富氧氰化浸金作用机理及应用.pdf

1 8 富氧氰化浸金作用机理及应用6 王丽莉- 摘要富氯氰化蔑出是对原传统氰化漫出工艺的强化，富氯后，不仅挺高了矿浆中藩解 曩堆度，而且挺高了活性氯的利用率，螬短丁漫出时间，提高了浸出率，牟低了氰化物洧耗，节省 投壹，降低生产成车．用于处理堆浸垒矿石效果显著。根据世界黄金工业总的发晨趋势．富氯氰 化{ 击越来麓具有重要意义。 美t 词膏氯氰化机理金矿石爱出事 富氧氰化浸出是向浸金矿浆中充人纯 氧或过氧化物代替传统氰化浸出充入的空 气来提高矿浆中的溶解氧浓度，达到提高浸 金指标的目的。 近年来。随着对难授金矿石和低品位金 矿石的E l 益重视，再加上环保和经济方面的 压力．已促使人们再次研究氰化法提金工艺 的化学反应。这方面已取得了几项很有意 义的新进展。如使用纯氧代替压缩空气、过 氧化氢助浸 P A L 工艺 P e r o x i d eA s s i s t a n t L e a c h i n g 德国D 籼公司开发 、密闭体 系充氧炭浸工艺 C I L O 美国K a m y r 公司 开发 和开放体系富氧炭浸提金工艺 中国 北京有色冶金设计研究总院开发 ，这些方 法都不同程度地提高了矿浆中溶解氧浓度 和活性氧的利用率，从而提高了金的浸出 率，加快了金的浸出速度，提高了浸出反应 的选择性，并因此降低了氰化物消耗量，节 省了投资。降低了生产成本。 在金的氰化授出中氯的作用至关重要。 是影响浸出过程能否进行或浸出效果好坏 的决定性因素。无论对易选矿石的常规浸 出，还是对难浸矿石的处理工艺，都与氧直 接或间接的作用即氧化作用密切相关。因 此。重视氧和氧化作用是提高漫出效果、改 进氰化提金工艺的有效途径和发展方向。 为提高金的浸出率和降低生产成本，美 国、南非、加拿大和澳大利亚等国都采用了 纯氧、} { 2 Q 和Q - 0 2 助浸。 l 富氧氰化浸金的作用机理 1 ．1 金的溶解理论 金在氰化物中的溶解为电化学腐蚀过 程，其化学反应方程式为 4 A u 8 N a C N 0 2 2 H 2 0 4 N a A u C N 2 4 N a O H 1 金电化学腐蚀反应的速度方程式为 ⋯罐黼器㈣ 由于金和H 2 0 的活度均为l ，故其速度 方程式可简化为 V K 面而[ N 面a C N 酒] a [ 丽0 2 ] 3 式中K 一速度常数，与化学反应的性 质有关，不同的化学反应有不同的速度常 数。 从方程 3 中可以看出，金的电化学腐 蚀速度与氰化物浓度的8 次方成正比，与溶 解氧浓度的一次方成正比，与N a A u C N 2 和N a O H 浓度的4 次方成反比。 北京有色冶金设计研究总院鼻垃工程师北京1 0 0 0 3 8 万方数据 1 9 1 ．2 提高金溶解速度的方法 1 ．2 ．1 提高氰化物浓度 从金的溶解速度方程式中可以看出，提 高氰化物浓度可以提高金的溶解速度。但 在实际生产中，通过提高氰化物浓度来达到 提高浸出速度的方法不仅是不经济的，而且 会溶解其它贱金属。给后续提金过程带来诸 多不便。同时氰化物剧毒，用量加大，不仅 给浸渣的处理带来困难，而且使污水处理费 用成倍提高。因此，不宜采用提高氰化物浓 度的方法来提高金的溶解速度。 1 ．2 ．2 降低p H 值 从理论上，降低p H 值是提高金溶解速 度的有效方法，然而，p H 值低于l O 时，就会 有H C N 气体逸出。H C N 是剧毒气体，如果 发生H C N 气体逸出。将严重危害工人身体 健康。因此，工业生产中一般将p H 值控制 在1 0 ．5 ～1 2 。 1 ．2 ．