高砷金精矿工艺矿物学和细菌氧化.pdf

第5 2 卷第4 期 2000 年1 1 月 有色金属 N N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N o ．4 N o v e m b e r20 00 高砷金精矿工艺矿物学和细菌氧化 杨洪英1 ，杨立1 ，魏绪钧1 ，刹、铭2 1 ．东北大学，沈阳1 1 0 0 0 6 ；2 ．北京联合大学，北京1 0 0 0 1 3 摘要采用经长期驯化耐砷的氧化亚铁硫杆菌S H T 菌株对某高砷金精矿进行氧化预处理。金精矿中有害杂质砷的含 量达1 7 ．7 ％～2 5 ．8 ％，金属硫化物以毒砂为主，含量达6 0 ％～7 0 ％。金以次显微状赋存于毒砂和黄铁矿之中。采用常规氰化 工艺金的浸出率还不到3 ％。金精矿经细菌氧化处理后，取得了较好的脱砷效果。矿浆浓度为5 ％，经1 3 天的细菌氧化试验脱 砷率可达9 0 ％以上。与常规氰化工艺相比，经7 天细菌氧化金浸出率提高2 6 倍之多。 关键词高砷金精矿；工艺矿物学；细菌氧化；脱砷 中图分类号T F l l l ．．3 1 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 0 0 6 4 0 4 X 在难处理金矿石中含砷金矿石是重要的一种矿 石类型。当砷含量高时，耗氰耗氧，金的浸出率 低，不适于常规氰化浸出。本试验试样是某金矿的 金精矿，由于砷含量极高，采用常规氰化工艺，金 的浸出率不到3 ％，金以次显微状赋存在毒砂和黄 铁矿之中，氰化前必须进行氧化预处理。使用经长 期驯化的耐砷氧化亚铁硫杆菌 命名为S H T 【lJ ，对其进行细菌氧化预处理的摇瓶试验，其 目的是脱除有害杂质砷，使金暴露出来，以便氰化 浸出，提高金的浸出率。 1金精矿试样的主要化学成分 本试验使用样品是某高砷金矿的浮选金精矿， 金以次显微状包裹于毒砂和黄铁矿中。对其筛分并 进行了主要化学成分的测试，以了解各粒级的有害 组分，测试结果显示试样含砷量为1 7 ．7 ％～ 2 5 ．8 ％ 表1 。向兰的试样河北半壁山金矿含砷 4 ．6 2 ％L2 】、江西万年金矿含砷1 9 ．5 2 ％【2 1 、四川东 北寨金矿含砷6 ．6 8 ％ 3 J 、湖南龙山锑金矿含砷 4 ．1 9 ％【引、贵州苗龙金矿含砷1 6 ．2 0 ％【3 ’；谢锋的 试样辽宁猫岭金矿含砷9 ．1 3 ％【4 ’；李雅芹的试样 某金矿含砷1 ．8 5 ％ 5 1 ；徐海岩的试样某金矿含砷 4 ．9 6 ％㈣；云南镇源金矿含砷1 ．2 6 ％【7 l 、南非费 尔尤金矿含砷4 ．5 0 ％【7 】、巴西圣本托金矿含砷 1 5 ．0 ％【引、澳大利亚汉堡莱茨金矿含砷8 ．0 ％[ 7 j 、 希腊奥林匹亚金矿含砷1 2 ．0 ％【7 J 。与目前的细菌 氧化试验试样相比。本试样含砷量是最高的。 - k 单位g ／t 2金精矿的工艺矿物学研究 2 ．1 主要载金硫化物的特征 毒砂 F e A s S 是该金矿最主要的金属矿物、 主要的载金矿物，金以次显微粒状赋存其中。金精 矿中毒砂绝大多数为单体，锡亮白色，强金属光 作者简介杨洪英 1 9 6 0 一 ，女，副教授，博士生 基金项目国家自然科学基金 5 0 0 7 4 0 1 5 泽，镜下非均质性强。毒砂的化学成分不均一， A s 和S 呈规律地类质同象代替。磨矿后精矿中的 毒砂多为沿C 轴延伸的菱形短柱状晶体， 1 0 1 和 2 3 0 面发育十分完好。偶见毒砂双晶。晶体在垂 直c 轴的方向上有裂纹，形成竹节状。有时毒砂与 黄铁矿，毒砂与石英构成连生体，连生体抑制细菌 氧化。