刚果(金)曼甘塔尾矿中金赋存状态及综合回收技术

肖 骏

(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)

金在矿石中的赋存状态决定了含金矿物的可选性，确定矿床中金的赋存特性对后续的选冶工艺的确定有较高的指导意义[1]。根据Horisberger分散系理论[2]，自然界的金矿物可根据金的赋存状态分类分为四大类：独立金，如自然金矿物为粗分散系；固溶体金，如晶格金矿物为原子分散系；胶体金，如碲化金为胶体分散系；吸附金如腐殖质中金。根据吸附物为离子或胶体分为离子分散系或胶体分散系，如广西天峨坪金矿区中的金银以各种络合物或胶体形式赋存[3]。其中自然金多以不规则粒状产于裂隙金、单体金或包裹金(载金矿物多为黄铁矿、石英)矿物中[4]，如双旗山金矿[5]、老挝爬奔金矿[6]中的金呈包裹体分布于载金矿物当中，当前自然金主要通过全泥氰化浸出[7]、混汞[8]、重选[9]、浮选或联合工艺加以回收[10]。

常规的重选、浮选工艺回收矿石中的自然金矿物过程中需对含金矿石进行破、磨作业，使得矿石中的含金矿物单体解离进入至矿浆中，为了最大幅度地降低原矿破磨能耗和确定合理的入选粒径，通过详尽的工艺矿物学研究确定矿石中含金矿物的赋存状态、与其他矿物的共伴生关系及嵌布粒度是非常必要的[11]。当前，针对含金矿石的工艺矿物学研究多采用多种组合技术进行矿物鉴定，如矿相显微镜、电感耦合、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱探针(EDS)、电子探针、工艺矿物学自动服务系统(MLA)、电感式离子体发射光谱仪(IPC)光谱分析[12-19]等综合手段查明矿石中含金矿物的赋存状态和嵌布特性，为含金资源的合理开发提供了必要的依据。

基于刚果金DMQV氧化矿和曼甘塔尾矿选矿工艺流程试验研究课题，系统研究刚果(金)Mai-Ndombe 地区曼甘塔尾矿代表性样品的工艺矿物学性质，通过偏光显微镜光片、薄片检测、扫描电镜分析、X射线能谱成分以及粒度筛析等对含金矿物进行了形貌、微区成分分析、自然金矿物嵌布粒度分析，着重研究曼甘塔尾矿中自然金矿物的嵌布粒径及与脉石矿物的连生关系，为现场开展高效、低成本的综合回收技术的应用研究提供依据。

1 试验部分

1.1 样品采集

曼甘塔尾矿位于刚果(金)Mai-Ndombe地区，该地区于20世纪50年代由比利时矿业公司发现了大型高品位砂金矿体，继而开展了金矿的开采和加工作业，早期的金矿开采主要以人工淘洗为主，洗矿后的尾矿经数十年就地堆积形成了面积为0.35 km2，平均地层深4.5 m的尾矿库。样品采集使用手持式液压柱状土壤采样钻机进行现场取样，经现场勘察，按6条纵剖面布置钻孔点，共采集钻孔样458件，合计1.5 t。样品运抵分析检测单位后，挑选部分代表性样品进行光学显微镜鉴定，其余矿石经混匀后分为分析检测样品、选矿试验样品进行分析检测和选矿试验研究。

1.2 测试仪器及分析方法

岩矿鉴定所用光学显微镜测试为LEICA DMLP 偏光显微镜，通过对经制胶打磨后的代表性光片及薄片进行拍照和观察，图片处理系统为Artcam Measure 2.0；尾矿中化学成分分析方法包括半定量荧光分析、原子吸收分光光度分析、化学滴定等方法；物相分析采用电感耦合等离子发射光谱法进行测定；扫描电镜分析利用日本电子公司 JSM-7500F 型场发射扫描电镜和牛津 X-Max50 型能谱仪进行形貌和成分分析。原矿主要目的矿物嵌布粒度分析主要结合选矿试验研究中的磨矿-不同磨矿细度条件下的磨矿产品筛分-筛析产品进行成分分析和偏光显微镜检测及统计，进而得到主要目的矿物的嵌布粒度，筛分分析使用标准目筛网进行湿式筛析。

1.3 选矿试验

结合工艺矿物学研究结果和现场基建条件，本文拟采用重选工艺回收曼甘塔尾矿中的自然金矿物。通过工艺矿物学研究确定该尾矿中的金矿物的赋存状态和其与脉石矿物的嵌生关系，并统计出嵌布粒度，进而得出不同磨矿细度条件下金矿物的单体解离度。尾矿物料在合理的磨矿细度条件下使用实验室小型球磨机进行磨矿作业，根据重选“砂泥分流”的原则[20]，经磨矿后的物料使用筛网进行湿式筛析分级为+74、-74 μm两部分，不同粒级的物料分别进入不同的主选重选设备中，并结合不同重选设备设定参数开展重选选矿条件试验。

