难处理金矿石难浸的原因及预处理方法.doc

难处理金矿石难浸的原因及预处理方法 [摘要] 本文分析难处理金矿石难浸的原因。指出该类金矿石浸出前必须进行预先氧化，才能取得理想的浸出效果。为此，介绍目前已在国内外获得工业应用的几种预氧化方法的原理、应用概况及优缺点。最后将几种方法进行技术经济比较，供金矿开发者建厂时选择参考。 1 引 言 所谓难处理金矿石是指那些经磨细后，直接进行浸出得不到满意的金浸出率的矿石。一般将氰化搅拌浸出率80作为界限，低于此值者即为难处理金矿石。 难处理金矿石的储量占世界黄金总量的60，我国也不低于此数字。随着黄金开发的深化，易处理金矿石资源日趋减少，难处理金矿石的利用显得越来越重要。据悉，目前世界黄金产量的1/3左右来自难处理金矿石，今后这一比例必将进一步增高。 为了获得满意的金回收率，首先应弄清矿石难浸的原因，然后针对矿石的性质选用合适的方法对矿石进行预处理。预处理效果的好坏直接关系到金的浸出率，应予高度重视。国外已在生产上应用的预处理工艺有焙烧氧化法、压热氧化法、细菌氧化法和湿法化学氧化法等四种。除压热氧化法外，我国其他三种方法均有生产实践。为了迅速提高我国黄金的产量，必须加快研究和开发难处理的金矿资源步伐。本文旨在分析难处理金矿石难浸的原因，介绍已经工业化的四种预处理方法的原理、应用概况及优缺点。然后将几种方法进行技术经济比较，供生产厂家选择时参考 2 金矿石难浸原因分析 影响金矿石难浸的原因有物理、化学、矿物等诸多因素。 2.1 物理原因 在某些金矿石中，金矿物的粒度非常细小1μm以下，且被氰化物不能溶解的载金矿物黄铁矿、砷黄铁矿、黄铜矿、石英等包裹。即使将其磨细，金仍不能暴露出来，致使氰化时金不能与氰化液接触。另有一些金矿石含有相当数量的炭质物，特别是有机炭。这些炭质往往具有吸附性，导致已溶解出来的金叉被吸附在炭质物上，形成“劫金”现象，降低了金回收率。此外，某些炭质物还可能与已溶出的金生成一种稳定且难溶的络合物，载金炭解吸时需要较高的温度和氰化液浓度可能与此有关。 2.2 化学原因 许多金矿的金常与砷、锑、汞、铜、锌等的硫化矿物及其氧化产物伴生。在氰化时，这些矿物多不稳定，也要与氰化物作用，消耗大量的氰化物、氧和碱，以致影响金的浸出。另一方面，在氰化过程中，金属硫化矿物与金粒接触时，还会引起金的溶解钝化，降低其溶解速度。欲要金较完全溶解，需将导电的硫化矿物转换成非导电的氧化矿物。 2.3 矿物原因 某些金矿的金呈碲化金矿物碲金矿、碲银金矿、碲锑金矿、碲铜金矿等出现，它们与氰化物的作用很慢 此外，方金锑矿、黑铋金矿等也很难溶解。故含这些金矿物的矿石的浸出率与其在矿石中所占比例呈正消长关系。富银银金矿易形成硫化银包裹层，阻止氰化液进人。 3 预处理方法 预处理的目的 一是使包裹金矿物的硫化物氧化，使其形成多孔状物料，这样氰化液就有机会与金粒接触；二是除去砷、锑、有机炭等防碍氰化浸出的有害杂质或改变其理化性能；三是使难浸的碲化金矿物变为易提。下面分别介绍四种比较成熟的预处理工艺。 3.1 焙烧氧化法 焙烧氧化是基于黄铁矿、毒砂、有机炭等载金矿物在高温条件下氧化或焙烧后可生成多孔状的焙砂。其发生的化学反应为 4FeS211O2 2Fe2O38SO2 1 2FeAsS5O2Fe2O3As2O32SO2 2 CO2CO2 3 氧化焙烧是预处理金矿应用时间最长、而且最可靠的一种传统工艺。它既可用于处理原矿，亦可用于精矿。该工艺的优点是（1）工艺成熟、操作简单、技术可靠。（2）适应面广，几乎能处理含各种有害杂质的金矿。（3）基建投资和生产成本相对较低。（4）可以综合回收As、S、Hg等伴生元素，化害为利。传统氧化焙烧法的缺点是环境污染严重，收尘系统复杂。针对上述弱点，近年来对焙烧工艺和设备都做了大量的研究工作，取得了丰硕的成果。在工艺方面，开发出循环沸腾焙烧、富氧焙烧和固砷硫焙烧新工艺；在设备方面，德国出现了鲁奇式循环沸腾炉，瑞典研制成功密闭收尘系统。这些新工艺和新设备的问世，给焙烧法注入了新的活力，使它重新焕发了青春。自1990年以来，美国和加拿大就有五家以上大型金矿采用该法建设和生产就是很好的证明。 3.2 压热氧化法 该法是近年发展起来的一种新工艺。由于它具有许多其它方法无法比拟的优越性，故发展速度很快，国外已有l0多家厂矿用于生产。其原理是在较高的温度和压力下，加人酸或碱分解硫化物，让金暴露出来，根据所用介质的不同，可分为酸法和碱法两种。 