某礦石中金的賦存狀態(tài)與選礦實(shí)驗(yàn)研究

楊曉峰， 畢真勝

(黑龍江科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院， 哈爾濱150022)

0 引 言

在我國(guó)，金礦是一種常見(jiàn)且重要的自然資源[1]。金礦大多分布于我國(guó)的西北西南地區(qū)，如陜西省、甘肅省、四川省、貴州省等。某地金礦礦區(qū)已探明黃金儲(chǔ)量為78 t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量120～130 t，占該省已探明可供利用黃金資源的三分之二，是該省黃金工業(yè)的戰(zhàn)略支柱。金的賦存狀態(tài)，通常采用化學(xué)組分分析、物相分析、X 射線(xiàn)面掃描分析、礦物分離分析、數(shù)值分析等方法考察[2]。金的賦存狀態(tài)一般分為3種，第1種為細(xì)粒狀態(tài)；第2種為次顯微顆粒包裹狀態(tài)；第3種為浸染嵌布狀態(tài)[3]。金在礦石中存在都具有較細(xì)的特點(diǎn)，即使通過(guò)細(xì)磨的手段，也難以將金從礦石中剝離開(kāi)來(lái)，通常情況下需要使用浮選法提取金[4]。

為了有效地提取金，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，需要尋找合理的浮選方法。常見(jiàn)的方法是基于金的賦存狀態(tài)改變藥劑制度、改變浮選時(shí)入料礦石的磨礦細(xì)度，再搭配合理的浮選時(shí)間和溫度，即可提升浮選指標(biāo)[5]。

1 礦石的檢測(cè)分析

1.1 化學(xué)元素

礦石的化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。金的化學(xué)物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 礦樣多元素分析結(jié)果

表2 金的化學(xué)物相分析結(jié)果

從表1中可以看出，礦石中可回收的礦物主要為金，伴生的銀、銅、鉛、鋅等質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，無(wú)回收利用價(jià)值。脈石礦物主要為石英及鋁硅酸鹽等，碳、砷等有害元素含量較高，可能對(duì)后續(xù)的選礦、浸出造成不利影響。

從表2的結(jié)果來(lái)看，礦石中金以單質(zhì)形式存在的僅占10.27%，占有率較低。礦石中的金主要是以硫化物包裹的形式存在，且占有率高達(dá)77.91%，易于通過(guò)浮選進(jìn)行回收富集。氧化物包裹金含量較少，對(duì)選礦指標(biāo)的影響不大。

1.2 礦石中金的賦存狀態(tài)

考察金的賦存狀態(tài)常見(jiàn)的方法是光譜分析。首先查明礦物中有用成分以及脈石礦物的主要類(lèi)型，然后采用化學(xué)定量分析檢測(cè)金在各個(gè)粒級(jí)中的含量分布，即對(duì)礦石中的各種元素進(jìn)行定量，最后根據(jù)初步確定的有用或有害元素，挑單礦物在顯微鏡下進(jìn)行詳細(xì)研究來(lái)判斷所考察元素的賦存狀態(tài)。

1.2.1 金在不同粒級(jí)中的分布

金的嵌布粒度結(jié)果及各粒級(jí)黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表3。

表3 -0.074 mm礦樣中金的嵌布粒度及黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由表3可知，金主要分布在0.037～0.010 mm的粒級(jí)，在該粒級(jí)下金品位最高。其分布率相對(duì)于0.074～0.037 mm較高，說(shuō)明金的嵌布粒度較細(xì)，因此磨礦細(xì)度需要更細(xì)，以增加0.037～0.010 mm粒級(jí)的產(chǎn)率，從而提高金精礦的回收率和品位。

由黃鐵礦占比結(jié)果可知，金品位會(huì)隨著黃鐵礦占比的增加而逐漸提高，初步判定金主要以黃鐵礦為載體存在于該礦石中。

1.2.2 金在主要礦物中的分布

該礦石的成分主要分為2種類(lèi)型：第1種是以黃鐵礦為代表的金屬礦物；第2種是不含有金屬脈石礦物，其代表為石英，云母等。兩種成分比重差較大，故需要分成兩部分進(jìn)行制樣分析。兩種成分的化學(xué)分析見(jiàn)表4。

表4 重礦物和輕礦物的化學(xué)分析結(jié)果

由表4可以看出，金在重礦物中的富集度較高，但放置于顯微鏡下進(jìn)行觀察，沒(méi)有見(jiàn)到明顯的金，而觀察到重礦物多以黃鐵礦的形式存在，故金的主要載體礦物是黃鐵礦。推算出純黃鐵礦中金品位為99.1 g/t，如進(jìn)行浮選，則優(yōu)先浮選黃鐵礦。

