焙烧氧化处理对含金硫精矿工艺矿物学特性的影响研究

李峰　王贤磊　张辉　马建洪　杨帆

摘要：基于矿物解离分析仪，结合X射线全自动衍射仪、扫描电子显微镜和激光粒度分析仪，对湖南某矿山浮选铅锌矿后的难处理含金硫精矿焙烧氧化处理前后的矿物性质、粒度、裂纹和孔隙及金矿物解离度和连生情况进行了测试分析。结果显示：焙烧氧化处理使该含金硫精矿中毒砂和黄铁矿氧化转变为赤铁矿，氧化过程会导致矿物碎裂，颗粒粒度变细，颗粒表面疏松多孔;金矿物单体解离度由原来的34.66 %提高到83.79 %，提高约2.4倍。焙烧氧化处理使矿物颗粒碎裂、裂纹和孔隙增多，金矿物单体解离度提高，有效增加了浸出剂在矿物颗粒中的渗透率和与金矿物的接触面积，有利于金的浸出。该结果对研究难处理含金硫精矿在焙烧氧化处理前后工艺矿物学特性的变化具有重要参考意义，可为此类矿物中金的提取提供指导。

关键词：含金硫精矿;焙烧氧化;MLA;金;解离;工艺矿物学

中图分类号：TD91文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2022）01-0091-05doi：10.11792/hj20220115

基金项目：湖南省教育厅项目（17C1373）;国防科技工业局核能开发科研项目

引言

黄金自古以来一直都是一种贵金属，对经济的发展有着重要的作用。中国作为金矿资源大国，截止到2016年，全国已查明金矿资源量达12 167 t[1]，但仍满足不了中国供不应求的市场现状[2]。因此，高效开发难处理金矿资源成为必要。中国难处理金矿中金大部分被黄铁矿和砷黄铁矿包裹，使其无法与浸出剂有效接触，导致浸出率低。为了解决此问题，科研工作者提出了多种预处理方法，包括焙烧氧化法、加压氧化法、生物氧化法与化学氧化法等[3-4]。其中，焙烧氧化法以工艺成熟、操作简单、技术可靠和适应面广等优点被长期使用[5]。但是，探究焙燒氧化法预处理对含金硫精矿工艺矿物学特性影响机理的文献较少。

矿物解离分析仪（MLA）是目前前沿的矿物特性分析仪器，利用专业的矿物分析软件系统来控制现代扫描电子显微镜进行自动分析和图像捕获，解决了光学显微镜和半自动分析工具耗费时间长和测定不准确等问题，为发展现代数字矿山提供了便捷[6-7]，被广泛应用到各类金属、稀土及煤矿等工艺矿物学特性研究中[8-10]。本文以湖南某矿山浮选铅锌矿后的难处理含金硫精矿为研究对象，基于MLA，结合X射线全自动衍射仪、扫描电子显微镜和激光粒度分析仪等进行焙烧氧化处理前后的矿物参数分析，查清难处理含金硫精矿焙烧氧化处理前后的工艺矿物学特性，为开发利用此类难处理金矿资源提供理论依据。

1试验部分

1.1试验材料及试剂

试验矿样来自湖南某矿山浮选铅锌矿后的难处理含金硫精矿，金品位为6.7 g/t，并含有大量硫和铁，存在少量砷，其品位分别为 43.08 %、40.16 %和 1.02 %。矿样中金矿物粒度细小，包裹金占比较高，难以浸出。采用锥堆四分法将矿样进行混匀均质并缩分后供试验使用。MLA制样过程中所用的树脂、硬化剂购置于丹麦Struers公司，镀膜碳绳购置于美国SPI公司。

1.2试验方法

1.2.1焙烧氧化法

称取20.00 g矿样置于石英舟中，放入温度设置为700 ℃的马弗炉（SX2-2.5-12NP，上海一恒科技有限公司）中恒温焙烧120 min[11]。焙烧熟料自然冷却至室温，记录焙烧熟料质量，计算烧失量（LOI）。焙烧试验中产生的尾气收集后妥善处理。

1.2.2表征方法

将焙烧氧化处理前后的矿样分别制备成树脂光片，使用MLA（QUANTA250，美国FEI公司）进行矿物性质、颗粒粒度、裂纹、孔隙和金矿物解离及连生关系测试表征分析。利用X射线全自动衍射仪（D8 Advance，德国Bruer Axs 公司）进行矿物物相辅助测定。采用激光粒度分析仪（Rise-2008，济南润之科技有限公司）进行颗粒粒度辅助测定。

2结果与讨论

2.1矿物性质

焙烧氧化处理前后含金硫精矿XRD谱图见图1，主要矿物组成分析结果见表1。

由图1可知：焙烧氧化处理前含金硫精矿中主要脉石矿物为石英（SiO），金属矿物中黄铁矿（FeS）具有较强的衍射强度，而毒砂（FeAsS）和赤铁矿（FeO）的衍射强度弱。焙烧氧化处理后含金硫精矿中主要脉石矿物仍为石英，金属矿物中赤铁矿的衍射强度显著增强，黄铁矿衍射强度变弱，未见毒砂衍射峰。

