氧化金鈷礦選礦工藝的實(shí)驗(yàn)研究

孫志勇， 林 棟

(1.陜西天地建設(shè)有限公司, 西安 710199; 2.西部礦業(yè)股份有限公司錫鐵山分公司, 青海 海西 816203)

0 引 言

金礦資源是我國(guó)儲(chǔ)量較大的一類戰(zhàn)略性資源，在我國(guó)不同地區(qū)均有分布，尤以山東地區(qū)、江西地區(qū)、東北地區(qū)等最為典型。近幾年，我國(guó)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用水平不斷提升，技術(shù)和裝備能力得到較大發(fā)展，有效地緩解了我國(guó)資源環(huán)境壓力，有力促進(jìn)了礦業(yè)科技進(jìn)一步增加投入。在礦產(chǎn)資源高質(zhì)量發(fā)展要求下，基于資源稟賦特性的基礎(chǔ)性研究[1]能夠提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐和理論支持，已成為高效、科學(xué)、合理開發(fā)利用礦產(chǎn)資源的重要手段。針對(duì)復(fù)雜性多元素礦產(chǎn)資源的基礎(chǔ)性研究，開展詳實(shí)的多技術(shù)性基礎(chǔ)研究和分析具有更加重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值[2]。筆者采用多種技術(shù)手段研究礦物學(xué)，并結(jié)合礦物學(xué)結(jié)果開展選礦試驗(yàn)工藝探討，為夯實(shí)該礦石開發(fā)理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供了依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣品準(zhǔn)備

試驗(yàn)礦樣來(lái)自我國(guó)西部地區(qū)某礦山現(xiàn)場(chǎng)采集，取得代表性原生礦樣100 kg。根據(jù)研究?jī)?nèi)容，試驗(yàn)對(duì)原礦樣品進(jìn)行了加工處理。

礦物學(xué)樣品：在原生礦中選取具有明顯特征的塊樣，經(jīng)磨片機(jī)制作顯微鏡鑒定樣片。

選礦試驗(yàn)樣品：對(duì)原生礦按照“粗碎-中碎-細(xì)碎閉路”流程進(jìn)行了加工，分別制備了化學(xué)分析樣和選礦試驗(yàn)樣，其中選礦試驗(yàn)樣每份250 g，粒度-2 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用光譜半定量方法進(jìn)行原生礦有價(jià)元素普查，采用化學(xué)分析法進(jìn)行礦石化學(xué)成分定量分析，采用高倍顯微鏡、XRD、MLA等儀器設(shè)備進(jìn)行礦物嵌布特征分析，其中顯微鏡為德國(guó)蔡司偏光顯微鏡Axioskop 40 A Pol和德國(guó)徠卡DM2500P偏光顯微鏡；XRD儀器為進(jìn)口 XRD-7000S/L型儀器；MLA礦物分析儀為型號(hào)FEI MLA 250的進(jìn)口儀器。

選礦工藝主要采用了氰化、重選、磁選、浮選的單一或聯(lián)合選礦方法。氰化設(shè)備為變頻XJT型有機(jī)玻璃圓槽型攪拌浸出槽；浮選設(shè)備為XFG型可調(diào)速可充氣的掛槽浮選機(jī)；重選設(shè)備為搖床；磁選設(shè)備為XCSQ 50×70濕式強(qiáng)磁筒輥式磁選機(jī)。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝礦物學(xué)結(jié)果與討論

2.1.1 礦石有價(jià)元素普查分析

根據(jù)元素特征譜線特性差異可估計(jì)元素的含量，為普查礦石中的有價(jià)元素，對(duì)礦石全元素進(jìn)行了光譜半定量分析，結(jié)果如表1所示。