1.3 黃鐵礦中金的賦存狀態(tài)

礦石中有用礦物和脈石礦物主要賦存形式有3種：第1種是以獨(dú)立礦物的形式存在；第2種是類(lèi)質(zhì)同像混入形式；第3種是以離子吸附形式存在。

1.3.1 黃鐵礦中鐵和金的化學(xué)分析

在考察礦石中金的賦存狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)鐵和金分別進(jìn)行化學(xué)相關(guān)分析[6]?；瘜W(xué)相關(guān)分析是指在確保試劑濃度、溫度和時(shí)間等其他因素不變的情況下，把化學(xué)試劑作為變量，與目標(biāo)礦物進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)反應(yīng)結(jié)果測(cè)算出元素與礦物之間的比例關(guān)系[6]。該礦石黃鐵礦中鐵與金的相關(guān)分析采用HAc-H2O2溶液作試劑，在一定的條件下浸溶4次，對(duì)各次浸溶濾液分別測(cè)定Au、Fe含量，浸出率結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 黃鐵礦中Au、Fe累計(jì)浸出率

由表5可知，4次浸溶出的金含量都極少，且鐵和金在浸出率方面沒(méi)有相關(guān)性。殘?jiān)鲲@示，金的浸出率高達(dá)93.21%，可知金是獨(dú)立存在于黃鐵礦中的。

1.3.2 工藝粒度

黃鐵礦的工藝粒度是指黃鐵礦集合體顆粒和單晶體顆粒的相對(duì)大小與由大到小相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。一般選擇點(diǎn)測(cè)法測(cè)定礦石中黃鐵礦的工藝粒度。具體步驟是對(duì)粒度為-300 μm以下的礦樣進(jìn)行縮分、制樣，放置在反光顯微鏡下觀察，測(cè)定的結(jié)果見(jiàn)表6。其中，d為比粒徑，n為測(cè)定顆粒數(shù)量，w為各工藝粒度范圍礦石中黃鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wa為累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表6 黃鐵礦的工藝粒度分布

從表6來(lái)看，粒度處于256～16 μm的黃鐵礦累計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%以?xún)?nèi)，粒度處于16～2 μm的黃鐵礦累計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)占95%，證明礦石中黃鐵礦的工藝粒度屬細(xì)粒級(jí)和微細(xì)粒級(jí)，絕大部分屬于微細(xì)粒級(jí)[7]。

1.3.3 金礦物的嵌布特征

礦樣中硫化礦物以黃鐵礦為主。圖1為黃鐵礦在不同礦物中的分布。圖1a中黃鐵礦在白云石等碳酸鹽礦物中呈稀疏嵌布,黃鐵礦呈五角十二面體的自形、半自形粒狀，反光，300倍。圖1b中黃鐵礦在被黏土礦物膠結(jié)的石英砂屑等硅質(zhì)礦物集合體中呈稠密、稀疏浸染嵌布，其中部分黃鐵礦以0.003～0.015 mm的半自形嵌布在礦石中, 黃鐵礦呈立方體自形、半自形，反光，300倍。圖1c黃鐵礦呈半自形、他形微粒，在絹云母、黏土礦物集合體中密集、稀疏嵌布。反光，300倍。圖1d 黃鐵礦呈半自形、他形微粒，在石英砂屑、黏土礦物、碳質(zhì)集合體中稀疏嵌布。反光，300倍。圖1e 黃鐵礦呈半自形、他形微粒，在絹云母、綠泥石等黏土礦物中稠密、稀疏嵌布。反光，300倍。圖1f 黃鐵礦呈他形微粒，在絹云母、黏土礦物中稀疏浸染嵌布。反光，500倍。

圖1 黃鐵礦在不同礦物中的分布Fig. 1 Distribution of pyrite in different minerals

2 提金工藝影響因素

2.1 水玻璃用量

選擇水玻璃作為調(diào)整劑在于它具有節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。圖2是以調(diào)整劑、磨礦細(xì)度為變量的實(shí)驗(yàn)流程。水玻璃的作用是能分散礦泥且抑制脈石，實(shí)驗(yàn)中所使用的水玻璃是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的液體，最終金精礦品位和回收率如圖3所示。

圖2 水玻璃用量實(shí)驗(yàn)流程Fig. 2 Test flow of sodium silicate dosage

圖3 水玻璃用量Fig. 3 Sodium silicate dosage

由圖3可知，在磨礦細(xì)度-74 μm占80%的條件下，剛開(kāi)始金精礦的回收率與加入的水玻璃質(zhì)量成正比，說(shuō)明增加水玻璃用量可以提高金精礦品位，但增加水玻璃用量有一定的范圍限制。當(dāng)大于1 000 g/t時(shí)，金精礦的品位反而會(huì)減小，故水玻璃作為調(diào)整劑最佳用量為1 000 g/t。

