湖南某含砷金矿的工艺矿物学研究

梁斌珺 胡海祥 邹 尚 唐丽群

(1.赣南科技学院,江西 赣州 341000;2.湖南黄金洞矿业有限责任公司,湖南 岳阳 410400;3.广西安全工程职业技术学院,广西 南宁 530100)

我国金矿资源分布广泛、储量集中,以中小型规 模金矿床为主[1-3]。随着金矿资源的持续开发利用,易采选的金矿资源日趋减少,难处理金矿资源逐渐成为我国主要的提金资源[4-7]。湖南省是金矿资源储量较为丰富的地区之一,采选历史悠久[8-11]。湖南省金矿资源以含砷金矿资源为主,占全省金总储量的68.2%,占全省脉金矿床(包括伴生金及氧化金矿)金储量的78.9%,是湖南金矿资源的重要组成部分,具有储量大、分布广、类型多及难选冶的特点,将成为全省提金原料的重要来源[12-14]。

湖南某地金矿经过多年的开采,随着开采深度的逐年下降,矿体呈现出金品位变低、有害元素砷和碳含量增大的趋势,成为难处理金矿的典型代表。工艺矿物学作为矿物学的一个分支,研究内容主要包括矿石的化学成分、矿物组成、结构和构造及其物理、化学性质和矿物在选矿过程的行为等,可为选矿机理的诠释和选矿工艺方案的制定、实现及优化等提供矿物学依据[15-18]。本文通过化学多元素分析、X射线衍射分析、光学显微镜分析、扫描电镜分析、元素化学物相分析和矿物参数自动分析系统(MLA)等多种分析测试手段对该金矿石的化学成分、主要矿物组成及含量、金矿物的嵌布特征和其他主要元素的赋存状态进行了详细的研究,以期为后续选矿工艺的改进和浮选指标的优化提供数据支撑。

1 矿石的物质组成

1.1 化学成分分析

利用化学多元素分析的方法对矿样的化学成分进行了分析,结果如表1所示。

表1 矿石的主要化学成分分析结果Table 1 Analysis results of the main chemical composition of the ore %

由表1可知,矿石中金的品位为3.40 g/t,为选矿回收的主要对象;Ag和WO3的含量分别为2.22 g/t和0.27%,可考虑作为综合利用的对象进行回收;Cu、Pb、Zn含量较低,综合利用价值不大;矿石中脉石组分主要为SiO2,其次为Al2O3和K2O,三者合计含量为77.87%;矿石中有害元素砷和碳的含量相对较高,分别为0.36%和1.42%,可能对浮选回收率的提升会有较大的影响[19-21]。

1.2 矿物组成及含量

为了查明矿石中的主要矿物种类及含量,对矿样进行了光学显微镜分析和MLA分析,结果表明:金矿物均为自然金;银矿物主要为银黝铜矿;钨矿物主要为白钨矿,另有微量黑钨矿;金属硫化物以黄铁矿和毒砂为主;铁矿物主要有菱铁矿,微量磁铁矿和赤褐铁矿;脉石矿物主要为石英和绢云母,其次为铁白云石、高岭石、绿泥石、蛇纹石、金红石和蒙脱石等。

表2为采用MLA测定的主要矿物的质量含量。

表2 矿石中主要矿物及其含量Table 2 Main minerals and its contents in the ores %

2 矿石的结构和构造

2.1 矿石的结构

利用偏光显微镜和扫描电镜观察原矿样品,确定该矿石的结构主要有6种:

(1)自形、半自形结构。部分黄铁矿或毒砂结晶形态较好,以自形、半自形微细粒浸染状嵌布在脉石中,如图1所示。

图1 自形、半自形结构的黄铁矿、毒砂浸染状分布于脉石中Fig.1 Pyrite and arsenopyrite disseminated distribution in gangue with idiomorphic and semi-idiomorphic structure

(2)交代结构。部分自形粒状黄铁矿被毒砂和黄铜矿交代,形成交代结构,如图2所示。

图2 自形粒状黄铁矿被毒砂和黄铜矿交代Fig.2 Pyrite in idiomorphic and granulous metasomatized by arsenopyrite and chalcopyrite

