难处理金精矿生物氧化——氰化炭浸法提金试验.pdf

3 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 3 ．0 1 0 难处理金精矿生物氧化氰化炭浸法提金试验 黄中省，伍赠玲，邹刚，王瑞永 紫金矿业集团股份有限公司紫金矿冶设计研究院，福建上杭3 6 4 2 0 0 摘要针对某难处理金精矿含砷、高碳的特点，采用生物氧化一氰化炭浸提金工艺，考察了矿浆浓度、氧 化时间、溶氧量、搅拌速度、培养基用量等因素对F e 、A s 、S 脱除率、硫化物氧化率及金浸出率的影响。 氰化炭浸试验结果表明，金的浸出率由直接氰化炭浸时的1 5 ．5 3 ％提高到9 5 ．8 2 ％，同时分析了氧化过 程E h 、p H 变化及F e 的行为。 关键词难处理金精矿；生物氧化；氰化炭浸提金 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 3 0 0 3 4 一0 5 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nB a c t e r i a lO x i d a t i o n 。C y a n i d a t i o nC I L G o l dE x t r a c t i o nf o rR e f r a c t o r yG o l dC o n c e n t r a t e s H U A N GZ h o n g s h e n g ，W UZ e n g l i n g ，Z O UG a n g ，W A N GR u i y o n g Z i j i nM i n i n gG r o u pC o ．L t d ．，Z i j i nI n s t i t u t eM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，S h a n g h a n g ，F u j i a n3 6 4 2 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nb a c t e r i a lo x i d a t i o no fr e f r a c t o r yg o l dc o n c e n t r a t e sw a sc a r r i e do u t ．T h e e f f e c t so fs e v e r a lf a c t o r ss u c ha sp u l pd e n s i t y ，o x i d a t i o nt i m e ，d i s s o l v e do x y g e n ，s t i r r i n gs p e e da n dc u l t u r e m e d i u md o s a g eo nt h er e m o v a lr a t eo fF e ／A s ／S ，o x i d a t i o nr a t eo fs u l f i d ea n dt h ee x t r a c t i o nr a t eo fg o l d w e r ei n v e s t i g a t e d ．T h ee x t r a c t i o nr a t eo fg o l di n c r e a s e df r o m1 5 ．5 3 ％i nt h ea b s e n c eo fb a c t e r i a lo x i d a t i o n t o9 5 ．8 2 ％b yc y a n i d i n gC I Lg o l de x t r a c t i o n ．F u r t h e r m o r e ，t h eE h ，p Hd i a g r a m sa n dt h eb e h a v i o ro fF e w e r ea l s oa n a l y z e d ． K e y w o r d s R e f r a c t o r yg o l dc o n c e n t r a t e s ；B a c t e r i a lo x i d a t i o n ；C y a n i d a t i o nC I Lg o l de x t r a c t i o n 随着金矿开采的不断进行，易处理金矿资源日 益枯竭，但大量低品位、含砷、含碳难处理金矿因没 有经济、合理的选冶工艺而成为“呆矿”。