江西金尾矿资源的性质与矿物学特征研究

罗立群，张晓雪，林永峰，贾旭峰，郑波涛，魏晨曦

(1.武汉理工大学资源与环境工程学院矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070；2.中国黄金集团江西金山矿业有限公司，江西 德兴 334213)

黄金因其稀缺性、稳定性和完美的自然属性，很早就被看作是财富的象征，充当着世界货币；黄金既是一种货币、资产，更是一种商品，活跃在经济流通领域和国际金融市场。2019年我国黄金产量达380.23 t，连续13年位居全球第一。因金矿石中有用金属含量低，含金矿石经破碎、磨矿、分选、提取后产生大量的固体废弃物或浸金尾渣，统称黄金尾矿，通常占黄金原矿量的95%以上[1]。一方面，大量的黄金尾矿既占用土地、易产生安全隐患，还存在污染环境的风险，不利于绿水青山的建设[2-3]；另一方面，我国大部分金矿石品位低，多为伴生矿，矿物嵌布粒度细，多数含有其他可综合回收的有价金属或伴生矿物，综合利用的潜力较大[4-5]。对黄金尾矿的利用，除早期再回收残余的金和伴生银、铜、铅、锌、钨等金属元素外，近年来着重关注对剩余大量非金属矿物的提取和资源化利用[6]，如提取绢云母[7-9]、回收长石和石英[10]，制备加气混凝土、蒸压砖或墙体砖[11-13]，制作轻质陶粒、发泡陶瓷、多孔陶瓷[4,14-15]，以及用于干混砌筑砂浆、发泡水泥和玻璃纤维等建筑材料与产品[16-18]，表明对金尾矿的资源化利用大有可为。

因金矿地质成因与地域产出不同，其共伴生金属矿物与透明矿物的赋存与嵌布特征各异，为了更好地综合利用金尾矿资源，做到物尽其用，首先应尽可能查明金尾矿的资源性质与其矿物学特性。本文对中国黄金集团江西金山选金尾矿开展金尾矿资源的性质与矿物学特性研究，为今后充分利用该金尾矿资源奠定前期技术基础。

1 试 验

1.1 试样及基本性质

金尾矿研究样品取自江西德兴某金矿，外观颜色为灰色至灰白色，少部分因烘干后而结块，经机械轻微压碎成粉后多次混匀，采用四分法对分和割环法缩分、取样制样后进行相关的分析和测试。试样多元素化学分析结果见表1，表明试样中含有残余的金为0.495 g/t，少量的银为1.70 g/t；有利于制备建筑材料的SiO2、Al2O3分别为62.21%和13.54%。

表1 金尾矿试样多元素化学分析结果Table 1 Multi-element chemical analysis results of gold tailing sample

肉眼标本观察金尾矿试样为灰白色粉样，以黄铁矿、毒砂、石英、方解石及绢云母等为主，金尾矿试样X射线衍射(XRD)图谱如图1所示，显示试样中含有黄铁矿(Pyrite)、石英(Quartz)、绢云母(Sericite)、方解石(Calcite)、绿泥石(Chlorite)、斜长石(Plagioclase)等矿物。此外，金尾矿试样的密度为2.78 g/cm3，堆比重为1.33 g/cm3。

图1 金尾矿试样X射线衍射(XRD)图谱Fig.1 X-ray diffraction pattern for gold tailing sample

1.2 研究与测试方法

1) 化学成分检测。先以X荧光半定量分析化学成分，再以化学分析方法测试多元素含量及物相，微量元素种类及其含量采用ICP发射光谱仪测试。根据国标《建筑材料放射性核素限量》(GB 6566—2010)中的相关要求，采用低本底多道γ能谱仪测定镭-226、钍-232、钾-40的比活度值，确定放射性核素指标。

2) 光学显微镜观察。取适量金尾矿样品，经加胶固化-磨片-抛光工序后制成光薄片，在Nikon Lv100pol型偏反光显微镜下进行观察。利用矿物在光学显微镜下的光学性能不同，分析和统计样品中矿物的形态特征和产出形式。

