矿石工艺性质研究

第十三章矿石工艺性质研究中的矿相学工作第一节概述矿相学的主要任务之一就是查明矿石的工艺性质。金属矿石一般要经过选矿、冶炼等技术加工后，才能获得所需要的金属。为了经济、有效地进行金属矿石的工艺技术加工，合理利用矿产资源，必须查明矿石的工艺性质，从而为找矿勘探和选矿冶炼提供实际资料。这样，对一个金属矿床来说，它的经济价值不仅取决于矿石的储量与品位，而且要看它是否符合选冶工艺要求。所以在找矿勘探工作中评价矿石时，要对矿石的工艺性质给予足够的重视。本节以金矿石的实例说明在矿石工艺性质研究中应该进行那些矿相学工作。一、矿石物质组成特征对金矿石技术加工的影响以金矿石为例，除了注意品位分布和含量变化之外，还必须注意金的赋存状态、粒度与含量变化、嵌布特点、矿物之间的关系、矿相组合等方面的研究。我国金矿物以自然金和银金矿为主，碲化物、硒化物目前发现的还很少。关于金的赋存状态主要为独立金矿物的“裂隙金”(充填于黄铁矿、毒砂、石英、白钨矿的细小裂隙或晶间空隙中)和“包体金”(自然金在载金矿物中成为细小包裹体--有结晶作用形成的包含状结构中的金包体、交代作用形成的溶蚀包体、固溶体分解作用形成的分解物包体等)，次要的有“环状金”(金呈环带状分布)、“边缘吸附金”(如在伊利石破碎晶体边缘吸附有微细金粒)和“网格状金”(含金硫化物矿物氧化后自然金被褐铁矿包围，呈网格状分布)等。其中以裂隙金最易解离，吸附金及“超显微包体金”难以解离。关于金的粒度，基本上可分为明金(直径大于2mm)、显微金和次显微金(小于0.5μm，亦称超显微金)。前两者可在矿相显微镜下测量粒度，次显微金只能在电子显微镜下测量与研究。前两者可采用各种选矿方法分选富集金矿物，后者只能富集载金矿物后或直接在冶炼过程内回收金。简言之，较粗粒的金宜于用重力选矿法(重选法)；中、细粒金则应采取浮油选矿法（浮选法)、氰化法、混汞法提取金；微细粒金呈机械混入物状态的可采用“堆浸法”提取金，胶体金也能用氰化法浸出，仅呈类质同象混入物状态的金选冶较困难(但可用离子交换法提取金，但成本较高)。影响矿石工艺加工时还有金的嵌布特性、金矿物和其他矿物的连接关系。关于金的嵌布特性是指金矿物或含金矿物的粒度范围及其大小颗粒的含量分布和这些矿物在金矿石中空间分布均匀性而言。它是直接影响金从矿石中解离难易的重要因素之一。另一重要因素为金矿物和其它矿物的连接关系。如平直毗连型(脉状金，自形晶粒、半自形晶粒)和参差毗连型(交代溶蚀包裹体“环状金”)连接关系，两者在解离率方面有显著差别。矿物组合对于金矿石的综合利用评价和选矿工艺流程的确定影响很大。我国自然金绝大部分与硫化物，硫砷化物及硫盐矿物有关。据统计资料，可能含金的矿物出现频次由大到小依次为黄铁矿、毒砂、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、自然铋、辉铋矿、辉铅铋矿，辉碲铋矿、磁黄铁矿、黝铜矿、砷黝铜矿等。含金的脉石矿物主要为石英、碳酸盐类矿物、绿泥石、伊利石、石墨、电气石等。如上述硫化物过多(超过25-30％)，则要消耗过多的氰化物(氰化法回收金)或形成汞盐使混汞作用失效(混汞法回收金时硫化物与汞剂接触形成“汞膜”阻碍金与汞溶成汞金剂)。石墨、伊利石等粘土矿物在混汞时将附着于汞剂上形成强韧表皮，妨碍混汞作用的进行。近年为开发低品位金矿资源(如边界品位以下的含金1-3g／t的平衡表外矿石)，在黄金冶炼工艺上发明了“堆浸法”技术(将金矿石筑堆于有塑料薄膜垫衬的池底上，喷淋氰化的石灰溶液以浸出金，再用活性炭吸附浸出来的金。美国内华达州堆浸含金1.28g／t的表外矿石仍可盈利)。影响这种方法堆浸速度的因素有矿石结构(结构疏松，表面孔隙和毛细管分布较多易于浸出金，结构致密或含粘土物质太多则不利于浸出金)、赋存状态(金以细颗粒状存在于矿石的裂隙、断面上则较易被浸出，金的颗粒大或呈星点状则浸出速度缓慢)和共生矿物(含碳量较高和含磁黄铁矿时不利于浸出金和使氰化剂消耗增加)等。