2.2 硫化鈉用量

硫化鈉作為常用的活化劑，其作用是將礦石中已被氧化的硫化物進(jìn)行活化以提高浮選指標(biāo)。硫化鈉用量對(duì)金精礦品位和回收率的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 硫化鈉用量Fig. 4 Sodium sulfide dosage

由圖4可知，當(dāng)磨礦細(xì)度為-74 μm占80%不變時(shí)，少量的硫化鈉可以在黃鐵礦浮選過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行活化，提高浮選指標(biāo)。當(dāng)硫化鈉用量達(dá)到500 g/t時(shí)，金精礦的品位以及回收率會(huì)達(dá)到峰值，隨著硫化鈉用量的增加，金精礦的品位和回收率反而會(huì)下降。

2.3 石灰用量

石灰石在浮選過(guò)程中具有調(diào)節(jié)礦漿的pH值、消除某些對(duì)浮選不利的離子、提升礦泥的沉聚作用和在抑制黃鐵礦的同時(shí)增加其他選礦藥劑的活性等作用。在處理硫化礦時(shí)，通常使用石灰作為調(diào)整劑，不同石灰石用量對(duì)選礦結(jié)果的影響見(jiàn)圖5。

圖5 石灰石用量Fig. 5 Iimestone dosage

從圖5可知，當(dāng)控制磨礦的細(xì)度在-74 μm占80%時(shí)，隨著石灰石用量的增加，金精礦的品位和回收率會(huì)相應(yīng)的提高，但石灰石用量超過(guò)200 g/t時(shí)，金精礦回收率會(huì)大幅下降，最終確定浮選過(guò)程中石灰石用量為200 g/t。

2.4 磨礦細(xì)度

由前文可知，該金礦中黃鐵礦的工藝粒度為細(xì)粒級(jí)和微細(xì)粒級(jí)，礦石中存在的雜質(zhì)如黏土礦物會(huì)在浮選礦漿中形成大量的礦泥，惡化浮選環(huán)境。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)細(xì)磨手段可將礦石充分解離，達(dá)到提高金精礦回收率的目的。不同磨礦細(xì)度對(duì)浮選回收率的影響結(jié)果見(jiàn)圖6。其中，-74 μm粒級(jí)占比為k。

圖6 磨礦細(xì)度Fig. 6 Grinding fineness

由圖6可知，金精礦的品位和回收率會(huì)隨著磨礦細(xì)度的增加而提高。當(dāng)金精礦回收率開(kāi)始下降時(shí)，其品位也會(huì)隨著磨礦細(xì)度的增加而下降，所以將磨礦細(xì)度控制在-74 μm粒級(jí)占80%～90%之間最佳。

在保持調(diào)整劑用量最佳的情況下，針對(duì)磨礦細(xì)度對(duì)金精礦回收率的影響，做出兩組小型閉路實(shí)驗(yàn)。兩種方案中磨礦細(xì)度分別為-74 μm粒級(jí)占80%和85%，工藝流程見(jiàn)圖7，實(shí)驗(yàn)最終指標(biāo)見(jiàn)表7。

圖7 小型閉路實(shí)驗(yàn)工藝流程Fig. 7 Small closed circuit test process

表7 小型閉路實(shí)驗(yàn)最終指標(biāo)

由表7可知，在磨礦細(xì)度-74 μm粒級(jí)占85%的條件下，金精礦品位和回收率均大于磨礦細(xì)度-74 μm粒級(jí)占80%的情況。-74 μm粒級(jí)占85%的條件下尾礦中金的品位也有所降低，提升了金的回收率。磨礦細(xì)度控制在-74 μm粒級(jí)占85%更合理。

3 結(jié) 論

(1)該礦石中主要有價(jià)元素為金，礦石中伴生了碳，砷等雜質(zhì)，對(duì)提金過(guò)程造成不利影響。該礦石中金主要賦存在黃鐵礦中且黃鐵礦的工藝粒度屬于細(xì)粒級(jí)和微細(xì)粒級(jí)，絕大部分屬于微細(xì)粒級(jí)，對(duì)精礦和脈石礦物的解離造成了一定困難。

(2)最佳藥劑制度為水玻璃用量1 000 g/t，硫化鈉用量500 g/t，石灰石用量200 g/t。

(3)在保持最佳藥劑制度條件下，當(dāng)?shù)V石磨礦細(xì)度達(dá)到-74 μm粒級(jí)占85%時(shí)，金精礦回收率及品位最佳。