(3)包含结构。部分微细粒白钨矿被石英包裹,形成包含结构,如图3所示。

图3 不规则粒状白钨矿包裹于石英粒间Fig.3 Irregular granulous scheelite encased in quartz grains

(4)镶边结构。部分银黝铜矿呈脉状沿黄铁矿和毒砂裂隙或边缘充填形成镶边结构,如图4所示。

图4 银黝铜矿在毒砂边缘镶边Fig.4 Freibergite braided in the edge of arsenopyrite

(5)压碎结构。矿石中部分石英矿物受压力后,晶粒产生裂隙,呈压碎结构,如图5所示。

图5 石英的压碎结构Fig.5 The crushed structure of quartz

(6)他形结构。矿石中部分黄铁矿、毒砂、石英及菱铁矿等矿物结晶形态较差,形成他形粒状结构。

2.2 矿石的构造

矿石的构造主要包括浸染状构造、团块状构造、裂隙状构造、细脉状构造等。

(1)浸染状构造。中、细粒黄铁矿或菱铁矿多以星散状浸染嵌布在石英、绢云母和碳酸盐矿物为主的脉石矿物基底中,构成矿石的浸染状构造。

(2)团块状构造。部分毒砂和石英矿物在矿石中富集呈团块状,构成矿石的团块状构造。

(3)裂隙状构造。矿石中部分石英矿物受压力后产生裂隙,构成矿石的裂隙状构造。

(4)细脉状构造。矿石中部分石英和菱铁矿呈细脉状集合体穿插早期脉石矿物形成矿石的细脉状构造。

3 主要矿物的嵌布特征

3.1 银黝铜矿

银黝铜矿((Ag,Cu,Fe,Zn)12(Sb,As)4S13)是样品中主要的含银矿物,多呈不规则状或脉状,沿黄铁矿和毒砂粒间、裂隙或边缘充填(图4和图6),粒度较为微细,主要分布在0.005～0.02 mm。能谱分析结果表明,银黝铜矿中主要成分为Ag、Sb、S和Cu,含量分别为31.16%、26.51%、18.68%和15.80%;次要成分为Fe和Zn,含量分别为5.28%和2.57%。银黝铜矿与硫化物关系极为密切,预计在选矿过程中进入浮选精矿中。

图6 银黝铜矿呈短脉状沿黄铁矿裂隙充填产出Fig.6 Freibergite produced by filling pyrite fissure in short nervation

3.2 白钨矿

白钨矿(CaWO4)为矿石中钨的主要赋存矿物,主要集中发育在石英脉或石英—菱铁矿脉中。白钨矿晶体多呈不规则粒状,大部分沿石英、菱铁矿粒间镶嵌产出,少量微细粒者包裹于石英中(图3和图7)。

图7 不规则粒状白钨矿沿石英和菱铁矿粒间嵌布Fig.7 Irregular granulous scheelite disseminated in quartz and siderite grains

采用显微镜和MLA对矿石中白钨矿的嵌布粒度进行了统计,结果见表3。

表3 矿石中白钨矿的嵌布粒度Table 3 The disseminated grain size of scheelite in the ore

由表3可知,白钨矿在各个粒度范围均有分布,以+0.074 mm者居多,占比为64.32%;粒径微细者较少,-0.037 mm的颗粒占比仅有17.92%。总体看来,白钨矿的嵌布关系较为简单,易在磨矿过程中实现单体解离。

3.3 黄铁矿

黄铁矿(FeS2)是矿石中重要的金属硫化物和载金矿物,在矿石中呈大部分独立出现和小部分局部富集的分布特点。一部分结晶程度较高,晶形呈五角十二面体形态(图8);另一部分呈星散状浸染嵌布于石英、绢云母和碳酸盐矿物为主的脉石矿物基底中(图1(a));仅极少量与毒砂、黄铜矿、闪锌矿、银黝铜矿或方铅矿等其他金属硫化物交生(图2)。

图8 黄铁矿的自形结构Fig.8 The automorphic structure of pyrite

对矿石中黄铁矿的嵌布粒度进行了统计,结果见表4。

表4 矿石中黄铁矿的嵌布粒度Table 4 The disseminated grain size of pyrite in the ore

由表4可知,矿石中黄铁矿主要分布在0.15～0.037 mm,占比为58.02%,其次为粒度小于0.037 mm的颗粒,占比为30.56%。总体看来,黄铁矿的结晶程度较好,嵌布关系简单,但是一部分黄铁矿嵌布粒度微细,需要磨至较细的粒度才能实现单体解离。

