湖南某含砷金礦的工藝礦物學(xué)研究

梁斌珺 胡海祥 鄒 尚 唐麗群

(1.贛南科技學(xué)院,江西 贛州 341000;2.湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司,湖南 岳陽 410400;3.廣西安全工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530100)

我國金礦資源分布廣泛、儲(chǔ)量集中,以中小型規(guī) 模金礦床為主[1-3]。隨著金礦資源的持續(xù)開發(fā)利用,易采選的金礦資源日趨減少,難處理金礦資源逐漸成為我國主要的提金資源[4-7]。湖南省是金礦資源儲(chǔ)量較為豐富的地區(qū)之一,采選歷史悠久[8-11]。湖南省金礦資源以含砷金礦資源為主,占全省金總儲(chǔ)量的68.2%,占全省脈金礦床(包括伴生金及氧化金礦)金儲(chǔ)量的78.9%,是湖南金礦資源的重要組成部分,具有儲(chǔ)量大、分布廣、類型多及難選冶的特點(diǎn),將成為全省提金原料的重要來源[12-14]。

湖南某地金礦經(jīng)過多年的開采,隨著開采深度的逐年下降,礦體呈現(xiàn)出金品位變低、有害元素砷和碳含量增大的趨勢(shì),成為難處理金礦的典型代表。工藝礦物學(xué)作為礦物學(xué)的一個(gè)分支,研究?jī)?nèi)容主要包括礦石的化學(xué)成分、礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造及其物理、化學(xué)性質(zhì)和礦物在選礦過程的行為等,可為選礦機(jī)理的詮釋和選礦工藝方案的制定、實(shí)現(xiàn)及優(yōu)化等提供礦物學(xué)依據(jù)[15-18]。本文通過化學(xué)多元素分析、X射線衍射分析、光學(xué)顯微鏡分析、掃描電鏡分析、元素化學(xué)物相分析和礦物參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)(MLA)等多種分析測(cè)試手段對(duì)該金礦石的化學(xué)成分、主要礦物組成及含量、金礦物的嵌布特征和其他主要元素的賦存狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,以期為后續(xù)選礦工藝的改進(jìn)和浮選指標(biāo)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

1 礦石的物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)成分分析

利用化學(xué)多元素分析的方法對(duì)礦樣的化學(xué)成分進(jìn)行了分析,結(jié)果如表1所示。

表1 礦石的主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the ore %

由表1可知,礦石中金的品位為3.40 g/t,為選礦回收的主要對(duì)象;Ag和WO3的含量分別為2.22 g/t和0.27%,可考慮作為綜合利用的對(duì)象進(jìn)行回收;Cu、Pb、Zn含量較低,綜合利用價(jià)值不大;礦石中脈石組分主要為SiO2,其次為Al2O3和K2O,三者合計(jì)含量為77.87%;礦石中有害元素砷和碳的含量相對(duì)較高,分別為0.36%和1.42%,可能對(duì)浮選回收率的提升會(huì)有較大的影響[19-21]。

1.2 礦物組成及含量

為了查明礦石中的主要礦物種類及含量,對(duì)礦樣進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡分析和MLA分析,結(jié)果表明:金礦物均為自然金;銀礦物主要為銀黝銅礦;鎢礦物主要為白鎢礦,另有微量黑鎢礦;金屬硫化物以黃鐵礦和毒砂為主;鐵礦物主要有菱鐵礦,微量磁鐵礦和赤褐鐵礦;脈石礦物主要為石英和絹云母,其次為鐵白云石、高嶺石、綠泥石、蛇紋石、金紅石和蒙脫石等。

表2為采用MLA測(cè)定的主要礦物的質(zhì)量含量。

表2 礦石中主要礦物及其含量Table 2 Main minerals and its contents in the ores %

2 礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

2.1 礦石的結(jié)構(gòu)

利用偏光顯微鏡和掃描電鏡觀察原礦樣品,確定該礦石的結(jié)構(gòu)主要有6種:

