剛果(金)曼甘塔尾礦中金賦存狀態(tài)及綜合回收技術(shù)

肖 駿

(湖南有色金屬研究院，復(fù)雜銅鉛鋅共伴生金屬資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410100)

金在礦石中的賦存狀態(tài)決定了含金礦物的可選性，確定礦床中金的賦存特性對(duì)后續(xù)的選冶工藝的確定有較高的指導(dǎo)意義[1]。根據(jù)Horisberger分散系理論[2]，自然界的金礦物可根據(jù)金的賦存狀態(tài)分類(lèi)分為四大類(lèi)：獨(dú)立金，如自然金礦物為粗分散系；固溶體金，如晶格金礦物為原子分散系；膠體金，如碲化金為膠體分散系；吸附金如腐殖質(zhì)中金。根據(jù)吸附物為離子或膠體分為離子分散系或膠體分散系，如廣西天峨坪金礦區(qū)中的金銀以各種絡(luò)合物或膠體形式賦存[3]。其中自然金多以不規(guī)則粒狀產(chǎn)于裂隙金、單體金或包裹金(載金礦物多為黃鐵礦、石英)礦物中[4]，如雙旗山金礦[5]、老撾爬奔金礦[6]中的金呈包裹體分布于載金礦物當(dāng)中，當(dāng)前自然金主要通過(guò)全泥氰化浸出[7]、混汞[8]、重選[9]、浮選或聯(lián)合工藝加以回收[10]。

常規(guī)的重選、浮選工藝回收礦石中的自然金礦物過(guò)程中需對(duì)含金礦石進(jìn)行破、磨作業(yè)，使得礦石中的含金礦物單體解離進(jìn)入至礦漿中，為了最大幅度地降低原礦破磨能耗和確定合理的入選粒徑，通過(guò)詳盡的工藝礦物學(xué)研究確定礦石中含金礦物的賦存狀態(tài)、與其他礦物的共伴生關(guān)系及嵌布粒度是非常必要的[11]。當(dāng)前，針對(duì)含金礦石的工藝礦物學(xué)研究多采用多種組合技術(shù)進(jìn)行礦物鑒定，如礦相顯微鏡、電感耦合、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜探針(EDS)、電子探針、工藝礦物學(xué)自動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)(MLA)、電感式離子體發(fā)射光譜儀(IPC)光譜分析[12-19]等綜合手段查明礦石中含金礦物的賦存狀態(tài)和嵌布特性，為含金資源的合理開(kāi)發(fā)提供了必要的依據(jù)。

基于剛果金DMQV氧化礦和曼甘塔尾礦選礦工藝流程試驗(yàn)研究課題，系統(tǒng)研究剛果(金)Mai-Ndombe 地區(qū)曼甘塔尾礦代表性樣品的工藝礦物學(xué)性質(zhì)，通過(guò)偏光顯微鏡光片、薄片檢測(cè)、掃描電鏡分析、X射線能譜成分以及粒度篩析等對(duì)含金礦物進(jìn)行了形貌、微區(qū)成分分析、自然金礦物嵌布粒度分析，著重研究曼甘塔尾礦中自然金礦物的嵌布粒徑及與脈石礦物的連生關(guān)系，為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展高效、低成本的綜合回收技術(shù)的應(yīng)用研究提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

曼甘塔尾礦位于剛果(金)Mai-Ndombe地區(qū)，該地區(qū)于20世紀(jì)50年代由比利時(shí)礦業(yè)公司發(fā)現(xiàn)了大型高品位砂金礦體，繼而開(kāi)展了金礦的開(kāi)采和加工作業(yè)，早期的金礦開(kāi)采主要以人工淘洗為主，洗礦后的尾礦經(jīng)數(shù)十年就地堆積形成了面積為0.35 km2，平均地層深4.5 m的尾礦庫(kù)。樣品采集使用手持式液壓柱狀土壤采樣鉆機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，按6條縱剖面布置鉆孔點(diǎn)，共采集鉆孔樣458件，合計(jì)1.5 t。樣品運(yùn)抵分析檢測(cè)單位后，挑選部分代表性樣品進(jìn)行光學(xué)顯微鏡鑒定，其余礦石經(jīng)混勻后分為分析檢測(cè)樣品、選礦試驗(yàn)樣品進(jìn)行分析檢測(cè)和選礦試驗(yàn)研究。

