青海某难浸金矿的工艺矿物学研究
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Study on the Processing Mineralogy of a Refractory Gold Ores from Qinghai Province
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通讯作者:
收稿日期: 2020-12-21 修回日期: 2021-04-08 网络出版日期: 2021-07-14
基金资助: |
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Received: 2020-12-21 Revised: 2021-04-08 Online: 2021-07-14
作者简介 About authors
杨波(1987-),男,云南弥勒人,博士,讲师,从事资源综合利用与环保方面的研究工作
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Keywords:
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杨波, 王晓, 解永刚, 谢贤.
YANG Bo, WANG Xiao, XIE Yonggang, XIE Xian.
黄金是重要的战略性资源,广泛应用于电子信息、新材料及航天航空等高新科技领域。据统计,全世界约90%的黄金来源于含金矿石或伴生矿石。在我国,随着金矿资源的不断开发利用,易处理金矿资源逐年减少,目前大部分矿山处理的是As、Sb、S、C和Cu等杂质元素含量较高的复杂难处理金矿(陈成运,2020;贵琪皓等,2019;任传裕,2020;孙敏等,2020;Wang et al.,2020)。复杂难处理金矿的选冶回收率普遍较低,主要有3个方面的原因:一是矿石中含As、Sb、Cu等元素的矿物及其溶解组分会消耗矿浆中的溶解氧及CN-,造成氰化物浓度降低;二是矿石中金嵌布粒度微细且多被其他矿物包裹,浸出过程中难以与浸出剂和溶解氧形成良好接触,如毒砂和黄铁矿等硫化矿物中常包裹有微细粒的自然金,采用常规的氰化浸出工艺难以回收;三是矿石中的黏土矿物和碳质物等容易吸附矿浆中的金氰络合物,造成“劫金”现象(李骞等,2020;杨波等,2020;孟奇,2015;崔毅琦等,2006a,2006b,2015)。
为了提高金回收率,在氰化浸出前一般都要对难处理金矿进行预处理或预富集。常见的预处理方式主要有加压氧化预处理、焙烧氧化预处理、碱浸预处理和细菌氧化预处理等,预处理方式一般需根据矿石的矿物组成特点及金嵌布特征进行合理选择(Han et al.,2020;梁晓等,2019;胡杨甲等,2018;赵鹤飞等,2018;张伟晓等,2019)。对于硫砷含量较高的难处理金矿,由于直接进行预处理成本相对较高,因此工业上普遍采用重选或浮选的方法预富集后再对金精矿进行预处理(贾玉娟等,2019;Asamoah et al.,2018;吴冰,2020)。如孙言鹏(2018)以甘肃某典型复杂难处理卡林型金矿为研究对象,首先采用“重—浮联合”工艺回收矿石中的主要载金矿物,然后对金精矿进行“焙烧—氰化浸出”处理,最终金的综合回收率可达85.48%,明显高于直接氰化浸出的回收率。
复杂难处理金矿中金的赋存状态及嵌布特征是进行金回收工艺选择的重要依据,因此,对复杂难处理金矿进行详细的工艺矿物学研究,查明影响金回收的主要矿物学因素,对于该类型金矿石的开发利用至关重要。本文以青海某含砷、锑复杂难处理金矿为研究对象,开展金矿石工艺矿物学研究,并探讨影响金回收的主要矿物学因素,以期为该金矿的合理开发利用提供参考。
