靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石工藝礦物學(xué)研究

張鳳予,張恒博,豆靖林,衛(wèi)偉,劉冬,黃婷

摘要：以靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石為研究對象，系統(tǒng)分析研究了廢石的化學(xué)成分、礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主要金屬礦物嵌布特征和賦存狀態(tài)等工藝礦物學(xué)特征。結(jié)果表明：金礦廢石潛在有用礦物為金、石英和長石，金以微細(xì)粒自然金為主，與黃鐵礦、方鉛礦和脈石礦物具有較高的相關(guān)度。在選礦工藝上，廢石富集金不宜采用重選工藝，可采用浮選等工藝；提取石英、長石的原則流程包括脫泥和磁選除鐵；而廢石作為砂石骨料利用前要進(jìn)行除硫。該研究可為靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石選礦工藝選擇和實現(xiàn)廢石的資源化、無尾化，提高資源綜合利用率提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：金礦；廢石；微細(xì)粒；嵌布特征；工藝礦物學(xué)

中圖分類號：TD92文章編號：1001-1277（2023）05-0052-05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：doi：10.11792/hj20230513

引言

工藝礦物學(xué)是通過對礦物中元素或礦物賦存狀態(tài)和性質(zhì)的系統(tǒng)研究，闡明其分布規(guī)律，指導(dǎo)和配合選礦研究和實際生產(chǎn)［1-2］，其是選礦工藝流程的基礎(chǔ)。黃草明等［3］對贊比亞穆利亞希銅礦區(qū)混合銅礦石的化學(xué)組成、礦物組成及嵌布特征等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了先浮選回收硫化銅，然后回收氧化銅的建議流程。李美榮等［4］采用礦物定量檢測技術(shù)與工藝礦物學(xué)手段相結(jié)合的方法，對礦石進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，在查明礦物賦存狀態(tài)的同時提出了采用重磁浮聯(lián)合選礦流程，實現(xiàn)有用元素和尾礦綜合回收的建議。

靈寶小秦嶺金礦區(qū)位于豫陜接壤的中低基巖山地區(qū)，面積約1 500 km2，是中國第二大黃金產(chǎn)區(qū)，經(jīng)過30多年的開采，產(chǎn)生了大量的廢石［5］。這些廢石具有數(shù)量巨大、礦渣型泥石流隱患大、綜合利用率低、潛在經(jīng)濟(jì)價值高等特點，廢石的堆積還造成了土地侵占、地形地貌景觀破壞、土壤污染和地質(zhì)災(zāi)害隱患。受近些年全球資源緊張和國際金融危機的影響，黃金等貴金屬的價格持續(xù)高漲，因此，對靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石資源利用的研究有著重要的現(xiàn)實意義。為此，本文對靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石進(jìn)行了系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究，包括化學(xué)組成、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主要金屬礦物嵌布特征和賦存狀態(tài)等，為提高礦產(chǎn)資源綜合利用率提供理論依據(jù)。

1化學(xué)成分與礦物組成

1.1化學(xué)成分

樣品采自靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石，從化學(xué)成分（見表1）來看，廢石中Au品位0.495 g/t（最低邊界品位1 g/t），仍具潛在利用價值；w（CaO+MgO）/w（Al2O3+ SiO2）=0.05，屬酸性巖石；SiO2品位達(dá)66 ％，Al2O3品位16.6 ％。結(jié)合鈉鉀鈣等物質(zhì)含量，可初步判斷廢石為含石英長石硅鋁酸鹽巖石。

1.2礦物組成

樣品中金屬礦物主要為黃鐵礦（1.48 %），少量方鉛礦、磁鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、白鎢礦和針硫鉍鉛礦、硫碲鉍鉛礦、針硫鉍銅鉛礦、針輝鉍鉛礦、輝碲鉍礦。脈石礦物主要為石英、斜長石（32.02 %）、黑云母（9.85 %）、鉀長石（8.87 %）和絹云母（5.91 %），其次為方解石（1.97 %）、高嶺石（0.99 %），以及少量角閃石、綠泥石、綠簾石和榍石。從整體來看，暗色礦物含量較少，主要為金屬硫化物和氧化物，以黃鐵礦含量最高，金主要以自然金形式存在，石英相對含量為38.92 ％，長石相對含量為40.89 ％，具有提取價值，是潛在的有用礦物。

2礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.1礦石結(jié)構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)包括自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)。其中，少部分黃鐵礦見立方體和五角十二面體自形晶。部分黃鐵礦、磁鐵礦呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)。大部分黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦、鉍化物、碲化物等金屬礦物呈他形粒狀結(jié)構(gòu)。交代結(jié)構(gòu)見黃鐵礦被黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等礦物交代，方鉛礦被鉍化物、碲化物等礦物交代等。