在矿产储量中的表外矿石是指在矿石中的有益组份或矿物的含量较低(应大于矿床的边界品位),不符合当前工业技术经济条件或是由于所含物料,在当前采、选、冶技术水平暂不能回收利用的矿石。为了提高经济效益，往往对多种金矿选、冶方法进行对比试验和筛选。如我国山东含金石英脉型和破碎蚀变岩型金矿床在联合流程中综合采用重选工艺与不采用重选工艺相比，金矿石总回收率由92.86％提高到94.58％。尾矿含金由0.65g／t下降到0.45g／t，大大提高了经济效益。山东十四家地方小型选厂每年可多获利达百万元以上。这种经挤效益的取得取决于山东金矿石中自然金、银金矿以“粗粒金”为主(占50％以上)以及金的赋存状态以“裂隙金“为主(占91.7％)。粒度较粗以及裂隙金易于和其他矿物分离而有利于采用重力选矿法。当前，一种较新的“油相附聚法”(粘附法)回收金方法经济效果较好，指标稳定。粘附的精矿回收率为98.06％，尾矿含金仅0.0793g／t。这种方法的采用前提是金矿石中不含硫化物矿物(粘附剂不仅捕捉金，同时也捕集硫化物)，因之可以应用于砂金的选矿上。粘附剂配制简单，来源广泛，易于回收和再生，长期储存不变质、无毒，不污染环境而且价格低廉。我国广西苍梧泗马河矿床砂金的“粘附法捕金”试验效果良好。经济效益最好的金矿加工方法是“直接冶炼法”。这种方法只用于矿石中石英的含量大于60％并氧化铝小于12％的低硫金矿石，它不需要经过选矿阶段而直接用块矿冶炼。这种矿石同时是火法冶炼铜矿石等的熔剂，在那种情况下金和石英都具有经济价值。对于难处理的所谓“顽固金”，关键是查清矿石的物质组成成分和赋存状态特征。如我国湖南平江金矿床，金主要呈细粒和极微细粒状自然金嵌布于硫化物，特别是毒砂中。金精矿含Au约100g／t、As和S各约20％。精矿中单体金只占19％，硫化物包裹金占76.93％，酸溶物包裹金占3.8％，难溶物包裹金占0.27％，这给提取金的工艺带来了很大的困难。对该矿采用的焙烧-硫酸硫脲法和焙烧-氰化法作了浸金试验，结果渣中仍有15-20％的金不能回收。后查明原因主要是原嵌布在毒砂、黄铁矿中的极微细粒金经焙烧后，又部分地被焙烧产物(铁氧化物)所包裹。后来有针对性地采取“焙烧-酸浸铁-水氯化浸金”工艺方法，金的浸出率可达97％以上。焙烧温度选取650℃可使砷以最快的速度分解氧化脱除，以避免有害于金提取的砷酸盐生成。水氯化浸金对该类“顽固金”是一种有效的方法，浸出速度特快，只需1小时就能最大限度地将金溶解出来。第二节工艺矿相学的工作方法由上述可知，在考察矿石工艺性能时，必须：查明矿石的矿物成分、化学成分和含量，有用矿物的嵌布特性和连接关系，主要有用矿物的嵌布粒度和解离度，有益、有害元素的赋存状态等。这些都与矿相学研究有关，现就某些工艺矿相学的工作方法介绍如下。一、矿石中的矿物相对含量的测定方法和金属百分含量的计算矿物相对含量的测定方法常用的有面积法、线段法和点数法三种：(一)面积法——此方法以矿石的体积比等于其截面上的面积比为理论基础。在具有代表性的矿石截面上累计欲测矿物所占的面积数，与测面的总面积相比求出矿物在测面上的面积含量比。以求出的面积含量比来确定矿石各组成矿物的体积百分含量。具体测量方法如图11-1所示，在矿相显微镜下借助目镜测微网进行。测微网为一圆形小玻璃片，纵横各刻有21条经纬线，共成四百个小方格。测量时将有代表性的光片置于机械台上顺序移动从观测各视域测微网内各种矿物所占的方格数(不满1格可合并估算)。如图11-l所示测微网内两个颗粒，大的占12.5方格，小的占1.5方格，共占14个小方格。测量工作按一定的测线次序进行。欲测矿物的体积含量(%)＝%100400测量的视域数累计所得矿物的方格数如系统地对具有代表性的某金矿石光片进行300个视域的观测并累计散布在石英中的含金黄铁矿占3456个方格，含金黄铁矿在矿石中的体积百分含量可按下式计算：含金黄铁矿的体积含量(％)＝%1004003003456＝2.88％(二)线段法——此方法以物体的体积比等于截面上的线段比为理论基础。