1 矿石成分分析
1.1 金矿石元素组成
本研究对青海某含砷、锑复杂难处理金矿石进行了化学多元素分析,结果如表1所示。
表1 难处理金矿石化学多元素分析结果
Table 1
元素 | 含量/% | 元素 | 含量/% |
---|---|---|---|
Au* | 5.2 | As | 1.01 |
Ag* | <5.0 | Cu | <0.005 |
Sb | 0.73 | CaO | 6.22 |
S | 1.82 | SiO2 | 56.62 |
C | 2.18 | Al2O3 | 13.22 |
Fe | 4.19 | MgO | 2.46 |
由表1可知,该难处理金矿石中主要有价元素为Au,含量为5.2×10-6,Ag含量较低,暂不具有回收价值。此外,矿石中还含有一定量的Sb、As和C等元素,其中Sb元素含量较高,具有一定的综合回收价值,而As和C元素的存在容易对金的氰化浸出产生影响,含砷矿物会钝化金的阳极溶解过程,并消耗矿浆中的溶解氧,造成金浸出速率减慢(Hu et al.,2020)。
1.2 主要元素物相分析
表2 矿石中锑的赋存状态及分布率
Table 2
锑的赋存状态 | 锑含量/% | 分布率/% |
---|---|---|
合计 | 0.73 | 100.00 |
硫化锑 | 0.64 | 87.67 |
氧化锑 | 0.07 | 9.59 |
其他类型 | 0.02 | 2.74 |
表3 矿石中碳的赋存状态及分布率
Table 3
碳的赋存状态 | 碳含量/% | 分布率/% |
---|---|---|
合计 | 2.18 | 100.0 |
碳酸盐 | 1.41 | 64.68 |
有机物碳 | 0.75 | 34.40 |
石墨碳 | <0.1 | - |
其他类型 | <0.1 | - |
1.3 矿物组成
图1
表4 矿石中主要矿物组成及相对含量
Table 4
矿物 | 含量/% | 矿物 | 含量/% |
---|---|---|---|
石英 | 51.24 | 黄铁矿 | 1.24 |
长石 | 6.83 | 辉锑矿 | 0.92 |
云母 | 23.4 | 毒砂 | 0.83 |
方解石 | 8.56 | 其他矿物 | 1.36 |
高岭石 | 5.62 | 合计 | 100.0 |
2 金赋存状态分析
采用显微镜下观察、人工重砂分析、单矿物化学分析和扫描电镜电子探针成分分析等手段,对该难处理金矿石中金的主要赋存状态进行了研究。
2.1 自然金
该难处理金矿石中部分金以自然金的形式产出,含量为2.23×10-6,分布率为42.87%,典型自然金的嵌布特征如图2所示。
图2
图2
矿石中自然金的典型嵌布特征
(a)自然金嵌布于辉锑矿与黄铁矿颗粒间;(b)自然金嵌布于辉锑矿与毒砂颗粒间;(c)自然金嵌布于石英等脉石矿物的裂隙中;(d)自然金嵌布于方解石与黄铁矿颗粒间Au-自然金;Py-黄铁矿;Sti-辉锑矿;Apy-毒砂;Qz-石英;Cal-方解石
Fig.2
Typical embedded characteristics of natural gold in ores
由图2(a)和图2(b)可以看出,部分自然金以不规则状或粒状嵌布于辉锑矿、黄铁矿和毒砂等硫化矿物颗粒间,嵌布于硫化矿物颗粒间的自然金粒度相对较粗,多数介于0.010~0.070 mm之间。由图2(c)和图2(d)可以看出,部分自然金以脉状或细小的不规则状嵌布于石英和方解石等脉石矿物的裂隙中或颗粒间,嵌布于脉石矿物中的自然金粒度相对较细,多数介于0.050~0.070 mm之间。但总体来看,嵌布于硫化矿物间和脉石矿物间的自然金由于嵌布粒度相对较粗,且没有被其他矿物包裹,氰化浸出时容易回收。然而,由于自然金比重较大,磨矿过程中容易沉积在磨机衬板的间隙中,造成损失,因此可采用尼尔森离心选矿机或Falcon离心机等重选设备优先回收自然金,以减少金在后续磨浮工艺流程中的损失。
