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1、Serial No 530June 2013现代矿业MORDEN MINING总 第530 期2013年 6 月第 6 期黄凌(1962)，男，副院长，高级工程师，264006 山东省烟台市开发区泰山路 118 号。难处理金精矿 3 种预处理工艺分析黄凌(山东黄金集团烟台设计研究工程有限公司)摘要介绍了难处理金精矿焙烧氧化法、生物氧化法和热压氧化法 3 种预处理工艺的工艺原理、特点及优缺点，并通过技术指标进行工艺经济比较及方案对比，建议对这 3 种处理工艺的选择应根据项目特点从技术和经济两方面进行比较后再合理选择。关键词难处理金精矿焙烧氧化法生物氧化法热压氧化法难处理金精矿是指金精矿中黄铁矿、
2、毒砂等硫化物将金包裹起来，没有充分的外露表面，而且金呈微细粒状态嵌布，采用常规氰化法处理难以有效回收金等有价金属。根据金的难选冶程度，难处理金精矿划分为 4 级1-3，即采用常规选冶方法时，金的浸出率小于 50%的为难选冶金精矿，在 50%80%的为一般难选冶金精矿，在 80%90%的为较易选冶金精矿，90%以上的为易选冶金精矿。金精矿难浸原因是因为含有碳等能吸附金的有机物，造成金属流失，或者金呈极微细粒嵌布于载体矿物(主要是砷、锑等硫化物)的晶间及裂隙中，即使采用超细磨也难以使金粒有效解离，以及有害元素砷的影响，致使金的回收率不高。为提高金的综合回收率，这类金精矿需进行预先处理包裹金的砷硫化
3、矿物使之氧化分解，被包裹的金暴露出来，然后再用氰化法回收金。预处理工艺主要有焙烧氧化法、生物氧化法、热压氧化法、常压氧化法、硝酸催化氧化法、微波焙烧法以及其他预处理方法。矿物进行预处理后进行氰化浸出，以便使金等有价元素得到最大限度的回收。当前应用比较成熟的预处理工艺主要有焙烧氧化、生物氧化、热压氧化 3 种。这 3种工艺都有各自的优缺点，至于选用哪种工艺需要进行详细分析比较后确定。1焙烧氧化法焙烧氧化法4-5 是在高温下，借助空气或氧气使包裹金的砷硫化矿物氧化分解，使被包裹金暴露出来。氧化焙烧工艺应用比较广泛，在国内外都有很好的应用。国内工业生产应用的有山东招远国大冶炼厂、山东恒邦冶炼厂、中原
4、冶炼厂、潼关冶炼厂、海阳金澳冶炼厂等。1 1工艺特点及优缺点氧化焙烧可使硫化物氧化生成二氧化硫，砷和锑以氧化态挥发，含碳物质被氧化从而失去活性，显微细粒状的金得到暴露及富集。焙烧原料要求一般含硫 24%以上，对于低硫精矿，需要额外补充硫以维持系统自热反应或采用循环流态化焙烧技术。此工艺具有适应性较强、操作费用较低、综合回收效果好的优点，可实现副产品的综合回收。焙烧氧化法主要化学反应公式为:12FeAsS+29O2=4Fe3O4+3As4SO4+12SO2(1)2FeAsS+6O2=Fe2O3+As2O5+2SO2(2)氧化焙烧法的优点为:矿石适应性强、操作费用较低;可以实现副产品的综合回收，可
5、产出硫酸、砒霜等作为化工原料，其他有价金属也可同时回收。缺点为:烟气中 SO2会造成环境污染;副产品如硫酸、砒霜等的销售受制于市场;对脉石型包裹金等的矿物回收率不高;银回收率不高;含砷不能高于 5%。1 2技术指标焙烧氧化法的氧化时间为 2 h，铁氧化率为98%，硫氧化率为 96%，砷氧化率为 92%，氧化失重率为 20%，金总回收率为 88%90%，氰渣品位为3 5 g/t，每吨金精矿可产出氰渣 0 75 t，中和渣0 15 t，可副产硫酸、砒霜等化工原料，并可回收铜、铁等。焙烧氧化法金回收率低，主要原因是温度低于 500 时，黄铁矿氧化不完全，温度高于 900 950 时，导致物料结块，烧