3 降低金电化学腐蚀反应的生成物 A u C N ，一的浓度 炭浆法和树脂法已得到相当广泛的应 用。其活性炭和树脂可以及时吸附金电化学 腐蚀反应的产物A m C N 2 一，有利于金的溶 解。然而在常规浸出中。靠机械搅拌吸人空 气很难满足所需要的氧浓度，并且吸人的空 气扩散到浸出槽底部的速度也非常慢，这些 因素制约着通过活性炭或树脂吸附反应产 物及时降低反应物浓度来提高金电化学腐 蚀反应的速度。 1 ．2 ．4 提高矿浆中溶解氧浓度 提高矿浆中溶解氧浓度的方法大致可 以分为两类，一类是往矿浆中加人过氧化 物．如双氧水 H 2 0 2 和过氧化钙 c a o D 等， 过氧化物溶解于水中后，释放出原子态的 氧，从而提高矿浆中溶解氧浓度。 另一类是往矿浆中直接充氧，提高氧分 压或提高氧在水中的扩散速度，从而提高溶 解氧浓度。矿浆中的溶解氧与氧的分压成 正比关系，方程式为 l Q l K P o 4 式 4 中[ 0 2 ] 一溶解氧浓度 K 一溶解度系数 P n I 与水相接触的气体的 氧分压 从式 4 中可以看出，增大氧的分压可 增大氧在溶液中的溶解度，溶解氧浓度增 大，即可加快金的溶解速度。 在常规充空气的氰化浸出系统中，空气 是和液相 矿浆 相接触的气相，空气中的氧 分压为2 l ”8 P a 。在常规海平面标高，空气 在溶液中的溶解氧浓度约为6 ～8 p p m 。 富氧浸出后，由于浸出槽较深，且不断 往浸出槽底充氧，充人的氧又不断从矿浆表 面逸出，因此，在槽体内部液相 矿浆 与之 接触的气体就是充人的氧气，即氧的分压与 充人的氧气的分压相同。在充氧富氧浸出 中，一般充入的氧气纯度为8 0 ％～9 0 ％，故 矿浆中的氧分压亦为8 1 0 6 0 ～9 1 1 9 2 ．5 P a ， 是常规炭浸的3 ～4 倍，通过测量，此体系中 的溶解氧浓度为2 5 p p m 左右。也证明了这 一点。 1 ．3 影响氰化浸出的因素 金的氰化浸出是一个动态过程，是一个 不断耗氧的过程。一般认为，在氰化物浓度 低时，金的溶解速度仅取决于氰化物溶液浓 度。但当浓度高时 O ．0 5 ％ ，金的溶解速 度则仅随氧浓度而定。 研究结果表明，浸出速度受控于C N 一 和Q 的正向扩散速度及反应产物A u C N 一、H z Q 、H 2 0 的递向扩散速度。扩散 速度取决于C N 一和Q 浓度及二者比值。 理论计算二者有一获得最大浸出速度的摩 尔比值[ c N 一] ／0 2 6 ，此比值成为溶金的 极限离子浓度值，试验数据为4 ．6 7 ～7 ．4 。 对不同类型的矿石，可在此范围内波动。 大量实践也已证明，金的溶解速度与溶 解氧的含量有直接关系。提高矿浆中的溶 万方数据 2 0 解氧含量对浸出过程是极为有利的。只有 当矿浆中的氧处f 饱和状态时，才能在合理 的时间内达到较高的金浸出率。试验结果 表明，当[ C N 一] 偈 6 时，金的溶解反应由 氧的扩散速度控制，当[ C N 一] ／0 2 6 的条件下生 产，因此，金的溶解取决于溶解氧浓度。 黄金工业生产中氰化物浓度一般控制 在O ．0 3 ％～0 ．1 2 ％，原矿金浸出过程中氰 化物浓度一般控制在较低水平。而金精矿浸 出过程中氰化物浓度一般控制在较高水平。 可见，工业生产中所使用的氰化物浓度。正 是适合于富氧浸出的氰化物浓度。 2 富氧浸出方法及应用 2 ．1 充纯氯浸出法 充氧使矿浆中的溶解氧含量由充空气 时的6 p p r n 提高到2 4 ～3 0 p p m ，明显地提高 了浸出速度和金的浸出率。氧浓度对金溶 解度的影响见表1 。 