表1 原礦光譜半定量分析結(jié)果

由表1得知，礦石中Fe2O3需要重點(diǎn)關(guān)注，其余元素特征不太明顯，需要借助定量分析方法進(jìn)行精確分析。

2.1.2 多元素化驗(yàn)分析

在光譜半定量普查的基礎(chǔ)上，采用化驗(yàn)法進(jìn)行了礦石化學(xué)成分的定量分析，結(jié)果如表2所示。

表2 原礦多元素分析結(jié)果

由表2得知：礦石中Au品位為3.50 g/t，是主要可回收貴金屬元素；Ag品位為2.90 g/t，達(dá)到伴生回收標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)視回收情況進(jìn)行評(píng)價(jià)；TFe及Co含量達(dá)到原生礦開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)根據(jù)礦石性質(zhì)分析進(jìn)一步判定其可回收性。

2.1.3 原礦物相分析

試驗(yàn)采用化學(xué)法對(duì)礦石中的Au、Co元素進(jìn)行了物相分析，試驗(yàn)結(jié)果分別如表3和表4所示。

表3 金物相分析結(jié)果

表4 鈷物相分析結(jié)果

由表3、4可知：礦石中裸露-半裸露金占85.71%，硫化物包裹金較少，有利于浮選和氰化工藝；礦石中硫化相中鈷含量?jī)H0.01%，占43.48%，說(shuō)明鈷的回收期望值不高。

2.1.4 礦石礦物組成

礦石的礦物組成分析結(jié)果如表5所示。

表5 礦石礦物組成及含量

由表5可知，礦石中礦物組成比較簡(jiǎn)單，金礦物為自然金；金屬礦物主要為褐鐵礦、黃鉀鐵礬、鈦鐵礦等；非金屬礦物主要為石英、鈉長(zhǎng)石、綠泥石等。

2.1.5 礦物嵌布特征分析

(1)金礦物嵌布特征

礦石中金礦物為自然金。自然金的成色較高，平均為972.5‰，普遍含鐵2.23%～3.38%，含銀5.1%～6.77%，部分樣品含少量鈷。自然金的外形形態(tài)豐富多樣，主要為圓粒狀，其次為角粒狀、麥粒狀、枝杈狀、長(zhǎng)角粒狀等。經(jīng)面積法統(tǒng)計(jì)[3-4]，礦石中明金占有率約72.60%，其中包裹裂隙金占37.88%，褐鐵礦內(nèi)空洞金占9.47%，中粒金占25.25%；微粒金占有率約27.40%，其中包裹裂隙金占24.95%，褐鐵礦內(nèi)空洞金占1.95%，褐鐵礦內(nèi)粒間金占0.50%。自然金主要賦存在多孔狀褐鐵礦型金礦石中(圖1)和褐鐵鈉長(zhǎng)石化巖型金礦石中。礦石中褐鐵礦為針鐵礦及硅質(zhì)等細(xì)小顆粒的混合物集合體，粒度可細(xì)到1 μm，其中包裹的金與一般的包裹金不同(圖2)，細(xì)小且致密，較難解離為裸露-半裸露金。粒間金主要分布在成分差異明顯的褐鐵礦粒間及褐鐵礦與其中包裹的磁鐵礦粒間。試驗(yàn)結(jié)果表明，原礦中金以顯微金(<0.01 mm)、細(xì)粒金(0.01～0.037 mm)為主，金礦物容易解離，對(duì)選別回收較為有利；但在致密細(xì)小的褐鐵礦集合體中包裹少部分微細(xì)粒顯微金，會(huì)影響金的回收效果。

圖1 多孔狀褐鐵礦包裹自然金Fig. 1 Natural gold ore wrapped in rorous limonite

圖2 微細(xì)粒褐鐵礦包裹微細(xì)粒自然金(6 000倍電鏡)Fig. 2 Microgranular gold ore wrapped in microgranular limonite(6 000 sem)

(2)鈷礦物嵌布特征

鈷主要以分散狀態(tài)分布在部分褐鐵礦、自然金、黑云母、綠泥石中。對(duì)重選金精礦進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明鐵含量與鈷含量呈正相關(guān)性，采用650掃描電鏡及能譜分析得知，褐鐵礦中存在分散鈷。鈷的這種分散分布嚴(yán)重影響鈷的綜合回收利用，較難獲得鈷產(chǎn)品。