6、渣致密，重新形成金的包裹，尤其是银的包裹。含砷高的金精矿，焙烧温度28超过 700 后，砷与金生成低熔点的砷金合金而挥发，造成金的损失。2生物氧化法生物氧化也称细菌氧化6-9，氧化含硫矿物具有直接氧化、间接氧化以及电池作用的过程。生物氧化法适应于矿物中铜含量低的，否则将影响细菌生长，金精矿含硫不应大于 30%，否则将增加氧化成本及中和成本，不适合含有劫金炭的金精矿，可处理含砷大于 5%以上的矿物。细菌氧化工艺在澳大利亚应用较广，国内工业生产应用的有新疆哈图金矿、新疆阿希金矿、辽宁天利、辽宁汇宝、江西三合、黑龙江乌鲁嘎金矿、烟台冶炼厂、莱州天承、招远金翅岭等 10 家，国内的规模基本上是 100
7、 t/d。其中，阿希金矿由于物料中含硫30%40%，于2013 年3 月份焙烧系统投产后，细菌氧化系统停产，烟台冶炼厂、招远金翅岭冶炼厂及莱州天承冶炼厂由于原料短缺问题已停产。2 1工艺特点及优缺点直接氧化是细胞膜直接通过酶作用于矿物表面的过程。细菌和硫化矿物在矿浆中直接紧密接触，有氧存在的条件下，通过细菌细胞内特有的铁氧化酶和硫氧化酶直接氧化金属硫化物。例如黄铁矿和毒砂在细菌作用下，发生如下反应:2FeS2+H2O+7 5O2细菌Fe2(SO4)3+H2SO4(3)2FeAsS+H2SO4+7O2+2H2O细菌Fe2(SO4)3+2H3AsO4(4)4FeS+2H2SO4+9O2细菌2Fe2
8、(SO4)3+2H2O(5)根据 H Tributsch 的观点6-9，间接氧化的反应式为:FeS2+3Fe2(SO4)3+3H2O=6FeSO4+FeS2O3+3H2SO4(6)4FeAsS+4Fe2(SO4)3+6H2O+3O2=12FeSO4+4H3AsO3+4S(7)FeS+Fe2(SO4)3=3FeSO4+S(8)电池作用是细菌氧化过程中，由直接氧化和间接氧化产生的稀硫酸和硫酸铁溶液形成电解液，2种起正负极作用的不同金属硫化矿物铁及硫在这种电解液中就形成一个原电池，其电池作用的反应式如下:2FeSO4+0 5O2+H2SO4细菌Fe2(SO4)3+H2O(9)S2O23+2O2+H2
9、O细菌2SO24+2H+(10)2S+3O2+2H2O细菌2H2SO4(11)2H3AsO3+O2细菌2H3AsO4(12)细菌在氧化过程中产生酸，同时又能够嗜酸，因此环境酸度的高低对细菌生长的影响较大，矿浆的酸度高低会直接影响细菌的活性及繁殖速度，从而影响矿物浸出效果。细菌氧化 Fe2+最适宜的 pH 值范围为 1 5 2 5，pH 值太低时，细菌对氧化 Fe2+能力大大减弱，pH 值太高时，很容易造成 Fe3+形成沉淀，导致细菌氧化 Fe2+能力很差。要使细菌快速氧化 Fe2+，要通过驯化培养使细菌适应其生存的环境，同时要调整 pH 最佳的范围，满足在此 pH 值条件下 Fe3+不会形成沉
10、淀。细菌氧化对低砷高砷都可行，但须无铜精矿，对含铜金精矿不适用细菌氧化工艺。细菌氧化工艺操作简单、安全环保，砷生成砷酸铁固化，精矿中的硫生成硫酸钙固化，可在防渗条件下干式堆放，自动化程度高。细菌氧化法的优点为:对周围环境产生的危害性很小，无烟气污染;没有副产品受制于市场的销售问题。缺点:细菌适应性差，特别是在高原地区，温差较大，含氧量低，不利于细菌的生长;产生大量的酸性液体，需要进行中和后才能复用;中和渣、氰化尾渣量都比较大，基本是每吨金精矿产出废渣 1 6 1 8 t，且均为危险废物;建造费用高，所有设备都要使用耐酸设备;运行成本高;矿物中的元素除了金银外，都不能综合回收;预处理周期太长。2
