简介概要

某含碳含砷难处理金矿石选矿工艺研究

来源期刊：稀有金属2016年第10期

论文作者：李健民刘殿文宋凯伟

文章页码：1053 - 1059

关键词：含碳含砷;金矿;浮选-重选;尼尔森选矿机;

摘要：对某含碳含砷难处理金矿进行了详尽的工艺矿物学研究,矿石中可供综合回收利用的元素为Au,有害元素As,C含量较高。金以独立金矿物形式存在,金矿物嵌布粒度细,分布不均匀,载金矿物种类多,性质复杂,主要有黄铁矿、毒砂、石英、炭质。根据矿石性质、考虑经济技术指标,确定采用浮选-重选联合工艺流程:在原矿磨矿细度-0.074 mm占80%,p H 7.87的条件下,添加碳酸钠作为调整剂、硫酸铜作为活化剂,丁基黄药、丁铵黑药和煤油作为捕收剂经两次粗选、两次精选、一次扫选,产出金精矿Ⅰ;采用尼尔森选矿机对浮选尾矿中金进行重选强化回收,产出金精矿Ⅱ。闭路试验获得金品位49.23 g·t^-1、回收率71.23%的金精矿Ⅰ;金品位54.41 g·t^-1、回收率16.12%的金精矿Ⅱ。合并金精矿Ⅰ和金精矿Ⅱ作为最终金精矿,最终金精矿金品位50.11 g·t^-1、回收率87.35%。

网络首发时间: 2016-06-22 15:01

稀有金属 2016,40(10),1053-1059 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.xy16030604

某含碳含砷难处理金矿石选矿工艺研究

李健民刘殿文宋凯伟

昆明理工大学国土资源工程学院复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室

摘要：

对某含碳含砷难处理金矿进行了详尽的工艺矿物学研究,矿石中可供综合回收利用的元素为Au,有害元素As,C含量较高。金以独立金矿物形式存在,金矿物嵌布粒度细,分布不均匀,载金矿物种类多,性质复杂,主要有黄铁矿、毒砂、石英、炭质。根据矿石性质、考虑经济技术指标,确定采用浮选-重选联合工艺流程:在原矿磨矿细度-0.074 mm占80%,p H 7.87的条件下,添加碳酸钠作为调整剂、硫酸铜作为活化剂,丁基黄药、丁铵黑药和煤油作为捕收剂经两次粗选、两次精选、一次扫选,产出金精矿Ⅰ;采用尼尔森选矿机对浮选尾矿中金进行重选强化回收,产出金精矿Ⅱ。闭路试验获得金品位49.23 g·t~(-1)、回收率71.23%的金精矿Ⅰ;金品位54.41 g·t~(-1)、回收率16.12%的金精矿Ⅱ。合并金精矿Ⅰ和金精矿Ⅱ作为最终金精矿,最终金精矿金品位50.11 g·t~(-1)、回收率87.35%。

关键词：

含碳含砷;金矿;浮选-重选;尼尔森选矿机;

中图分类号： TD953

作者简介：李健民(1989-),男,甘肃定西人,硕士研究生,研究方向:矿产资源综合利用;E-mail:2088523506@qq.com;;刘殿文,教授;电话:13648888737;E-mail:ldwkust@126.com;

收稿日期：2016-03-06

基金：国家科技部十二五科技支撑计划(2012BAB10B09);

Mineral Processing Technology of a Refractory Gold Ore Bearing Arsenic and Organic Carbon

Li Jianming Liu Dianwen Song Kaiwai

State Key Laboratory of Complex Non-Ferrous Metal Resources Clear Utilization,Faculty of Land Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology

Abstract：

The process mineralogy of a refractory gold ore bearing arsenic and organic carbon was studied. It showed that Au could be recovered from the refractory gold ore which contained high amounts of As and C. The main gold mineral was native gold mineral and finely disseminated in many minerals,such as pyrite,arsenopyrite,quartz,carbonaceous. According to the nature of the ore and the perspective of economic purpose,a combined beneficiation process of flotation-gravity was determined. In the stage of flotation,with the grinding fineness of- 0. 074 mm accounting for 80%,and the roughing p H of 7. 87,the gold minerals were recovered by the flotation process of two roughing,two cleaning and one scavenging,using Na2CO3 as regulator,Cu SO_4 as activator,ammonium dibutyl dithiophosphate,sodium n-butyl xanthate and kerosene as collector,and then the gold recovery was enhanced by Nelson concentrator from floatation tailing. The gold concentrate by flotation process and Nelson concentrator were obtained with the gold grade of 49. 23g·t~(-1)and recovery of 71. 23%,the gold grade of 54. 41 g·t~(-1)and recovery of 16. 12%,respectively. Finally,a gold concentrate was obtained with a grade of 50. 11 g·t~(-1)Au and recovery of 87. 35% was obtained.