我国独立 金矿中，微细粒、含砷、含碳的难处理金矿约占 3 3 ．3 ％，主要分布在滇黔桂金三角及辽宁、四川、甘 肃、陕西等省区[ 1 ] 。在这类矿石中，金以显微或次显 微甚至晶格金的形式浸染于黄铁矿、毒砂等硫化矿 中，在氰化浸出过程中，金很难与浸出药剂相结合， 再加上碳的“劫金”作用，金的浸出率很低，属双重极 难浸矿石L 2 J 。 处理这类矿石需要在氰化浸出前对矿石进行预 处理，将包裹金的硫化矿物破坏。而生物氧化是目 前主要的预处理方法之一，自1 9 8 6 年世界上第一座 作者简介黄中省 1 9 8 2 - - ，男，工学硕士，工程师． 生物氧化厂建成投产以来，至2 0 0 7 年底国内外有近 1 8 家在生产运行，其中仅我国就占8 家L 3 叫] ，而且 还有很多生产金的工厂准备采用该项技术。生物搅 拌预氧化由于在工业上具有效率高、综合效益好、环 境友好等优点，因此成为目前国内外研究最多、发展 最快且广泛应用的预处理难处理金精矿的方法之 一[ 2 I 。 本文采用混合菌氧化含砷、高碳双重难处理金 精矿，研究矿浆浓度、氧化时间、溶氧量、搅拌速度、 培养基用量 N 、P 、K 的总用量 等因素对硫化物氧 化率及金浸出率的影响，并就氧化过程E h 、p H 的 变化及F e 的行为进行分析。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 3 5 1试验原料 化物氧化率及金浸出率 试验结果见图1 。 试验所用浮选金精矿由某矿山提供，主要矿物 组成黄铁矿4 5 ．0 ％、毒砂6 ．0 ％、褐铁矿1 ．0 ％、石 英1 4 ．0 ％、碳酸盐矿物1 8 ．0 ％、水云母5 ．0 ％、木炭 碎片1 1 ．0 ％。金精矿含A u3 2 ．7 0g ／t ，其他主要元 素 ％ A s3 ．3 8 、S 2 _ 2 1 ．3 3 、全碳1 1 ．1 7 、有机碳 6 ．3 6 、S i 0 21 4 ．9 8 、C a O3 ．8 6 、M g O1 ．5 8 、A 1 2 0 3 5 ．5 2 、F e2 1 ．O O 、N a 2 00 ．9 2 、K 2 01 ．3 6 。 金以超显微金矿物形式存在，主要分布为硫化 物包裹金8 3 ．3 9 ％、单体与连生金7 ．5 8 ％、碳酸盐包 裹金3 ．8 5 ％、硅酸盐及其他包裹金5 ．1 7 ％。可见， 金精矿中主要有害元素为砷和碳，砷含量3 ．3 8o A ， 有机碳含量6 ．3 6 ％。此外，该金精矿中还含有一定 量的碱性脉石。对金精矿分别做原矿全泥氰化及氰 化炭浸试验，结果表明金的浸出率分别为5 ．0 8 ％、 1 5 ．5 3 ％，属于双重极难处理金矿。 2试验方法 2 ．1 生物氧化试验 生物氧化试验在2L 钛质氧化槽中搅拌进行， 粒度一O ．0 4 3m m 占8 6 ％，因粒度很细，因此不再对 粒度做条件试验。菌种采自某矿区酸性矿坑水，经 富集、培养、驯化后用于氧化试验，菌液的每次接种 量1 0 ％，氧化初始p H 2 ．0 。分别测量p H 、电位 v s ．S C E ，氧化完成后过滤，滤液取样测F e 、A s 等 金属离子的含量，烘干的滤渣取样检测F e 、A s 、S 、 硫化物中硫及金的含量。 2 ．2 氰化炭浸试验 氰化炭浸试验在摇瓶中进行，采用氧化钙调节 p H 。氰化条件氰化钠用量5k g ／t 、p H 一1 1 ～1 2 、 碱处理时间1 ～2h 、活性炭用量1 5g ／L 、L ／S 4 、氰 化时间2 4h 。氰化完成后过滤，滤渣烘干测金含 量，滤液测氰化钠浓度。 2 ．3 氧化液中和试验 采用生石灰进行中和试验，边搅拌边加石灰，当 中和至一定p H 后，再稳定3 ～5h ，过滤，取滤液检 测其中有害金属离子的含量。 3 试验结果与讨论 3 ．1 矿浆浓度试验 在氧化时间6 天、温度4 2 ℃、搅拌速度3 0 0r ／r a i n 、 溶氧量 3 ～4 1 0 一、培养基用量2 ～3k g ／t 条件下 进行不同矿浆浓度试验，考察F e 、A s 、S 脱除率、硫 1 0 0 9 5 9 0 8 5 毋 、 瓤8 0 求 忸7 5 “J 6 5 6 0 矿浆浓度／％ 图1矿浆浓度对试验结果的影响 F i g ．