2 结果与讨论

2.1 尾矿化学成分特征及矿物组成

尾矿矿石多元素分析结果如表1所示。由表1可知，该尾矿中可供选矿回收的主要有价元素是金和银，分别达到9.9×10-6、11.34×10-6。矿石中脉石组分主要是SiO2，其次为少量Al2O3，二者合计含量为72.67%，硫、铜、铅、锌元素含量极微，未达到工业回收标准。

表1 多元素分析结果Table 1 Analysis results of multi-element of run-of-mine ore

经偏光显微镜镜下鉴定和扫描电镜能谱分析研究查明，矿石中的金矿物主要是自然金，少量银金矿。金属矿物主要是褐铁矿，微量黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等。脉石矿物主要是石英，其次为长石、绢云母、黏土矿物，微量辉石、闪石、绿泥石、褐帘石、电气石、榍石、白云石等。曼甘塔尾矿矿石中各主要矿物的相对含量如表2所示。

Mangote尾矿矿石中金的物相分析结果如表3所示。

表2 矿石中主要矿物的相对含量Table 2 Relative content of main minerals in the raw ore

图1 矿石中自然金的微观形貌Fig.1 Microstructure of natural gold in ore

表3 矿石中金物相分析结果Table 3 Analysis results of gold phase

结合表1～表3可知，曼甘塔尾矿中具有回收价值的元素主要为金、银，尾矿矿石中的金主要以自然金、银金矿形式赋存，而以类质同象晶格取代形式赋存于硫化矿中的金含量甚微，同时矿石中主要目的矿物为自然金、银金矿，硫化矿物如黄铁矿、黄铜矿含量极少。

2.2 主要矿物的微观形貌特征

2.2.1 自然金

矿石中的金矿物主要是含银自然金，少量银金矿。金矿物的产出形式较简单，产出形式如图1(a)～图1(d)所示。由图1(a)、图1(d)可知，金矿物(Au)主要呈不规则状、粒状包裹于褐铁矿(Lim)中，嵌布粒度为1～3、5～12 μm，其次呈粒状包裹于石英中[图1(c)]，嵌布粒度为2～20 μm，并有少部分微细粒自然金包裹于褐铁矿、石英中，金粒粒度小于1 μm[图1(b)]，金的载体矿物主要是褐铁矿和石英，金与褐铁矿的亲密度强于与石英的亲密度，同时为查明矿石中金矿物的化学成分特点，采用扫描电镜对其进行能谱微区成分分析。含银自然金和银金矿的X射线能谱成分分别如图1(e)、图1(f)所示。由图1(e)、图1(f)可知，Mangote尾矿中自然金平均含Au 86.04%、Ag 13.40%、Pt 0.64%。

2.2.2 石英

矿石中的脉石矿物石英是矿石中含量最高的脉石矿物，也是金矿物的主要载体之一，矿石中石英矿物的微观形貌如图2所示，在薄片中无色，正低突起，不易风化，最高干涉色为一级黄白，主要呈他形粒状，与褐铁矿、长石等嵌生。

石英(Qtz)与绢云母(Ser)、长石(Fsp)毗连图2 矿石中石英的微观形貌Fig.2 Microstructure of quartz in ore

2.2.3 铁矿物

曼甘塔尾矿中的铁矿物主要为褐铁矿，是矿石中的主要金属矿物，也是矿石中金矿物的主要载体。褐铁矿主要呈胶状、不规则状与石英等脉石矿物紧密嵌生，偶见呈交代残余状的黄铁矿、黄铜矿包裹于褐铁矿中，矿石中褐铁矿矿物的微观形貌如图3所示。

褐铁矿(Lim)与脉石(G)连生图3 矿石中褐铁矿的微观形貌Fig.3 Microstructure of limonite in ore

除褐铁矿外，矿石中的铁矿物还有少量的赤铁矿、磁铁矿等，其在偏光显微镜下的微观形貌如图4所示。

磁铁矿(Mag)和赤铁矿(Hem)图4 矿石中其他铁矿物的微观形貌Fig.4 Microscopic morphology of other iron ores in ore

2.3 自然金的嵌布粒度及解离度分析

为了查明曼甘塔尾矿矿石中自然金矿物的嵌布粒度，将尾矿矿石通过湿式筛析分为+150、-150～+74、-74～+45、-45～+37、-37～+26、-26 μm 共六个粒级部分，不同粒级分别镜下观察和统计，结果如表4所示。