衰1氧浓度对金溶解速度的影响 塞堕墨 苎 ． 垫塑塑 塑竺 龟溶，挚曼 o0 4 10 323 6 7 ．6 21 2 ．6 2 1 翌￡ 兰型 1 9 8 3 年，南非在M u r c h i s o n 金锑矿选厂 管式氰化槽中第一个采用氧气。1 9 8 4 年南 非R a n d 矿山公司的C r o w nS a n d s 金矿山也 采用氧化氰化浸金。用氧气助浸的第三座 金矿山是S i m e r g o 金矿。目前，南非已有1 6 座金矿山采用纯氧助浸。另外．加拿大 T e r r a n i n s A u r i f e r e s 金矿山 1 9 8 7 年投产 、 D o y o n 金矿山 1 9 黯年1 0 月投产 和 M a c a s s a 金矿山 1 9 8 9 年9 月投产 均采用 纯氧助浸。D o y o n 金矿山采用纯氧浸出后． 氰化钠耗量从1 ．5 6 k g ／t 降至1 ．1 7 k g ／t 。石 灰消耗量从3 ．2 7 k g ／t 降至2 ．4 5 k g ／t ，金总 回收率至少提高0 ．5 ％，纯利润为0 ．6 5 美 元／t 包括2 t ／d 的氧气费用 。澳大刺亚 M e e k a t h a i r a 矿山采用纯氧浸出的结果是 氧化矿处理量1 7 5 7 8 t ，氧消耗量为0 ．1 l m 3 ／ t ，溶解氧浓度为2 0 r n g ／L ，回收率增加1 ％， 金回收量增加3 5 1 ．5 6 9 ；硫化矿处理量为 1 6 6 9 t ，氧消耗量为0 ．1 1 n 1 3 ／t ，溶解氧浓度为 1 0 - - 1 2 r n g ／L ，回收率增加4 ．7 ％，金回收量 增加3 6 0 ．3 7 9 。 充氧的富氧氰化浸出在我国河北东坪 金矿、内蒙古哈德门金矿、北京京都黄金冶 炼厂等厂矿均得到成功应用。东坪金矿在 改扩建中采用富氧氰化浸出后，在不增加浸 出设备的前提下使生产能力由原来的 3 0 0 t ／d 提高到6 0 0 t ／d ，节省基建投资2 1 6 ， 5 0 万元，投产后，年节省氰化物消耗1 0 ．5 万元，年增加效益达2 1 4 ．8 万元。哈德门金 矿在二期扩建工程中采用富氧炭浸提金工 艺，在不增加浸出设备、保证生产指标的情 况下，生产能力由原来的3 0 0 t ／d 提高到 6 0 0 t ／d ，节省基建投资4 0 2 ．7 8 万元，节省氰 化物消耗0 ．2 8 8 k g ／t ，年多产黄金 2 4 ．0 7 6 k g ，年增加利润1 0 3 ．6 0 万元。 2 ．2 过氯化氲助浸法 H 2 Q 是最先在工业中获得应用的助浸 剂，其助浸工艺被德国D e g u s s a 公司称为 P A L P e r o x i d eA s s i s t a n tL e a c h i n g 法，目前， 全世界已有2 0 多个工厂采用H 2 0 2 助浸。 南非的F a i r v i e w 金矿选矿厂采用H ，o ， 助浸后，氰化物消耗量从1 ．7 k g ／t 降至 l k g ／t ，金的浸出率提高1 2 ％。澳大利亚的 P i n eC r e e k 金矿，H 2 0 2 的使用量为 0 ．5 5 l 【g ／t ，金的浸出率提高7 ％，同时氰化 物消耗量从1 ．7 k g ／t 降至1 ．1 k g ／t 。尾渣金品 位从0 ．7 9 9 ／t 降至0 ．6 2 9 ／t ，金的回收率提高 和氰化物节约的经济效益高于过氧化氢的 费用。在这种情况下，也减轻了矿石中铜所 造成的影响。