蘇丹某金礦床礦石工藝礦物學及浸出特性研究

王振銀,王 懷,段帥康,張玉帥,劉 威,王政華,徐 鵬

(北方礦業有限責任公司)

引 言

中國金礦資源以中、小型礦山為主,早期建設的礦山經長期開采后,金礦資源儲量難以滿足經濟社會日益發展需求[1],投資開發海外金礦資源對于保障中國礦產資源安全具有重要意義。

蘇丹某金礦床位于蘇丹共和國北部,該地氣候干燥,降雨量較少,水資源匱乏,地勢開闊平坦。針對該金礦床礦石的開發生產,應當選擇節水、易于操作和運營維護、經濟環保的工藝。黃金生產工藝中,氰化鈉作為浸出劑具有成本低廉和反應效率高等優點,已廣泛應用100余年,但存在產出的含氰尾礦、尾水等對環境危害性較高、處理困難、處理成本高等問題[2-4]。近年來,中國開發了多種新型無氰或低氰環保浸金劑,與氰化鈉相比具有溶金效率相近、低毒環保、便于運輸儲存等優點[5]。試驗研究和生產實踐表明:環保浸金劑可以一定程度上替代氰化鈉應用于實際生產[6-7]。本文在對蘇丹某金礦床礦石進行工藝礦物學研究的基礎上,使用某環保浸金劑開展了攪拌浸出試驗、滾瓶浸出試驗和柱浸試驗,以期探索該礦石的浸出特性,并確定適宜的生產工藝。

1 工藝礦物學研究

1.1 礦樣來源及物質組成

礦樣為蘇丹某金礦床不同深度的巖芯樣品,礦樣編號分別為 W1(0～30 m)、W2(30～70 m)、W3(70～120 m)和W4(>120 m)。礦樣化學多元素分析結果見表1。表1說明:礦樣W1～W4的金品位分別為1.13 g/t、1.51 g/t、2.47 g/t和2.03 g/t,影響金浸出的有害元素Cu、Pb、Zn和As等含量較低。

表1 礦樣化學多元素分析結果Table 1 Analysis results of chemical multi-element

借助礦物參數自動分析系統(MLA)對礦樣W1～W4的具體礦物組成進行了測定,結果見圖1。圖1說明:礦樣W1～W4主要礦物組成為長石、黑云母、石英等硅酸鹽礦物,共計占比均在80 %以上。此外,礦樣W1～W4還含有少量鐵氧化物和黃鐵礦等,礦樣W1～W4的鐵氧化物和黃鐵礦占比分別為0.5 %～3.6 %和0.5 %～0.8 %。

圖1 MLA分析結果Fig.1 MLA results

1.2 礦樣金賦存狀態

使用掃描電子顯微鏡(SEM)對礦樣W1～W4進行分析,考察了含金礦物顆粒形貌和尺寸,結果見圖2。圖2說明:礦樣W1～W4中的金大部分以裸露金形式存在。其中,礦樣W1的金顆粒尺寸可達250 μm,礦樣W2和W3的金顆粒尺寸為30～70 μm,礦樣W4可觀察到部分金被黃鐵礦包裹,金顆粒平均尺寸為20 μm。

a-礦樣W1 b-礦樣W2 c-礦樣W3 d-礦樣W4圖2 礦樣W1～W4 SEM圖像Fig.2 SEM image of ore samples W1-W4

對礦樣W1～W4進行金診斷浸出,以確定包裹金狀態,結果見表2。對礦樣W1～W4中的硫和碳物相組成進行分析,結果見表3、表4。

表2 金診斷浸出結果Table 2 Diagnostic leaching results of gold

表3 硫元素物相分析結果Table 3 Physical phase analysis results of sulfur

表4 碳元素物相分析結果Table 4 Physical phase analysis results of carbon

圖2、表2說明:礦樣W1～W4中的金大部分都以裸露金形式存在,占比分別為94.38 %、93.56 %、93.88 %和94.71 %;碳酸鹽礦物及氧化礦物包裹金的比例較小,為1 %～3 %;此外,還有3 %～4 %的金包裹在硅酸鹽礦物及其他礦物中,預計這2部分包裹金較難浸出。表3、表4說明:礦樣W1～W4中還原硫占比均低于0.5 %,有機碳占比均低于0.04 %。理論上,試驗過程中劫金現象不顯著。

1.3 SMC落重試驗

對礦樣W1～W4進行SMC落重試驗,考察礦樣硬度特性,測定的參數見表5。SMC數據庫有超過25 000個測試數據,絕大部分樣品DWi為0.5～14.0 kW·h/m3,A×b為20～185。表5說明:礦樣W1為中等堅硬,礦樣W2為堅硬,礦樣W3和W4為極堅硬。

