灵宝小秦岭金矿区金矿废石工艺矿物学研究

张凤予,张恒博,豆靖林,卫伟,刘冬,黄婷

摘要：以灵宝小秦岭金矿区金矿废石为研究对象，系统分析研究了废石的化学成分、矿物组成、结构构造、主要金属矿物嵌布特征和赋存状态等工艺矿物学特征。结果表明：金矿废石潜在有用矿物为金、石英和长石，金以微细粒自然金为主，与黄铁矿、方铅矿和脉石矿物具有较高的相关度。在选矿工艺上，废石富集金不宜采用重选工艺，可采用浮选等工艺；提取石英、长石的原则流程包括脱泥和磁选除铁；而废石作为砂石骨料利用前要进行除硫。该研究可为灵宝小秦岭金矿区金矿废石选矿工艺选择和实现废石的资源化、无尾化，提高资源综合利用率提供理论依据。

关键词：金矿；废石；微细粒；嵌布特征；工艺矿物学

中图分类号：TD92文章编号：1001-1277（2023）05-0052-05

文献标志码：Adoi：doi：10.11792/hj20230513

引言

工艺矿物学是通过对矿物中元素或矿物赋存状态和性质的系统研究，阐明其分布规律，指导和配合选矿研究和实际生产［1-2］，其是选矿工艺流程的基础。黄草明等［3］对赞比亚穆利亚希铜矿区混合铜矿石的化学组成、矿物组成及嵌布特征等进行了系统研究，提出了先浮选回收硫化铜，然后回收氧化铜的建议流程。李美荣等［4］采用矿物定量检测技术与工艺矿物学手段相结合的方法，对矿石进行工艺矿物学研究，在查明矿物赋存状态的同时提出了采用重磁浮联合选矿流程，实现有用元素和尾矿综合回收的建议。

灵宝小秦岭金矿区位于豫陕接壤的中低基岩山地区，面积约1 500 km2，是中国第二大黄金产区，经过30多年的開采，产生了大量的废石［5］。这些废石具有数量巨大、矿渣型泥石流隐患大、综合利用率低、潜在经济价值高等特点，废石的堆积还造成了土地侵占、地形地貌景观破坏、土壤污染和地质灾害隐患。受近些年全球资源紧张和国际金融危机的影响，黄金等贵金属的价格持续高涨，因此，对灵宝小秦岭金矿区金矿废石资源利用的研究有着重要的现实意义。为此，本文对灵宝小秦岭金矿区金矿废石进行了系统的工艺矿物学研究，包括化学组成、矿物成分、结构构造、主要金属矿物嵌布特征和赋存状态等，为提高矿产资源综合利用率提供理论依据。

1化学成分与矿物组成

1.1化学成分

样品采自灵宝小秦岭金矿区金矿废石，从化学成分（见表1）来看，废石中Au品位0.495 g/t（最低边界品位1 g/t），仍具潜在利用价值；w（CaO+MgO）/w（Al2O3+ SiO2）=0.05，属酸性岩石；SiO2品位达66 ％，Al2O3品位16.6 ％。结合钠钾钙等物质含量，可初步判断废石为含石英长石硅铝酸盐岩石。

1.2矿物组成

样品中金属矿物主要为黄铁矿（1.48 %），少量方铅矿、磁铁矿、黄铜矿、闪锌矿、白钨矿和针硫铋铅矿、硫碲铋铅矿、针硫铋铜铅矿、针辉铋铅矿、辉碲铋矿。脉石矿物主要为石英、斜长石（32.02 %）、黑云母（9.85 %）、钾长石（8.87 %）和绢云母（5.91 %），其次为方解石（1.97 %）、高岭石（0.99 %），以及少量角闪石、绿泥石、绿帘石和榍石。从整体来看，暗色矿物含量较少，主要为金属硫化物和氧化物，以黄铁矿含量最高，金主要以自然金形式存在，石英相对含量为38.92 ％，长石相对含量为40.89 ％，具有提取价值，是潜在的有用矿物。

2矿石结构构造

2.1矿石结构

矿石结构包括自形粒状结构、半自形粒状结构、他形粒状结构和交代结构。其中，少部分黄铁矿见立方体和五角十二面体自形晶。部分黄铁矿、磁铁矿呈半自形粒状结构。大部分黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁铁矿、铋化物、碲化物等金属矿物呈他形粒状结构。交代结构见黄铁矿被黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等矿物交代，方铅矿被铋化物、碲化物等矿物交代等。