3) X射线衍射分析。采用X射线衍射(XRD)来分析样品中的主要矿物相组成，所用X射线衍射仪为日本理学Rigaku D/max-3c，采用Cu靶，Kα辐射源，石墨单色滤波器，步进扫描。实验参数为管电压40 kV，管电流50 mA，扫描速度3°/min，光散狭缝1°，接收狭缝0.30 mm，放散射狭缝1°。

4) 电子探针及EDS能谱分析。分析样品微观结构及微区元素组成，电子探针测试为日本电子株式会社厂家生产电子探针显微分析仪+能谱仪，型号为JXA-8230/INCAX-ACT。各种元素具有自己的X射线特征波长，特征波长的大小则取决于能级跃迁过程中释放出的特征能量△E，利用能谱仪确定不同元素X射线光子特征能量不同来进行成分分析，确定微区点的元素组成、含量与矿物种类。

2 结果与讨论

2.1 金尾矿化学成分与特点

ICP发射光谱法是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法，广泛地应用于质量控制的元素分析，超微量元素的检测。江西金尾矿试样电感耦合等离子体光谱(ICP)分析结果见表2，注意：ICP检测结果中Si除外。

表2 金尾矿试样电感耦合等离子体光谱(ICP)分析结果Table 2 Analysis results of gold tailings by inductively coupled plasma spectrometry(ICP) 单位：wt%

结合表1与表2可知，金尾矿试样中的化学成分以SiO2和Al2O3为主，两者含量分别为62.21%和13.54%，两者之和达到75.75%，占比超过75%，有利于后续利用其作为建材原料。其他可用于建材原料的成分为CaO占3.63%和部分铁含量占3.39%，且MgO含量仅为2.27%，小于3%，其化学成分含量均对制备建材有利。Cu、Pb、Zn、Cr等常见重金属的含量均很低，预计没有影响。

2.2 金尾矿放射性核素测定与评价

作为制备建材的矿山尾矿固废原料，特别是含有稀有元素和有色金属的金属矿山尾矿，必须考虑是否存在放射性的风险。因此对金尾矿试样中放射性核素进行了测定，其放射性核素测试结果见表3。

由表3可知，该金尾矿中的放射性核素均低于建筑主体材料中要求的天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足内照射指数IRa≤1.0和外照射指数Ir≤1.0的要求。若将其制备成装饰装修材料，也满足要求较高的A类装饰装修材料中放射性比活度同时满足内照射指数IRa≤1.0和外照射指数Ir≤1.3的标准，表明其资源化利用后的建筑材料产销和使用范围均不受限制，包括Ⅰ类民用建筑的内饰面和Ⅱ类民用建筑、工业建筑的内饰面。

表3 金尾矿试样的放射性核素测试结果Table 3 Radionuclides results of gold tailings sample

2.3 金尾矿的物相分析

为了考察江西金山金尾矿的分选效果，将金尾矿试样分别进行了相关的物相分析，以查明金尾矿中有益成分和有害成分的含量与矿相类别，确定各元素矿相的分布情况，反馈金矿选别过程的效果。 由于金赋存在以黄铁矿为主的硫化矿中，主要考察了金尾矿中金、铁、硫的物相，其物相分析结果见表4。

表4 金尾矿的物相分析与分布率测定结果Table 4 Phase analysis and element distribution results of gold tailings

由表4可知，铁等氧化矿物中包裹金为0.288%，其分布率为58.18%，其次为单体金+连生金、硫化物中包裹金均为0.090%，两者占比则均为18.18%。另外，硅酸盐中金含量较少，仅为0.027%，分布率仅为5.46%。若选矿中加强对含铁等氧化矿物的浮选回收，预计可以进一步降低金尾矿中的金含量。

尽管金尾矿中的硫主要以硫化物中的硫存在，其含量为0.26%，分布率高达92.86%；但是铁物相中硫化铁中的铁仅为0.15%，占比仅为3.86%，表明若要进一步降低硫化物的含量，其幅度有限、难度较大。