在细菌作用过程中毒砂是金属矿物中最易氧 化的，仅作用几小时，表面就可产生变化，金属光 泽消失，并通过细菌腐蚀使毒砂的内部构造显现出 万方数据 第4 期扬洪英等高砷金精矿工艺矿物学和细菌氧化 来，氧化3 6 h 之后，表面形成一层厚的黄色氧化 膜，溶液中的F e 、A S 的溶解趋于平缓。矿物晶体 表面上氧化膜的形成，抑制细菌的氧化。当膜达到 很厚时在不断搅拌的条件下，氧化膜会自动脱落， 露出毒砂的新鲜面来，促使细菌继续氧化。 黄铁矿 F e s 2 是该金矿的另一主要金属矿 物和载金矿物，金精矿中绝大多数为单体。黄亮白 色，强金属光泽。磨矿后精矿中黄铁矿有自形晶立 方体、五角十二面体和立方体与五角十二面体的聚 形， 1 0 0 和 2 1 0 面发育十分完好，立方体晶 面上有三组互相垂直的条纹，也有半自形、它形。 黄铁矿可分为三期成矿前期、成矿期、成矿后 期。其中成矿期的黄铁矿是载金矿物。在细菌氧化 过程中黄铁矿最难于氧化，需要有较高的氧化还原 电位条件，黄铁矿的氧化膜形成较慢。在条件相同 时，毒砂的表面几小时就产生了变化，形成氧化 膜。而黄铁矿数十小时表面依然不变化。细菌氧化 后的黄铁矿表面上有许多蜂窝状的孔隙。 2 ．2 不同粒级的矿物分配率 为了考察试样粒级对细菌氧化的影响，将试样 分为四个级 0 ．0 7 4 m m 、0 ．0 7 4 ～0 ．0 8 8 m m 、 0 ．0 8 8 ～0 ．1 5 2 m m 和0 ．1 5 2 ～0 ．4 4 2 m m 。对不同粒 级的样品进行了矿物成分鉴定、矿物特征观察、分 配率统计和化学成分分析 表1 、2 。矿物成分鉴 定表明在金精矿中金属矿物主要有毒砂、黄铁矿、 少量的黄铜矿、闪锌矿和方铅矿，脉石矿物有石 英、长石、方解石等。金精矿中金属矿物与脉石矿 物的分配比率为7 5 2 5 ～8 0 2 0 。独立矿物与连 生体矿物的分配比率约为8 0 2 0 ，连生体颗粒主 要是毒砂与黄铁矿、毒砂与石英、黄铁矿与石英和 毒砂与黄铜矿。 表2 不同粒级中矿物成分的分配率 T a b l e2D i s t r i b u t i o no fm i n e r a lc o m p o s i t i o n s i nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e 相对含量 ％ 矿物成分0 ．0 7 4 0 ．0 8 8 0 ．1 5 2 一 0 ．0 7 4 m m 0 ．0 8 8 m m0 ．1 5 2 m m 0 ．4 4 2 m m 3高砷金精矿的细菌氧化试验 3 ．1 不同粒度金精矿的细菌氧化试验 金精矿的粒度是影响细菌氧化的重要因素，粒 度越小，颗粒的比表面积就越大，表面能就越高， 矿物晶体就越不稳定。由于细菌的吸附会降低颗粒 的表面能，所以，矿物的粒度越小，细菌氧化就越 快越好。显然粒度试验对生产具有实用意义。细菌 氧化试验分四个粒级 0 ．0 7 4 m m 、0 ．0 7 4 ～ 0 ．0 8 8 m m 、0 ．0 8 8 ～0 ．1 5 2 m m 和0 ．1 5 2 ～ 0 ．4 4 2 m m 。试验条件为用2 5 0 m l 的锥形瓶，矿 浆浓度1 0 ％，控温3 6 ℃，初始p H 为2 ．0 ，转速 1 3 0 r ／m i n 。试验在恒温振荡器中进行。图1 是细菌 氧化试验F e 十3 ／F e 2 变化趋势图，F e 2 向F e 3 的 转换速率可以反映细菌的活性和繁殖速度。从图1 可以看出随着氧化时间的增加，颗粒越细F e 十3 ／ F e 2 增加越快，细菌氧化速度既与粒度有关，也 与有害杂质的含量有关，特别是对砷含量更加敏 感，砷含量高，不利于细菌繁殖，甚至会导致细菌 死亡。试验中四个样品的初始F e 3 ／F e 2 为7 ．