Keyword：

bearing arsenic and organic carbon; gold ore; flotation-gravity; Nelson concentrator;

Received： 2016-03-06

随着金矿资源的不断开发,易处理金矿日益减少,难处理金矿必将成为金矿石的主要来源 ^[1,2,3] 。中国已探明的黄金储量中约有1/3的金矿为难处理金矿,难处理金矿是指矿石经过细磨后,采用常规氰化浸出方法直接提金浸出率达不到80%的金矿石,根据难处理原因,主要分为3类:(1)碳质金矿;(2)非硫化矿脉石组分微细粒浸染型金矿;(3)黄铁矿、毒砂等硫化矿包裹型金矿。含砷含碳金矿石又称为“双重难处理金矿”,是中国重要的提金金矿石资源 ^[4,5,6,7,8] 。

该类金矿石通常采用氧化焙烧、加压氧化、化学氧化以及生物预氧化等方法对难处理金矿进行预处理,使载金矿体发生变化,使得包裹在其中的金暴露出来,然后采用氰化浸出提金工艺,利用氰化钠溶液溶解矿石中的金形成含金贵液回收黄金 ^[9,10] 。用选矿方法使金矿物有效富集,大幅减少预处理和氰化浸出工艺处理量,能够降低运输成本和操作成本,减少环境污染。因此,对含砷含碳难处理金矿石的选矿研究有极其重要的意义 ^[11,12,13] 。

甘肃省某金矿石中金以自然金及少量银金矿形式存在,嵌布粒度粗细不均匀,大部分呈微细粒填充于矿石裂隙或包裹于硫化矿和石英岩中,还有部分以次显微形态吸附或包裹于碳质中,矿石中有害元素碳、砷含量较高,是典型的含砷含碳难处理金矿。针对该类矿石的特点,本文采用浮选-重选联合工艺流程对其进行了选矿富集研究。

1 实验

1.1 矿石性质研究

1.1.1 矿石主要化学成分分析

矿石化学多元素分析结果见表1。矿石化学多元素分析结果表明矿石中有价元素为金,由于其他金属元素含量较低,暂不考虑回收利用。砷、有机碳含量较高,影响矿石中金的富集与提取,是有害元素。

1.1.2 矿石中矿物组成

矿石中的矿物组成见表2。矿石中金属矿物主要以黄铁矿为主,其次有毒砂、辉锑矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、硫锑铅矿、褐铁矿、自然金等,脉石矿物主要为石英、方解石、高岭土,其次有绢云母、高岭土、炭质等,该矿石属于硅化蚀变岩金矿。

1.1.3 金的赋存状态

通过试金分析,矿石中金的含量为3.51 g·t^-1。经镜下观察,金以自然金及少量银金矿形式存在,以粒间金和裂隙金为主,嵌布粒度粗细不均匀,以细粒级嵌布为主,粒径最大达0.1 mm,大于0.038 mm占11.90%,0.010~0.038 mm占62.5%,0.0005~0.0100 mm占21%,小于0.0005 mm占4.6%。主要与黄铁矿、毒砂颗粒毗邻连生或填充在前者与石英裂隙中,少量包裹在黄铁矿、毒砂、石英及炭质中。矿石中金矿物的嵌布特征见表3。

1.2 原则流程确定

根据试验矿石性质,金矿物以微细粒级为主的嵌布特征需要较高的磨矿细度才能单体解离,同时矿石中脆性的炭质在磨矿过程中容易发生过磨而产生表面活性较大的矿泥,吸附浮选药剂,造成药剂成本大幅增加,同时矿泥竞争上浮,恶化浮选环境,此外,炭质在其氰化浸出时发生“劫金”现象。采用预先脱碳-浮选,单一浮选,浮选-氰化浸出,重选等工艺流程,皆获得不了理想的回收指标。综合考虑,采用浮选-重选联合工艺流程对该金矿石进行选矿试验研究,在相对较粗的磨矿细度下,先将矿石中炭质吸附金及易选金矿物进行浮选回收,然后再用尼尔森选矿机对浮选尾矿进行金的强化回收,以获得较好选矿指标。

1.3 方法与试剂

1.3.1 方法

试验的研究方法是泡沫浮选和尼尔森重选。称取矿样600 g,加入XMQ-240×90型锥型球磨机中进行磨矿,磨矿浓度为65%,矿样磨至所需细度后加入容积为1.5 L的挂槽浮选机中,依次添加各种定量的浮选药剂,搅拌2~3min,充气,刮泡。浮选尾矿加入尼尔森选矿机选别。产品经过滤、烘干、称重、制样,然后进行化验分析,计算各产品的选矿指标。

