金矿石化学成分及物相分析方法研究论文

导读:在自然界中金以细小自然金的状态存在于多种脉石矿物中,主要包括包裹金、单体金和连生金等,因此,对于金矿石来说,金的化学分析主要是测定金在多种矿物中的含量。本研究主要针对

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  摘要:在自然界中金以细小自然金的状态存在于多种脉石矿物中,主要包括包裹金、单体金和连生金等,因此,对于金矿石来说,金的化学分析主要是测定金在多种矿物中的含量。本研究主要针对多种复杂金矿石化学成分和物相进行分析阐述。近年来,金化学物相分析研究成果涉及不同价态金的测定,在矿物中不可见金的存在形式,为相关工作人员提供金的化学物相分析数据。此外,本研究采用火焰原子吸收法进行金矿石中金含量的特点及检出限为0.05×10-6,利用石墨炉原子吸收法进行金含量测定,其检出限为0.17×10-9,经验度和准确度分别为0.7%和1.32%,同时,经样品重复性分析可以发现,各项金含量测定结果,其精密度符合相关测试标准规范。

  关键词:金矿石;化学成分;物相分析

  当前,化学物相分析属于分析化学的一个部分,物相分析为化工生产、地质评价、找矿等工作提供有效依据,且被广泛应用。目前,化学物相分析可拓展至农药,食品,环境、农业等与人们社会生活相关的学科领域中,且获得明显研究进展。岩矿鉴定与化学物相分析,能够准确确定在矿石中一些有用元素的存在状态和多种状态含量,在冶炼和选矿研究及生产过程中,采用化学物相分析法,能够指示原料中的有用元素,在多种矿物中所占含量,可供选冶工作实施提供数据参考,另外还可测试出尾矿内矿物赋存情况及多种元素的损失情况,便于矿产资源合理开发及利用。例如分析尾矿内矿石的化学物相,可得出青海某一金矿石中金矿物主要表现为自然金的方式,其次表现为当地金矿研究人员分析金的化学物相,能够为后续冶金和选矿工艺提供参考。



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  1金的化学物相分析

  目前,选矿过程中针对矿石的金化学物相研究,常用的方法为混汞碘浸法、混汞溴碘浸法以及混汞硫脲碘浸法、氢化法等。影响矿石中金物相分析准确度的因素主要涉及两个,包括试样力度、打磨方式以及样品矿物构成。对物相分析结果产生的影响具体来看,对于金矿石进行物相研究时,在特定的溶解条件下,测试样品粒度未见明显差异,一般规定矿石粒度在0.075mm左右,同时应注意在细膜时不能温度较高,防止出现硫化物氧化问题。地质样品中矿物构成存在较大差别,主要是指矿物类型以及含量高低之间的差异。采用碘溴高氯酸盐酸浸泡法,这一方法进行金化学物相分析时,能够避免将样品中加入有毒物质,包括氰化物和汞,并且采用这种溶液浸取金的时间相对较短,具有良好的选择性,因此,在矿物以及物理自然金测定过程中,除可采用混汞法之外,也可采用碘溴高氯酸盐酸浸泡法,需要注意的是,金化学物相分析的结果仅能够从理论上粗略获得金矿石浮选回收率,在实际工厂选冶中,由于一些金矿石,或与其他矿物共生或受金矿物粒度形状因素的影响,导致金矿石实际回收率与物相理论分析结果存在较大差异。