3 3 6 ， 经八天的细菌氧化试验后， 0 ．0 7 4 m m 粒级、砷 含量为2 4 ．6 ％的试样，F e 3 ／F e 2 达7 6 ．2 9 6 ； 0 ．0 8 8 ～0 ．1 5 2 m m 粒级、砷含量为2 0 ．4 ％的样品， F e ”／F e 2 达3 5 ．7 6 ；0 ．1 5 2 ～0 ．4 4 2 m m 粒级、砷 含量为1 7 ．7 ％的样品，F e 3 ／F e 2 达1 2 ．2 2 ；而砷 含量最高为2 5 ．8 ％、0 ．0 7 4 ～0 ．0 8 8 m m 粒级的样 品，F e 3 ／F e 2 最低，F e ”／F e 2 非但没有增大， 反而下降了许多，只有3 ．3 9 。说明S H T 菌株难 以适应含砷量2 5 ．8 ％的试样，在含砷量2 4 ．6 ％～ 2 5 ．8 ％之间，细菌S H T 的活性产生了突变。试 验反映出细菌氧化强度表面上取决于粒度，实际上 砷含量也起关键性的作用。 图1 不同粒度金精矿的F e 3 ／F e 2 变化 1 ． 0 ．0 7 4 m m2 ．0 ．0 8 8 0 ．1 5 2 r a m 3 ．0 ．1 5 2 0 ．4 4 2 m m4 ．0 ．0 7 4 m m ～0 ．0 8 8 m m F i g ．1 F e 3 ／F e 2v a r i a t i o no fg o l dc o n c e n t r a t e s i nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z e 万方数据 有色金属第5 2 卷 3 ．2 矿浆浓度的细菌氧化试验 从目前的资料上看，本试样的砷含量最高。砷 对细菌具有极大的毒性，而驯化后的氧化亚铁硫杆 菌S H T 具有极大的耐砷能力。图2 是不同矿浆 浓度细菌氧化试验的氧化还原电位E 变化情况。 试验条件同3 ．1 ，试样为 0 ．0 7 4 m m 粒级的金精 矿，矿浆浓度分别为5 ％、1 0 ％、2 0 ％和3 0 ％。从 图2 可以看出。不同矿浆浓度的样品在溶液中的溶 解量不同，必然会影响细菌的活性和氧化能力。矿 浆浓度越高最终的电位则越低。显示出矿浆浓度越 低，矿物的氧化越彻底，而矿浆浓度增大则溶液的 溶解离子浓度越高，直接影响细菌的活性和氧化能 力。因此F e 2 向F e 3 的转换速率低，E 不易上升。 言 苗 图2 不同矿浆浓度的E 变化 1 ．5 ％，2 ．1 0 ％，3 ．2 0 ％．4 ．3 0 ％ F i g ．2 Ev a r i a t i o na td i f f e r e n tp u l pd e n s i t i e s 3 ．3 不同温度的细菌氧化试验 氧化亚铁硫杆菌是一种嗜中温的细菌。不断地 提高其生长温度以使其适用于工业生产，降低生产 成本，采用耐砷耐热的S H T 菌株进行了温度的 试验。试验条件同3 ．1 ，矿浆浓度1 ％，控温分别 为3 7 ℃、4 1 ℃；矿浆浓度为5 ％，控温分别为 3 6 ℃、4 0 ℃。图3 为不同温度的细菌氧化试验中溶 图3 温度对细菌氧化的影响 1 ．5 ％，3 6 ℃；2 ．5 ％，4 0 “ C ；3 ．1 ％．3 7 ℃；4 ．1 ％，4 1 1 2 F i g ．3 E f f e c to ft e m p e r a t u r e so nb a c t e r i a lo x i d a t i o n 液E 的变化，可以看出矿浆浓度为5 ％、温度3 6 “ C 的试样，8 4 h E 达到5 0 0 m V ；矿浆浓度为5 ％、温 度4 0 ℃的试样，1 3 8 hE 达5 0 0 m V ；矿浆浓度为 1 ％、温度3 7 ℃的试样，9 6 hE5 0 0 m V ；矿浆浓度 为1 ％、温度4 1 ℃的试样，1 5 0 hE 才达5 0 0 m V 。 