2.2礦石構(gòu)造

礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造。塊狀構(gòu)造多見于石英等造巖礦物構(gòu)成的致密集合體。浸染狀構(gòu)造是金屬硫化物和氧化物以星點狀分散且無定向嵌布于脈石礦物顆粒中，本樣品中金屬礦物集合體的粒徑一般小于2 mm，因此，又可稱為稀疏浸染狀構(gòu)造。

3主要金屬礦物工藝特征

3.1金礦物

金礦物嵌布特征見圖1。圖1金礦物嵌布特征由圖1 可知，金主要以獨立礦物自然金形式存在。自然金在反射光下呈亮金黃色，高反射率，低硬度，均質(zhì)性，他形粒狀。在原礦光片中發(fā)現(xiàn)自然金8粒，同時對原礦粉碎后進(jìn)行重砂富集，制成砂光片后在偏光顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)自然金顆粒。對11粒自然金進(jìn)行了粒度統(tǒng)計，粒徑0.003～0.163 mm，結(jié)果見表2。由表2可以看出，自然金主要為微細(xì)粒金。

3粒自然金顆粒能譜分析結(jié)果見表3。由表3可知，自然金中金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在97 %以上，含有鐵的類質(zhì)同象體。通過對原礦中8粒自然金統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，自然金主要賦存于脈石礦物中（見圖1-b）），與方鉛礦、黃鐵礦也有較高的相關(guān)度；而重砂中發(fā)現(xiàn)的自然金主要包裹于黃鐵礦中（見圖1-a））。因此，自然金與脈石礦物、黃鐵礦和方鉛礦有較高相關(guān)度。

3.2黃鐵礦

黃鐵礦嵌布特征見圖2。

黃鐵礦是廢石中含量最多的金屬硫化物，也是主要的載金礦物，主要為半自形—他形粒狀，部分為自形晶體，在反光鏡下呈淺黃色，高反射率，高硬度，均質(zhì)體。黃鐵礦常呈浸染狀、斑塊狀嵌布在脈石礦物粒間，顆粒較大，易解離。部分與閃鋅礦連生或包裹細(xì)小閃鋅礦顆粒，有時整體被閃鋅礦交代呈文象結(jié)構(gòu)（見圖2-a、b、c、d）。少部分黃鐵礦顆粒間或裂隙中也見黃銅礦產(chǎn)出（見圖2-e）。

對黃鐵礦粒度進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表4。由表4可知，黃鐵礦粒度主要集中于0.073～0.579 mm，占比約80 %。黃鐵礦能譜分析結(jié)果見表5。從表5中可以看出，部分黃鐵礦中含少量Si元素。

3.3其他金屬礦物

1）方鉛礦。方鉛礦含量較少。光片中為純白色，無內(nèi)反射，易磨光，但常具擦痕，因具3組解理而顯示特征的黑三角孔。其主要呈不規(guī)則粒狀分布在脈石礦物中，少量交代黃鐵礦（見圖2-a、d），與金的產(chǎn)出相關(guān)（見圖1-c））。方鉛礦能譜分析結(jié)果（見表6）顯示，方鉛礦大多含有類質(zhì)同象元素，Pb被Fe、Ca等元素替代，S被Si元素替代。

2）磁鐵礦。磁鐵礦是礦石中含量最多的金屬氧化物，主要為半自形—他形粒狀。鏡下可見呈灰色微帶棕色，無多色性，無內(nèi)反射，均質(zhì)性，硬度高，一般不易磨光，具磁性。磁鐵礦主要呈浸染狀分布，在礦石中分布不均勻，部分礦石中含量較高，與生成的期次有關(guān)。

3）黃銅礦。黃銅礦含量較少，是銅的主要賦存礦物。鏡下呈銅黃色，均質(zhì)性，硬度低，易磨光。主要為他形粒狀嵌布在脈石礦物中或與黃鐵礦連生，呈浸染狀分布。另見少量黃銅礦交代方鉛礦和閃鋅礦（見圖2-e）。個別自然金與黃銅礦具連生關(guān)系，是潛在的選礦目標(biāo)。

4）鉍化物、碲化物。鉍化物、碲化物常與方鉛礦連生，多為后期交代方鉛礦產(chǎn)生。通過掃描電子顯微鏡和能譜分析，主要見針輝鉍鉛礦、針硫鉍銅鉛礦、針硫鉍鉛礦、硫碲鉍鉛礦和輝碲鉍礦等（見表7）。