  2金矿石中金化学物相的分析

  我国具有丰富的矿产含量。但易选冶的黄金含量逐渐减少,相对来说,一些处理难度较高的金矿远景储量比较可观,国内主要存在三种难于处理的金矿资源,包括高砷、碳、硫类型情况时,这些矿石中金是以微细粒及显微形态,包裹在有害杂质或脉石矿物中。近年来,研究者针对一些难以处理的复杂矿石金物相分析,进行深入探究并获得研究成果。第一,对于含粗颗粒自然金矿石的金相态分析。在选冶试验过程中,裸露和半裸露金是回收的主要矿物。但在物相分析过程中,由于抽样量较小,样品不均匀,不具备代表性,尤其对于一些含较粗颗粒自然金的矿石在测试的过程中,很容易产生结果差别大等问题。可选用多种方案:①增加选取矿样数量。②测试样品需经过研磨,使矿石粒度均匀,对于硬度较高的矿石样品,可根据实际情况加入一定数量的石英砂,更利于矿石研磨和粉碎。③因选冶工艺实施时,需要选取大量的矿物样本,同时要筛选符合测试的矿石样本,所以,从测试结果上可以推断出金矿石化学物相分析是否准确。④选取多种样品进行测量,以去除异常值,将最终结果选取平均值,作为最佳值。第二,高砷高硫金矿中金相态分析。根据一些学者的分析,高砷高硫金矿中金相态具体流程如下,称取5g的样品,使其在650℃高温焙烧三小时,向其中加入0.1%kcn溶液,共计20ml,使其pH值能够达到11,持续6h搅拌后,测定上层清液中的自然金含量,过滤后向残渣中加入20%氢氧化钠,溶液共计20ml,搅拌4小时离心后,多次向残渣内添加KCN溶液,检验出金在硫化物液体中所含数量。当添加20ml的王水和氟化物在测试样品残渣后,进行加热,试验加热后漂浮在顶层液体中所含金数量。第三,金矿石中含碳的物相。有学者根据Na2S2O3O CuCl2、NH4OH-NHCl体系,矿物样品表面覆盖一层有机碳,采用此方案更利于测定含碳金矿石中金物相。

  测试步骤为:①游离金测定。称取样品10g,向其中加入0.5%Na2SO3和15%Na2S2O350ml混合溶液,以及3.7%CuCl,22O,60%NH3H,2O和7%NH4CL混合溶液25ml,设定温度保持在45℃以下时,对混合液体进行搅拌,在液体还有一定温度时进行一次过滤,并测定液体的含金量。②测试含碳酸盐液体的含金量,需将样品残渣置于烧杯,添加一定量的盐酸,共计50ml,置于沸水浴中浸取,同时滴加盐酸,使该溶液pH达到0.5~1.0,浸取加热30min,滴加浓氨水使溶液pH值为7~8左右,冷却溶液,使其温度达到室温,加入7.5gNa2S2O3以及0.25gNa2SO3,待样品溶解之后,使溶液能够测定其体积为50ml,最后可加入铜氨混合溶液,共计25ml,在45℃下持续2h~3h,实验残渣固体和液体完成分离后,可得到提取液体中碳酸包裹金含量。③液体中碳酸盐包裹金含量还可采用灼烧金分离方法实现,残渣与液体完成分离后,从所提纯的液体中即可测出碳酸盐包裹金含量。固体废弃物中加入Na2CO、铜氨铵等物质后,也可完成金含量测试。四,测定硅质及硅酸盐包裹金的含量。将经分离的硫磺矿物包裹金残渣与滤纸灼烧,使用HCl-HF-HNO3溶解残渣,并准确测定硅质和硅酸盐包裹金的含量。Fe2O3作为焙烧产物,其结构多孔,但在显微粒度形成时,可对原有弥散于硫化物中的不可见金造成包裹。金溶解仅能够依赖Fe2O3相,并产生于表面,或者以Fe2O3逐步溶解作为前提,同时在物质被燃烧时,一些亚微细金粒会逐渐聚集,暴露较大金表面积。通过实验研究表明,采用焙烧法的方式进行金相态分析,含硫化物金矿石粒度均匀情况下,可应用的测试方法为I-KI浸取金,测试过程要根据流程进行,否则会出现测试结果不精确,要确保矿石包裹金含量测定准确性,可在低温条件下称取矿石样品,采用这种方法,能够经酸溶被烧后,使黄铁矿破坏更加完全,进而完全暴露矿物中的金,提高浸取金效率。通过酸融合焙烧,之后破坏前面步骤中的滤纸,同时,也使一些酸溶性物质保留于滤纸中,残渣数量降低,过滤速度提升,缩短在金浸取过程中所耗费的时间,在硫化物中,如果存在晶格金,在具体测定过程中,硝酸铝液不能舍去,否则会降低最终测定结果。