由表1可知：焙烧氧化处理前后含金硫精矿中石英含量变化较小，说明焙烧温度700 ℃下，石英的化学性质没有改变。焙烧氧化处理后毒砂基本全部氧化，发生的化学反应见式（1）、式（2）。焙烧氧化处理后黄铁矿含量显著减少，反之赤铁矿含量显著增加，其主要发生的化学反应见式（3）～（6）。有研究[12-15]表明：含金硫精矿在焙烧氧化处理过程中，毒砂中砷元素被氧化为AsO，高温条件下AsO易挥发，最后全部挥发殆尽;硫元素氧化为SO气体挥发消失;铁元素与空气中的氧元素充分结合最后转变为赤铁矿。黄铁矿与之相似，其中的硫元素氧化脱硫，铁元素氧化最后转变为赤铁矿。

12FeAsS+29O=6AsO+4FeO+12SO↑ （1）

4FeO+O=6FeO （2）

2FeS=2FeS+S （3）

3FeS+5O=FeO+3SO （4）

4FeS+7O=2FeO+4SO （5）

4FeS+11O=2FeO+8SO （6）

2.2粒度分布

焙燒氧化处理前后含金硫精矿的粒度变化通过MLA测定，之后使用激光粒度分析仪辅助验证，结果见图2。图2含金硫精矿焙烧氧化处理前后粒度分布由图2-a）可知：焙烧氧化处理后的粒度积分分布曲线峰值远低于未处理的原矿样，并且曲线出现多峰现象。由图2-b）可知：焙烧氧化处理前小于38 μm的颗粒占比为10.47 %，小于75 μm的颗粒占比为46.57 %;经过焙烧氧化处理后小于38 μm的颗粒占比达到了62.11 %，是处理前的近6倍;同时小于75 μm的颗粒占比高达91.13 %。综上可知：焙烧氧化处理使含金硫精矿中的矿物颗粒碎裂，形成较细颗粒;同时焙烧氧化处理所造成的碎裂在各个粒级均会发生，影响范围相对广。

2.3矿物裂纹特征及孔隙结构

采用SEM中的背散射电子模式（BSE）和二次电子模式（SE）对焙烧氧化处理前后含金硫精矿进行成像表征，结果见图3。由图3-a可知：焙烧氧化处理前矿物中大部分颗粒相对较完整和平滑，只有少数颗粒出现了细微的裂纹，并且裂纹深度较浅;由图3-b可知：几乎所有颗粒都出现了较深的裂纹，部分颗粒甚至破裂。比较图3-c和图3-d可知：原矿样颗粒表面棱角分明，结构密集，孔隙极少;而焙烧氧化处理后矿物表面疏松，密集多孔隙。这主要是因焙烧氧化处理使黄铁矿和毒砂中的砷和硫元素气相挥发造成的[15]。焙烧氧化处理后的矿物疏松且孔隙多，增大了浸出剂与金矿物的接触面积，利于金的浸出。因此，焙烧氧化处理可以有效提高含金硫精矿金浸出率。

2.4金矿物解离特征及连生关系

利用MLA对焙烧氧化处理前后含金硫精矿中金矿物解离度进行对比，结果见图4。由图4可知：原矿样中金矿物单体解离度为34.66 %，而经过焙烧氧化处理后矿样中的金矿物单体解离度达到了83.79 %，金矿物单体解离度提高了约2.4倍。同时，原矿样中金矿物的连生体解离度较低，主要在20 %以下，其中完全包裹体解离度占25.3 %。这是因为原矿样中金矿物颗粒粒度小，其他矿物颗粒相对大，金矿物被包裹在大颗粒之中，而包裹矿物常为难反应的矿物，这也是造成金矿物难浸出的主要原因。

通过SEM-EDS对焙烧氧化处理前后的矿物连生情况进行成像和元素面分布分析，结果见图5。

由图5可知：原矿样中金矿物被包裹在黄铁矿和毒砂中，经过焙烧氧化处理后，这2种矿物转变成碎裂的较小颗粒赤铁矿和未碎裂的疏松多孔的大颗粒赤铁矿。因此，金矿物从包裹矿物中解离，或者嵌连在大颗粒的赤铁矿上，增大了与浸出剂的接触面积，有利于金的浸出。

3结论

1）湖南某矿山浮选铅锌矿后的难处理含金硫精矿经过700 ℃焙烧氧化处理后，矿物性质发生了变化。原矿样中的毒砂脱砷、脱硫，并结合氧元素最后转变为赤铁矿，大部分黄铁矿脱硫被氧化成赤铁矿。

2）焙烧氧化处理造成黄铁矿和毒砂在氧化过程中碎裂，使处理后小于38 μm的颗粒占比为处理前的近6倍，小于75 μm的颗粒占比高达91.13 %。同时，焙烧氧化处理针对不同粒级的黄铁矿和毒砂颗粒均产生了碎裂作用。

3）焙烧氧化处理后含金硫精矿矿物颗粒形貌由原来的表面密实，裂纹较浅、较少和孔隙少变化为表面疏松，裂纹较多、较深和孔隙密集。

4）焙烧氧化处理后矿样中金矿物单体解离度由原来的34.66 %提高到了83.79 %，约为原矿样的2.4倍;连生情况也由原嵌布在毒砂、黄铁矿和石英中变为嵌布在赤铁矿中。

[参 考 文 献]

[1]张龙坤.我国金矿资源前景与分析[J].世界有色金属，2017（20）：151-152.