5）白鎢礦。白鎢礦含量較少，是鎢的主要賦存礦物。光片中不易觀察，在薄片中無色，突起極高，干涉色最高為一級紅，同時具有發(fā)光性，常與脈石礦物連生。能譜分析（見表8）顯示其被少量Fe元素類質(zhì)同象替代。

3.4金屬元素賦存狀態(tài)

1）金元素。對樣品進(jìn)行金物相分析，結(jié)果見表9。從表9可知，金主要以獨立礦物自然金形式存在，主要有裸露及半裸露金、碳酸鹽礦物包裹金、銅鉛鋅硫化礦物包裹金、赤鐵礦包裹金、硫鐵礦包裹金、石英及硅酸鹽包裹金。

2）其他金屬元素。鉛：主要以獨立礦物方鉛礦及鉛的鉍化物、碲化物形式存在。鐵：主要以獨立礦物黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦等礦物存在，少量以類質(zhì)同象形式分布在其他礦物中。銅：主要以獨立礦物黃銅礦形式存在。鉍、碲：主要以鉍化物、碲化物的形式存在。

4綜合利用方向

4.1金富集

廢石具有浸染狀構(gòu)造和交代結(jié)構(gòu)，具明顯的變質(zhì)熱液成因特征，而其礦床類型為含金石英脈型。這類金礦床中含金礦物受熱液作用會以細(xì)粒狀充填于造巖礦物顆粒間。而金的賦存狀態(tài)和嵌布特征顯示，金以微細(xì)粒金為主的獨立礦物自然金形式存在，與脈石礦物、黃鐵礦和方鉛礦有較高相關(guān)度。由于金單質(zhì)粒度小，需要破碎篩分，而對于包裹在硫化礦物中的金只需要硫化礦物單體解離即可，但是對于與脈石礦物連生金的磨礦細(xì)度就需要達(dá)到金的單體解離要求。廢石中金為熱液成因的巖金，與黃鐵礦等嵌連，不易徹底分離，所以不適宜采用重選工藝，可采用浮選等工藝。根據(jù)楊波等［6］對某金礦浮選尾礦的研究，造成金選礦損失的主要原因是石英和硅鋁酸鹽礦物中所含金粒度較細(xì)，難以回收。而該廢石金元素賦存狀態(tài)顯示，石英和硅鋁酸鹽礦物是主要載金礦物之一，所以需要盡可能將分散于石英和硅鋁酸鹽礦物中的細(xì)粒金分選出來。

4.2石英、長石提取

根據(jù)工藝礦物學(xué)特征，石英、長石是潛在有用礦物。由于礦樣為金礦廢石，含較多細(xì)泥，常規(guī)的銨類捕收劑對礦泥敏感，RNH3+易吸附于荷負(fù)電的礦泥顆粒表面，所以需要預(yù)先脫泥。一般來說，石英、長石的提取需要先脫除含鐵鈦的有害礦物，要求雜質(zhì)中含F(xiàn)e2O3小于0.002 %［7］，而廢石中含F(xiàn)e2O3 3.94 ％，主要為磁鐵礦等，需要通過磁選脫除［8］，所以該廢石提取石英、長石的原則流程要包括脫泥和磁選除鐵。

4.3尾礦利用

在選礦的不同階段會產(chǎn)生不同的尾礦。目前來看，將尾礦制成建筑材料，是實現(xiàn)其大宗利用的主要手段，也是實現(xiàn)礦產(chǎn)資源化、無尾化的重要方法。金礦廢石經(jīng)初步破碎及分選后可以制作砂石骨料。根據(jù)GB/T 14685—2011 《建設(shè)用卵石、碎石》［9］和GB/T 14684—2011 《建設(shè)用砂》［10］，研究區(qū)樣品有害物質(zhì)限量中硫化物及硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計）為1.237 %（見表1），＞1 %，不符合建設(shè)用骨料標(biāo)準(zhǔn)。因此，該廢石和尾礦要除硫后才能作為砂石骨料利用。根據(jù)其化學(xué)成分和礦物組成特征，廢石及尾礦還可作為各類建材、陶瓷及釉料或陶粒、微晶玻璃等產(chǎn)品原材料［11-16］，實現(xiàn)綜合利用的同時提高其附加值。

5結(jié)論

1）靈寶小秦嶺金礦區(qū)金礦廢石潛在有用礦物為金、石英和長石，礦石結(jié)構(gòu)為自形、半自形、他形粒狀和交代結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造。主要金屬礦物為黃鐵礦，還含有少量方鉛礦、磁鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等，脈石礦物主要為石英、斜長石、黑云母、鉀長石和絹云母。