  3实验研究

  3.1使用试剂

  金标准溶液。利用国家标准金储备液,其中浓度为1000μg/ml,将其分别逐级稀释为100μg/ml和10μg/ml,作为工作储备液。使用活性炭处理,将粒度为200目的活性炭采用氟化氢氨溶液浸泡一周,同时采用2%盐酸洗去氟根,之后多次用水清洗,使其达到中性,晾干后备用。本研究中所使用的盐酸、硝酸氟化氢,乙二胺四乙酸二钠等均属于分析纯。

  3.2仪器运行参数

  本研究中采用的仪器分别为马弗炉、恒温水浴锅、加热磁力搅拌器、控温电热板,真空抽滤装置,金空心阴极灯原子吸收分光光度计,火焰原子吸收仪器和石墨炉原子吸收仪器。


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  3.3实验步骤

  第一,样品处理。对于锑金相而言,称取加工至200目的样品10g,将其置于烧杯中,向烧杯中加入2mol/L酒石酸溶液,共计100ml,置于沸水浴中溶解一小时,经过滤后收集滤液。将吸附金的活性炭放置于箱式电炉中,逐渐升高温度至650℃,灰化完全后冷却取出,并向其中加入三滴20%氯化钾溶液,和1.5ml现配浓王水,置于水浴锅上蒸干,加入浓盐酸5滴再次蒸干,以去除残留的硝酸,取下后冷却至室温,向其中加入10%盐酸溶液,共计10ml待测,同时要开展空白实验对照。对于氧化相,可将沉淀采用2moll/L盐酸共计100ml置于烧杯中,将其在沸水浴中溶解一小时,经过滤后进行滤液收集,具体处理方法与上述一致。对于硫化相,需将沉淀采用100ml混合溶液,即EDTA与H2O2比例为2:1的溶液,共计100ml加入烧杯中,盖表面皿使其置于磁力搅拌器,持续搅拌4小时,经过滤液后,将其过滤,分离并收集滤液。对于脉石相,将沉淀采用100ml溶液用5%硫酸洗过后置于杯中,之后加入20ml氢氟酸,在沸水浴中溶解两小时,经过滤后收集滤液。对于碲金相,将沉淀采用100ml硝酸洗入设备中,在电热管中加热一小时溶解,经分离过滤后收集滤液。对于游离自然金,可将沉淀使用100ml王水将其洗入设备中,在电热板中持续加热溶解一小时,利用活性炭动态富集分离金。对于总金,称取至200目的10g样品,将其置于250ml烧杯中,同时向烧杯中加入100ml王水,同时将11H4HF2固体置于电热板中一小时加热溶解,采用活性炭动态富集分离金。第二,样品测定。由于对于一些金矿石来说,相态金含量较低,也有的钛金含量较高,为能够减小校准曲线导致的结果偏差,提升低含量样品测定结果的准确性,可配置三套标准体系进行测定:第1种体系为,0μg/ml、0.2μg/ml、0.4μg/ml、0.6μg/ml、0.8μg/ml、1.0μg/ml,第2种体系为,0μg/ml、1.0μg/ml、2.0μg/ml、4.0μg/ml、6.0μg/ml、8.0μg/ml、10.0μg/ml,第3种体系为,0mg/ml、5.0mg/ml、10.0mg/ml,15.0mg/ml、25.0mg/ml、50.0mg/ml,可结合样品含量,合理选择火焰原子吸收法或石墨炉原子吸收法进行测定,在调试仪器处于最佳运行状态下,选择合适标准溶液,构建标准曲线之后测定样品溶液。

  3.4结果分析

  第一,取样量选择及产生影响。样品在选取过程中的代表性和均匀性,将从一定程度上决定测定结果。根据国家标准物质证书显示,该样品分析过程中,取样量为5g~20g,但这一数值并不能表示所有实验室所加工样品均可采用这一取样量,因此,可分别设置不同取样量进行实验分析,取样量设置为5.0、10.0、20.0和30.0,具体测定结果如下表所示。