2.2 硫化物中金的赋存状态
矿物组成分析结果表明,该难选金矿石中含有少量的黄铁矿、毒砂和辉锑矿等硫化矿物。根据含金矿石的成矿规律,成矿过程中部分金极容易以显微、次显微或固溶体的形式赋存于辉锑矿、毒砂和黄铁矿等硫化矿物中。因此,采用光学显微镜、扫描电镜及电子探针等方法对主要硫化矿物的嵌布特征、微区元素组成及金赋存状态进行了分析。
(1)辉锑矿。该难处理金矿石中辉锑矿的典型嵌布特征及扫描电镜图像如图3所示。辉锑矿主要以自形—半自形颗粒嵌布于石英和方解石等脉石矿物中,嵌布粒度一般介于0.03~0.80 mm之间。部分金以微细粒包裹体的形式包裹于辉锑矿中,金在辉锑矿中的嵌布粒度普遍小于0.001 mm,这部分金由于嵌布微细且形成物理包裹,浸出过程中无法与浸出剂形成良好接触,是造成直接氰化浸出时浸出率过低的原因之一。
图3
图3
矿石中辉锑矿的典型嵌布特征
(a)辉锑矿的光学显微图像;(b)辉锑矿的扫描电镜图像Sti-辉锑矿;Au-自然金
Fig.3
Typical embedded characteristics of stibnite in ores
此外,辉锑矿的电子探针微区成分分析结果表明,金除了以微细粒包裹体的形式包裹于辉锑矿中之外,部分金还以晶格取代和固溶体的形式赋存于辉锑矿中。辉锑矿是矿石中最主要的载金矿物之一,辉锑矿中金的分布率高达24.32%。因此,可通过浮选对这部分辉锑矿进行回收,使金和锑同时在浮选精矿中获得富集。
(2)毒砂。矿石中毒砂的典型嵌布特征及扫描电镜图像如图4所示。
图4
图4
矿石中毒砂的典型嵌布特征
(a)毒砂的光学显微图像;(b)毒砂的扫描电镜图像Cal-方解石;Apy-毒砂;Au-自然金
Fig.4
Typical embedded characteristics of arsenopyrite in ores
(3)黄铁矿。黄铁矿是该金矿石中含量较高的硫化矿物,矿石中黄铁矿的典型嵌布特征如图5所示。
图5
图5
矿石中黄铁矿的典型嵌布特征
(a)黄铁矿的光学显微图像;(b)黄铁矿的扫描电镜图像Py-黄铁矿;Sti-辉锑矿;Au-自然金
Fig.5
Typical embedded characteristics of pyrite in ores
此外,黄铁矿的电子探针微区成分分析结果表明,部分金以显微、次显微金或固溶体的形式赋存于黄铁矿中,但与辉锑矿和毒砂相比,黄铁矿中金的含量相对较低,自然金在黄铁矿中的分布率仅为7.35%。
2.3 脉石矿物中金的赋存状态
矿物组成分析结果表明,该难处理金矿中主要脉石矿物为石英、方解石和云母,由于光学显微金分辨率较低,无法观察到自然金在石英和方解石等脉石矿物中的分布情况。因此,采用扫描电镜对自然金在石英和方解石等脉石矿物中的典型嵌布特征进行了研究,结果如图6所示。
图6
图6
脉石矿物中自然金的典型嵌布特征
(a)自然金以微细粒包裹体嵌布于方解石中;(b)自然金嵌布于石英等矿物粒间或边沿Au-自然金;Cal-方解石;Qz-石英
Fig.6
Typical dissemination embedded characteristics of natural-gold in gangue minerals
