一、黄金生产流程
黄金的勘探与开采、冶炼,是一个需要大量人力和技术设备投入的工序链条,也是一个复杂的物理和化学过程。纯净的黄金,需要通过艰苦、细致的地质勘探过程找到可供开发利用的矿体,再利用种种开采设备运出矿石,并经过破碎、重力选矿或化学选矿,然后冶炼而成。
沙金的淘取,过去多系人工,现代则多用采金船,所运用的是重力选矿的原理。“日照澄州江雾开,淘金女郎满江偎。美人首饰王侯印,尽是沙中浪底来。”“千淘万漉虽辛苦,吹尽黄沙始到金。”这些千古传诵的古代诗句,都是对采淘沙金的绝佳描写。
岩金以及伴生金的生产,一般要经过勘探、采掘、磨浮、冶炼等工艺流程。
黄金地质找矿,是在研究区域地质特征的基础上,进行矿产预测从而找到矿床或具有远景的成矿地段。所说的找矿工作程序,是指如何开展点与面上的矿产找寻工作的先后关系。根据我国多年找矿工作经验,概括起来就是加强成矿远景区的地质调查和矿产普查间的紧密联系,按照找矿范围大小,工作程度不同,找矿工作分为区域性找矿和专门性找矿。多是从面着眼,面中求点,点面结合。面上的工作称为普查,点上的工作称为细勘。
岩金的开采,古代采用的是原始的燔火爆石的方法,即先用火将金矿石烧热,再泼之以冷水,使矿石变酥,然后层层剥落。在火药与雷管发明之后,则直接用凿岩爆破的方法,进行采掘。采得的矿石,提升出井,运至选矿厂。
黄金选矿,就是将金矿石中微量金子选出来。旧时选矿,先由人工用铁锤将矿石砸碎捣细,用石辗石磨磨轧成粉末,拉流板用水进行重力冲选,得到金沙或金泥后,再放人坩埚内,在高温火焰中进行熔炼,终于得到金锭。
现代选矿技术,则是用机械磨浮的方法,将采得的矿石用老虎机粉碎,再输入球磨机进行磨细,然后加入化学药剂氰化纳等,进行搅动浮选,得到金精矿后,再进行冶炼和精炼,即得到光灿灿的金锭。根据矿石成分的特点,选矿方法主要有重选法、浮选法、混汞法和氰化法等多种。重选法,是根据矿石密度与比重的不同,用物理原理进行分离,主要通过跳汰选矿、溜槽选矿、螺旋选矿机与螺旋溜槽、离心盘旋机、摇床来完成。浮选法、混汞法和氰化法,还有炭浆法和堆浸法,都分别应用不同的化学药剂,进行化合反应,将金子选出。此外,还有一些新方法,如树脂矿浆法、硫脲法、液氯化法、磁炭法、管道化氰化法和细菌浸出法等,也可用来选金。
黄金的冶炼,分为粗炼和精炼。粗炼的原料,主要是选矿所得的氰化金泥、重沙、海绵金、钢绵、炭纤维阴极的电积金、硫酸烧渣金泥和含金废料等。炼金的炉子,主要有:可控硅中频感应炼金炉、转炉、坩埚炉、箱式电炉、电弧炉和反射炉、膛式炉等。冶炼时,加以配料,冶炼后可得粗金锭、银锭,即合质金。合质金的纯度,一般为1~3个9(90%、99%和99.9%)。为进一步分离提纯,还需再将合质金进行精炼。通常的精炼方法,有火法、化学法、电解法和萃取法。精炼后的黄金的成色,纯度可达四个9(99.99%),符合国际硬通货的标准。
二、地质普查找矿
茫茫大地,黄金矿产埋藏何处?如何寻找?经过千年来的实践、摸索、研究,随着人类对地质构造、成因、矿产赋存条件等科学规律认识的进步,特别是高新技术设备的应用,黄金地质勘察与找矿相关理论与技术手段不断丰富,找矿方法更具针对性和成熟、高效。例如,卫星遥感技术、无人机航磁测量、地壳全元素(78个元素)精确分析技术、地壳深部物质成分识别技术、矿产资源穿透性地球化学探测技术等,使找矿效率得到了空前提高。
当然传统的普查找矿方法也不能完全放弃。如重砂法和传统方法直接找矿,是20世纪50年代以前找金的主要方法。这种找矿方法简单、经济,对于寻找地表矿、易识别矿非常有效,但技术含量还比较低,只能是直接找矿、就矿找矿。而人眼可及的地表矿、易识别矿毕竟是有限的,为此在5070年代,进入方法找矿阶段,物化探找矿方法在这一时期被广泛运用;70年代以后,趋向地质理论找矿、综合方法找矿,找矿的主要方向已从找地表矿、易识别矿转向难识别矿、隐伏矿。尤其是地质工作程度较高的国家和地区,传统方法找矿效果越来越差,找矿难度越来越大。在这种新形势下,世界上重要产金国和地质工作先进的国家和地区,从直接找矿转向地质理论找矿、综合方法找矿,强调建立矿床模式,加强综合信息研究。