在使用心Q 助浸以前，浸出 液中铜浓度高达1 0 0 0 m g ／L 。 2 ．3 过氧化钙助浸法 I n t e r o x 化学公司在1 9 8 9 年提出用 万方数据 2 l 凸t 0 2 代替H 2 Q 作为助浸剂的氰化提金工 艺。由于c a 0 2 在高p H 值环境中使用比较 稳定，可缓慢均衡地释放出氧化剂，因此有 较缓和的氧化作用。比} 1 2 0 2 的副反应少， 敞可降低氰化物用量。 由于Q 0 2 在水中可先水解生成H 2 0 2 ， 然后再分解放出氧，故H 2 Q 与C a 0 2 助浸 作用的原理是一样的。即起助浸作用的均 是H 2 Q 及其分解后释放出的溶解氧。 也有人认为，在P A L 法中，矿浆浸出溶 液p H 值是用石灰调节碱性的，因此，矿浆 中总是存在石灰。加入H 2 0 2 后必然有 C a O z 生成。所以C a 0 2 工艺只是P A L 法的 一种不同加料方式。 澳大利亚C R A 公司的R o d e n 等人报道 了浸出巴布亚新几内亚的一种金一银矿石， 使用C d 0 2 作氧化荆所取得的效果。他们 用滚瓶法进行的试验结果表明，每吨矿石加 入0 ．7 5 ～1 ．5 k g 的C 她后，银的浸出率提 高了5 ％～3 0 ％，并可使氰化物用量降低 3 0 ％，在有些试验中金的浸出率也稍有提 高。 2 ．4 几种氰化浸出法的比较 按成本顺序，补充空气、氧、过氧化氢、 过氧化钙的结果见表2 。 衰2 不同的补氲方法及选矿厂观察结果 虫- 量毫囊浓度9 ∞g ／L ．可从溶液中带走H C N ， 工。 特别是在p H 值9 ．2 的盐水中 氯气括性硫化钧时可节约氰化物，降低P b N 0 1 2 的鲁要量 氯气擞授在一疆5 h 的实验室试验中节约氰化物，不 曼塑旦』 坠b 量膏氯浓度●O H 号／L ，加遗漫出动力学，不舍 } “、 从藩液中帝走H 刚，n 窖u 鼬过氯化暂辅助 。‘ 提出工艺麓加量0 ．2 - - 05 k g ／t ，锕授出少， 壤少氰化钧消耗，增加金的回收率 最高氯浓度4 0 m g ／L ．加连长出动力学．增加 n n回收率，不会从溶液中带走H C N ，在堆漫中 。。Ⅵ 其活性至少保持2 0 天，p H 值为9 时释放氧 量多，露加量0l ～08 k g ／t 充氧气的优点是无需复杂的工艺、设备 和操作条件，由于显著地缩短浸出时间，对 新建厂可节省投资和设备，对生产厂可大幅 度提高处理量或减少设备。并且节省氰化 物用量。降低成本，增加产金量，经济效益十 分显著。其不足之处是充氧至矿浆中变成 溶解氧，特别是活性氧的过程是一个气相转 移到液相的过程，在浓度相对较高的矿浆 中，特别是粘性较大的矿浆中充人的氧难以 转换成有效的溶解氧，这是与过氧化物助浸 法相比的最大弱点。其次对处理高耗氧量 的硫化矿石 含磁黄铁矿和砷黄铁矿 效果 不显著。对处理耗氧量较低的矿石提高浸出 率不明显，主要优越性在于它能大幅度提高 处理能力。 过氧化氢除了大大提高矿浆中溶解氧 含量j 、，还具有括性氧利用率较高的优点。 使用H 2 Q 时活性氧的利用率比使用纯氧 时高6 倍，比使用压缩空气时高8 0 0 倍。 充纯氧氰化漫出工艺主要用于处理耗 氧量和耗氰化物量都较低的矿石。过氧化 氢助浸工艺则适用于处理耗氧量与耗氰化 物量都较高的硫化矿石，在处理这类矿石 时，发现纯氧气工艺基本都不太有效和缺乏 竞争力。总之，充纯氧氰化法与过氧化氢助 漫法目前似乎还没有成为竞争对手。每种 工艺在氰化浸出不同的含金物料时，各自都 有一定的经济优势，只有在少数情况下这两 种工艺都可使用。 