3.2.1 压热酸氧化法 矿石经磨细制浆、酸化和浓缩后进人高压釜处理，致使硫化物分解。其主要反应为 2FeS271/2O2H2OFe2SO43H2SO4 4 2FeAsS61/2O23H2O2H3AsO42FeSO4 5 1985年,美国Mclaughlin金矿在世界上首先将该法用于生产，取得了很好的效果。1990年．美国高尔德斯切克矿应用该工艺处理微细粒黄铁矿型金矿石Au 7g/t、S 2.5、C 0. 5、As0.15，金浸出率达到8895，而直接氰化仅为10 20。该法用于东北寨金矿试验的浸出率达到91。 该法具有以下几个优点（1）氧化彻底，无论矿石或金精矿，总是能得到更高的金回收率（一般都高于90）。（2）对物料成分不太敏感，无论硫和砷品位高低，均能较好适应。它既可以处理硫化物硫含量1.5的金矿石，也可以处理含硫42的高硫金精矿。因此，可以满足大多数金矿石或金精矿预氧化的需要。（3）环境友好。加压氧化产出的废渣相当稳定，主要有害元素砷氧化后生成稳定的砷酸盐等沉淀物，其溶解度很低。废液中的砷容易形成结晶状的砷酸铁沉淀。此外，它不会放出毒性气体。（4）预氧化时间短，生产能力可大可小。（5）生产灵活性更大。因不会排放SO2，不会受H2SO4市场的影响。缺点是所用设备的抗压、密封和防腐性能要求较高，因而设备费用较贵；氰化浸金前需对氧化矿浆作彻底冲洗与中和处理；在加压氧化过程中银总是损失在黄钾铁矾里，因而银回收率较低。 3.2.2 压热碱浸法 对于碳酸盐型碱性矿石，则宜采用碱浸法。在高压高温条件下，NaOH与硫化物反应 2FeS271/2O28NaOHFe2O34Na2SO44H2O 6 2FeAsS61/2O2l0NaOH2FeOH22Na3AsO42Na2SO43H2O 7 生成的Na2SO4和Na3AsO4均溶于水，经固液分离除去硫砷后，从渣中提取金。1988年，美国Varrik Mereur矿首先将该工艺用于生产。该金矿含Au2g/t、S2，金浸出率达到81～96，而直接氰化只有20～60。该法处理东北寨金矿矿样的试验结果为88.6。这一方法的优点是对设备的腐蚀性小，材质要求不高．但金浸出率一般都较酸法低。 3.3 细菌氧化法 自1973年世界上第一家生物氧化厂在南非Fairview金矿投产以来，发展速度很快，现已建成或正在建设的细菌提金厂有10余家。 目前，在矿物氧化方面应用最多的是氧化亚铁硫杆菌，它是一种亲酸的化学自养菌，以含硫、铁等元素的无机盐为养料，生长在从硫化矿和煤矿渗出的酸性水中。细菌氧化的机理有直接作用和间接作用两种方式。前者是在微生物的新陈代谢作用下，将不溶性的硫化物直接氧化成可溶的硫酸盐。后者则是利用细菌新陈代谢的产物Fe3使硫化物氧化。在氧化过程中，通常两种方式并举，其生化反应为 2FeS27O22H2O FeSO4十2H2SO4 8 4FeSO4O22H2SO4 2FeSO432H2O 9 FeS27FeSO438H2O l5FeSO48H2SO4 10 4FeAsS11O22H2O4FeSO44HAsO2 11 南非Fairview金矿的载金矿物为黄铁矿和毒砂，金的粒度小于0．2,urn，直接氰化提出率仅36％ 。浮选得到的金精矿与细菌作用4d，金回收率超过95％ ，比焙烧工艺高5％ 。我国某矿将它用于200ot级的工业性堆浸试验，经52d氧化后，金回收率较常规堆浸提高32％ 优点是投资费用和生产成本较低；环境污染小。缺点是氧化周期长；细菌对环境（如温度、酸度、杂质含量等）有较严格的要求。此后，澳大利亚、加拿大、美国、加纳等国有20余座细菌氧化厂相继投入生产。我国山东、辽宁、陕西已有4座厂投入生产。 3.4 湿法化学氧化法 该法利用强氧化剂Cl2、HNO3、NaOH等与硫化矿物作用，使金暴露，早在1971年，美国使用氯气作氧化剂预处理卡林型金矿获得工业应用。为了减少Cl2用量，后来又发展成二次氧化法和闪速氧化法。金的浸出率由直接浸出的3.3提高到84。笔者对东北寨金矿矿样试验，金浸出率达到80。加拿大和哈萨克斯坦从90年代初开始小规模试用该法生产，金浸出率达到90。但是，它的环境污染问题不容忽视，急待解决，HNO3法用于东北寨金矿试验的浸出率亦达90。哈萨克斯坦以HNO3作催化剂（Redox法）处理金精矿，获得小规模工业应用。HNO3氧化法基本上是在不高于90℃常压或低压下进行，这免除了压热酸氧化法的缺陷。该法有两种工艺，分别称为Arseno法和Nitrox法。