1.2 測(cè)試儀器及分析方法

巖礦鑒定所用光學(xué)顯微鏡測(cè)試為L(zhǎng)EICA DMLP 偏光顯微鏡，通過(guò)對(duì)經(jīng)制膠打磨后的代表性光片及薄片進(jìn)行拍照和觀察，圖片處理系統(tǒng)為Artcam Measure 2.0；尾礦中化學(xué)成分分析方法包括半定量熒光分析、原子吸收分光光度分析、化學(xué)滴定等方法；物相分析采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法進(jìn)行測(cè)定；掃描電鏡分析利用日本電子公司 JSM-7500F 型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和牛津 X-Max50 型能譜儀進(jìn)行形貌和成分分析。原礦主要目的礦物嵌布粒度分析主要結(jié)合選礦試驗(yàn)研究中的磨礦-不同磨礦細(xì)度條件下的磨礦產(chǎn)品篩分-篩析產(chǎn)品進(jìn)行成分分析和偏光顯微鏡檢測(cè)及統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而得到主要目的礦物的嵌布粒度，篩分分析使用標(biāo)準(zhǔn)目篩網(wǎng)進(jìn)行濕式篩析。

1.3 選礦試驗(yàn)

結(jié)合工藝礦物學(xué)研究結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)基建條件，本文擬采用重選工藝回收曼甘塔尾礦中的自然金礦物。通過(guò)工藝礦物學(xué)研究確定該尾礦中的金礦物的賦存狀態(tài)和其與脈石礦物的嵌生關(guān)系，并統(tǒng)計(jì)出嵌布粒度，進(jìn)而得出不同磨礦細(xì)度條件下金礦物的單體解離度。尾礦物料在合理的磨礦細(xì)度條件下使用實(shí)驗(yàn)室小型球磨機(jī)進(jìn)行磨礦作業(yè)，根據(jù)重選“砂泥分流”的原則[20]，經(jīng)磨礦后的物料使用篩網(wǎng)進(jìn)行濕式篩析分級(jí)為+74、-74 μm兩部分，不同粒級(jí)的物料分別進(jìn)入不同的主選重選設(shè)備中，并結(jié)合不同重選設(shè)備設(shè)定參數(shù)開(kāi)展重選選礦條件試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 尾礦化學(xué)成分特征及礦物組成

尾礦礦石多元素分析結(jié)果如表1所示。由表1可知，該尾礦中可供選礦回收的主要有價(jià)元素是金和銀，分別達(dá)到9.9×10-6、11.34×10-6。礦石中脈石組分主要是SiO2，其次為少量Al2O3，二者合計(jì)含量為72.67%，硫、銅、鉛、鋅元素含量極微，未達(dá)到工業(yè)回收標(biāo)準(zhǔn)。

表1 多元素分析結(jié)果Table 1 Analysis results of multi-element of run-of-mine ore

經(jīng)偏光顯微鏡鏡下鑒定和掃描電鏡能譜分析研究查明，礦石中的金礦物主要是自然金，少量銀金礦。金屬礦物主要是褐鐵礦，微量黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等。脈石礦物主要是石英，其次為長(zhǎng)石、絹云母、黏土礦物，微量輝石、閃石、綠泥石、褐簾石、電氣石、榍石、白云石等。曼甘塔尾礦礦石中各主要礦物的相對(duì)含量如表2所示。

Mangote尾礦礦石中金的物相分析結(jié)果如表3所示。

表2 礦石中主要礦物的相對(duì)含量Table 2 Relative content of main minerals in the raw ore

圖1 礦石中自然金的微觀形貌Fig.1 Microstructure of natural gold in ore

表3 礦石中金物相分析結(jié)果Table 3 Analysis results of gold phase

結(jié)合表1～表3可知，曼甘塔尾礦中具有回收價(jià)值的元素主要為金、銀，尾礦礦石中的金主要以自然金、銀金礦形式賦存，而以類(lèi)質(zhì)同象晶格取代形式賦存于硫化礦中的金含量甚微，同時(shí)礦石中主要目的礦物為自然金、銀金礦，硫化礦物如黃鐵礦、黃銅礦含量極少。