1 T h ee f f e c to fp u l pc o n c e n t r a t i o n o nt e s tr e s u l t 由图1 可见，在矿浆浓度5 ％～1 5 ％范围内，随 着矿浆浓度升高，F e 、A s 、S 的脱除率、硫化物的氧 化率及金的浸出率具有相似的变化规律，都呈缓慢 下降趋势，但变化不大，当矿浆浓度超过1 5 ％后上 述指标明显降低。这与浸出过程的动力学有关，当 矿浆浓度升高时，矿浆的相对黏度增加，浸出过程中 反应物及生成物离子的扩散速度就会降低，细菌生 存所需的溶解氧、二氧化碳及其他营养物变少；另 外，矿浆浓度增加使矿物颗粒与细菌发生碰撞与摩 擦的机会增加，在一定程度上影响细菌的生长与繁 殖。因此在一定氧化时间范围内表现为F e 、A s 、S 的脱除率、硫化物的氧化率随着矿浆浓度的升高而 有所降低，总的来说，选择矿浆浓度1 5 ％比较合理。 3 ．2 氧化时间试验 在矿浆浓度1 5 ％、温度4 2 ℃、搅拌速度3 0 0 r ／m i n 、溶氧量 3 ～4 1 0 一、培养基用量2 ～3k g ／t 条件下进行生物氧化，考察不同氧化时间对F e 、A s 、 S 的脱除率、硫化物的氧化率及金的浸出率的影响。 试验结果见图2 。 由图2 可见，随着氧化时间的延长，F e 、A s 、S 的脱除率、硫化物的氧化率及金的浸出率随之增加， 氧化6 天时，硫化物的氧化率为9 6 ．0 5 ％，此时，金 的浸出率为9 5 ．5 3 ％。但氧化6 天后金浸出率基本 不再增加，因此选择氧化时间为6 天。 3 ．3 溶氧量试验 在矿浆浓度1 5 ％、氧化时间6 天、温度4 2 ℃、 搅拌速度3 0 0r ／m i n 、培养基用量2 ～3k g ／t 条件下 进行生物氧化，考察溶氧量对F e 、A s 、S 的脱除率、 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 氧化时1 日J ，d 图2氧化时间对试验结果的影响 F i g ．2 T h ee f f e c to fo x i d a t i o nt i m e o nt e s tr e s u l t 硫化物的氧化率及金的浸出率的影响，试验结果见 图3 。 图3 溶氧量对试验结果的影响 F i g ．3 T h ee f f e c to fo x y g e nd i s s o l v i n g a m o u n to nt e s tr e s u l t 黄铁矿及毒砂的氧化过程均是耗氧反应，氧是 生物氧化过程中最终的电子受体，是影响生物氧化 速率的关键因素之一。碳是生物生长必需的元素， 生物氧化过程中所需的碳主要来源于充入的空气， 矿浆中二氧化碳的消耗与黄铁矿的氧化成正比，由 于在生物氧化过程中二氧化碳不参与化学反应，因 而其消耗量仅与细菌的繁殖及氧化能力有着直接的 联系。 由图3 可见，随着溶氧量的增加，F e 、A s 、S 的 脱除率、硫化物的氧化率及金浸出率逐渐增加，在溶 氧量为 3 ～4 1 0 叫时完全满足生物氧化反应的需 氧量。此时，金的浸出率为9 6 ．0 3 ％。 3 ．4 搅拌速度试验 在矿浆浓度1 5 ％、氧化时间6 天、温度4 2 ℃、 溶氧量 3 ～4 1 0 ～、培养基用量2 ～3k g ／t 条件 下进行生物氧化，考察搅拌速度对F e 、A s 、S 的脱除 率、硫化物的氧化率及金的浸出率的影响。试验结 果见图4 。 冰 、 黎 套 { Ⅲ 蒯芈速厦／ r ‘m i n “ ． 图4 搅拌速度对试验结果的影响 F i g ．4 T h ee f f e c to fs t i r r i n gr a t eo nt e s tr e s u l t 矿浆的机械搅拌有两方面的作用，一是使矿粒 处于悬浮状态，二是使鼓入的空气高度弥散分散于 矿浆中。搅拌速度对生物氧化起着重要的作用，搅 拌速度过低时矿浆及空气在溶液中弥散不均匀，从 而使扩散成为反应的控制步骤，但是搅拌速度过大 时产生的较大剪切力对细菌的生长繁殖造成负面的 影响。 