低品位金矿石预选抛尾工艺研究进展与应用探讨

王俊杰,陈艳波,梁魏峰,秦广林

(1.山东黄金矿业科技有限公司选冶实验室分公司,山东 莱州 261441;2.山东黄金矿业股份有限公司新城金矿,山东 莱州 261438)

黄金作为一种稀有的贵金属矿产资源,其储量是有限的[1],随着全球经济的快速发展,黄金的供应将更显紧张。我国近20年已探明黄金地质储量独立岩金占60%以上,原矿品位较低,普遍在2 g/t左右,独立砂金约占10%,伴生金占25%[2],砂金开发处于尾声而以岩金开采为主。随着金矿石开采深度增加,采矿提升运输的能耗成本将呈现倍速增长,提升效率极低,为了将生产成本控制在合理范围内,维持企业的健康长远发展,需要更高效更科学的生产工艺在企业中推广应用。

1 预选抛尾工艺概况

预选抛尾工艺的目的是在原矿磨矿作业前预选抛弃部分废石或低品位矿石,实现原矿预富集,减少磨矿量,提高入选品位,大幅降低磨选作业能耗和钢耗[3],降低尾矿排放量,提高资源利用率及减少环境污染。采用预选抛尾工艺,可使过去被认定为“无开采价值”的低品位资源得到有效利用,延长矿山服务年限[4],粗粒级废石可作为建筑材料出售,为企业创造可观的经济利润。如果能成功将矿石预选工艺位置提前至井下粗碎点之后,对于我国采选生产工艺将是一次革命性的进步,产生不可估量的经济效益。

预选抛尾工艺的原理是利用载金矿物与脉石在电学、光学、力学等物理性质方面的差异,采用合理的工艺手段,将废石脉石及早分离抛除。含金矿石经粗碎和中碎处理后,平均块度控制在10～60 mm,载金矿物与围岩脉石能够达到部分单体解离的状态,对其进行预选抛尾处理一般可抛除占原矿量20%～70%的脉石。早期的预选工艺受科技水平限制,产品精度和选别效率不高,工艺无法得到充分推广应用。近些年随着全球半导体科技迅速发展,高精度传感器、高算力计算机自动化控制系统等技术的使用,使得预选抛尾工艺在速度和精度上都有了质的飞跃,光电选矿抛尾、重选抛尾以及联合工艺抛尾等工艺取得了长足的进步和发展[5]。预选抛尾工艺有望成为今后选矿生产的一个通用必备的工艺环节。

2 典型金矿石组成分析

岩金矿石中金主要嵌布于载金矿物中,特别是嵌布在黄铁矿、黄铜矿中最多,在矽卡岩型铜铁矿床中,黄铜矿是主要载金矿物,而在金矿床中黄铁矿是主要载金矿物。脉石矿物主要有石英,其次为云母、长石、方解石等。参考山东某金矿矿石样品工艺矿物学检测报告,矿石试样化学多元素分析结果表1。

表1 矿石试样化学多元素分析结果

化学分析结果显示,矿石中金属元素Au的品位为1.72 g/t,Ag的品位为6.4 g/t,S的含量为4.79%,其他伴生元素Cu、Pb、Zn的含量都较低。

矿石的矿物组成及矿物定量结果,详见表2。

表2 矿石的矿物组成及相对含量

矿石中金属硫化物主要为黄铁矿,含有少量的黄铜矿、方铅矿和微量的闪锌矿等,偶见微量的毒砂;此外,样品中还存在少量的磁铁矿、菱铁矿等。矿石中脉石主要为石英,其次为绢云母和钾长石,含少量的铁白云石和微量的斜长石、角闪石、绿帘石等。

该样品中,脉石含量较高,已经超过了矿石总量的85%,实际生产开采的矿石中夹杂大量围岩废石充填料等,脉石含量会更高,使用预选抛尾工艺,将脉石尽早抛除具有显著的经济效益。

