射儀、掃描電子顯微鏡和激光粒度分析儀等進(jìn)行焙燒氧化處理前后的礦物參數(shù)分析，查清難處理含金硫精礦焙燒氧化處理前后的工藝礦物學(xué)特性，為開發(fā)利用此類難處理金礦資源提供理論依據(jù)。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料及試劑

試驗(yàn)礦樣來自湖南某礦山浮選鉛鋅礦后的難處理含金硫精礦，金品位為6.7 g/t，并含有大量硫和鐵，存在少量砷，其品位分別為 43.08 %、40.16 %和 1.02 %。礦樣中金礦物粒度細(xì)小，包裹金占比較高，難以浸出。采用錐堆四分法將礦樣進(jìn)行混勻均質(zhì)并縮分后供試驗(yàn)使用。MLA制樣過程中所用的樹脂、硬化劑購(gòu)置于丹麥Struers公司，鍍膜碳繩購(gòu)置于美國(guó)SPI公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1焙燒氧化法

稱取20.00 g礦樣置于石英舟中，放入溫度設(shè)置為700 ℃的馬弗爐（SX2-2.5-12NP，上海一恒科技有限公司）中恒溫焙燒120 min[11]。焙燒熟料自然冷卻至室溫，記錄焙燒熟料質(zhì)量，計(jì)算燒失量（LOI）。焙燒試驗(yàn)中產(chǎn)生的尾氣收集后妥善處理。

1.2.2表征方法

將焙燒氧化處理前后的礦樣分別制備成樹脂光片，使用MLA（QUANTA250，美國(guó)FEI公司）進(jìn)行礦物性質(zhì)、顆粒粒度、裂紋、孔隙和金礦物解離及連生關(guān)系測(cè)試表征分析。利用X射線全自動(dòng)衍射儀（D8 Advance，德國(guó)Bruer Axs 公司）進(jìn)行礦物物相輔助測(cè)定。采用激光粒度分析儀（Rise-2008，濟(jì)南潤(rùn)之科技有限公司）進(jìn)行顆粒粒度輔助測(cè)定。

2結(jié)果與討論

2.1礦物性質(zhì)

焙燒氧化處理前后含金硫精礦XRD譜圖見圖1，主要礦物組成分析結(jié)果見表1。

由圖1可知：焙燒氧化處理前含金硫精礦中主要脈石礦物為石英（SiO），金屬礦物中黃鐵礦（FeS）具有較強(qiáng)的衍射強(qiáng)度，而毒砂（FeAsS）和赤鐵礦（FeO）的衍射強(qiáng)度弱。焙燒氧化處理后含金硫精礦中主要脈石礦物仍為石英，金屬礦物中赤鐵礦的衍射強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，黃鐵礦衍射強(qiáng)度變?nèi)酰匆姸旧把苌浞濉?/p>

由表1可知：焙燒氧化處理前后含金硫精礦中石英含量變化較小，說明焙燒溫度700 ℃下，石英的化學(xué)性質(zhì)沒有改變。焙燒氧化處理后毒砂基本全部氧化，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)見式（1）、式（2）。焙燒氧化處理后黃鐵礦含量顯著減少，反之赤鐵礦含量顯著增加，其主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)見式（3）～（6）。有研究[12-15]表明：含金硫精礦在焙燒氧化處理過程中，毒砂中砷元素被氧化為AsO，高溫條件下AsO易揮發(fā)，最后全部揮發(fā)殆盡;硫元素氧化為SO氣體揮發(fā)消失;鐵元素與空氣中的氧元素充分結(jié)合最后轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦。黃鐵礦與之相似，其中的硫元素氧化脫硫，鐵元素氧化最后轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦。

12FeAsS+29O=6AsO+4FeO+12SO↑ （1）

4FeO+O=6FeO （2）

2FeS=2FeS+S （3）

3FeS+5O=FeO+3SO （4）

4FeS+7O=2FeO+4SO （5）

4FeS+11O=2FeO+8SO （6）

2.2粒度分布

焙燒氧化處理前后含金硫精礦的粒度變化通過MLA測(cè)定，之后使用激光粒度分析儀輔助驗(yàn)證，結(jié)果見圖2。圖2含金硫精礦焙燒氧化處理前后粒度分布由圖2-a）可知：焙燒氧化處理后的粒度積分分布曲線峰值遠(yuǎn)低于未處理的原礦樣，并且曲線出現(xiàn)多峰現(xiàn)象。由圖2-b）可知：焙燒氧化處理前小于38 μm的顆粒占比為10.47 %，小于75 μm的顆粒占比為46.57 %;經(jīng)過焙燒氧化處理后小于38 μm的顆粒占比達(dá)到了62.11 %，是處理前的近6倍;同時(shí)小于75 μm的顆粒占比高達(dá)91.13 %。綜上可知：焙燒氧化處理使含金硫精礦中的礦物顆粒碎裂，形成較細(xì)顆粒;同時(shí)焙燒氧化處理所造成的碎裂在各個(gè)粒級(jí)均會(huì)發(fā)生，影響范圍相對(duì)廣。

2.3礦物裂紋特征及孔隙結(jié)構(gòu)