由图4 可知，随着搅拌速度的增大，F e 、A s 、S 的脱除率、硫化物的氧化率及金的浸出率逐渐增加。 但当搅拌速度超过3 0 0r ／m i n 时金的浸出率不再增 加，因此选择搅拌速度3 0 0r ／m i n 。 3 ．5 培养基用量试验 在矿浆浓度1 5 ％、氧化时间6 天、温度4 2 ℃、 溶氧量 3 ～4 1 0 ～、搅拌速度3 0 0r ／m i n 条件下 进行进行生物氧化，考察培养基用量对F e 、A s 、S 的 脱除率、硫化物的氧化率及金的浸出率的影响。试 验结果见图5 。 由图5 可见，培养基用量为2 ～4k g ／t 时，对 F e 、A s 、S 的脱除率、硫化物的氧化率及金浸出率影 响不大，因此选择培养基用量为2 ～3k g ／t 。 在矿浆浓度1 5 ％、氧化时间6 天、温度4 2 ℃、 溶氧量 3 ～4 1 0 一、搅拌速度3 0 0r ／m i n 、初始 p H 2 ．0 、培养基用量2 ～3k g ／t 条件下进行综合 试验，结果表明氧化渣率6 2 ．1 5 ％，F e 、A s 、S 、的脱 除率分别为8 1 ．5 6 ％、9 0 ．2 5 ％、8 3 ．6 3 ％，硫化物的 氧化率9 6 ．1 3 ％。氧化渣氰化炭浸试验，在氰化钠 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 3 7 9 8 9 4 9 0 母 鑫8 6 套 妞8 2 7 8 7 4 7 0 0 l234 培养基用量，％ 图5 培养基用量对实验结果的影响 F i g ．5 T h ee f f e c to fc u l t u r em e d i u m c o n s u m p t i o no nt e s tr e s u l t 用量5k g ／t 、p H 一1 1 ～1 2 、活性炭用量1 5g ／L 、L ／S 4 、氰化时间2 4h 条件下得到金浸出率9 5 ．8 2 ％， 氰化炭浸尾渣中含金2 ．4 7g ／t 。 3 ．6 生长电位p H 及F e 3 ／F e 2 随时间的变化 在上述综合氧化条件下分别研究混合菌生长电 位、p H 随时间的变化及生长电位与F e 3 、F e 2 的关 系，从而进一步了解在上述氧化条件下该混合菌的 生物量与物理参数之间相对应的关系，为生物氧化 过程工艺条件的控制提供依据。结果分别如图6 ～ 7 所示。 图6 生物氧化过程E h 、p H 变化情况 F i g ．6R e l a t i o n s h i pb e t w e e no x i d a t i o n t i m ea n dE h - p H 由图6 可见，随着氧化时间的增加，电位快速升 高，最高达到8 0 0m V ，p H 快速降低，最低降至 0 ．5 2 ，电位升高有利于黄铁矿和毒砂的氧化，试验表 明，当电位低于6 0 0m V 时氧化速率慢，效果差。要 得到满意的氧化率电位必须高于6 0 0m V ，且维持2 f 一 ● 如 孓 出 图7 氧化时间与F d 、F e 2 的关系曲线 F i g ．7 R e l a t i o n s h i pb e t w e e no x i d a t i o nt i m ea n d F e ”．F e 2 c o n c e n t r a t i o n ～3 天。 由图7 可见，由于氧化采用的是不含铁的培养 基，因此氧化初始溶液中F e 2 不高，随着氧化反应 的进行，矿物中铁 Ⅱ 逐渐被氧化为F e ㈣而进人溶液 中，氧化过程中溶液中的F e 3 含量逐步增加，F e 2 逐渐减少，因此，F e 3 ／F e 2 比值逐步提高。 3 ．7 氧化液中和试验 综合氧化试验条件下得到的溶液p H 一0 ．8 5 ， 成分 m g ／L F e1 77 6 0 、A s37 7 0 、C u7 5 ．5 0 、Z n 6 3 ．5 0 、P b1 0 ．2 3 、M n5 6 ．3 8 、N i2 4 ．1 0 、C d2 ．3 0 。将 该生物氧化液做中和试验，当每立方氧化液石灰用 量为3 5 ．8 6k g 时，中和液p H 6 ．4 ，成分 m g ／L F e0 ．0 3 、A s0 ．0 1 、C u 0 ．0 4 、Z n 0 ．0 5 、P b0 ．0 1 、M n 1 ．