两者在工艺设计上有明显的不同，前者用500KPa的氧，在80℃下浸出15min；后者在常压和90℃下，反应1～2h。其化学反应为 2FeS210HNO3Fe SO43H2SO410NO4H2O 12 2NOO22 NO 2 13 3NO 2H2O2HNO3NO 14 3FeAsS14HNO32H2O 3FeAsO42H2O3H2SO4 14NO 15 由此可见，HNO3是O2的载体，在工艺过程中必须再生和循环使用。 2003年，我国紫金矿业公司采用NaOH处理贵州水银洞金矿获得成功。以上几种化学氧化法有一个共同的优点工艺过程是在常温、常压或接近常温、常压的条件下完成的，因此设备投资不大。缺点是或设备腐蚀严重；或对环境影响大；或氧化不彻底。 4 技术经济比较 目前，应用较多的预处理方法是焙烧氧化法，压热氧化法和细菌氧化法。表l列出了难处理金矿石三种预处理方法的主要特性，其中基建费用、生产成本和金回收率是根据六个厂其中4个处理金精矿40～240t/d；1个处理原矿石1000t/d，另1个不详的平均值得到的。基建投资和生产费用以细菌氧化法为标准1.00，按相对值折算。 几种规模的预处理厂的相对设备投资和相对生产成本示于表2。对于细菌氧化法，还研究了氧化时间和矿浆浓度这两个重要参数的影响。表中数据以处理量1000t/d的细菌氧化厂矿浆浓度25，氧化时间72h为标准1.00折算。 表l 难处理金矿石（精矿）三种预处理方法的特性 预处理方法 细菌氧化 压热氧化 焙烧氧化 工艺成熟度 中小厂成熟 成熟 最成熟 工艺控制要求 不严格 严格 不严格 选择性氧化 是 否 否 基建投资 l.00 1.63 1.36 生产费用 1.00 1.00 1.02 金回收率（） 93 96 89 银回收率（） 高 低 较高 工业副产品 无 无 H2SO4、As2O3 环境排放物 无 无 As、SO2 操作工保健 低浓度毒物 低浓度毒物 高浓度砷化物 安全性 安全 高压高氧危险 较安全 表2 几种规模的预处理厂的相对设备投资和相对生产成本 项目 设备投资 生产成本 处理能力 200 1000 5000 200 1000 5000 细菌氧化（25固体，72h） 0.31 1.00 4.67 1.19 1.00 0.97 热压氧化 0.70 1.45 4.71 1.52 1.13 1.05 焙烧氧化 0.58 1.41 3.41 1.10 0.89 0.75 细菌氧化（15固体，120h） 0.66 2.78 11.80 2.03 1.69 1.53 难处理金矿石经预选（浮选）后对三种预处理方法的相对设备投资和生产成本的影响见表3。 表3 几种规模的预处理厂的相对设备投资和相对生产成本 项目 设备投资 生产成本 处理能力 （t/d） 矿石 1000 5000 10000 1000 5000 10000 精矿 120 600 1200 120 600 1200 细菌氧化（25固体，72h） 0.32 1.02 2.11 0.49 0.45 0.43 热压氧化 0.76 1.70 2.04 0.57 0.45 0.43 焙烧氧化 0.92 2.27 3.60 0.57 0.40 0.39 由表13看出1金回收率从高到低的排序为压热氧化、细菌氧化、焙烧；伴生银回收率依次是细菌、焙烧、压热。2 焙烧法生产历史悠久，工艺最成熟，其次是压热和细菌。而压热法的管理和工艺控制要求都很严格。3焙烧有含SO2 和As2O3的气体逸出，污染环境。而压热法有高压高氧操作危险。4 基建投资随预氧化方法而异，还与氧化厂的规模休戚相关。对1000t/d以下的中小厂，细菌氧化25固体，72h投资最少，压热最多，并且差别很大；5000t/d上的大厂，则焙烧法最少。5 生产成本以焙烧最低，压热法最高，但差距不大。随着规模的增大，几种方法的成本均降低。6 矿浆浓度和氧化时间对细菌法影响很大。一旦浓度从25稀释至15，时间由72h延至120h，设备投资成倍增加；生产成本急剧增高，这时细菌法就不再有吸引力。7 增加预选作业均可大幅度降低各预氧化工艺的投资和生产费用，特别是细菌法和压热法。 5 结语 对难处理金矿石，首先应分析其难浸的原因，然后有针对性选择一两种预氧化工艺，进行实验室试验，大中型厂必要时还将进行半工业或工业性试验，再根据试验结果和当地的条件，进行可行性研究，综合比较各预氧化法的技术经济指标，从中优选出最佳预处理工艺，进行工厂设计和建设。只要按以上程序去做，就能把风险降低到最低限度，并取得很好的经济效益和社会效益。