1.3.2 试剂

试剂试验中所用到的试剂为硫酸、硫酸铵、碳酸钠、硫酸铜、丁基黄药、丁铵黑药及煤油。硫酸、硫酸铵、碳酸钠、硫酸铜为分析纯,丁基黄药、丁铵黑药及煤油为工业品级。

表1 矿石多元素分析结果Table 1 Multi-element analysis of raw ore 下载原图

*:Au,Ag content unit being g·t^-1

表1 矿石多元素分析结果Table 1 Multi-element analysis of raw ore

表2 矿石矿物组成Table 2 Mineral composition of raw ore 下载原图

表2 矿石矿物组成Table 2 Mineral composition of raw ore

表3 金的嵌布特征Table 3 Dissemination of gold 下载原图

表3 金的嵌布特征Table 3 Dissemination of gold

2 结果与讨论

2.1 浮选试验

浮选是利用矿物颗粒间表面物理化学性质的差异(特变是表面润湿性),在固-液-气三相界面,有选择性的富集一种或者几种目的矿物,从而达到有用矿物与脉石矿物分离的选矿技术,是目前处理金矿石应用最广泛的方法之一 ^[9,10] 。自然金是一种可浮性较好的矿物,它及其共生的硫化矿物的浮选常采用硫代化合物(如黄药、黑药)作为捕收剂。

在浮选过程中,由于矿物之间电负性的差异,发生原电池反应:

阴极区

阳极区

在阴极区氧发生还原反应消耗电子,黄药阴离子固着在矿粒的阳极区,覆盖在金粒上,发生氧化反应,生成双黄药层,从而疏水。此外氧被金属硫化矿物吸附时,由于氧对电子有很强的亲和力,引起金属原子外层电离作用,金粒表面部分原子转入离子状态使颗粒带正电,促进黄药离子的吸附。此外,混合使用捕收剂可以改善浮选效果,提高泡沫产品中金的回收率与浮选速度,降低捕收剂用量。

浮选试验原则流程见图1。

2.1.1 磨矿细度试验

磨矿是矿石分选的准备作业,目的是使矿石中金矿物与脉石矿物单体解离。在磨矿细度-0.074 mm含量为70%,75%,80%,85%及90%的条件下进行浮选试验。试验条件:碳酸钠1500 g·t^-1,硫酸铜200 g·t^-1,丁基黄药70 g·t^-1+20 g·t^-1,丁铵黑药50+5 g·t^-1,煤油15 g·t^-1。试验结果见图2。

磨矿细度试验结果表明,随着磨矿细度增加,粗精矿金品位降低,金回收率先升高、后降低,当磨矿细度达到-0.074 mm 80%时,金粗精矿回收率最高,金品位10.23 g·t^-1,回收率71.52%。此后随着磨矿细度的增加,炭质矿物过磨产生表面活性大的矿泥,吸附浮选药剂,恶化浮选环境,部分金矿物缺乏捕收剂不上浮,而矿泥上浮,使粗精矿金品位和回收率降低。

2.1.2 矿浆p H调整剂种类及用量试验

试验针对硫酸、硫酸铵和碳酸钠等常用金矿浮选调整剂在不同用量条件下对该矿石浮选指标影响情况进行了考察,试验条件:磨矿细度-0.074 mm 80%、硫酸铜200 g·t^-1、丁基黄药70+20 g·t^-1、丁铵黑药50+5 g·t^-1、煤油15 g·t^-1,调整剂种类及用量试验结果见图3。

图1 浮选试验流程Fig.1 Condition test flowsheet of flotation

图2 磨矿细度试验结果Fig.2 Results of grinding fineness test

试验结果表明,调整剂的种类和用量对该金矿选矿指标影响较大。随着硫酸用量的增加,粗精矿金回收率先增加,后降低,当硫酸用量500 g·t^-1(p H=6.61)时,金回收率最高,达68.50%;采用硫酸铵作矿浆p H调整剂,在选定的药剂用量范围内,粗精矿金的最好回收率为70.51%,当硫酸铵用量达到1000 g·t^-1(p H=6.83)后,金回收率基本不再变化;采用碳酸钠作矿浆p H调整剂,随着用量的增加,尾矿中金损失率慢慢降低,回收率慢慢升高,当用量达到1500 g·t^-1(p H=7.87)后,金回收率达到71.23%,此后,回收率增加不明显,采用碳酸钠作为该矿石浮选调整剂具有一定的优越性,认为碳酸钠较好地调节矿浆p H的同时,对矿泥具有分散作用。其用量为1500 g·t^-1。

2.1.3 煤油用量试验

图3 p H调整剂选择试验结果Fig.3 Result of dosage of different regulators

煤油的添加与用量对该矿石金回收指标影响较大,添加适量的煤油,能够提高精矿金品位及回收率,为此进行了详细的煤油用量试验,试验结果见图4。试验条件:磨矿细度-0.074 mm 80%、碳酸钠1500 g·t^-1、硫酸铜200 g·t^-1、丁基黄药70+20 g·t^-1、丁铵黑药50+5 g·t^-1。