2.2矿石构造

矿石构造主要有块状构造和浸染状构造。块状构造多见于石英等造岩矿物构成的致密集合体。浸染状构造是金属硫化物和氧化物以星点状分散且无定向嵌布于脉石矿物颗粒中，本样品中金属矿物集合体的粒径一般小于2 mm，因此，又可称为稀疏浸染状构造。

3主要金属矿物工艺特征

3.1金矿物

金矿物嵌布特征见图1。图1金矿物嵌布特征由图1 可知，金主要以独立矿物自然金形式存在。自然金在反射光下呈亮金黄色，高反射率，低硬度，均质性，他形粒状。在原矿光片中发现自然金8粒，同时对原矿粉碎后进行重砂富集，制成砂光片后在偏光显微镜下观察，发现自然金颗粒。对11粒自然金进行了粒度统计，粒径0.003～0.163 mm，结果见表2。由表2可以看出，自然金主要为微细粒金。

3粒自然金颗粒能谱分析结果见表3。由表3可知，自然金中金的质量分数在97 %以上，含有铁的类质同象体。通过对原矿中8粒自然金统计发现，自然金主要赋存于脉石矿物中（见图1-b）），与方铅矿、黄铁矿也有较高的相关度；而重砂中发现的自然金主要包裹于黄铁矿中（见图1-a））。因此，自然金与脉石矿物、黄铁矿和方铅矿有较高相关度。

3.2黄铁矿

黄铁矿嵌布特征见图2。

黄铁矿是废石中含量最多的金属硫化物，也是主要的载金矿物，主要为半自形—他形粒状，部分为自形晶体，在反光镜下呈浅黄色，高反射率，高硬度，均质体。黄铁矿常呈浸染状、斑块状嵌布在脉石矿物粒间，颗粒较大，易解离。部分与闪锌矿连生或包裹细小闪锌矿颗粒，有时整体被闪锌矿交代呈文象结构（见图2-a、b、c、d）。少部分黄铁矿颗粒间或裂隙中也见黄铜矿产出（见图2-e）。

对黄铁矿粒度进行统计，结果见表4。由表4可知，黄铁矿粒度主要集中于0.073～0.579 mm，占比约80 %。黄铁矿能谱分析结果见表5。从表5中可以看出，部分黄铁矿中含少量Si元素。

3.3其他金属矿物

1）方铅矿。方铅矿含量较少。光片中为纯白色，无内反射，易磨光，但常具擦痕，因具3组解理而显示特征的黑三角孔。其主要呈不规则粒状分布在脉石矿物中，少量交代黄铁矿（见图2-a、d），与金的产出相关（见图1-c））。方铅矿能谱分析结果（见表6）显示，方铅矿大多含有类质同象元素，Pb被Fe、Ca等元素替代，S被Si元素替代。

2）磁铁矿。磁铁矿是矿石中含量最多的金属氧化物，主要为半自形—他形粒状。镜下可见呈灰色微带棕色，无多色性，无内反射，均质性，硬度高，一般不易磨光，具磁性。磁铁矿主要呈浸染状分布，在矿石中分布不均匀，部分矿石中含量较高，与生成的期次有关。

3）黄铜矿。黄铜矿含量较少，是铜的主要赋存矿物。镜下呈铜黄色，均质性，硬度低，易磨光。主要为他形粒状嵌布在脉石矿物中或与黄铁矿连生，呈浸染状分布。另见少量黄铜矿交代方铅矿和闪锌矿（见图2-e）。个别自然金与黄铜矿具连生关系，是潜在的选矿目标。

4）铋化物、碲化物。铋化物、碲化物常与方铅矿连生，多为后期交代方铅矿产生。通过扫描电子显微镜和能谱分析，主要见针辉铋铅矿、针硫铋铜铅矿、针硫铋铅矿、硫碲铋铅矿和辉碲铋矿等（见表7）。