2）金主要以自然金存在，以微細(xì)粒金為主，自然金與黃鐵礦、方鉛礦和脈石礦物具有較高的相關(guān)度，金的磨礦細(xì)度需要達(dá)到金的單體解離要求。金物相主要有裸露及半裸露金、碳酸鹽礦物包裹金、銅鉛鋅硫化礦物包裹金、赤鐵礦包裹金、硫鐵礦包裹金和石英及硅酸鹽包裹金。

3）廢石提取石英長石原則流程要包括脫泥和磁選除鐵。廢石及其尾礦作為砂石骨料利用前要除硫。此外，廢石還可作為各類建材或陶瓷及釉料或陶粒、微晶玻璃的原材料，實現(xiàn)綜合利用的同時提高其附加值。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］鐘誠斌，徐志高，張臻悅，等.加拿大某地區(qū)稀土礦的工藝礦物學(xué)研究［J］.稀土，2017，38（2）：11-18.

［2］HOPE G A，WOODS R，MUNCE C G.Raman microprobe mineral identification［J］.Minerals Engineering，2001，14（12）：1 565-1 577.

［3］黃草明，朱景和，文書明，等.贊比亞穆利亞希復(fù)雜混合銅礦工藝礦物學(xué)研究［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2019，39（2）：41-46.

［4］李美榮，邱顯揚，梁冬云，等.廣東某低品位鉭鈮銣鈹多金屬礦石工藝礦物學(xué)研究［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2019，39（2）：47-53.

［5］張偉.小秦嶺地區(qū)秦南礦區(qū)金礦床特點及成因研究［D］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2015.

［6］楊波，童雄，謝賢.甘肅某含銻金礦浮選尾礦工藝礦物學(xué)研究［J］.礦物學(xué)報，2016，36（3）：354-358.

［7］高文博，陸長龍，肖駿，等.某鉬尾礦浮選回收鉀長石試驗研究［J］.中國鉬業(yè)，2016，40（3）：4-8.

［8］任子杰，羅立群，張凌燕．長石除雜的研究現(xiàn)狀與利用前景［J］.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2009（1）：19-22．

［9］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.建設(shè)用卵石、碎石：GB/T 14685—2011［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［10］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.建設(shè)用砂：GB/T 14684—2011［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［11］杜永勝，李保衛(wèi)，張雪峰，等.鐵含量及價態(tài)對白云鄂博尾礦微晶玻璃析晶特性及性能的影響［J］.人工晶體學(xué)報，2013，42（10）：2 170-2 176.

［12］徐景春，馬鴻文，楊靜，等.利用鉀長石尾礦制備β-硅灰石微晶玻璃的研究［J］.硅酸鹽學(xué)報，2003，31（2）：179-183.

［13］張金龍，王慶德，張順堂.利用金尾礦燒制陶瓷墻地磚試驗研究［J］.中國礦業(yè)，2001，10（6）：68-70.

［14］劉輝.黃金尾礦可生產(chǎn)陶瓷釉料［J］.中國金屬通報，2003（12）：7.

［15］袁定華.稀土尾礦在陶瓷坯釉中的應(yīng)用［J］.陶瓷研究，1991（3）：121-127.

［16］代文彬，陳旭峰，蒼大強.承德鉬尾礦免燒磚的制備與著色［J］.金屬礦山，2017（8）：204-208.

Process mineralogy study of the gold mine waste rock

in Xiaoqinling gold mining district，LingbaoZhang Fengyu1，2，Zhang Hengbo1，2，Dou Jinglin1，2，Wei Wei1，2，Liu Dong1，2，Huang Ting1，2

（1.No.1 Geology Team，Henan Bureau of Nonferrous Geology and Mineral Resources;

2.Henan Engineering Research Center for Non-ferrous Metal Mineral Exploration）

Abstract：Taking the gold mine waste rock in Xiaoqinling gold mining district in Lingbao as the research object，the process mineralogical characteristics of waste rock such as chemical composition，mineral composition，texture and structure，embedding characteristics，and occurrence state of main metal minerals are systematically analyzed.The results show that the potentially useful minerals of gold mine waste rocks are gold，quartz，and feldspar，and gold is mainly fine-grained native gold，which has a high correlation with pyrite，galena，and gangue minerals.For the mineral processing technology，gravity separation is not suitable for gold enrichment from the waste rock，and flotation can be used.The principle process of extracting quartz and feldspar includes desliming and magnetic separation to remove iron;the waste rock should be desulfurized before being used as a sand aggregate.This study can provide a theoretical basis for the research on mineral processing technology of the gold mine waste rock in Xiaoqinling gold mining district in Lingbao，realizing the recycling of waste rock，the goal of tailings-free mine，and improving the comprehensive uti-lization rate of resources.

Keywords：gold mine;waste rock;microfine grain;embedding characteristics;process mineralogy