图4试验结果表明,随着煤油用量增加,粗精矿金品位上升,回收率先上升后降低,煤油的添加对选矿指标有较大影响,主要表现在3个方面,一是对炭质矿物以分子吸附为主的捕收行为,使炭质矿物中的金上浮;二是与硫化矿捕收剂产生协同捕收效应,提高了金矿物的回收率;三是其消泡作用,在气液界面吸附替换了部分起泡剂分子,加速了气泡的兼并与破灭,利于精矿金品位的提升。当煤油用量达到15 g·t^-1时,试验指标较好。

2.2 尼尔森强化回收试验

尼尔森选矿机的分选一方面基于作用在矿粒上离心力的差异,另一方面基于反冲水的流态化松散作用 ^[14,15,16] ,针对重力G值和流态化水量这两个重要参数进行了详细试验。试验流程见图5,试验结果见图6,7。

重力G值的提高,增加了轻重矿物的相对比重差异,针对金矿物颗粒的粒度特征,选择合适的G值,是强化回收该浮选尾矿中金的关键。重力G值试验中流态化水量3.2 L·min^-1,给矿速度1000g·min^-1。

图6试验结果表明,随着G值增加,精矿金品位先上升,后下降,作业回收率升高后基本保持不变,精矿当G值达到80时,金品位和回收率达到最大值,所以,适宜该矿石的G值为80。

图4 煤油用量试验结果Fig.4 Result of dosage of kerosene

图5 尼尔森重选条件试验流程Fig.5 Condition test flowsheet of Knelson concentrator

图6 G值试验结果Fig.6 Effect of gravity G value

流态化水量主要作用是对矿石的松散,是影响选别指标的重要影响因素之一。试验中G值为80,给矿速度1000 g·min^-1。

图7试验结果表明,随着流态化水量的增加,精矿金品位和作业回收率都先升高、后降低,当流态化水量达到3.2 L·min^-1时,金品位和作业回收率达到最大值,所以适宜该矿石的流态化水量为3.2 L·min^-1。

采用尼尔森重选对浮选尾矿中金进行强化回收,取得了较好效果,作业回收率达55%。产品镜下检查结果表明,在金精矿Ⅱ中金矿物粒度主要集中在0.001~0.038 mm之间,以连生粒为主,含有少量单体金,单体金以滚圆状形式存在。该类金矿物在磨矿过程产生的暴露面小,不能吸附足够的浮选药剂使其表面疏水,使这部分金矿物采用浮选法不能有效回收,而采用尼尔森选矿机,比重大和比重小的矿物的重力差成倍放大,反冲水松散矿石,可以取得有效分离。

图7 流态化水量试验结果Fig.7 Effect of flushing water

2.3 闭路试验

综合条件试验结果,进行了闭路试验,闭路试验工艺流程见图8,试验结果见表4。闭路试验结果表明,原矿经过一次粗选、二次精选、一次扫选等浮选作业产出金精矿Ⅰ,采用尼尔森选矿机对浮选尾矿进行金强化回收,产出金精矿Ⅱ,金精矿Ⅰ金品位49.23 g·t^-1、回收率71.23%,金精矿Ⅱ金品位54.41 g·t^-1、回收率16.12%,最终取得金精矿金品位50.11 g·t^-1、回收率87.35%,回收率较高,尾矿金品位0.47 g·t^-1,回收率12.65%,金在尾矿中损失较少,选矿指标较好,说明工艺流程及条件参数合理。

3 结论

矿石中金以独立金矿物形式存在,以粒间金和裂隙金为主,嵌布粒度细,载金矿物种类多,性质复杂,有害元素碳、砷含量高,属含砷含碳难处理金矿石。

炭质矿物是影响该矿石回收利用的关键,其较脆的物理性质和较大的表面活性,在浮选过程中不仅吸附浮选药剂,造成药剂成本的大幅增加,而且容易发生选择性磨矿而过磨泥化,恶化浮选环境。在浸出过程中发生“劫金”现象,不能使金有效浸出。

表4 闭路试验指标Table 4 Results of closed-circuit test 下载原图

表4 闭路试验指标Table 4 Results of closed-circuit test

图8 闭路试验工艺流程及条件Fig.8 Flowsheet of closed-circuit test

采用浮选-重选联合工艺流程,发挥了浮选、重选工艺的各自的优势,降低了磨矿成本和药剂成本,较好地解决了炭质矿物的不利影响及难浮金矿物的回收问题,获得浮选金精矿Ⅰ金品位49.23 g·t^-1、回收率71.23%,尼尔森选矿机金精矿Ⅱ金品位54.41 g·t^-1、回收率16.12%,最终取得金精矿金品位50.11 g·t^-1,总回收率87.35%的较好试验指标。