(1)自形、半自形結(jié)構(gòu)。部分黃鐵礦或毒砂結(jié)晶形態(tài)較好,以自形、半自形微細(xì)粒浸染狀嵌布在脈石中,如圖1所示。

圖1 自形、半自形結(jié)構(gòu)的黃鐵礦、毒砂浸染狀分布于脈石中Fig.1 Pyrite and arsenopyrite disseminated distribution in gangue with idiomorphic and semi-idiomorphic structure

(2)交代結(jié)構(gòu)。部分自形粒狀黃鐵礦被毒砂和黃銅礦交代,形成交代結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 自形粒狀黃鐵礦被毒砂和黃銅礦交代Fig.2 Pyrite in idiomorphic and granulous metasomatized by arsenopyrite and chalcopyrite

(3)包含結(jié)構(gòu)。部分微細(xì)粒白鎢礦被石英包裹,形成包含結(jié)構(gòu),如圖3所示。

圖3 不規(guī)則粒狀白鎢礦包裹于石英粒間Fig.3 Irregular granulous scheelite encased in quartz grains

(4)鑲邊結(jié)構(gòu)。部分銀黝銅礦呈脈狀沿黃鐵礦和毒砂裂隙或邊緣充填形成鑲邊結(jié)構(gòu),如圖4所示。

圖4 銀黝銅礦在毒砂邊緣鑲邊Fig.4 Freibergite braided in the edge of arsenopyrite

(5)壓碎結(jié)構(gòu)。礦石中部分石英礦物受壓力后,晶粒產(chǎn)生裂隙,呈壓碎結(jié)構(gòu),如圖5所示。

圖5 石英的壓碎結(jié)構(gòu)Fig.5 The crushed structure of quartz

(6)他形結(jié)構(gòu)。礦石中部分黃鐵礦、毒砂、石英及菱鐵礦等礦物結(jié)晶形態(tài)較差,形成他形粒狀結(jié)構(gòu)。

2.2 礦石的構(gòu)造

礦石的構(gòu)造主要包括浸染狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、裂隙狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造等。

(1)浸染狀構(gòu)造。中、細(xì)粒黃鐵礦或菱鐵礦多以星散狀浸染嵌布在石英、絹云母和碳酸鹽礦物為主的脈石礦物基底中,構(gòu)成礦石的浸染狀構(gòu)造。

(2)團(tuán)塊狀構(gòu)造。部分毒砂和石英礦物在礦石中富集呈團(tuán)塊狀,構(gòu)成礦石的團(tuán)塊狀構(gòu)造。

(3)裂隙狀構(gòu)造。礦石中部分石英礦物受壓力后產(chǎn)生裂隙,構(gòu)成礦石的裂隙狀構(gòu)造。

(4)細(xì)脈狀構(gòu)造。礦石中部分石英和菱鐵礦呈細(xì)脈狀集合體穿插早期脈石礦物形成礦石的細(xì)脈狀構(gòu)造。

3 主要礦物的嵌布特征

3.1 銀黝銅礦

銀黝銅礦((Ag,Cu,Fe,Zn)12(Sb,As)4S13)是樣品中主要的含銀礦物,多呈不規(guī)則狀或脈狀,沿黃鐵礦和毒砂粒間、裂隙或邊緣充填(圖4和圖6),粒度較為微細(xì),主要分布在0.005～0.02 mm。能譜分析結(jié)果表明,銀黝銅礦中主要成分為Ag、Sb、S和Cu,含量分別為31.16%、26.51%、18.68%和15.80%;次要成分為Fe和Zn,含量分別為5.28%和2.57%。銀黝銅礦與硫化物關(guān)系極為密切,預(yù)計(jì)在選礦過程中進(jìn)入浮選精礦中。

圖6 銀黝銅礦呈短脈狀沿黃鐵礦裂隙充填產(chǎn)出Fig.6 Freibergite produced by filling pyrite fissure in short nervation

3.2 白鎢礦

白鎢礦(CaWO4)為礦石中鎢的主要賦存礦物,主要集中發(fā)育在石英脈或石英—菱鐵礦脈中。白鎢礦晶體多呈不規(guī)則粒狀,大部分沿石英、菱鐵礦粒間鑲嵌產(chǎn)出,少量微細(xì)粒者包裹于石英中(圖3和圖7)。