2.2 主要礦物的微觀形貌特征

2.2.1 自然金

礦石中的金礦物主要是含銀自然金，少量銀金礦。金礦物的產(chǎn)出形式較簡(jiǎn)單，產(chǎn)出形式如圖1(a)～圖1(d)所示。由圖1(a)、圖1(d)可知，金礦物(Au)主要呈不規(guī)則狀、粒狀包裹于褐鐵礦(Lim)中，嵌布粒度為1～3、5～12 μm，其次呈粒狀包裹于石英中[圖1(c)]，嵌布粒度為2～20 μm，并有少部分微細(xì)粒自然金包裹于褐鐵礦、石英中，金粒粒度小于1 μm[圖1(b)]，金的載體礦物主要是褐鐵礦和石英，金與褐鐵礦的親密度強(qiáng)于與石英的親密度，同時(shí)為查明礦石中金礦物的化學(xué)成分特點(diǎn)，采用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行能譜微區(qū)成分分析。含銀自然金和銀金礦的X射線能譜成分分別如圖1(e)、圖1(f)所示。由圖1(e)、圖1(f)可知，Mangote尾礦中自然金平均含Au 86.04%、Ag 13.40%、Pt 0.64%。

2.2.2 石英

礦石中的脈石礦物石英是礦石中含量最高的脈石礦物，也是金礦物的主要載體之一，礦石中石英礦物的微觀形貌如圖2所示，在薄片中無(wú)色，正低突起，不易風(fēng)化，最高干涉色為一級(jí)黃白，主要呈他形粒狀，與褐鐵礦、長(zhǎng)石等嵌生。

石英(Qtz)與絹云母(Ser)、長(zhǎng)石(Fsp)毗連圖2 礦石中石英的微觀形貌Fig.2 Microstructure of quartz in ore

2.2.3 鐵礦物

曼甘塔尾礦中的鐵礦物主要為褐鐵礦，是礦石中的主要金屬礦物，也是礦石中金礦物的主要載體。褐鐵礦主要呈膠狀、不規(guī)則狀與石英等脈石礦物緊密嵌生，偶見(jiàn)呈交代殘余狀的黃鐵礦、黃銅礦包裹于褐鐵礦中，礦石中褐鐵礦礦物的微觀形貌如圖3所示。

褐鐵礦(Lim)與脈石(G)連生圖3 礦石中褐鐵礦的微觀形貌Fig.3 Microstructure of limonite in ore

除褐鐵礦外，礦石中的鐵礦物還有少量的赤鐵礦、磁鐵礦等，其在偏光顯微鏡下的微觀形貌如圖4所示。

磁鐵礦(Mag)和赤鐵礦(Hem)圖4 礦石中其他鐵礦物的微觀形貌Fig.4 Microscopic morphology of other iron ores in ore

2.3 自然金的嵌布粒度及解離度分析

為了查明曼甘塔尾礦礦石中自然金礦物的嵌布粒度，將尾礦礦石通過(guò)濕式篩析分為+150、-150～+74、-74～+45、-45～+37、-37～+26、-26 μm 共六個(gè)粒級(jí)部分，不同粒級(jí)分別鏡下觀察和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表4所示。

同時(shí)，對(duì)不同粒級(jí)的金礦物進(jìn)行單體解離度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5所示。

結(jié)合表4、表5可知，曼甘塔尾礦中自然金礦物的嵌布粒度較為細(xì)小，多集中于-26 μm部分，同時(shí)各分級(jí)產(chǎn)品中金礦物的解離度都較低，全樣中金礦物的解離度僅為24%左右，若想回收曼甘塔尾礦中的自然金礦物，必須通過(guò)細(xì)磨作業(yè)才能實(shí)現(xiàn)自然金的單體解離[21]。

表4 金礦物的嵌布粒度Table 4 Distribution grain size of gold minerals

表5 礦石中金礦物的解離度Table 5 Dissociation degree of gold minerals in ore

2.4 自然金的綜合回收

2.4.1 入選細(xì)度與自然金的單體解離

根據(jù)曼甘塔尾礦中自然金礦物的嵌布粒度和原礦解離度分析結(jié)果可知，該尾礦中的自然金礦物嵌布粒度細(xì)小，且多處于被褐鐵礦、石英等脈石礦物連生或包裹態(tài)，單體解離度低，如直接采用常規(guī)重選設(shè)備進(jìn)行回收，精礦品位和金屬回收率極低[22]，所以需要通過(guò)細(xì)磨作業(yè)使得脈石包裹、連生態(tài)的自然金礦物釋放出來(lái)[23]。表6為不同磨礦細(xì)度條件下，入選物料經(jīng)篩析統(tǒng)計(jì)后自然金的單體解離度。