3.4 毒 砂

毒砂(FeAsS)也是矿石中重要的金属硫化物和载金矿物,与黄铁矿及其他金属硫化物嵌连者较为少见,结晶程度较好,常呈自形、半自形板(柱)状或粒状及菱面体晶形发育,大部分富集在石英脉或菱铁矿脉的内部及其周边的脉石矿物基底中(图1(b)和图9(a)),少部分呈星散状嵌布在脉石矿物中(图9(b))。

图9 毒砂的嵌布特征Fig.9 The dissemination characteristics of arsenopyrite

对矿石中毒砂的嵌布粒度进行了统计,结果见表5。

表5 矿石中毒砂的嵌布粒度Table 5 The disseminated grain size of arsenopyrite in the ore

由表5可知,矿石中毒砂粒径较粗者含量较少,大于0.15 mm者占比仅为5.22%;粒径小于0.074 mm者居多,占比为64.32%;还有一部分毒砂的嵌布粒度较细,粒径小于 0.037 mm者占比达到了34.89%。总体看来,虽然毒砂的结晶程度较好,但是一部分毒砂的嵌布粒度微细,同样需要磨至较细的粒度才能实现单体解离。

3.5 石英及其他矿物

矿石中脉石矿物以石英和绢云母为主,其次是菱铁矿和钠长石,另外还有少量铁白云石、高岭石、绿泥石、蛇纹石、金红石和蒙脱石等。

石英有多种类型,部分呈粗粒他形粒状紧密镶嵌,呈团块状集合体(图10);部分呈微细粒他形粒状构成部分矿块的脉石矿物基底(图11(a));此外还有部分石英呈脉状集合体穿插于早期矿物中(图5)。

图10 他形石英的块状结构Fig.10 Massive structure of allotriomorphic quartz

菱铁矿主要有2种类型,一种呈不规则团块状或霉斑状集合体浸染状分布(图11(a));另一种呈脉状集合体穿插早期脉石矿物中(图11(b))。

图11 菱铁矿的嵌布特征Fig.11 The dissemination characteristics of siderite

云母与钠长石镶嵌紧密,主要表现为晚期绢云母交代早期钠长石(图12),钠长石呈微细粒状嵌布在绢云母集合体中,光学显微镜下不易观察,二者常一起与微细粒石英构成大部分矿块的脉石矿物基底。

图12 钠长石被绢云母强烈交代Fig.12 Albite metasomatized by sericite strongly

4 金在矿石中的赋存状态

为查明金矿物的种类、化学成分、形态、粒度及其在矿石中的分布特点,以硫化物为对象对金进行了选矿富集,并采用MLA对原矿和金富集产品进行了详细检测。

4.1 金矿物的种类及化学成分

按照金矿物的分类标准,含金量超过80%的为自然金、含金量50%～80%的为银金矿、含金量10%～50%的为金银矿、含金量10%以下的为自然银[22]。为了确定矿石中金矿物的种类,先通过MLA检测确定原矿样品中的金矿物,再采用扫描电镜对其进行能谱微区成分分析,结果表明:矿石中金矿物均为自然金,除极少量自然金中含微量银外,大部分为纯自然金,金矿物的平均成色为999.5‰。

4.2 金矿物的嵌布特征

金矿物的嵌布特征是指金矿物与载体矿物在空间上的镶嵌关系。根据MLA对选矿富集产品的检测结果和SEM的观察,可将矿石中金矿物的产出形式大致归纳为粒间金、裂隙金和包裹金等3种类型。