2 8 、N i0 ．1 2 、C d0 ．0 1 。 根据中华人民共和国国家标准污水综合排放标 准规定，我国对C u 、Z n 、M n 、N i 、C d 、P b 的三级排放 标准分别为2 ．0m g ／L 、5 ．0m g ／L 、5 ．0m g ／L 、1 ．0 m g ／L 、0 ．1m g ／L 、1 ．0m g ／L 。对A s 的最高允许排 放浓度为0 ．5m g ／L ，对所有污染物的排放p H 要求 为6 ～9 。 可见，当中和至p H 一6 ．4 时，中和液中A s 的含 量即可降至小于0 ．0 1m g ／L ，远低于G B 8 9 7 8 1 9 9 6 排放标准要求的0 ．5m g ／L ，其余重金属离子的含量 也远低于G B 8 9 7 8 1 9 9 6 排放标准，而此时的p H 也符合排放标准，且中和水可以循环使用，此时氧化 钙的消耗为每立方氧化液3 5 ．8 6k g ，即每吨精矿 2 3 6 ．6 7k g 。 4结论 1 经过选育、驯化的混合菌在氧化某难处理金 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 精矿时氧化活性高，适应p H 范围宽，对硫化物的氧 化率可以达到9 6 ．1 3 ％，氧化过程无需控制p H 。细 菌氧化渣氰化炭浸后金浸出率由直接氰化炭浸的 1 5 ．5 3 ％提高到9 5 ．8 2 ％，尾渣品位降至2 ．4 7g ／t ； 2 细菌氧化液中和至p H 6 ．4 时，氧化液中 的A s 等重金属完全达到排放指标且可以循环使 用，氧化钙耗量为每吨精矿2 3 6 ．6 7k g 。 参考文献 E I - ] 张永涛．中国黄金矿产资源开发及矿产品供需形势分析 [ J ] ．中国矿业，2 0 0 9 ，1 8 2 8 1 1 ． [ 2 3 杨显万，沈庆峰，郭玉霞，等．微生物湿法冶金[ M ] ．北 京冶金工业出版社，2 0 0 3 1 6 5 1 7 0 ． [ 3 ] 高金昌．生物冶金技术在黄金工业生产中的应用现状及 发展趋势[ J ] ．黄金，2 0 0 8 ，1 0 9 3 6 4 0 ． [ 4 ] J a m e sK o f iA f i d e n y o ．M i c r o b i a lP r e - T r e a t m e n to fD o u b l eR e f r a c t o r yG o l dO r e s [ D ] ．O n t a r i o ，Q u e e n sU n i v e r s i t y K i n g s t o n 。2 0 0 8 ． 有色金属 冶炼部分 刊期变更启事 经中国有色金属工业协会和北京市新闻出版局批准，由北京矿冶研究总院主 办的有色金属 冶炼部分 的刊期自2 0 1 1 年开始由双月刊变更为月刊。出版时 间为每月1 2 日，邮发代号2 4 6 4 ，定价每册5 元，全年6 0 元，正文为黑白印刷，广 告为彩色印刷。 有色金属 冶炼部分 自创刊以来主要报道有色金属冶炼及其相关方面的 科学研究、实践应用、新技术、新方法、新材料等。为从事有色金属冶炼及相关技 术的广大科研人员、工程技术人员、管理人员、大专院校师生、相关公司及企事业 单位提供信息和开展学术交流服务。 有色金属 冶炼部分 目前被中文核心期刊要目总览、美国化学文摘 C A 、中国有色金属文摘、中国冶金文摘。中国化学化工文摘、中国有色 金属文献数据库、中国化学数据文摘库所收录，是中国科技论文统计源期刊， 中国科技核心期刊，中国核心期刊 遴选 数据库收人期刊，中国学术期刊 光盘 版 人编期刊，中国学术期刊综合评价数据库来源期刊，中国期刊网人编期刊，中 国万方数据库收入期刊，C A J C D 执行优秀期刊，中文科技期刊数据库收入期 刊。 欢迎新老读者继续订阅本刊，也欢迎新老广告客户继续在本刊发布广告。 开户银行中国工商银行北京百万庄支行 银行帐号0 2 0 0 0 0 1 4 0 9 0 8 9 0 0 5 0 3 8 开户名北京矿冶研究总院 通讯地址北京市南四环西路1 8 8 号总部基地十八区2 3 号楼 邮政编码1 0 0 0 7 0电话0 1 0 一6 3 2 9 9 7 5 2 传真0 1 0 6 3 2 9 9 7 5 4 万方数据