[2]李鹏远.中国黄金供需预测及对策研究[D].北京：中国地质大学（北京），2015.

[3]吴冰.复杂难处理金矿石预处理工艺研究现状及进展[J].黄金，2020，41（5）：65-72.

[4]ESPITIA S L M，LAPIDUS G T.Arsenic removal strategy in the processing of an arsenopyritic refractory gold ore[J].Hydrometallurgy，2021，203（1）：105628.

[5]刘汉钊.国内外难处理金矿焙烧氧化现状和前景[J].国外金属矿选矿，2005，42（7）：5-10.

[6]GU Y.Automated scanning electron microscope based mineral libera-tion analysis an introduction to JKMRC/FEI mineral liberation analyser[J].Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering，2003，2（1）：33-41.

[7]FANDRICH R，GU Y，BURROWS D，et al.Modern SEM-based mine-ral liberation analysis[J].International Journal of Mineral Proces-sing，2007，84（1/2/3/4）：310-320.

[8]曾令明，歐乐明.某硫化锌矿浮选新工艺及工艺矿物学特性分析[J].中国有色金属学报，2018，28（9）：1 866-1 875.

[9]郑强，边雪，吴文远.白云鄂博稀土尾矿的工艺矿物学研究[J].东北大学学报（自然科学版），2017，38（8）：1 107-1 111.

[10]付艳红，李振，周安宁，等.煤中矿物及显微组分解离特性的MLA研究[J].中国矿业大学学报，2017，46（6）：1 357-1 363.

[11]李峰，丁德馨，胡南，等.难处理含金硫精矿的焙烧氧化-硫代硫酸盐浸出[J].中国有色金属学报，2014，24（3）：831-837.

[12] IVKOVI'C   Z D，MITEVSKA N，SAVOVI'C  V.Kinetics and mecha-nism of the chalcopyrite-pyrite concentrate oxidation process[J].Thermochimica Acta，1996，282：121-130.

[13]WALKER S R，JAMIESON H E，LANZIROTTI A，et al.The effect of ore roasting on arsenic oxidation state and solid phase speciation in gold mine tailings[J].Geochemistry：Exploration，Environment，Analysis，2015，15（4）：273-291.

[14]HAGNI A M，HAGNI R D，TAYLOR P R.Process mineralogy of roasted pyrite and arsenopyrite[J].JOM，1992，44（4）：36-38.

[15]HU G L，DAM-JOHANSEN K，WEDEL S，et al.Decomposition and oxidation of pyrite[J].Progress in Energy and Combustion Science，2006，32（3）：295-314.

作者简介：李峰（1988—），男，湖南常宁人，实验师，硕士，研究方向为溶浸采矿及放射性防护与环境保护;湖南省衡阳市常胜西路28号，南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，421001;E-mail：z8417572@163.com

李峰，王贤磊，张辉，马建洪，杨帆，（1.南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室; 2.南华大学极贫铀资源绿色开发技术湖南省重点实验室）

Effect of roasting oxidation treatment on process mineralogical

characteristics of gold-bearing sulfur concentrateLi Feng，Wang Xianlei，Zhang Hui，Ma Jianhong，Yang Fan，

（1.Key Discipline Laboratory for National Defense for Biotechnology in Uranium Mining and

Hydrometallurgy，University of South China;

2.Hunan Province Key Laboratory of Green Development Technology for Extremely Low Grade Uranium Resources）

Abstract：The mineral properties，particle size，crack and pore size，gold mineral liberation degree and continuity of the refractory gold-bearing sulfur concentrate from Hunan Province before and after roasting oxidation treatment were tested and characterized based on mineral liberation analyzer（MLA） with the help of X-ray diffraction（XRD），scanning electron microscopy（SEM） and laser particle size analyzer.The results showed that the roasting oxidation treatment could oxidize and convert the arsenopyrite  and pyrite in the gold-bearing concentrate into hematite，and in the process the minerals were fragmented to form fine particles with loose and porous surface.The roasting oxidation treatment increased the monomer liberation degree of the gold mineral from the original 34.66 % to 83.79 %，2.4 times higher.The roasting oxidation treatment could cause the increase of fragmentation，cracks，pores and monomer liberation of gold minerals，and could effectively improve the permeability of leaching solution in mineral particles and its contact area with gold minerals，which is conducive to the leaching of gold in gold-bearing minerals.This study has major reference significance in studying the variation of the mineralogical characteristics of refractory gold-bearing sulfur concentrate before and after roasting oxidation treatment，and provides guidance for gold extraction from this kind of minerals.

Keywords：gold-bearing sulfur concentrate;roasting oxidation;MLA;gold;liberation;mineralogical process