圖7 不規(guī)則粒狀白鎢礦沿石英和菱鐵礦粒間嵌布Fig.7 Irregular granulous scheelite disseminated in quartz and siderite grains

采用顯微鏡和MLA對(duì)礦石中白鎢礦的嵌布粒度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表3。

表3 礦石中白鎢礦的嵌布粒度Table 3 The disseminated grain size of scheelite in the ore

由表3可知,白鎢礦在各個(gè)粒度范圍均有分布,以+0.074 mm者居多,占比為64.32%;粒徑微細(xì)者較少,-0.037 mm的顆粒占比僅有17.92%?？傮w看來,白鎢礦的嵌布關(guān)系較為簡(jiǎn)單,易在磨礦過程中實(shí)現(xiàn)單體解離。

3.3 黃鐵礦

黃鐵礦(FeS2)是礦石中重要的金屬硫化物和載金礦物,在礦石中呈大部分獨(dú)立出現(xiàn)和小部分局部富集的分布特點(diǎn)。一部分結(jié)晶程度較高,晶形呈五角十二面體形態(tài)(圖8);另一部分呈星散狀浸染嵌布于石英、絹云母和碳酸鹽礦物為主的脈石礦物基底中(圖1(a));僅極少量與毒砂、黃銅礦、閃鋅礦、銀黝銅礦或方鉛礦等其他金屬硫化物交生(圖2)。

圖8 黃鐵礦的自形結(jié)構(gòu)Fig.8 The automorphic structure of pyrite

對(duì)礦石中黃鐵礦的嵌布粒度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表4。

表4 礦石中黃鐵礦的嵌布粒度Table 4 The disseminated grain size of pyrite in the ore

由表4可知,礦石中黃鐵礦主要分布在0.15～0.037 mm,占比為58.02%,其次為粒度小于0.037 mm的顆粒,占比為30.56%?？傮w看來,黃鐵礦的結(jié)晶程度較好,嵌布關(guān)系簡(jiǎn)單,但是一部分黃鐵礦嵌布粒度微細(xì),需要磨至較細(xì)的粒度才能實(shí)現(xiàn)單體解離。

3.4 毒 砂

毒砂(FeAsS)也是礦石中重要的金屬硫化物和載金礦物,與黃鐵礦及其他金屬硫化物嵌連者較為少見,結(jié)晶程度較好,常呈自形、半自形板(柱)狀或粒狀及菱面體晶形發(fā)育,大部分富集在石英脈或菱鐵礦脈的內(nèi)部及其周邊的脈石礦物基底中(圖1(b)和圖9(a)),少部分呈星散狀嵌布在脈石礦物中(圖9(b))。

圖9 毒砂的嵌布特征Fig.9 The dissemination characteristics of arsenopyrite

對(duì)礦石中毒砂的嵌布粒度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表5。

表5 礦石中毒砂的嵌布粒度Table 5 The disseminated grain size of arsenopyrite in the ore

由表5可知,礦石中毒砂粒徑較粗者含量較少,大于0.15 mm者占比僅為5.22%;粒徑小于0.074 mm者居多,占比為64.32%;還有一部分毒砂的嵌布粒度較細(xì),粒徑小于 0.037 mm者占比達(dá)到了34.89%。總體看來,雖然毒砂的結(jié)晶程度較好,但是一部分毒砂的嵌布粒度微細(xì),同樣需要磨至較細(xì)的粒度才能實(shí)現(xiàn)單體解離。

3.5 石英及其他礦物

礦石中脈石礦物以石英和絹云母為主,其次是菱鐵礦和鈉長(zhǎng)石,另外還有少量鐵白云石、高嶺石、綠泥石、蛇紋石、金紅石和蒙脫石等。

石英有多種類型,部分呈粗粒他形粒狀緊密鑲嵌,呈團(tuán)塊狀集合體(圖10);部分呈微細(xì)粒他形粒狀構(gòu)成部分礦塊的脈石礦物基底(圖11(a));此外還有部分石英呈脈狀集合體穿插于早期礦物中(圖5)。