从图上可以看出对同一种矿浆浓度来说，温度较低 的样品更适合细菌生长，亚铁离子的氧化更快。因 此E 上升的更快。 3 ．4 金精矿脱砷效果初步考察 由于金精矿的含砷量很高，采用常规的氰化工 艺金的浸出率不到3 ％，经济技术指标极不合理， 氰化前必须先脱砷。表3 为矿浆浓度为5 ％的细菌 氧化试验后，其细菌氧化渣的脱砷情况。试验条件 同3 ．1 ，温度分别为3 5 、3 3 ℃，氧化时间分别为 1 0 、1 3 天。表3 可见粒度越细、砷含量越低细菌 活性越好，脱砷率越高。经1 3 天的细菌氧化脱砷 率可达9 0 ％以上。 金精矿经7 天细菌氧化后，对其进行氰化试 验。粒级为 0 ．0 7 4 r a m 的试样。细菌氧化试验的 矿浆浓度分别为5 ％、1 0 ％、1 5 ％的氧化渣和未经 细菌氧化金精矿试样，按同一条件进行氰化试验， 并进行了氰化渣的含金量及金浸出率计算，结果表 明未经细菌氧化的试样浸出率为2 ．8 ％，而矿浆浓 度5 ％的样品金浸出率比未经细菌氧化的试样提高 了2 6 ．7 6 倍，1 0 ％的试样提高了1 4 ．8 6 倍，1 5 ％的 试样提高了1 0 ．5 8 倍。可见，细菌氧化对该金精矿 的氧化效果明显，如果加大细磨会达到更好的目 的。 表3 矿浆浓度5 ％不同粒度金精矿的脱砷率 ％ T a b l e3D e a r s e n i f y i n gr a t i oo fg o l dc o n c e n t r a t e si n d i f f e r e n tp a r t i c l es i z ea t5 ％p u l pd e n s i t y 4结论 1 从工艺矿物学研究看出，影响细菌氧化的 主要因素有矿石的化学成分，特别是砷等有害杂 质抑制细菌生长；毒砂、黄铁矿等矿物的裂理、裂 隙数量大，细菌氧化效果好；粒度小，增加了矿物 的比表面积，细菌氧化的效果好；金精矿中硫化物 与脉石的连生体数量少些，更有利于细菌与硫化物 接触。 万方数据 第4 期杨洪英等高砷金精矿工艺矿物学和细菌氧化6 7 2 高砷金精矿细菌氧化工艺的最佳条件为 p H 为2 ．0 ；温度3 4 ～3 6 “ C ；转速1 3 0 r ／m i n ；矿浆 浓度小于1 0 ％。 3 试验表明氧化亚铁硫杆菌S H T 耐砷能 力极强，对高砷金精矿具有良好的氧化效果。矿浆 浓度为5 ％，经1 3 天细菌氧化脱砷率可达9 0 ％以 上。与常规氰化工艺相比，经7 天细菌氧化金浸出 率提高2 6 ．7 6 倍。 参 考文 献 1 杨洪英，杨立，魏绪钧等．有色金属，2 0 0 0 ，5 2 3 5 5 2 向兰，柯家骏，裘荣庆．矿产综合利用，1 9 9 1 ， 4 1 3向兰．含砷硫化物金矿细菌氧化脱砷机理及氰化提金研究． 博士论文] ．北京北京图书馆，1 9 9 1 4 谢锋．微生物氧化预处理含砷难浸金矿及其强化研究．[ 硕士论文] ．沈阳东北大学图书馆，1 9 9 5 5 李雅芹，夏伟，钟慧芳．微生物学报，1 9 9 6 ，3 6 1 4 2 6 聂树人，索有瑞．难选冶金矿石浸金．北京地质出版社，1 9 9 7 ．2 4 5 7 徐海岩．T ．f 抗砷工程菌的构建及对含砷金精矿的脱砷研究．[ 博士论文] ．北京北京图书馆，1 9 9 5 P R o C E S SM I N E R A L o G YA N DB A C T E R I Ao X I D A T I O NO FH I G H A R S E N I CG O L DC O N C E N T R A T E S Y A N GH o n g y i n 9 1 ，Y A N GL i l ，W E IX u j u n l ，S U NM i n 9 2 N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 6 ；2 ．