同时，对不同粒级的金矿物进行单体解离度统计，结果如表5所示。

结合表4、表5可知，曼甘塔尾矿中自然金矿物的嵌布粒度较为细小，多集中于-26 μm部分，同时各分级产品中金矿物的解离度都较低，全样中金矿物的解离度仅为24%左右，若想回收曼甘塔尾矿中的自然金矿物，必须通过细磨作业才能实现自然金的单体解离[21]。

表4 金矿物的嵌布粒度Table 4 Distribution grain size of gold minerals

表5 矿石中金矿物的解离度Table 5 Dissociation degree of gold minerals in ore

2.4 自然金的综合回收

2.4.1 入选细度与自然金的单体解离

根据曼甘塔尾矿中自然金矿物的嵌布粒度和原矿解离度分析结果可知，该尾矿中的自然金矿物嵌布粒度细小，且多处于被褐铁矿、石英等脉石矿物连生或包裹态，单体解离度低，如直接采用常规重选设备进行回收，精矿品位和金属回收率极低[22]，所以需要通过细磨作业使得脉石包裹、连生态的自然金矿物释放出来[23]。表6为不同磨矿细度条件下，入选物料经筛析统计后自然金的单体解离度。

由表6可知，随着磨矿细度的增加，经磨矿后的入选物料中的自然金单体含量逐步上升，如使得大部分自然金矿物单体解离(单体含量>80%)，入选磨矿细度需达到-74 μm占91%以上。

表6 不同磨矿细度条件下自然金的单体解离度Table 6 Monomer dissociation degree of natural gold under different grinding fineness conditions

2.4.2 不同重选设备回收自然金对比试验

根据原矿化学组成及金物相分析结果可知，曼甘塔尾矿中硫化矿含量极低，且赋存硫化矿中的金含量极少，使用浮选工艺回收类质同象态的金矿物难以回收曼甘塔尾矿中的有价金属，结合矿石性质分析和现场实际状态，拟采用原矿细磨—分级重选的工艺回收曼甘塔尾矿中的自然金矿物，在满足曼甘塔尾矿矿石中自然金单体解离的条件下，进行了不同主选设备回收自然金对比试验，试验流程如图5所示，试验结果如表7所示。

图5 不同重选设备对比试验流程图Fig.5 Flow chart of contrast test for different gravity separation equipments

2.4.3 推荐工艺数质量流程图

由表7可知，对比螺旋溜槽、SLon离心机和摇床三种重选设备对曼甘塔尾矿中自然金矿物的回收效果可看出，原矿细磨后使用SLon离心机产出的精矿含金品位较高，同时尾矿流失金属较高，使用螺旋溜槽时，精矿1含Au 66.50×10-6，精矿2含Au 186.90×10-6，两个重选精矿合并为一个总Au精矿，总精矿含Au 108.48×10-6，Au回收率达到了67.34%，推荐工艺数质量流程图如图6所示。

表7 不同重选设备对比试验结果Table 7 Contrast test results of different gravity separation equipment

图6 推荐工艺数质量流程图Fig.6 Flow chart of recommended quantity and quality process

3 结论

(1)刚果(金)曼甘塔尾矿中主要可供选矿回收的元素为Au(9.9×10-6)，脉石矿物主要为石英和褐铁矿，金主要以自然金、银金矿等矿物赋存，占总金的83.84%，赋存于硫化矿、硅酸盐、氧化物中的金含量极少。

(2)通过对原矿含金矿物微观形貌检测发现，曼甘塔尾矿中的金矿物主要呈不规则状、粒状包裹于褐铁矿中，呈粒状包裹于石英中，并有少部分微细粒自然金包裹于褐铁矿、石英中，且嵌布粒度细小。

(3)曼甘塔尾矿中的整体呈微细粒态嵌布，且矿石中的金矿物单体解离度低，必须通过细磨作业才能实现大部分的自然金矿物的单体解离，通过粒度统计和磨矿细度条件试验分析，在磨矿细度在-74 μm占91%以上时，才能实现大部分自然金矿物的单体解离。

(4)由于曼甘塔尾矿中硫化矿物极少，推荐工艺为原矿细磨→筛分分级→螺旋溜槽重选工艺回收曼甘塔尾矿中的自然金矿物，推荐工艺在给矿为含Au 9.9×10-6条件下，分别产出两个不同品位的金精矿，总金精矿含Au 108.48×10-6，Au回收率达到了67.34%，实现了曼甘塔尾矿有价金属的综合回收。