化探法也是金矿找矿中广泛采用的方法,具有成本低、速度快、效果好的特点。随着微量金的测定方法日趋完善,特别是电子计算机在化探工作中的推广、应用,使化探找金更具生命力。20世纪60年代,美国就是运用化探方法寻找微细浸染型金矿床,成功地发现了内华达金矿带,该带二三十个矿床的发现也都运用了化探方法,这是化探找金的重大突破。苏联也很重视化探找金,50年代中期相继在南乌拉尔、乌兹别克等地依据砷的地球化学异常找金,以化探配合其他找矿方法,陆续发现了包括穆龙套在内的一系列重要金矿床。目前,化探已是不可缺少的找矿方法,尤其对于微细浸染型金矿、斑岩型金矿、难识别或隐伏金矿,是有效的主要方法。
化探在圈定成矿远景区,缩小找矿靶区,配合其他方法找金方面作用突出,在国内受到普遍重视,而我国采用痕量金分析技术找矿也取得了突破。河南省地质矿产局用国产一米光栅光谱仪,采用化学光谱法,使金的检出灵敏度大大提高,他们采用活性炭吸附柱富集,发射光谱法测定痕量金,使化探找金以金为直接指示元素成为可能,为找金提供了更为直接的信息,化探找金也取得了一定的进展。如河南上宫金矿,水系沉积物测量在该矿的找矿中起了重要作用;化探找金在黔西南微细浸染型金矿找矿中效果也比较明显。
在金矿普查中,运用化探扫面和金的快速分析方法,可以大大减少普查工作中的盲目性,收到事半功倍的效果。我国应用最广的是水系沉积物、土壤和岩石地球化学测量方法。微尘测量和气体测量主要应用在航空化探中,是一种快速、高效、很有前途的方法。目前,中国化探找金应用领域日益广泛,地质工作者利用化探配合重砂法研究矿源层、成矿构造及岩体成矿专属性,特别是从综合角度评价、组合异常进行分析,取得一批重要成果。
物探法也是一种直接找金方法,主要用来圈定可能与金矿有关的地质构造、岩体接触带等,缩小找矿靶区。运用物探方法找金,要在掌握矿床地质特征的前提下,在经过方法、技术试验的基础上,一般选用适合的两种以上的物探方法同时使用,而且还要与化探、遥感等方法密切配合并结合地质资料进行解释,才能取得较好的效果。目前世界上物探技术发达的一些国家,物探方法应用于找金要比应用于找重金属矿少得多。但物探方法找金也发挥了巨大作用。加拿大迪图尔湖金矿就是1974年应用物探方法普查重金属矿时发现的。赫姆洛金矿的发现物探方法发挥了一定作用,该矿金呈浸染状产于含黄铁矿片岩中,片岩中黄铁矿含量约8%,金品位与黄铁矿的富集无关,但黄铁矿化带与金矿化带是一致的,根据黄铁矿的激发极化异常,有效地圈出了金的矿化带。在这之后,各国在寻找与黄铁矿等硫化物有关的金矿床时,越来越多地使用了激发极化法。其他物探方法也可以根据具体地质条件、因地制宜、有选择地应用。如日本菱刈金矿的发现,航空物探法、地面电阻率法起了重大作用。
在我国,物探方法应用于找金也日益受到重视,在一些地区,尤其是覆盖区的找金中,发挥了重要作用。如山东胶东地区掖县至黄县成矿带,大部分地区第四系覆盖较厚,在这样的地区寻找破碎带蚀变岩型金矿,土壤测量无法取得地质效果,其他方法也无能为力,而物探方法则发挥了重要作用,用小比例尺的电阻率联合剖面法圈定胶东群与花岗岩的接触带,在圈出的构造带用激电法圈出有找矿意义的异常,选典型剖面用取样钻进行土样或岩样测量,根据金元素或金的伴生、共生元素异常来决定激电异常是否金矿体引起。这样将物探和化探手段相配合,提高了找矿效果。
随着找矿难度不断加大,金矿找矿中很少有使用单一手段就能解决问题的,必须是各种方法配合使用。但各种方法的选择,一定要从实际出发,因地制宜,根据具体地质条件合理配合,切不可盲目地认为方法越多、手段越全效果就越好。
综上所述,黄金地质勘查,就是在地质科学理论指导下,运用各种找矿方法、手段,如地质调查、物化探、遥感、槽钻坑探工程等,系统收集勘查区黄金矿产信息资料,了解或查明勘查区地质特征、含矿特征、矿石质量、资源量、采选冶条件等,为矿山设计建设提供依据。地质矿产勘查按工作程度分为预查、普查、详查、勘探等阶段。为准确控制地质储量和矿体形态、走向、埋藏深度以及矿体品位的变化等情况,在矿山投入开发前以及采挖过程中,还要通过钻探或坑探等方式进行详查勘探。