2.4 金尾矿粒度特性与粒级分布

不论是选矿过程，还是尾矿制备建材，物料的粒级及粒级分布是极其重要的物化参数，需要重点控制和详细考察确定。金尾矿试样的激光粒度分析单个分布与累积结果如图2所示，其粒度筛析与水析及分布率测定结果见表5。

由图2可知，单个粒级的峰值有两处，一是20 μm左右，多为绢云母类细粒；二是200～300 μm粗颗粒，应该是含硅较高的难磨物料。由表5可知，总体而言，各粒级中粗粒级的SiO2含量略高，细粒级的SiO2含量略低，表明SiO2含量高的矿物硬度大，难以磨细。 而Al2O3、TFe、Au含量的高低则与SiO2含量的变化正好相反，即粗粒级中Al2O3、TFe、Au的含量略低，而细粒级中相应元素含量略高，表明含Al2O3高的矿物(如云母类矿物)及TFe高的金属矿物比SiO2(如石英类矿物)容易磨细。

表5 金尾矿试样的粒度筛析与水析及分布率测定结果Table 5 Results of particle size analysis and element distribution of gold tailing samples

由表5可知，金尾矿粗度较粗，筛析-0.074 mm粒级占41.58%；粒级分析表明细粒级颗粒中残余金的含量较低，而粗粒级的颗粒中含金量较高，表明含金矿物的颗粒微细，而粗颗粒的含金颗粒解离度不足，导致金的损失。同时注意两点，一是金尾矿中-0.30+0.154 mm粒级含量的金含量为0.74 g/t，高于+0.30 mm粒级含量的0.55 g/t；二是水析部分中的+0.074 mm的金含量为1.08 g/t，高于粒级筛分中-0.154+0.074 mm金含量的0.49 g/t，与含金矿物赋存在金属矿物中容易磨矿，且金属矿物比重大结果一致。

因此，若需要降低残余金的含量，可从加强磨矿分级、提高入选细度、改善粒度组成、强化比重大的金属矿物的回收来考虑。当然也需要考虑提高入选细度的投入成本与降低金尾矿含量产生的效益来判断投入产出的平衡点。

2.5 金尾矿的矿物组成与含量

通过前述化学成分分析、ICP与XRF分析，结合显微镜下鉴定结果，估算出金尾矿试样中矿物组成及含量见表6。由表6可知，该金尾矿中金属矿物主要为黄铁矿、毒砂，及少量金红石和磁铁矿等金属矿物，但总体含量均不高，分别为3.10%、2.60%、0.50%和0.45%；但未见残余金颗粒。主要非金属矿物为石英、绢云母、方解石、绿泥石和斜长石，其含量分别为54.30%、15.30%、14.80%、5.20%和2.90%，其四者的矿物量之和高达92.30%，表明金尾矿中非金属矿物占有比例很高，具有较好的建材资源化利用前景。

表6 金尾矿试样中的主要矿物组成及含量Table 6 Composition and contents of main minerals in gold tailings 单位：%

2.6 金尾矿中绢云母的产出与嵌布

由显微镜鉴定可知，绢云母多呈鳞片状，部分为单晶体，与石英、方解石、绿泥石、斜长石及金红石等连生，金尾矿中绢云母产出的典型显微照片见图3。可见鳞片状的绢云母(Ser)包裹石英(Qtz)、斜长石(Pl)，或与其交生形成复杂集合体，如图3(a)所示，鳞片状的绢云母(Ser)包裹石英(Qtz)、或与方解石(Cal)、绿泥石(Chl)等矿物共生，如图3(b)所示，绢云母的片径多为0.01～0.20 mm之间。金尾矿中绢云母含量较高，具有提取与回收的价值。

图3 金尾矿中典型绢云母产出的显微镜照片(正交偏光)Fig.3 Microscopy pictures of typical sericite in gold tailings(crossed polars light)