  根据该结果可以发现,某矿区样品分析过程中,取样量最少应达到10g,但由于取样量较大,也经常会导致在实验中出现常压、过滤难度高,沉淀、无法彻底清洗干净等问题,因此,对于取样量大于10g的情况下,可采用抽气负压过滤的方式,以解决这一问题,提升最终结果分析精密度。

  第二,确定相态。现有金矿物有30多种,主要是以合金、自然金、硫化物,锑化物,金属互化物等多种方式存在的。在岩石中根据其金的存在形式以及载金矿物可分离性,能够将样品可能存在相态分为6种相态,具体包括锑金相相态、游离自然金相态、氧化相相态、硫化相相态及脉石相相态等。根据岩矿鉴定结果,以及金矿石化学全分析、多元素分析结果,来判断其属于哪种相态,以利于分析该金矿石中金的存在状态。比如在实验过程中,确定该样品属于碳酸盐型矿物情况下,氧化相可认为属于碳酸盐相,称取样品使其加入至HCIO4并置于沸水浴一小时加热,必要时加入HCIO4,使溶液能够保持ph值为1~2,经过滤后收集滤液。对于样品中含有少量锑元素这种情况下,无需进行锑金相测定,因此,选择相态的方法具有灵活性,可结合实际需要进行选择,再进行选冶物相分析过程中,通常是测定游离自然金,连生金相、硫化金中金的含量。对于成矿规律研究的物相分析,需结合研究目的,确定具体分析哪种相态,比如测石英中的金量,黄铁矿中的金量,其物相分析方法具有较强针对性。

  第三,选择相态分离溶剂及注意要点。在进行相态分离容器选择过程中,需把握金可溶于王水,但不溶于其他溶剂,主要载体矿物化学性质为不同剂对于矿物产生的作用和影响。

  采用上述溶剂实现相量分离时,需控制溶液的浓度、温度、搅拌速度、溶解时间,否则导致样品分离不完全。采用氧化氢溶液时,应缓慢加入,以防反应剧烈发热,在冷水浴中持续4h搅拌,主要是由于溶液发热,会分解部分自然金。每次过滤过程中,应使用热水洗涤沉淀,防止沉淀残留。

  第四,选择富集和测定方法。对于活性炭,相比泡沫塑料,其对于金的选择性和吸附性较好,因此,可使用活性炭,实现动态分离富集金。然而一些含金量较低的相态,采用FAASS进行测定时,其能够达到检出限要求,甚至会出现结果测定偏差较大问题,这种情况下,可采用GFAAS方法测定,其测定结果较好,同时,也可将溶液转移至比色管中,向比色管中加入二毫升甲基异丁酮萃取一分钟后进行测定,能够显著提升测定灵敏度,降低检出限。第五,方法精密度、检出限及准确度。连续对空白样品进行11次测定,以三倍标准偏差除以标准曲线斜率折合计算,该方法检出限,根据物相研究计算,获得火焰原子吸收法和石墨炉原子吸收法,其金检出限分别为0.05×10-6和0.17×10-9,利用这一测定方法,进行国家标准物质测定,其编号为GB W07192,比较标准值与测定结果,具体如下表所示。根据该结果可以发现,采用不同方法进行测定时,其测定结果基本保持一致,表明该方法测定,具有良好的精密度和准确度。

  4小结

  总之,近年来,国内外研究者针对金化学物相分析获得良好进展,但仍存在很多问题,未获得解决。本研究基于当前金矿,深入分析金矿金时,经常将相态和测定方法、分离方法,利用金相国家标准物质评价,能够为选冶工艺提供重要参考,以实现金矿石化学物象分析。但需结合样品测定结果的使用目的,灵活选择合适的分离方法、测定方法,对此,需进一步完善,使其能够适用于不同类型金样品相态分析中。

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来源:SCI论文网

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