在具有代表性矿石截面上累计欲测矿物在测线上的线段长度，与测线的总长度相比求出矿物在测线上的长度数量比。以求得的长度比来确定矿石各组成矿物的体积百分含量。测量方法如图11－2所示，在矿相显微镜下借助目镜测微尺进行。测微尺是在一小圆玻璃片上用10mm长度等距离刻为100小格的微尺。测量时将有代表性的光片置于机械台依次逐个视域进行，在每个视域中系统地累计测微尺上被测矿物的截距格数。测完一个视域后用机械台把光片顺测微尺方向移动100小格的距离使先后两个视域首尾衔接。测完一条测线平行地移动一定间距继续累加另一测线上被测矿物的截距格数。欲测矿物的体积含量(%)＝%100100总视域数数累计所得矿物的线段格如系统地对具有代表性的某金矿石光片进行300个视域的观测并累计含金黄铁矿的总线段格数为864小格，含金黄铁矿在矿石中的体积百分含量则按下式计算：含金黄铁矿的体积含量(％)＝%100100300864＝2.88％线段法亦可借助积分台及电子颗粒计数器等进行测量。(三)点数法——此方法以物体的体积比等于截面上测点数比为理论基础。在具有代表性的矿石截面上累计欲测矿物的点数，与测线的总点数相比求出在测线上的点数比。以求出的点数比来确定矿石中各组成矿物的体积百分含量。测量方法如图11-3所示，在矿相显微镜下借助点法电子颗粒计数器进行。这种颗粒计数器由电动移动尺(电动机械台)和按钮式分类累加器两部分组成。前者装在显微镜载物台上，借此等间距移动矿石光片。累加器上有6-14个键钮，用以分别累计各种不同的矿物。测量时由观测者根据视域中心点(十字丝交叉点)出现的矿物，按一下与此矿物相应的键钮，使其相对的计数器累加一个点数，与此同时接通一次通往电动移动台的电流，使光片移动一定距离，接着观测者又根据新视域中心点下的矿物按动其相应的键钮。这样顺次分别累计出现各种不同矿物的测点数，用下式计算各种矿物在矿石中的体积百分含量：欲测矿物的体积含量(%)＝%100总测点数该矿物的测点数如图11-3所示，设想的一种简单情况：某矿物在观测63次中有17次落在视域中心点上(4小颗粒各1次，1大颗粒10次，1中颗粒3次)，则此矿物在矿石中的体积百分含量为17／63×100％，等于26.98％。应该指出，上述测量矿物百分含量的方法基本上都是人工操作，效率太低，满足不了现代测试工作的需要。近些年来采用自动快速测量的“自动定量显微图象分析仪”。它是一套自动化的在显微镜下定量测定不同亮度物体百分含量的现代化仪器，由一套电视系统和一套电子计算机系统组成。自动定量显微图象分析仪是借助装在显微镜目镜上方的电视摄影机对显微镜视域进行系统的扫描。不同亮度的矿物产生电流大小不同的脉冲讯号，输入电子控制装置后即按电流大小进行分类和记数。在电视接收机荧光屏上，能显示所选择的亮度级别之矿物的断面形状。比如光片中有含金黄铁矿和石英两种矿物，该仪器可使视域中全部含金黄铁矿(或石英)影像单独呈现在荧光屏上，其他矿物消失不见，按一下控制板上的电钮，控制器上立即以数字显示出含金黄铁矿在此视域中的百分含量。可一个视域接一个视域进行扫描，由电子计算机累计，储存每个视域欲测矿物的含量，最后瞬间即显示出矿石中各种组成矿物的百分含量。为了有时单凭矿物的亮度(颜色)不能进行自动图象定量分析，后来又采用电子探针分析，以借助不同元素以至同一元素的不同浓度来区分矿物并进行自动图象定量分析来快速测定矿石中组成矿物的百分含量。若需计算矿石中金属的百分含量，可用以下两个公式：%1001002211kkkkkdndndndng(1)式中gk为某矿物的重量百分含量；nk矿物的体积百分含量；dk为该矿物的比重；n1,n2,…,nk为矿石中各种矿物的体积百分含量；d1,d2,…,dk为矿石中各种矿物的比重。kkgmgmgmr2211(2)式中r为某种金属在矿石中的百分含量；gl,g2,…,gk为矿石中各种含该金属之矿物的重量百分比；ml,m2,…,mk为该金属在各种矿物中的百