金尾矿试样中绢云母的粒度分布统计见表7，试样中-0.01 mm的细粒级，因过于细小显微镜下未统计。

由表7可知，绢云母粒度主要分布在-0.10+0.05 mm粒级，分布率达到54%，其次为-0.05+0.01 mm，分布率达到25%。因此，后续对绢云母的回收主要需针对-0.10+0.01 mm粒级的绢云母。

表7 金尾矿试样中绢云母的粒度分布统计Table 7 Particle size distribution statistics of sericite in gold tailings

2.7 金尾矿中绢云母的微区特征分析

为了查明鳞片状绢云母的微区元素特征，将图3(a)中典型鳞片状绢云母与石英、斜长石集合体进行EMPA分析，其BEI背散射电子像及部分特征元素的面扫描电子像示于图4，图4的BEI电子像中蓝色谱点右上角为能谱点微区，典型绢云母颗粒中的能谱微区成分分析结果见表8。

表8 典型绢云母颗粒中的能谱微区成分分析结果Table 8 Results of energy dispersive spectrum composition in typical sericite particles 单位：%

图4 鳞片状绢云母集合体的BEI背散射及O，Si，Al，K，Na，Ca，Fe的面扫描电子像Fig.4 Back scatter electron image of flaky sericite aggregate and area-scanning of O,Si,Al,K,Na,Ca and Fe

由图4可知，鳞片状绢云母集合体中各主要元素的面扫描电子像中除硅、氧之外，铝和钾的面扫描特征也比较明显，钠也具有一定的特征，而铁等元素扫描特征不明显，但是能谱微区成分分析中显示绢云母中均含量一定量的铁，可能影响绢云母的质量。

典型绢云母的EDS能谱成分图如图5所示，其定量数据为：O(27.82%)、Si(34.64%)、Al(19.04%)、K(10.25%)、Na(1.40%)、Fe(5.43%)，表明绢云母中还含有少量的铁和钠等元素，将导致绢云母的纯度不高。由于绢云母具有较好的可浮性，易于与石英分离；但与长石、方解石等矿物可浮性相近，且绢云母质软易碎、多为细粒矿物颗粒，易于长石、方解石混杂，也需要防止与易泥化的绿泥石等矿物混杂。提取绢云母时，需要加强分级作业和防止浮选时细粒易泥化物的混杂，避免影响绢云母产品的质量。

图5 金尾矿中典型绢云母的EDS图谱Fig.5 EDS spectrum of typical sericite in gold tailings

3 结 论

1) 江西金尾矿试样中含金0.495 g/t，含银为1.70 g/t，且金多残留于铁等氧化矿物中包裹金。铁等氧化矿物中包裹金为0.288%，占58.18%；其次为单体金+连生金、硫化物中包裹金均为0.09%，两者占比均为18.18%；显微镜下金尾矿中未发现残余金颗粒的存在。

2) 金尾矿中SiO2、Al2O3分别为62.21%和13.54%，残余的矿物主要为石英、绢云母和方解石，其矿物量分别为54.2%、15.3%、14.8%，其中绢云母具有较好的回收前景。放射性核素测试表明，金尾矿试样的内照射指数IRa为0.60，外照射指数Ir为0.73，两者均小于1.0，若制备建材制品或装饰装修材料，其产销与使用范围不受限制。

3) 金尾矿的粒度分析表明：该试样粒度较粗，筛析-0.074 mm粒级占41.58%，残余含金矿物的单体解离度不高，含金矿物多赋存在比重较高的重矿物或金属矿物中。若适当提高试样的入选粒度，加强对金尾中重矿物的回收，仍有部分提金潜力。绢云母多为细粒级产出，其-0.10+0.05 mm粒级占比为79%，片径多为0.01～0.2 mm之间。

4) 绢云母虽具有较好的可浮性，但多为鳞片状细粒且因质软易碎、易与共生脉石矿物混杂，提取时需要加强分级和细粒易泥化物的分散，防止影响绢云母的品质。