(3)共伴生礦物嵌布特征

褐鐵礦礦石中褐鐵礦含量較高，MLA能譜分析得知含鐵量為56.67%～66.31%。褐鐵礦為針鐵礦及硅質(zhì)等細(xì)小顆粒的混合物集合體，部分可見明顯的膠狀結(jié)構(gòu)，組成的針鐵礦粒度細(xì)至0.001 mm。褐鐵礦具有三種嵌布特征：一是呈磁鐵礦假象浸染狀分布，含有自然金；二是呈多孔狀、皮殼狀集合體分布，也含有自然金；三是少量在黃鉀鐵礬周圍鑲邊。褐鐵礦本生可選性就差，回收較難。

黃鉀鐵礬礦石中黃鉀鐵礬集合體粒度0.03～0.1 mm，呈等軸粒狀，與自然金關(guān)系密切。

黃鐵礦礦石中黃鐵礦較少，主要?dú)埩舴植荚诤骤F礦中，少部分星點(diǎn)狀分布在脈石中，粒度較細(xì)，為0.005～0.05 mm。

鈦鐵礦主要以針狀、板條狀星散分布在脈石中，粒度較細(xì)；其次以它形粒狀或板狀，稀疏浸染狀分布裂隙中；再次以粒狀或板狀包裹在褐鐵礦中。

鈉長(zhǎng)石礦石中主要脈石礦物之一，嵌布特征為：一是呈它形粒狀變晶，粒度0.01～0.1 mm，分布于綠泥石英千枚巖中；二是呈它形粒狀或自形板狀的鈉長(zhǎng)石化變晶結(jié)構(gòu)，多含有石英、磷灰石，與金礦關(guān)系密切。

黑云母粒度0.01～0.02 mm之間，鱗片狀形態(tài)，呈集合體定向條帶狀分布，與石英、褐鐵礦組成糜棱巖。MLA分析知，黑云母與綠泥石都含少量鈷。

2.1.6 礦石自然類型

根據(jù)有色金屬礦石自然類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)對(duì)礦石進(jìn)行了鐵物相分析[5]，結(jié)果如表6所示。

表6 鐵物相分析結(jié)果

由表6可知，礦石中鐵以赤-褐鐵礦為主，占有率為90.53%，用于衡量該金礦，說(shuō)明氧化率高；作為綜合回收的氧化鐵，其品位不夠；采用鐵物相確定金礦石的氧化率，可劃定其自然類型為高氧化率的氧化礦。

2.1.7 礦石工藝類型

根據(jù)我國(guó)對(duì)金礦石工藝類型的綜合礦石工藝名稱劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合該礦石硫化物含量低、氧化率高及組合特征，說(shuō)明礦石的工藝類型[6]為：少硫化物多孔狀褐鐵礦型氧化金礦石和褐鐵鈉長(zhǎng)石化巖型氧化金礦石。

2.2 選礦試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.2.1 提金工藝試驗(yàn)探討

從工藝礦物學(xué)研究結(jié)果分析，本礦石較適宜于氰化工藝。為全面掌握主元素Au的選礦效果，形成工藝方案數(shù)據(jù)對(duì)比，試驗(yàn)采用重選、浮選、氰化等單一或聯(lián)合流程，擬定了5種提金工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)效果探討。

工藝1——氰化流程礦樣磨礦至-0.074 mm粒級(jí)含量占85%，石灰調(diào)pH=10.5，氰化鈉4 400 g/t，液固比1.5∶1。

工藝2——浮選-重選流程礦樣磨礦至-0.074 mm粒級(jí)含量占85%，“一粗一掃”浮選的尾礦進(jìn)行“重選—中礦再選”，得到粗精礦、中礦及尾礦。

工藝3——重選-浮選流程礦樣磨礦至-0.074 mm粒級(jí)含量占85%，重選流程的尾礦進(jìn)行“一粗一掃”浮選，得到粗精礦、中礦和尾礦。

工藝4——重選-氰化流程礦樣磨礦至-0.074 mm粒級(jí)含量占85%，重選得金精礦，重選尾礦氰化得到浸出液和浸渣。

工藝5——浮選-氰化流程礦樣磨礦至-0.074 mm粒級(jí)含量占90%，“一粗一掃”浮選的尾礦進(jìn)行氰化得到浸出液和浸渣。

5種不同提金工藝流程的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同提金工藝流程試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 Fig. 3 Comparison of test results of different gold extraction process

