矿物解离分析仪在泥堡金尾矿金赋存状态分析中的应用

2020-04-22杨建文陈代雄董艳红

科学技术与工程 2020年7期

杨建文，肖骏，陈代雄，董艳红

(湖南有色金属研究院，复杂铜铅锌共伴生金属资源综合利用湖南省重点实验室，长沙 410100)

对含金尾矿的工艺矿物学研究可为判定金选矿过程中贵金属流失原因、确定再回收工艺提供有力的理论基础[1]。当前，对含金的原矿矿石的处理主要的选矿工艺为浮选、重选及重浮联合工艺[2]，其中重选工艺根据自然金比重大的特性将含金矿石中的粗粒自然金、单体金以及部分裂隙金加以重选回收[3]，浮选工艺根据自然金矿物及载金矿物(金原子以类质同象态或包裹态进入载体矿物晶格)具有的天然疏水性进行浮选回收[4-5]，所以，经重-浮选矿工艺处理后的金尾矿普遍存在着目的矿物含量稀少、嵌布粒度微细的特点[6]。如仍使用传统的矿相显微镜为主的工艺矿物学观测方法分析金尾矿中金的赋存状态及嵌布特征，不仅耗时耗力，还极易受到人工误差的干扰[7]，所以使用能利用现代图像分析技术自动扫描及快速获取工艺矿物学参数的自动矿物解离分析仪(mineral liberation analyzer,MLA)进行含金尾矿的工艺矿物学分析具有明显的优势。该系统已广泛应用于测定锡石矿[8]、铜钼矿[9]、稀土矿[10-11]、伴生银矿[12]、煤矸石[13]、氧化铅锌矿[14]、石墨矿[15-16]、金矿等矿石的矿物组成及嵌布特征、粒级分布、解离度等重要参数，具有测量参数准确可靠、处理数据方便等优点。邓建红等[17]率先使用美国Thermo Fisher 公司开发的MLA650F系统对安徽某大型金浮选尾矿进行金银赋存状态研究，研究发现尾矿中的金多为极微细的包裹金，为选矿厂开展再磨作业改造提供了依据。本文拟以贵州泥堡金矿浮选金尾矿为研究对象，使用MLA系统查明该金尾矿的矿物组成及金的赋存状态，为后续再回收工艺的确定提供指导。

1 试验部分

1.1 样品

贵州泥堡金矿位于遵义境内，现有一条日处理量500 t/d的金浮选生产系统，实验用样品取自选矿厂生产系统，取样点为金扫选尾矿矿箱，取样方式为自动取样机取样，每隔2 h取一次样品，共连续取三个班次连续24 h共12件样品，12件样品混匀为一个金尾矿综合样，样品经测定浓度为14.8%，并缩分、过滤、烘干后获得分析检测样品、筛析用样品等。

1.2 分析仪器及分析方法

金尾矿化学元素分析方法主要为络合滴定、原子吸收分光光度法、火试金分析等[18]；金物相分析主要以化学选择性溶金分析为主，配合MLA自带的扫描电镜分析加以测定；矿物组成及形貌、嵌布特征等分析使用MLA自动矿物分析仪进行测试，MLA系统包括了EDAX能谱仪、LEO440型扫描电子显微镜以及MLA自动测试软件等，可提供样品中的矿物组成种类及含量，不同矿物的嵌布粒度、单矿物的解离度以及目的矿物的能谱谱线等工艺矿物学参数。

2 结果与讨论

2.1 尾矿的化学组成及矿物组成

图1 金尾矿样品中矿物颗粒识别后示意图Fig.1 Schematic diagram of recognition of mineral particles in gold tailing samples

采用化学滴定、原子吸收、火法等方法对泥堡金尾矿样品进行了化学多元素分析，得到该金尾矿的化学组成如表1所示。由表1可看出，泥堡金尾矿中Au含量为1.25×10-6，主要的杂质元素为SiO2和Al2O3，含量分别为54.15%、18.15%。

表1 金尾矿样品的化学多元素分析结果

经过MLA矿物分析仪对矿物进行扫描、识别、元素采集和分析后，对不同的矿物颗粒进行染色，得到不同颜色的矿物形貌图像如图1所示。利用 MLA 中的电镜自动扫描查找功能，查明该金尾矿中矿物组成较为简单，主要为脉石矿物，金属矿物含量很少。脉石矿物主要由正长石、石英和高岭土组成；残留少量的金属矿物主要由黄铁矿、氧化的黄铁矿和赤铁矿组成，泥堡金尾矿中主要矿物组成及相对含量如表2所示。

2.2 尾矿金物相分析

使用选择性溶金法对泥堡金尾矿进行金物相分析，分析结果如表3所示，同时结合运用扫描电镜和MLA系统扫描砂光片中，未发现有独立的金矿物或含金矿物，对金属矿物进行矿物表面扫描和MLA分析时，发现Au元素主要赋存在黄铁矿、氧化后的黄铁矿及赤铁矿中，还有极少数的Au则赋存在是自然金及银金矿中。其中分布于黄铁矿中的金分布率为51.54%，但氧化后的黄铁矿中的金及铁氧化物中的金分布率分别21.54%、15.38%。