表5 SMC試驗主要參數Table 5 Main parameters of SMC tests

2 研究方法

2.1 試驗設備與藥劑

試驗設備:新西蘭Rocklabs生產的BOYD MK3型破碎機,ZDM-200型振磨制樣機,IKA RW20型電動攪拌器,FEI 6500F型現代礦物自動定量分析儀(MLA),安捷倫700系列ICP-OES,ZCA-1000AFG型火焰原子吸收分光光度計,Thermo Orion 3 Star型pH計,雷弗BT100S型蠕動泵,260/200 DL-5C型圓盤真空抽濾機,自制滾瓶試驗裝置,玻璃鋼浸出柱。

試驗藥劑:國產某環保浸金劑JC,外觀為固體白色粉末,其主要成分為聚合氰胺鈉和碳化三聚氰酸鈉;分析純級CaO,用以調節pH;溶劑為自來水。

2.2 試驗步驟與方法

礦樣W1～W4首先通過顎式破碎機破碎至柱浸試驗所需粒度,縮分出用于較粗粒級柱浸試驗[8]的礦樣;縮分剩余樣品進一步經對輥破碎,繼續縮分出較細粒級柱浸試驗的礦樣和滾瓶浸出試驗[9]的礦樣;最后,剩余樣品破碎至-2 mm,縮分出化學分析樣品和攪拌浸出試驗礦樣,再進一步磨細后,用于化驗分析和攪拌浸出試驗[10]。試驗過程中使用CaO調節pH,然后向浸出體系中加入環保浸金劑JC進行反應,反應過程中視情況補加適量CaO以維持浸出體系pH恒定,試驗結束后檢測浸出液中CN-及金含量,并檢測浸渣中金品位。

3 試驗結果與討論

3.1 攪拌浸出試驗

攪拌浸出試驗裝置示意圖見圖3。試驗條件為:礦石量200 g、液固比2∶1、室溫(25 ℃)、CaO調節pH值至10.5～11.0、浸出時間24 h。攪拌浸出試驗結果見表6。

圖3 攪拌浸出試驗裝置示意圖Fig.3 Illustration of agitation leaching test device

表6 攪拌浸出試驗結果Table 6 Agitation leaching test results

表6說明:粒度為P80=75 μm時,礦樣W1、W2、W3和W4的浸出率均在90 %以上;粒度為P80=150 μm時,礦樣W1、W2、W3和W4的浸出率均在85 %以上。試驗表明,礦石在P80=75 μm、P80=150 μm粒級下具有良好的氰化浸出性能。

3.2 滾瓶浸出試驗

該礦石在較細粒級下顯示出較好的可浸性,為探索礦石在較粗粒級下的可浸性,進行了滾瓶浸出試驗,試驗裝置見圖4。試驗條件為:礦石量2 000 g、礦石粒度P80=4.5 mm、液固比1.2∶1、JC藥劑質量濃度1.15 g/L、室溫(25 ℃)、CaO調節pH值至10.5～11.0、浸出時間7d。滾瓶浸出試驗結果見表7。

圖4 滾瓶浸出試驗裝置示意圖Fig.4 Illustration of roll bottle leaching test device

表7 滾瓶浸出試驗結果Table 7 Roll bottle leaching test results

表7說明:礦樣W1浸出率為70.80 %,礦樣W2、W3和W4的浸出率分別為58.28 %、49.39 %和44.83 %。試驗表明,該礦石在P80=4.5 mm粒級下仍具有一定的可浸性,表層礦樣W1相對于深層(>30 m)礦樣W2、W3和W4的可浸性更好。

3.3 柱浸試驗

分別對兩種粒級(P80=6 mm、P80=10 mm)的礦樣W1、W2、W3和W4進行了柱浸試驗,試驗裝置見圖5。

3.3.1 粒級P80=6 mm礦樣

試驗條件為:礦石量10 kg,JC藥劑質量濃度1.0 g/L,滴淋速率8 L/(m2·h),室溫(25 ℃),柱浸試驗編號為W1-S、W2-S、W3-S、W4-S,浸出時間96 d。柱浸試驗結果見表8,柱浸過程中液計浸出率見圖6。

圖6 粒級P80=6 mm礦樣柱浸試驗過程中液計浸出率Fig.6 Leaching rate in terms of liquid during column test of ore samples with P80=6 mm