3 低品位金矿石适用的预选抛尾工艺分析

国内的黄金矿山尚无预选抛尾工艺的使用先例,工艺是否可行暂时只能从工艺原理、矿石性质、试验数据等方面进行分析,论证其工艺可行性之后进行应用推广。目前,对于低品位金矿石应用潜力较大的预选抛尾工艺有色选工艺、X射线分选工艺、微波加热分选工艺、重介质分选工艺和联合分选工艺。

3.1 色选工艺

色选主要利用高清成像设备对下方的平铺矿粒进行实时拍摄,通过图像识别系统对图像中不同矿物的颜色、透明度、光泽、反射率等表面特征差异进行快速分析,判断某块矿石或某片区域矿粒中是否含有载金矿物。载金矿物主要是黄铁矿、黄铜矿和方铅矿等,这些矿物均有明显的金属光泽,呈现金黄色或银灰色,与石英长石等脉石有显著区别 ,如图1所示。

图1 某高品位矿石细碎样品图

在高品位矿石中,黄铁矿颗粒粗,解离度较高,图像区分相对容易,而在品位较低的金矿石中,黄铁矿以粒状或粒状集合体的形式嵌布于石英、绢云母等脉石矿物中,部分黄铁矿呈微细粒浸染于脉石矿物中,如图2所示。

图2 金矿石样本扫描电镜图

黄铁矿平均粒径低于100 μm,在细碎状态下,也只有小部分能够单体解离暴露,大部分载金矿物包裹在脉石内部,在图像中呈现出的光学性质差异不明显,且容易被矿泥污染,所以色选工艺对矿石性质要求较高,且需要相应的配套工艺,比如预选前的洗矿筛分作业等等,单独使用色选工艺很难达到理想的分选效果,建议搭配其他预选抛尾工艺联合使用,会取得更好的工艺效果。

3.2 X射线分选工艺

X射线分选工艺起步较早,也是应用推广较好的一种预选抛尾工艺,在南非、俄罗斯等大型矿山应用效果良好。该工艺分为X射线表面辐射分选(XRF)和X射线透射分选(XRT)两种模式。X射线表面辐射分选的原理是基于每种元素的特征X射线均是唯一的[6],矿石在受到X射线照射激发而产生特征X射线,通过测定反射回来的特征X射线能量强度,可以确定相应的元素及其含量。由于X射线照射仅限于照射物料表层,无法分析其内部的矿物含量,故该工艺对尾矿品位的控制相对粗放,工艺稳定性欠佳。国外部分矿山企业的X射线表面辐射分选的部分应用数据结果见表3。

表3 国外X射线表面辐射分选的应用数据

X射线透射分选的原理是基于不同元素对X射线能量吸收的差异,当物料被X射线轰击时,密度更大的元素能够吸收更多的能量,根据样品中重元素对X射线的相对透射率,可以区分有用矿物和脉石。该模式的X射线强度较高,能够保证无死角穿透矿物,工艺适用性较广,可用于嵌布粒度较细的矿石预选,如含金石英脉矿石。典型设备结构如图3所示。

图3 XRT分选机结构示意图

图3显示了一种带式XRT分选机的工作原理。矿石颗粒通过振动给料机均匀分散在分选机的输送皮带并向前匀速推进,由X射线源对正下方的矿石颗粒进行照射,X射线穿透矿石颗粒和皮带后在正下方的传感器上形成X射线衰减的平面投影,分析投影成像信息判断对应位置的物料是有价矿石还是脉石并对其进行分选处理。XRT分选机的单机处理能力与分选物料的粒度、密度和抛尾率有关,目前先进的大型分选机处理能力可达450 t/h[7],已经可以满足绝大多数黄金矿山的生产需要。

3.3 微波加热分选工艺

微波加热分选工艺是近年来着力研发的一种新型预选工艺。由于各种矿物的介电性质不同,造成微波对矿物作用结果不同,微波对矿物的加热升温速率取决于矿物的电导大小和透射深度。矿石中的很多脉石如石英、方解石、白云母等硅酸盐矿物属于微波透过体,不易被微波加热,而黄铁矿、黄铜矿等硫化矿为微波吸收体,在微波辐射下的升温速率非常快[8]。利用矿物的这一特性,快速分辨矿石中是否含有载金矿物,进而对金矿石进行预选抛尾,从原理上是可行的。