三、黄金矿山开采
如本书其他章节所述,人类最早发现黄金主要是自然金和江河湖泊的砂金(亦称自然金),1850年以前,世界黄金生产几乎全部来自砂金矿。随后的几十年间,砂金矿产量所占比率逐渐减少,到了20世纪,易采易选的砂金矿床逐渐被开采殆尽,各国加强地质找矿技术和氰化法提金的研究应用,岩金矿床的开发得到了长足发展,成为黄金生产的主流。
以矿体埋藏深度的不同,黄金矿山的开采分为露天和坑下两种方式。以矿体的赋存形态的不同,金属矿山地下开采又有多种具体的采矿方法,但总体而言,一般都有四个步骤:开拓——采准——切割——回采。即围绕矿体开拓水平巷道或斜坡道、竖井,以方便人员、设备、物料的进出,风电输送和地下水排出等,专业人员常说的“开拓矿量”,指的就是开拓工作搞完以后所圈定的矿量。在已开拓的矿体范围内,按设计规定的采矿方法进行采准巷道的开掘,形成了矿块的外形尺寸,以此范围圈定的矿量叫采准矿量。做完辅助采准工作以后,所圈定的矿量叫备采矿量,也就是指切割工作全部完毕,可以立即进行回采工作的矿量。
金属矿山一般包括八大系统:开拓系统、矿石及废石提升系统、矿废石运输系统、人行材料系统、通风系统、供水系统、供电系统、充填系统等。采矿方法的不同,主要区别在于巷道(竖进)设计与矿体间位置的差异,以及工作步骤安排的差别。实际工作中,巷道每向前或向下掘进一米,都需要通过凿岩、爆破(俗称“打眼放炮”)、通风、出矿、支护等工序来实现,采矿结束后还需进行充填(空区管理)。
在我国大多数的有色金属矿山和黄金矿山均为地下矿山。随着浅部资源的逐渐减少和消失,地下开采的比例越来越大,包括原来的部分露天矿山经过几十年的开采,也逐渐转入地下开采,而很多地下矿山也渐渐进入深部开采或即将进入深部开采。如铜陵狮子山铜矿的开采深度已到1100米,山东玲珑金矿和吉林夹皮沟金矿已到1000米,辽宁红透山铜矿已达1300米。在国外如南非,据称最深的黄金矿井已达地表以下3000米开外。随着开采深度的不断增加,地质条件恶化,破碎岩体增多,地应力增大,涌水量加大,地温升高,带来了深部地压、提升能力、作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加等一系列问题,抑制了生产能力提高和矿产资源的充分回收。相应的,矿山采掘需要有更多的投入,在相关设备的开发与新技术的研究方面取得新的突破。
仅仅只是矿石开采环节,就需要通过如此复杂艰苦的劳动,投入巨大的资金和大量人员设备,黄金的珍贵与得之不易可见一斑。
四、金矿提炼
金在矿石中的含量极低,一般每吨矿石中不过几克。为了提取黄金,需要将矿石破碎和磨细并采用选矿方法预先富集或使金从矿石中分离出来。黄金选矿中使用较多的是重选和浮选,重选法在砂金生产中占有十分重要的地位,浮选法是岩金矿山广为运用的选矿方法,目前我国80%左右的岩金矿山运用此法选金,选矿技术和装备水平有了较大的提高。
1.破碎与磨矿
首先需要对大块的矿石进行破碎,直至成为细末状。目前我国黄金选矿厂多采用颚式破碎机进行粗碎,采用标准型圆锥碎矿机中碎,而细碎则采用短头型圆锥碎矿机以及对辊碎矿机。中、小型选金厂大多采用两段一闭路碎矿,大型选金厂采用三段一闭路碎矿流程。为了提高选矿生产能力,挖掘设备潜力,有些企业对碎矿流程进行了改造,使磨矿机的利用系数提高,采取的主要措施是实行多碎少磨,降低入磨矿石粒度。
2.重选
重选顾名思义,就是利用黄金比重较大的特点进行金、石分离。重选在岩金矿山应用比较广泛,多作为辅助工艺,就是阶段磨矿阶段选别,在磨矿回路中回收粗粒金,为浮选和氰化工艺创造有利条件,改善选矿指标,提高金的总回收率,对增加产量和降低成本发挥了积极的作用。据了解,山东省10多个选金厂采用了重选这一工艺后,总回收率平均可提高2%~3%。也就是说,在矿石品位不提高、矿石处理量不增加的情况下,由于使用了重选工艺,便增加了黄金产量,此举为企业带来了良好经济效益。这种方法在河南、湖南、内蒙古等省(区)推广亦取得好的效果,采用的主要设备有溜槽、摇床、跳汰机和短锥选等,适于大力推广。
3.浮选