表2 金尾矿样品中主要矿物组成及相对含量

表3 矿石中金物相分析结果

2.3 金的赋存状态及分析

2.3.1 金在黄铁矿中的赋存状态及嵌布特征

泥堡金尾矿中的黄铁矿含量很低，仅为0.18%，由于泥堡金矿选矿原则流程为浮选工艺，通过浮选法扩大含金矿物及硫化矿物与脉石矿物可浮性的差异性，使得充分解离的含金的目的矿物富集，所以尾矿中残留黄铁矿中以单体解离形式存在的颗粒比例很少，解离度仅为4.91%，绝大多数都是以共生或者包裹的形式存在的，该尾矿中绝大多数的黄铁矿与正长石、石英和高岭土等脉石矿物共生或者被其包裹。由表3结果可知，赋存与黄铁矿中的金占金尾矿总金的51.54%，所以使用MLA系统的能谱分析及EDS金元素面扫描，得到该尾矿中的金于黄铁矿中的赋存状态如图2所示。同时对金尾矿进行水析筛析得到黄铁矿单矿物的粒度分析，筛析结果如表4所示，由表4可看出：残留黄铁矿的粒径多数分布在13.5～4.7 μm之间，属于微细粒嵌布，且多被其他脉石矿物包裹。

2.3.2 金在氧化后的黄铁矿中的赋存状态及嵌布特征

在对泥堡金尾矿进行MLA检测中，发现部分矿物其主要组成元素是S、Fe和O，其他组成元素还有Si、Al、K等。经扫描电镜下的观察和比对，此类“氧化的黄铁矿”主要是嵌含微细粒脉石矿物的黄铁矿，以及氧化为褐铁矿(及赤铁矿)后残留于褐铁矿(及赤铁矿)中的黄铁矿。赋存与该部分矿物的金为氧化后的黄铁矿中的金，由表3结果可知，赋存该部分中的金占金尾矿总金的29.23%。该尾矿中的金于氧化后的黄铁矿中的赋存状态如图3所示。在残留氧化后黄铁矿中，单体解离颗粒仅占9.25%；与其他脉石矿物共生的颗粒占27.47%，其主要共生的矿物为铁黄长石、高岭土、石英和正长石等；被脉石矿物包裹的颗粒占63.27%，其主要的包括矿物主要包括正长石、石英、高岭土和铁黄长石等，通过对氧化后黄铁矿单矿物的粒度分布分析研究，结果如表5。由表5可看出：95%的氧化后黄铁矿颗粒粒径尺寸均小于19 μm，属于微细粒嵌布。

图2 黄铁矿中金的赋存状态Fig.2 Occurrence of gold in pyrite

表4 金尾矿中黄铁矿粒度分布

图3 氧化后的黄铁矿中金的赋存状态Fig.3 Occurrence of gold in oxidized pyrite

表5 金尾矿中氧化后的黄铁矿粒度分布

2.3.3 金在赤铁矿中的赋存状态及嵌布特征

该金尾矿中赤铁矿的含量仅占0.19%，在残留的赤铁矿中，绝大多数属于共生或包裹关系，单体解离的颗粒比例占8.27%；与赤铁矿共生的脉石矿物主要为高岭土、石英；包裹赤铁矿的脉石矿物主要为高岭土、绿泥石、铁橄榄石、铁黄长石和石英。使用MLA系统的能谱分析及能量色散X射线光谱仪(EDS)金元素面扫描，得到该尾矿中的金于赤铁矿中的赋存状态如图4所示。通过对赤铁矿单矿物的粒径尺寸分析，结果表明：77.03%的赤铁矿晶粒小于45 μm，属于微细粒嵌布。

图4 赤铁矿中金的赋存状态Fig.4 Occurrence of gold in hematite

2.4 其他矿物的嵌布特征

金尾矿中其他矿物组成较为简单，脉石矿物主要由正长石、石英和高岭土组成，石英多呈粒状、圆粒状产出，粒径一般在0.01～0.80 mm之间；正长石多呈粒状、板状或不规则状，长石与石英嵌布关系紧密，二者是矿石脉石基底的最主要组成矿物。部分长石已蚀变为高岭石或绢云母+玉髓。正长石的粒径一般在0.01～0.20 mm之间；白云石、绿泥石等含量甚少，白云石多呈粒状，不规则状产出，分布于石英和正长石之间，粒径多在0.01～0.30 mm；绿泥石呈他形晶粒状集合体或鳞片状，嵌布粒度0.01～0.2 mm。典型矿物单体颗粒的形貌如图5所示。

图5 其他矿物的微观形貌Fig.5 Microscopic morphology of other minerals

3 建议的处理工艺流程

结合以上研究结果可看出，泥堡金尾矿矿物学特征及尾矿中金的赋存状态主要特点为：①经选矿处理后的泥堡金尾矿几乎不存在粗粒的单体金、银金矿、裂隙金等自然金矿物，所以通过尼尔森等预分选设备重选回收或混汞回收该尾矿中的金矿物难度极大[3]；②尾矿中的金属矿物含量少，硫化物含量更低，经分析，主要的硫化物黄铁矿、氧化后的黄铁矿、含砷黄铁矿不仅嵌布粒度微细，同时均存在这被脉石矿物细粒包裹的现象，如采用浮选工艺对泥堡金尾矿含金硫化物进行浮选回收，必须通过超细磨作业才能实现含金硫化矿物与其他脉石矿物的单体解离[19]，处理成本大幅度增加，且氧化后的黄铁矿可浮性急剧降低，不利于浮选富集，可以预测，浮选对泥堡金尾矿的回收效果极差；③由MLA分析结果可看出，该金尾矿中的主要脉石矿物为石英、正长石等硅酸盐脉石，矿物中炭质及砷矿物含量极低，有利于全泥氰化浸出，而全泥氰化存在着高污染、废水处理成本高的缺陷，建议采用非氰化浸金工艺进行处理。