5）白钨矿。白钨矿含量较少，是钨的主要赋存矿物。光片中不易观察，在薄片中无色，突起极高，干涉色最高为一级红，同时具有发光性，常与脉石矿物连生。能谱分析（见表8）显示其被少量Fe元素类质同象替代。

3.4金属元素赋存状态

1）金元素。对样品进行金物相分析，结果见表9。从表9可知，金主要以獨立矿物自然金形式存在，主要有裸露及半裸露金、碳酸盐矿物包裹金、铜铅锌硫化矿物包裹金、赤铁矿包裹金、硫铁矿包裹金、石英及硅酸盐包裹金。

2）其他金属元素。铅：主要以独立矿物方铅矿及铅的铋化物、碲化物形式存在。铁：主要以独立矿物黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿等矿物存在，少量以类质同象形式分布在其他矿物中。铜：主要以独立矿物黄铜矿形式存在。铋、碲：主要以铋化物、碲化物的形式存在。

4综合利用方向

4.1金富集

废石具有浸染状构造和交代结构，具明显的变质热液成因特征，而其矿床类型为含金石英脉型。这类金矿床中含金矿物受热液作用会以细粒状充填于造岩矿物颗粒间。而金的赋存状态和嵌布特征显示，金以微细粒金为主的独立矿物自然金形式存在，与脉石矿物、黄铁矿和方铅矿有较高相关度。由于金单质粒度小，需要破碎筛分，而对于包裹在硫化矿物中的金只需要硫化矿物单体解离即可，但是对于与脉石矿物连生金的磨矿细度就需要达到金的单体解离要求。废石中金为热液成因的岩金，与黄铁矿等嵌连，不易彻底分离，所以不适宜采用重选工艺，可采用浮选等工艺。根据杨波等［6］对某金矿浮选尾矿的研究，造成金选矿损失的主要原因是石英和硅铝酸盐矿物中所含金粒度较细，难以回收。而该废石金元素赋存状态显示，石英和硅铝酸盐矿物是主要载金矿物之一，所以需要尽可能将分散于石英和硅铝酸盐矿物中的细粒金分选出来。

4.2石英、长石提取

根据工艺矿物学特征，石英、长石是潜在有用矿物。由于矿样为金矿废石，含较多细泥，常规的铵类捕收剂对矿泥敏感，RNH3+易吸附于荷负电的矿泥颗粒表面，所以需要预先脱泥。一般来说，石英、长石的提取需要先脱除含铁钛的有害矿物，要求杂质中含Fe2O3小于0.002 %［7］，而废石中含Fe2O3 3.94 ％，主要为磁铁矿等，需要通过磁选脱除［8］，所以该废石提取石英、长石的原则流程要包括脱泥和磁选除铁。

4.3尾矿利用

在选矿的不同阶段会产生不同的尾矿。目前来看，将尾矿制成建筑材料，是实现其大宗利用的主要手段，也是实现矿产资源化、无尾化的重要方法。金矿废石经初步破碎及分选后可以制作砂石骨料。根据GB/T 14685—2011 《建设用卵石、碎石》［9］和GB/T 14684—2011 《建设用砂》［10］，研究区样品有害物质限量中硫化物及硫酸盐（按SO3质量计）为1.237 %（见表1），＞1 %，不符合建设用骨料标准。因此，该废石和尾矿要除硫后才能作为砂石骨料利用。根据其化学成分和矿物组成特征，废石及尾矿还可作为各类建材、陶瓷及釉料或陶粒、微晶玻璃等产品原材料［11-16］，实现综合利用的同时提高其附加值。

5结论

1）灵宝小秦岭金矿区金矿废石潜在有用矿物为金、石英和长石，矿石结构为自形、半自形、他形粒状和交代结构，矿石构造主要有块状构造和浸染状构造。主要金属矿物为黄铁矿，还含有少量方铅矿、磁铁矿、黄铜矿、闪锌矿等，脉石矿物主要为石英、斜长石、黑云母、钾长石和绢云母。

2）金主要以自然金存在，以微细粒金为主，自然金与黄铁矿、方铅矿和脉石矿物具有较高的相关度，金的磨矿细度需要达到金的单体解离要求。金物相主要有裸露及半裸露金、碳酸盐矿物包裹金、铜铅锌硫化矿物包裹金、赤铁矿包裹金、硫铁矿包裹金和石英及硅酸盐包裹金。

3）废石提取石英长石原则流程要包括脱泥和磁选除铁。废石及其尾矿作为砂石骨料利用前要除硫。此外，废石还可作为各类建材或陶瓷及釉料或陶粒、微晶玻璃的原材料，实现综合利用的同时提高其附加值。

［参 考 文 献］

［1］钟诚斌，徐志高，张臻悦，等.加拿大某地区稀土矿的工艺矿物学研究［J］.稀土，2017，38（2）：11-18.