由于过氧化钙能够缓慢释放出氧，可以 至少2 0 天连续释放氧，故适合在堆浸中应 用。 3 富氧氰化浸出的应用前景 富氧氰化浸出工艺白1 9 8 3 年在南非 M u r c h i s o n 公司的管式反应器中成功得到 应用以来。至今已有2 0 多年的历史了。其 间，氧在浸出中的作用及带来的经济效益被 世人瞩目，改变了长期以来，人们在氰化浸 下转第1 7 页J 万方数据 - 1 7 管上端接人高压水，以提高精矿流速，同时 增大管径，这样可以确保精矿管道畅通，生 产连续正常运行，杜绝不必要的金属流失。 对于解决因突然停电造成尾矿搅拌桶大量 外溢问题，可采取增建排污沟，把此尾矿和 浮选机底部矿分开处理，既可做到文明生 产，又能最大限度回收跑冒的金属。也可将 此搅拌桶移至厂房外，从现场实际情况看是 完全可以做到的，工程投资费用很小。 2 ．3 药剂使用 该厂浮选用M I B C 作起泡剂，不仅挥发 性大，强烈刺激操作人员眼睛，给操作人员 身体健康造成危害，而且此药剂价格较高。 另外，生产实践发现，经再磨后精选段起泡 剂药量不足。本人认为对于地处高温地区 的选矿厂．选用不易挥发、分散性一般的起 泡剂就能满足生产的要求。例如，选用由北 京矿冶研究总院研制的在德兴铜矿使用良 好的F x 一3 起泡剂即可。这样不仅减少对 操作人员的危害。也可降低药剂费用。 2 ．4 自动控制 对于一段磨矿分级，仍采用恒定给矿， 但应考虑参照浓度检测数据来控制给水；分 级砂泵转速既要根据砂泵池液位上限和旋 流器给矿压力下限值，又要根据砂泵池液位 下限和旋流器给矿压力上限值进行控制。 这样，可以避免砂泵池放空，打空泵，旋流器 压力过商而跑粗。该厂再磨分级原设计仅 控制了液位上限，控制液位也偏高，目的是 为了防止砂泵池溢出造成流失，运行时，在 液位高于上限后砂泵加速，待扬空后才减 速，这样，不但不能有效防止泵池的矿浆溢 出，而且使得旋流器给矿压力时大时小，分 级效果不能保证，从而影响工艺指标。在该 厂达产达标后期。我们对此进行了改进，既 控制泵池液位上限，也控制了泵池液位下 限，通过现场试验，把上下限设定在最佳位 置，从而实现了在首先保证旋流器工艺参数 要求的前提下，又不造成金属流失。因此， 若一段磨矿分级经过上述改进，同样可达到 较理想的效果。针对高效浓缩机底层浓压 探测仪表失灵问题，本人认为可增加一个探 测器，以实现双重保护，不致于由于一个失 灵而停产。对于给药，可选择国内使用较广 泛的既能调节阀容，又能调节阀的动作频率 的给药机，以确保给药的准确性。 3 结语 通过以上探讨可知，该项目在设计上存 在一些问题，大部分问题在现场条件下可以 按上述方案及建议加以解决。这些问题若 不加以解决，从国内的许多选矿生产实践经 验来看，将使得文明生产无法正常进行，甚 至造成不应有的设备和人身事故。因此，本 文提出了解决这些问题的方案和建议，仅供 参考，以便今后获得收益。 上接第2 1 页 出实践中，常常把提高浸出效果和浸出指标 的注意力放在延长浸出时间和增加氰化物 用量上，而忽视了至关重要的氧的作用的做 法。 我国黄金工业自8 0 年代初期开始得到 了迅速发展，不论从产量方面还是从选冶工 艺水平方面都取得了长足进步。自9 0 年代 中期以来．逐步由新建金矿山、提金厂转向 老矿山的挖潜和扩建，但许多提金厂的就地V 扩建普遍受到原厂房场地的制约和限制，富 氧氰化浸出工艺为老厂的改扩建提供了新 的生机和活力。 根据世界黄金工业总的发展趋向，处理 的矿石由以往的氧化矿为主逐步转变成以 硫化矿为主，因此在今后的氰化提金工艺 中，富氧氰化法将越来越具有重要意义。 万方数据