(1)粒间金。各种形态的自然金沿毒砂粒间、黄铁矿粒间、毒砂—黄铁矿粒间、毒砂—黄铜矿粒间、毒砂—脉石粒间、黄铁矿—脉石粒间和方铅矿粒间零星分布(图13(a))。

(2)裂隙金。微细的金矿物沿黄铁矿、毒砂和黄铜矿等金属硫化物的解理、孔洞及裂隙断续充填分布(图 13(b))。

(3)包裹金。微细的金粒呈包裹体嵌布在毒砂、黄铁矿以及铁白云石和石英等脉石中(图13(c)和(d)),以这种形式存在的金矿物粒度一般比较细小,以微细粒金为主。

综合来看,矿石中金的产出形式较为简单,主要的载金矿物是毒砂和黄铁矿,以包裹金为主,粒间金和裂隙金占比较低。

4.3 金矿物的形态

对MLA所检测原矿样品中金矿物的自然形态进行了统计,结果见表6,数据处理按金粒的面积比进行计算。

由表6可知,矿石中金矿物主要呈边界平整、棱角明显的角粒状和边界不平整、有尖角的尖角粒状产出,次为长角粒状,合计分布率为89.58%,而麦粒状或圆粒状、板片状、针线状和枝杈状金矿物所占比例较低。

4.4 金矿物的粒度

参照我国岩金矿地质勘察规范金矿物粒度划分标准:粗粒金295～74μm、中粒金74～37μm、细粒金37～10μm、微粒金≤10μm。采用MLA对原矿样品中自然金的嵌布粒度进行了统计,结果见表7。

表7 矿石中金矿物的粒度分布及粒级划分Table 7 The grain size distribution of gold in the ore and particle size classification

由表7可知,矿石中的金主要为细粒—微粒金的范畴,且绝大部分小于19μm,占比为98.95%,其中小于10μm的难选微粒金的占比超过了一半,达到了51.25%。

4.5 金矿物的物相

为查定金的解离情况,对磨矿细度为-0.074 mm占65%的原矿样品进行了金的化学物相分析,结果见表8。

由表8可知,在磨矿细度为-0.074 mm占65%的条件下,矿石中单体及裸露金占比仅为5.90%,这主要受金矿物的嵌布粒度影响,微粒的自然金在该磨矿细度条件下基本上没有解离或者出现暴露面;硫化物包裹金在矿石中所占比例最高,达到了88.79%,单体及裸露金和硫化物包裹金分布率之和为94.69%,即磨矿细度为-0.074 mm占65%时金矿物的最大理论回收率;铁氧化物及碳酸盐包裹金和石英及硅酸盐包裹金的比例相对较低,两者合计分布率为5.31%,该部分金矿物主要以微粒金包裹在菱铁矿、石英、绢云母和钠长石中,即使进一步细磨也难以达到单体解离。

表8 磨矿细度为-0.074 mm占65%时矿石中金物相分析结果Table 8 Analysis results of the gold phase in the ore with grinding fineness of-0.074mm accounting for 65%

5 选矿工艺流程推荐

根据矿石工艺矿物学的研究结果,欲充分回收矿石中的金,不仅要充分回收单体及裸露金,更要充分回收载金硫化物。单体及裸露金可采用重选的方法回收,而硫化物包裹金则可采用浮选硫化物的方式进行回收,故推荐选矿原则工艺流程如图14所示。

图14 推荐选矿原则工艺流程Fig.14 The recommended principle flowsheet of the beneficiation test

6 结 论

(1)该矿石属于微细粒—超微细粒含砷、碳的难选冶金矿石。矿石中有价元素金的平均品位为3.40 g/t,且金在矿石中的嵌布粒度细微,粒度小于19μm者占比达到了98.95%;有害元素砷和碳的含量分别为0.36%和1.42%。

(2)矿石中的金属矿物主要为银黝铜矿、白钨矿、黄铁矿、毒砂和菱铁矿等;非金属矿物主要为石英和绢云母,其次为高岭石、绿泥石、蛇纹石等。其中,银黝铜矿和白钨矿在矿石中嵌布关系简单,容易在磨矿过程中解离,可考虑作为综合回收的对象;黄铁矿和毒砂是主要的金属硫化物和载金矿物,虽然大部分结晶形态较好,但其部分矿物嵌布粒度微细,需要磨至较细的粒度才能达到单体解离,因此,磨矿细度可能是影响金回收率的重要因素之一。

(3)矿石中金矿物均为自然金,平均成色为999.5‰,主要呈角粒状和尖角粒状,其次为长角粒状,粒度绝大部分小于19μm,属微细粒金的范畴。金的解离分析表明,在磨矿细度为-0.074 mm占65%的条件下,单体及裸露金和硫化物包裹金分布率分别为5.90%和88.79%,二者合计分布率为94.69%,即该磨矿细度下金的最大理论回收率。