采用SEM中的背散射電子模式（BSE）和二次電子模式（SE）對(duì)焙燒氧化處理前后含金硫精礦進(jìn)行成像表征，結(jié)果見圖3。由圖3-a可知：焙燒氧化處理前礦物中大部分顆粒相對(duì)較完整和平滑，只有少數(shù)顆粒出現(xiàn)了細(xì)微的裂紋，并且裂紋深度較淺;由圖3-b可知：幾乎所有顆粒都出現(xiàn)了較深的裂紋，部分顆粒甚至破裂。比較圖3-c和圖3-d可知：原礦樣顆粒表面棱角分明，結(jié)構(gòu)密集，孔隙極少;而焙燒氧化處理后礦物表面疏松，密集多孔隙。這主要是因焙燒氧化處理使黃鐵礦和毒砂中的砷和硫元素氣相揮發(fā)造成的[15]。焙燒氧化處理后的礦物疏松且孔隙多，增大了浸出劑與金礦物的接觸面積，利于金的浸出。因此，焙燒氧化處理可以有效提高含金硫精礦金浸出率。

2.4金礦物解離特征及連生關(guān)系

利用MLA對(duì)焙燒氧化處理前后含金硫精礦中金礦物解離度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖4。由圖4可知：原礦樣中金礦物單體解離度為34.66 %，而經(jīng)過焙燒氧化處理后礦樣中的金礦物單體解離度達(dá)到了83.79 %，金礦物單體解離度提高了約2.4倍。同時(shí)，原礦樣中金礦物的連生體解離度較低，主要在20 %以下，其中完全包裹體解離度占25.3 %。這是因?yàn)樵V樣中金礦物顆粒粒度小，其他礦物顆粒相對(duì)大，金礦物被包裹在大顆粒之中，而包裹礦物常為難反應(yīng)的礦物，這也是造成金礦物難浸出的主要原因。

通過SEM-EDS對(duì)焙燒氧化處理前后的礦物連生情況進(jìn)行成像和元素面分布分析，結(jié)果見圖5。

由圖5可知：原礦樣中金礦物被包裹在黃鐵礦和毒砂中，經(jīng)過焙燒氧化處理后，這2種礦物轉(zhuǎn)變成碎裂的較小顆粒赤鐵礦和未碎裂的疏松多孔的大顆粒赤鐵礦。因此，金礦物從包裹礦物中解離，或者嵌連在大顆粒的赤鐵礦上，增大了與浸出劑的接觸面積，有利于金的浸出。

3結(jié)論

1）湖南某礦山浮選鉛鋅礦后的難處理含金硫精礦經(jīng)過700 ℃焙燒氧化處理后，礦物性質(zhì)發(fā)生了變化。原礦樣中的毒砂脫砷、脫硫，并結(jié)合氧元素最后轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，大部分黃鐵礦脫硫被氧化成赤鐵礦。

2）焙燒氧化處理造成黃鐵礦和毒砂在氧化過程中碎裂，使處理后小于38 μm的顆粒占比為處理前的近6倍，小于75 μm的顆粒占比高達(dá)91.13 %。同時(shí)，焙燒氧化處理針對(duì)不同粒級(jí)的黃鐵礦和毒砂顆粒均產(chǎn)生了碎裂作用。

3）焙燒氧化處理后含金硫精礦礦物顆粒形貌由原來的表面密實(shí)，裂紋較淺、較少和孔隙少變化為表面疏松，裂紋較多、較深和孔隙密集。

4）焙燒氧化處理后礦樣中金礦物單體解離度由原來的34.66 %提高到了83.79 %，約為原礦樣的2.4倍;連生情況也由原嵌布在毒砂、黃鐵礦和石英中變?yōu)榍恫荚诔噼F礦中。

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作者簡(jiǎn)介：李峰（1988—），男，湖南常寧人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)槿芙傻V及放射性防護(hù)與環(huán)境保護(hù);湖南省衡陽市常勝西路28號(hào)，南華大學(xué)鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，421001;E-mail：z8417572@163.com

李峰，王賢磊，張輝，馬建洪，楊帆，（1.南華大學(xué)鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室; 2.南華大學(xué)極貧鈾資源綠色開發(fā)技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

Effect of roasting oxidation treatment on process mineralogical

characteristics of gold-bearing sulfur concentrateLi Feng，Wang Xianlei，Zhang Hui，Ma Jianhong，Yang Fan，

（1.Key Discipline Laboratory for National Defense for Biotechnology in Uranium Mining and

Hydrometallurgy，University of South China;

2.Hunan Province Key Laboratory of Green Development Technology for Extremely Low Grade Uranium Resources）

Abstract：The mineral properties，particle size，crack and pore size，gold mineral liberation degree and continuity of the refractory gold-bearing sulfur concentrate from Hunan Province before and after roasting oxidation treatment were tested and characterized based on mineral liberation analyzer（MLA） with the help of X-ray diffraction（XRD），scanning electron microscopy（SEM） and laser particle size analyzer.The results showed that the roasting oxidation treatment could oxidize and convert the arsenopyrite? and pyrite in the gold-bearing concentrate into hematite，and in the process the minerals were fragmented to form fine particles with loose and porous surface.The roasting oxidation treatment increased the monomer liberation degree of the gold mineral from the original 34.66 % to 83.79 %，2.4 times higher.The roasting oxidation treatment could cause the increase of fragmentation，cracks，pores and monomer liberation of gold minerals，and could effectively improve the permeability of leaching solution in mineral particles and its contact area with gold minerals，which is conducive to the leaching of gold in gold-bearing minerals.This study has major reference significance in studying the variation of the mineralogical characteristics of refractory gold-bearing sulfur concentrate before and after roasting oxidation treatment，and provides guidance for gold extraction from this kind of minerals.

Keywords：gold-bearing sulfur concentrate;roasting oxidation;MLA;gold;liberation;mineralogical process