由圖3可知，直接氰化工藝尾礦的含金量相對(duì)較低，其金回收率也較為理想。該工藝流程連貫且簡(jiǎn)短，是適合本礦石的選礦技術(shù)工藝。經(jīng)對(duì)氰化工藝進(jìn)行詳細(xì)條件試驗(yàn)，獲得最佳試驗(yàn)指標(biāo)為：Au浸出率91.71%，Au吸附率99.21%，Au總回收率為90.99%；Ag浸出率32.07%、Ag吸附率93.23%，Ag總回收率29.90%。

2.2.2 提金尾礦綜合回收試驗(yàn)探討

基于提金工藝對(duì)Co的富集作用較小，難以獲得符合工業(yè)要求的鈷產(chǎn)品，試驗(yàn)對(duì)氰化尾礦擬定了4種不同工藝流程進(jìn)行了Fe和Co的綜合回收利用研究探討，探求資源最大化利用。

工藝A——重選流程搖床重選獲得精礦、中礦及尾礦。

工藝B——浮選流程“一粗一精一掃”浮選，得到精礦、中礦及尾礦。

工藝C——磁選流程“一粗二精”磁選，得到精礦、中礦和尾礦。

工藝D——磁選拋尾-還原焙燒-磁選流程強(qiáng)磁拋尾得粗精礦，粗精礦在750 ℃、還原焙燒2 h后，二段磁選得到精礦、中礦和尾礦。

4種不同工藝流程的選別試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 氰化尾礦綜合回收鐵和鈷的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表7可知，原礦在提金后，其尾礦綜合回收鐵及鈷的效果較差，說(shuō)明機(jī)械選礦方法難以獲得合格的精礦產(chǎn)品，但是采用拋尾富集鐵礦物，還原焙燒強(qiáng)化磁選后，再經(jīng)強(qiáng)磁精選可獲得高品位的鐵精礦產(chǎn)品，Co在鐵精礦中稍有富集，但達(dá)不到產(chǎn)品質(zhì)量要求。該聯(lián)合工藝流程較長(zhǎng)，不符合項(xiàng)目所在地環(huán)保政策要求，在環(huán)境友好型及如何體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面仍需進(jìn)一步研究論證。

3 結(jié) 論

(1)經(jīng)詳盡的工藝礦物學(xué)研究，查明該礦石類型是少硫化物氧化金礦石，自然類型為多孔狀褐鐵礦型金礦石和褐鐵鈉長(zhǎng)石化巖型金礦石。礦石中具有可利用價(jià)值的元素為Au、Ag、Fe和Co，其中：金主要為顯微金和細(xì)粒金，少部分包裹于褐鐵礦中，難以解離；褐鐵礦是主要鐵礦物，也是Au、Co的載體礦物，對(duì)金元素的回收影響較大。

(2)礦石中Co以分散狀存在褐鐵礦、黑云母、綠泥石等礦物中，該特性造成Co回收較難，也是造成早期地質(zhì)報(bào)告初步勘察結(jié)果與當(dāng)前差異的最大原因，但在資源開發(fā)利用階段，應(yīng)根據(jù)礦床地質(zhì)特點(diǎn)關(guān)注Co的走向。

(3)多方案探討試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，采用氰化碳浸工藝獲得試驗(yàn)結(jié)果較為理想，可得Au浸出率91.71%，Ag浸出率32.07%；氰化尾礦回收鐵和鈷，Co在鐵精礦中有所富集，但機(jī)械選礦工藝均達(dá)不到產(chǎn)品質(zhì)量要求，試驗(yàn)結(jié)果與礦物學(xué)分析完全相符。