从图6可以看出,部分自然金以微细粒包裹体的形式嵌布于石英、方解石等脉石矿物中,嵌布粒度范围较宽,通常介于0.001~0.010 mm之间。金在脉石矿物中的分布较为分散,部分铁白云石和褐铁矿中均含有少量的金,脉石矿物中金分布率为10.3%。由于矿石中石英、方解石和白云石等脉石矿物的含量高、金嵌布粒度细且分布较分散,而脉石矿物的比重和可浮性相近,难以通过选矿的方法使脉石矿物中的金获得有效富集。
2.4 影响金回收率的主要因素
通过以上金赋存状态的研究可以发现,影响该难处理金矿中金回收的主要因素有以下几个方面:(1)矿石中2.43×10-6的金以显微金、次显微金或微细粒包裹体的形式赋存于辉锑矿、毒砂和黄铁矿等硫化矿物中,分布率为46.83%,这些载金硫化矿物在矿石中的含量低,嵌布粒度细,单体解离较为困难,浸出过程中该部分包裹金难以与浸出剂和溶解氧形成良好接触,是造成浸出率低的主要原因;(2)矿石中0.54×10-6的金以微细粒包裹体的形式嵌布于石英和方解石等脉石矿物中,分布率为10.3%,金在脉石矿物中的嵌布粒度粗细不均且分布较为分散,通过常规的选矿工艺回收较为困难;(3)矿石中含有一定量的有机碳质物及黏土矿物,会对氰化浸出过程产生不利影响,造成金浸出率的降低及氰化物耗量的增加(邱显扬等,2020;Qin et al.,2021)。
根据上述工艺矿物学研究结果,若要提高金的回收率,需做好2个方面的工作:一是强化辉锑矿、黄铁矿和毒砂等硫化矿物中金的回收;二是减少黏土矿物和有机碳质物对浸出过程的不利影响。辉锑矿、黄铁矿和毒砂等硫化矿物中金嵌布粒度微细,直接氰化浸出难以回收,可通过硫化矿浮选使部分金在硫化矿浮选精矿中获得富集,然后通过对精矿进行预处理后再回收金。脉石矿物中金含量相对较低,脉石矿物含量高且可浮性差,难以使金在脉石矿物中获得富集,可利用氰化物对部分脉石矿物进行选择性溶解,强化金的回收。
因此,根据工艺矿物学研究结果,并结合矿石可选性探索试验结果,确定该难处理金矿合理的选矿工艺流程为“粗磨—离心重选—细磨—浮选—氰化浸出”,粗磨后离心重选主要是为回收矿石中嵌布粒度较粗的自然金,减少自然金在后续磨浮工艺操作中的损失,细磨后浮选主要是为回收矿石中黄铁矿和辉锑矿等含金硫化矿物,浮选后的尾矿再进行氰化浸出,回收部分脉石矿物中包裹的自然金。
3 结论
青海某金矿石含金5.2×10-6,同时含砷1.01%、锑0.73%,直接氰化浸出时浸出率较低,属于典型的含砷锑难浸金矿。为了查明影响金回收的主要矿物学因素,对该金矿石进行了详细的工艺矿物学研究,得到如下结论:
(1)矿石中可见自然金的含量为2.23×10-6,占金总含量的42.87%,可见自然金主要嵌布于辉锑矿、毒砂、石英和方解石等硫化矿物和脉石矿物的裂隙或颗粒间,且嵌布粒度粗细不均,可见自然金占比较低是导致直接氰化浸出时金浸出率较低的主要原因之一。
(2)矿石中2.43×10-6的金以显微、次显微金或固溶体的形式赋存于辉锑矿、毒砂和黄铁矿等硫化矿物中,该部分金占比为46.83%,且主要载金矿物黄铁矿、辉锑矿和毒砂等硫化矿物的嵌布粒度较细,难以解离,直接氰化浸出难以回收。
(3)石英和方解石等脉石矿物中自然金的含量为0.54×10-6,占比为10.3%。自然金主要以微细粒包裹体的形式嵌布于石英、方解石和白云石等脉石矿物中,但脉石矿物中的含量较低且分布较为分散,难以通过选矿方法使金在脉石矿物中获得富集。
(4)对该矿石而言,要提高金的回收率,需强化硫化矿物中显微、次显微金的回收,同时减少粗粒自然金在磨浮过程中的损失,并降低有机碳质物对氰化浸出过程的影响。
http://www.goldsci.ac.cn/article/2021/1005-2518/1005-2518-2021-29-3-467.shtml
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