微波加热分选工艺的设备布局与X射线透射分选工艺设备类似,使用微波加热装置对皮带上均匀分散的矿石颗粒进行微波加热,红外线阵列成像系统对加热后矿石颗粒的红外辐射信号成像并收集温度数据。图像中,温度高的区域亮度大,温度低的区域则亮度低,矿石分选装置接收指令后,通过控制高压气阀开闭将被选矿石颗粒中脉石吹落至脉石漏斗。该工艺暂时还处于推广前的研发完善阶段,红外图像分析算法、智能控制系统都需要进一步完善验证,该工艺适应性强,矿石湿度、含泥量等因素对其影响不大,对各类矿石广泛适用,非常适合在大型黄金矿山使用,工艺成熟后有大范围推广应用的潜力。

3.4 重介质旋流器预选抛尾工艺

重介质分选是在比重大于水的介质中进行选别,使矿粒按密度分离的选矿过程。重介质分选在选煤生产已经得到了长期广泛应用,由于块精煤与矸石密度差异明显,破碎后块精煤与矸石解离程度高,入料粒度宽、分选效率高、处理能力大,在我国选煤生产中所占的比例已超过60%[9]。重介质分选流程图如图4所示。

图4 重介质分选工艺流程图

针对黄金矿山的重介抛废技术是更具挑战性的课题,因为金矿普遍具有品位低、嵌布粒度细、矿石密度差小等问题,对重介质分选控制提出了更高的要求。针对金矿矿石特点,科研单位对两产品重介质旋流器结构进行深度优化,对介质配方、密度控制系统、介质回收系统进行改进和优化,开展金矿石样品重介质选矿试验项目,已经取得一定成果,试验数据见表4。

表4 重介质预选抛尾产品化验数据统计表

通过试验数据可以看出,对于低品位金矿石的预选抛尾处理,抛尾率20%～30%是一个合理的数值,尾矿平均品位可低于0.15 g/t,回收率达到96%以上,富集后的精矿品位也更适合磨矿浮选处理。

重介质预选抛尾工艺适合在黄金矿山推广应用,但有两点限制因素。第一,重介质旋流器对细粒级分选效果不佳,细粒级由于颗粒质量较小,易随溢流尾矿流失,需要在预选前进行细粒级筛分。第二,重介质分选后的精矿和尾矿均需要脱介处理并对介质回收再利用,辅助设施庞大复杂。

3.5 联合预选抛尾工艺

随着高品位和易选矿产资源的逐步枯竭,贫细杂难选矿产资源越来越多,采用单一的预选抛尾工艺往往不能达到理想效果,为进一步提高预选抛尾工艺指标和资源综合利用水平,采用色选—X射线透射分选、闪速浮选—重介质分选、X射线透射分选—重介质分选、色选—微波分选等联合工艺进行预选抛尾将成为未来的重点研究方向。联合预选抛尾可以取长补短,充分发挥各种预选抛尾工艺优势,有效提高产率和富集能力,且联合预选抛尾工艺可适应更多种类矿石的预选抛尾需求[3],将在复杂多金属难选矿分选领域发挥更大的作用。

4 总结

1)金矿石中脉石含量极高,适合进行选前抛尾预处理,可有效降低生产成本,减小尾矿库存压力,废石销售利润可观,助力绿色矿山建设。

2)国内大型黄金矿山企业尚未使用预选抛尾工艺,新建选厂应对预选工艺提前设计布局,旧选厂原有生产系统中加入预选抛尾工艺,对原有系统破坏较大,时间和金钱成本高,加设预选工艺前要对矿山采选能力匹配,资金投入、实际效果等多方面充分论证后实施,避免造成资金浪费。

3)低品位金矿石性质复杂多变,能否使用预选抛尾工艺要以试验数据为基础,不能因预选抛尾工艺造成回收率的明显下降,建议保守确定抛尾率。

4)矿石预选抛尾工艺的研发和推广需要政策扶持,助力开发更高效更先进的井下预选新工艺。