表8 粒級P80=6 mm礦樣柱浸試驗結果Table 8 Column test results of ore samples with P80=6 mm

表8說明:柱浸96 d后,W1-S、W2-S、W3-S、W4-S的渣計浸出率為65.49 %、50.99 %、44.94 %和38.42 %。圖6說明:浸出前20 d,浸出速度快,之后逐漸降低;浸出至80 d后,浸出率趨于平緩,W1-S、W2-S、W3-S和W4-S的液計浸出率分別為68.65 %、54.43 %、48.15 %和40.78 %,在可接受的誤差范圍內與液計浸出率趨勢相符。試驗表明,在P80=6 mm粒級下,礦樣W1～W4仍具有一定可浸性。

3.3.2 粒級P80=10 mm礦樣

試驗條件為:礦石量15 kg,JC藥劑質量濃度1.0 g/L,滴淋速度8 L/(m2·h),室溫(25 ℃),柱浸試驗編號為W1-L、W2-L、W3-L、W4-L,浸出時間96 d。柱浸試驗結果見表9,柱浸過程液計浸出率見圖7。

圖7 粒級P80=10 mm礦樣柱浸試驗過程中液計浸出率Fig.7 Leaching rate in terms of liquid during column test of ore samples with P80=10 mm

表9 粒級P80=10 mm礦樣柱浸試驗結果Table 9 Column test results of ore samples with P80=10 mm

表9說明:柱浸96 d后,W1-L、W2-L、W3-L、W4-L的渣計浸出率分別為53.98 %、33.77 %、26.32 %和15.76 %。圖7說明:浸出前15 d,金浸出速度較快,之后浸出速度減緩;浸出60 d后,金浸出率趨于平緩;浸出結束時,W1-L、W2-L、W3-L和W4-L的液計浸出率分別為55.12 %、34.31 %、28.46 %和20.11 %,在可接受的誤差范圍內與液計浸出率趨勢相符。

與粒級P80=6 mm礦樣柱浸試驗相比,粒級為P80=10 mm時,金的浸出速度和最終浸出率均有所下降,W1、W2、W3和W4的渣計浸出率分別下降了11.51百分點、17.22百分點、18.62百分點和22.66百分點,JC藥劑耗量也由1 kg/t左右降至0.5 kg/t左右,其中W2、W3和W4藥劑耗量下降程度最為顯著,這是因為深部礦樣中的金以較細(20～70 μm)顆粒嵌布在礦石中,且礦石較為堅硬致密,必須磨細至一定的粒級才能使得浸金劑與金充分接觸,從而實現有效浸出。上述試驗結果表明,在柱浸過程中,較粗粒度不利于金浸出,且隨著礦體深度加大,金的浸出性能逐漸下降,表層(0～30 m)礦樣W1有較大的堆浸潛力。

4 結 論

1)蘇丹某金礦床礦石主要的礦物組成為長石、黑云母、石英等硅酸鹽礦物,金大部分都以裸露金形式存在,礦樣W1～W4的裸露金分別占比94.38 %、93.56 %、93.88 %和94.71 %。礦樣W1金顆粒尺寸可達250 μm,礦樣W2和W3金顆粒尺寸為30～70 μm,礦樣W4金顆粒平均尺寸為20 μm。礦樣W1～W4含還原硫均低于0.5 %,含有機碳低于0.04 %。

2)蘇丹某金礦床表層(0～30 m)礦樣W1具有一定的堆浸潛力,粒級P80=75 μm、P80=150 μm的攪拌浸出率分別為92.92 %和86.73 %,粒級P80=4.5 mm的滾瓶浸出率為70.80 %,粒級P80=6 mm、P80=10 mm柱浸的渣計浸出率分別為65.49 %和53.98 %,下一步應繼續開展半工業規模堆浸驗證試驗,明確表層礦石的堆浸可行性。另外,該表層礦石最終生產采用攪拌浸出工藝還是堆浸工藝,需要根據建設投資、經濟效益、尾礦處理等綜合考慮。

3)蘇丹某金礦床深部(30～120 m)礦樣W2、W3和W4在較細粒級下的浸出性能較好,在較粗粒級下的浸出性能相對較差,且隨著礦體深度加大,金浸出性能逐漸下降。礦樣W2、W3和W4在粒級P80=75 μm、P80=150 μm的攪拌浸出率均分別高于90 %和85 %,粒級P80=4.5 mm的滾瓶浸出率分別為58.28 %、49.39 %和44.83 %,粒級P80=6 mm的柱浸渣計浸出率分別為50.99 %、44.94 %和38.42 %,粒級P80=10 mm的柱浸渣計浸出率不足35 %,其中礦樣W4不足20 %。因此,深部(30～120 m)礦樣W2、W3和W4不適宜采用堆浸工藝,更適合攪拌浸出工藝,應通過進一步的試驗優化磨礦細度、礦漿濃度和藥劑用量等工藝參數。