圖10 他形石英的塊狀結(jié)構(gòu)Fig.10 Massive structure of allotriomorphic quartz

菱鐵礦主要有2種類型,一種呈不規(guī)則團(tuán)塊狀或霉斑狀集合體浸染狀分布(圖11(a));另一種呈脈狀集合體穿插早期脈石礦物中(圖11(b))。

圖11 菱鐵礦的嵌布特征Fig.11 The dissemination characteristics of siderite

云母與鈉長(zhǎng)石鑲嵌緊密,主要表現(xiàn)為晚期絹云母交代早期鈉長(zhǎng)石(圖12),鈉長(zhǎng)石呈微細(xì)粒狀嵌布在絹云母集合體中,光學(xué)顯微鏡下不易觀察,二者常一起與微細(xì)粒石英構(gòu)成大部分礦塊的脈石礦物基底。

圖12 鈉長(zhǎng)石被絹云母強(qiáng)烈交代Fig.12 Albite metasomatized by sericite strongly

4 金在礦石中的賦存狀態(tài)

為查明金礦物的種類、化學(xué)成分、形態(tài)、粒度及其在礦石中的分布特點(diǎn),以硫化物為對(duì)象對(duì)金進(jìn)行了選礦富集,并采用MLA對(duì)原礦和金富集產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)檢測(cè)。

4.1 金礦物的種類及化學(xué)成分

按照金礦物的分類標(biāo)準(zhǔn),含金量超過80%的為自然金、含金量50%～80%的為銀金礦、含金量10%～50%的為金銀礦、含金量10%以下的為自然銀[22]。為了確定礦石中金礦物的種類,先通過MLA檢測(cè)確定原礦樣品中的金礦物,再采用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行能譜微區(qū)成分分析,結(jié)果表明:礦石中金礦物均為自然金,除極少量自然金中含微量銀外,大部分為純自然金,金礦物的平均成色為999.5‰。

4.2 金礦物的嵌布特征

金礦物的嵌布特征是指金礦物與載體礦物在空間上的鑲嵌關(guān)系。根據(jù)MLA對(duì)選礦富集產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果和SEM的觀察,可將礦石中金礦物的產(chǎn)出形式大致歸納為粒間金、裂隙金和包裹金等3種類型。

(1)粒間金。各種形態(tài)的自然金沿毒砂粒間、黃鐵礦粒間、毒砂—黃鐵礦粒間、毒砂—黃銅礦粒間、毒砂—脈石粒間、黃鐵礦—脈石粒間和方鉛礦粒間零星分布(圖13(a))。

(2)裂隙金。微細(xì)的金礦物沿黃鐵礦、毒砂和黃銅礦等金屬硫化物的解理、孔洞及裂隙斷續(xù)充填分布(圖 13(b))。

(3)包裹金。微細(xì)的金粒呈包裹體嵌布在毒砂、黃鐵礦以及鐵白云石和石英等脈石中(圖13(c)和(d)),以這種形式存在的金礦物粒度一般比較細(xì)小,以微細(xì)粒金為主。

綜合來看,礦石中金的產(chǎn)出形式較為簡(jiǎn)單,主要的載金礦物是毒砂和黃鐵礦,以包裹金為主,粒間金和裂隙金占比較低。

4.3 金礦物的形態(tài)

對(duì)MLA所檢測(cè)原礦樣品中金礦物的自然形態(tài)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表6,數(shù)據(jù)處理按金粒的面積比進(jìn)行計(jì)算。

由表6可知,礦石中金礦物主要呈邊界平整、棱角明顯的角粒狀和邊界不平整、有尖角的尖角粒狀產(chǎn)出,次為長(zhǎng)角粒狀,合計(jì)分布率為89.58%,而麥粒狀或圓粒狀、板片狀、針線狀和枝杈狀金礦物所占比例較低。