由表6可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，經(jīng)磨礦后的入選物料中的自然金單體含量逐步上升，如使得大部分自然金礦物單體解離(單體含量>80%)，入選磨礦細(xì)度需達(dá)到-74 μm占91%以上。

表6 不同磨礦細(xì)度條件下自然金的單體解離度Table 6 Monomer dissociation degree of natural gold under different grinding fineness conditions

2.4.2 不同重選設(shè)備回收自然金對(duì)比試驗(yàn)

根據(jù)原礦化學(xué)組成及金物相分析結(jié)果可知，曼甘塔尾礦中硫化礦含量極低，且賦存硫化礦中的金含量極少，使用浮選工藝回收類(lèi)質(zhì)同象態(tài)的金礦物難以回收曼甘塔尾礦中的有價(jià)金屬，結(jié)合礦石性質(zhì)分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，擬采用原礦細(xì)磨—分級(jí)重選的工藝回收曼甘塔尾礦中的自然金礦物，在滿足曼甘塔尾礦礦石中自然金單體解離的條件下，進(jìn)行了不同主選設(shè)備回收自然金對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖5所示，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

圖5 不同重選設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)流程圖Fig.5 Flow chart of contrast test for different gravity separation equipments

2.4.3 推薦工藝數(shù)質(zhì)量流程圖

由表7可知，對(duì)比螺旋溜槽、SLon離心機(jī)和搖床三種重選設(shè)備對(duì)曼甘塔尾礦中自然金礦物的回收效果可看出，原礦細(xì)磨后使用SLon離心機(jī)產(chǎn)出的精礦含金品位較高，同時(shí)尾礦流失金屬較高，使用螺旋溜槽時(shí)，精礦1含Au 66.50×10-6，精礦2含Au 186.90×10-6，兩個(gè)重選精礦合并為一個(gè)總Au精礦，總精礦含Au 108.48×10-6，Au回收率達(dá)到了67.34%，推薦工藝數(shù)質(zhì)量流程圖如圖6所示。

表7 不同重選設(shè)備對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Contrast test results of different gravity separation equipment

圖6 推薦工藝數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.6 Flow chart of recommended quantity and quality process

3 結(jié)論

(1)剛果(金)曼甘塔尾礦中主要可供選礦回收的元素為Au(9.9×10-6)，脈石礦物主要為石英和褐鐵礦，金主要以自然金、銀金礦等礦物賦存，占總金的83.84%，賦存于硫化礦、硅酸鹽、氧化物中的金含量極少。

(2)通過(guò)對(duì)原礦含金礦物微觀形貌檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，曼甘塔尾礦中的金礦物主要呈不規(guī)則狀、粒狀包裹于褐鐵礦中，呈粒狀包裹于石英中，并有少部分微細(xì)粒自然金包裹于褐鐵礦、石英中，且嵌布粒度細(xì)小。

(3)曼甘塔尾礦中的整體呈微細(xì)粒態(tài)嵌布，且礦石中的金礦物單體解離度低，必須通過(guò)細(xì)磨作業(yè)才能實(shí)現(xiàn)大部分的自然金礦物的單體解離，通過(guò)粒度統(tǒng)計(jì)和磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)分析，在磨礦細(xì)度在-74 μm占91%以上時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)大部分自然金礦物的單體解離。

(4)由于曼甘塔尾礦中硫化礦物極少，推薦工藝為原礦細(xì)磨→篩分分級(jí)→螺旋溜槽重選工藝回收曼甘塔尾礦中的自然金礦物，推薦工藝在給礦為含Au 9.9×10-6條件下，分別產(chǎn)出兩個(gè)不同品位的金精礦，總金精礦含Au 108.48×10-6，Au回收率達(dá)到了67.34%，實(shí)現(xiàn)了曼甘塔尾礦有價(jià)金屬的綜合回收。