B e i j i n gU n i t e dU n i v e r s i t y ，B e i j i n g1 0 0 0 1 3 A B S T R A C T H i g ha r s e n i cg o l dc o n c e n t r a t e sw e r ep r e t r e a t e db yb a c t e r i a lo x i d a t i o nw i t hd o m e s t i c a t e da r s e n i c r e s i s t i n g T h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sS H T ．T h eg o l dc o n c e n t r a t e sc o n t a i nd e t r i m e n t a li m p u r i t yA s17 ．7 ％～2 5 ．8 ％．A r s e n o p y r i t ei si nm a j o r i t ya n dr e p r e s e n t s6 0 ％～7 0 ％i nm e t a ls u l f i d e s ．G o l de x i s t sa ss u b m i c r o s c o p i cp a r t i c l e si n a r s e n o p y r i t e sa n dp y r i t e s ．T h el e a c h i n gr a t eo fg o l dw a sl e s s3 ％b yt h ec u r r e n tc y a n i d a t i o np r o c e s s ．A f t e rg o l d c o n c e n t r a t e sw e r eo x i d i z e dw i t hT h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sS H T ，b e t t e ra r s e n i cr e m o v a lc o u l db eg a i n e d ．I na 1 3 一d a yb a c t e r i a lo x i d a t i o nt e s tt h ea r s e n i cr e m o v a lr e a c h e do v e r9 0 ％a tap u l pd e n s i t yo f5 ％．A sc o m p a r e dw i t h t h ec o n v e n t i o n a lc y a n i d a t i o np r o c e s s ，t h el e a c h i n gr a t eo fg o l di n c r e a s e db yaf a c t o ro f2 6b yS H Tb a c t e r i a lo x i d a t i o n ． K E YW O R D S g o l dc o n c e n t r a t e s ；a r s e n i c ；p r o c e s sm i n e r a l o g y ；b a c t e r i a lo x i d a t i o n ；T h i o b a c i l l u s 尼，‘r o o x i d a n s 万方数据