［2］HOPE G A，WOODS R，MUNCE C G.Raman microprobe mineral identification［J］.Minerals Engineering，2001，14（12）：1 565-1 577.

［3］黄草明，朱景和，文书明，等.赞比亚穆利亚希复杂混合铜矿工艺矿物学研究［J］.矿产保护与利用，2019，39（2）：41-46.

［4］李美榮，邱显扬，梁冬云，等.广东某低品位钽铌铷铍多金属矿石工艺矿物学研究［J］.矿产保护与利用，2019，39（2）：47-53.

［5］张伟.小秦岭地区秦南矿区金矿床特点及成因研究［D］.北京：中国地质大学（北京），2015.

［6］杨波，童雄，谢贤.甘肃某含锑金矿浮选尾矿工艺矿物学研究［J］.矿物学报，2016，36（3）：354-358.

［7］高文博，陆长龙，肖骏，等.某钼尾矿浮选回收钾长石试验研究［J］.中国钼业，2016，40（3）：4-8.

［8］任子杰，罗立群，张凌燕．长石除杂的研究现状与利用前景［J］.中国非金属矿工业导刊，2009（1）：19-22．

［9］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.建设用卵石、碎石：GB/T 14685—2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［10］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.建设用砂：GB/T 14684—2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［11］杜永胜，李保卫，张雪峰，等.铁含量及价态对白云鄂博尾矿微晶玻璃析晶特性及性能的影响［J］.人工晶体学报，2013，42（10）：2 170-2 176.

［12］徐景春，马鸿文，杨静，等.利用钾长石尾矿制备β-硅灰石微晶玻璃的研究［J］.硅酸盐学报，2003，31（2）：179-183.

［13］张金龙，王庆德，张顺堂.利用金尾矿烧制陶瓷墙地砖试验研究［J］.中国矿业，2001，10（6）：68-70.

［14］刘辉.黄金尾矿可生产陶瓷釉料［J］.中国金属通报，2003（12）：7.

［15］袁定华.稀土尾矿在陶瓷坯釉中的应用［J］.陶瓷研究，1991（3）：121-127.

［16］代文彬，陈旭峰，苍大强.承德钼尾矿免烧砖的制备与着色［J］.金属矿山，2017（8）：204-208.

Process mineralogy study of the gold mine waste rock

in Xiaoqinling gold mining district，LingbaoZhang Fengyu1，2，Zhang Hengbo1，2，Dou Jinglin1，2，Wei Wei1，2，Liu Dong1，2，Huang Ting1，2

（1.No.1 Geology Team，Henan Bureau of Nonferrous Geology and Mineral Resources;

2.Henan Engineering Research Center for Non-ferrous Metal Mineral Exploration）

Abstract：Taking the gold mine waste rock in Xiaoqinling gold mining district in Lingbao as the research object，the process mineralogical characteristics of waste rock such as chemical composition，mineral composition，texture and structure，embedding characteristics，and occurrence state of main metal minerals are systematically analyzed.The results show that the potentially useful minerals of gold mine waste rocks are gold，quartz，and feldspar，and gold is mainly fine-grained native gold，which has a high correlation with pyrite，galena，and gangue minerals.For the mineral processing technology，gravity separation is not suitable for gold enrichment from the waste rock，and flotation can be used.The principle process of extracting quartz and feldspar includes desliming and magnetic separation to remove iron;the waste rock should be desulfurized before being used as a sand aggregate.This study can provide a theoretical basis for the research on mineral processing technology of the gold mine waste rock in Xiaoqinling gold mining district in Lingbao，realizing the recycling of waste rock，the goal of tailings-free mine，and improving the comprehensive uti-lization rate of resources.

Keywords：gold mine;waste rock;microfine grain;embedding characteristics;process mineralogy