4.4 金礦物的粒度

參照我國巖金礦地質(zhì)勘察規(guī)范金礦物粒度劃分標(biāo)準(zhǔn):粗粒金295～74μm、中粒金74～37μm、細(xì)粒金37～10μm、微粒金≤10μm。采用MLA對(duì)原礦樣品中自然金的嵌布粒度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表7。

表7 礦石中金礦物的粒度分布及粒級(jí)劃分Table 7 The grain size distribution of gold in the ore and particle size classification

由表7可知,礦石中的金主要為細(xì)?！⒘＝鸬姆懂?且絕大部分小于19μm,占比為98.95%,其中小于10μm的難選微粒金的占比超過了一半,達(dá)到了51.25%。

4.5 金礦物的物相

為查定金的解離情況,對(duì)磨礦細(xì)度為-0.074 mm占65%的原礦樣品進(jìn)行了金的化學(xué)物相分析,結(jié)果見表8。

由表8可知,在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占65%的條件下,礦石中單體及裸露金占比僅為5.90%,這主要受金礦物的嵌布粒度影響,微粒的自然金在該磨礦細(xì)度條件下基本上沒有解離或者出現(xiàn)暴露面;硫化物包裹金在礦石中所占比例最高,達(dá)到了88.79%,單體及裸露金和硫化物包裹金分布率之和為94.69%,即磨礦細(xì)度為-0.074 mm占65%時(shí)金礦物的最大理論回收率;鐵氧化物及碳酸鹽包裹金和石英及硅酸鹽包裹金的比例相對(duì)較低,兩者合計(jì)分布率為5.31%,該部分金礦物主要以微粒金包裹在菱鐵礦、石英、絹云母和鈉長(zhǎng)石中,即使進(jìn)一步細(xì)磨也難以達(dá)到單體解離。

表8 磨礦細(xì)度為-0.074 mm占65%時(shí)礦石中金物相分析結(jié)果Table 8 Analysis results of the gold phase in the ore with grinding fineness of-0.074mm accounting for 65%

5 選礦工藝流程推薦

根據(jù)礦石工藝礦物學(xué)的研究結(jié)果,欲充分回收礦石中的金,不僅要充分回收單體及裸露金,更要充分回收載金硫化物。單體及裸露金可采用重選的方法回收,而硫化物包裹金則可采用浮選硫化物的方式進(jìn)行回收,故推薦選礦原則工藝流程如圖14所示。

圖14 推薦選礦原則工藝流程Fig.14 The recommended principle flowsheet of the beneficiation test

6 結(jié) 論

(1)該礦石屬于微細(xì)?！⒓?xì)粒含砷、碳的難選冶金礦石。礦石中有價(jià)元素金的平均品位為3.40 g/t,且金在礦石中的嵌布粒度細(xì)微,粒度小于19μm者占比達(dá)到了98.95%;有害元素砷和碳的含量分別為0.36%和1.42%。

(2)礦石中的金屬礦物主要為銀黝銅礦、白鎢礦、黃鐵礦、毒砂和菱鐵礦等;非金屬礦物主要為石英和絹云母,其次為高嶺石、綠泥石、蛇紋石等。其中,銀黝銅礦和白鎢礦在礦石中嵌布關(guān)系簡(jiǎn)單,容易在磨礦過程中解離,可考慮作為綜合回收的對(duì)象;黃鐵礦和毒砂是主要的金屬硫化物和載金礦物,雖然大部分結(jié)晶形態(tài)較好,但其部分礦物嵌布粒度微細(xì),需要磨至較細(xì)的粒度才能達(dá)到單體解離,因此,磨礦細(xì)度可能是影響金回收率的重要因素之一。

(3)礦石中金礦物均為自然金,平均成色為999.5‰,主要呈角粒狀和尖角粒狀,其次為長(zhǎng)角粒狀,粒度絕大部分小于19μm,屬微細(xì)粒金的范疇。金的解離分析表明,在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占65%的條件下,單體及裸露金和硫化物包裹金分布率分別為5.90%和88.79%,二者合計(jì)分布率為94.69%,即該磨礦細(xì)度下金的最大理論回收率。