11、 2技术指标细菌氧化法的氧化时间为 144 h(6 d)，铁氧化率为 98%，硫氧化率为 98%，砷氧化率为 95%，氧化失重率为 20%30%，金总回收率为 92%95%，氰渣品位为 1 75 g/t，每吨金精矿可产出氰渣07 0 8 t，中和渣 0 9 1 0 t，不能回收硫、砷等副产品。3热压氧化法热压氧化法10 是在高温高压下，矿石中的砷黄铁矿与氧发生化学反应，使包裹金暴露出来的方法，热压氧化法分为酸性热压氧化法和碱性热压氧化38黄凌:难处理金精矿 3 种预处理工艺分析2013 年 6 月第 6 期法。热压氧化法适应性较广，原矿精矿都可以，也可处理含砷稍高的矿物。目前，国内在黄金行业还
12、无成功应用的先例。国外应用的有美国加利福尼亚Homestake 公司的 Mclauglin 金厂、加拿大的 SHerrit公司、巴西的 Gencor 的 San Bento 厂。3 1工艺特点及优缺点热压氧化法的主要化学反应为:4FeAs+13O2+6H2O=4FeSO4+4H3AsO4(13)4FeAsS+13O2+6H2O=4FeSO4+4H3AsO4(14)2S+3O2+2H2O=2H2SO4(15)在加压氧化过程中，化学反应速度快，在较短的时间内，砷硫化物就被氧化分解完全。酸性加压技术，适合于含碳酸盐较高的难浸金矿石。碱性加压技术是加入氢氧化纳等碱性物质，使包裹金的矿物在碱性溶液中与氧
13、发生反应而分解，使被包裹的金释放出来。热压氧化是湿法流程，无烟气污染，黄铁矿和毒砂的氧化产物都是可溶的，故金颗粒无论大小都可以解离，金的回收率较高。精矿中的硫可转变成单质硫，而不是二氧化硫，避免了有害气体的排放。热压氧化法的优点为:无烟气污染;对含碳金精矿有一定的处理效果;银回收率高。缺点为:产生大量的酸性液体，需要进行中和后才能复用;中和渣、氰化尾渣量都比较大，基本是一吨金精矿产出废渣 1 6 1 7 t 且均为危险废物;建造费用高，所有设备都要使用耐酸耐压设备;运行成本高;不能实现综合回收，热压氧化法一般的单位投资为 4 750 元/t，运行成本为 1 450 元/t。3 2技术指标热压氧
14、化法的氧化时间为 6 h，铁氧化率为98%，硫氧化率为 98%，砷氧化率为 95%，氧化失重率为 30%40%，金总回收率为 96%98%，氰渣品位为 1 4 g/t。每吨金精矿可产出氰渣为 0 6 0 7 t，中和渣 1 t，可回收少量氧化产生的单质硫，其他不能回收(热压氧化由于没有国内数据，上述数据参考加拿大谢里特公司及试验数据)。43 种预处理工艺经济比较及方案对比焙烧氧化法的单位投资一般为3 200 元/t，运行成本为 700 元/t。细菌氧化法一般的单位投资为3 100元/t，运行成本为 1 100 元/t。热压氧化法的单位投资一般为4 750 元/t，运行成本为1 450 元/t。
15、3 种预处理工艺的主要技术指标及经济指标对比结果见表 1。表 13 种预处理工艺主要技术指标及经济指标对比结果工艺名称金总回收率/%运行成本/(元/t)单位投资/(元/(t矿)焙烧氧化907003 200生物氧化92 951 1503 100热压氧化961 4504 750由表 1 可知，3 种预处理工艺相比，采用热压氧化预处理工艺的金回收率最高，运行成本最高，投资也最大(目前国内没有成功应用经验，这方面还缺乏相关资料，以上数据来自加拿大谢里特公司)。焙烧氧化金的回收率最低，有用成分综合利用高，中和渣少，投资与生物氧化接近，生物氧化的金回收率介于两者之间，运行成本略高于焙烧氧化，但投资最省。5
16、结论焙烧氧化法、生物氧化法和热压氧化法 3 种预处理工艺各有利弊。因此，在选用何种处理方法时需要针对原料性质，结合拟建项目所处地理位置、交通、气候、环境等条件对原料进行预处理工艺详尽的试验研究，同时展开硫酸及砒霜销售市场调查，从技术和经济两方面进行比较后确定采用何种预处理工艺最适宜。参考文献 1郑存江 含砷难浸金矿石的研究及应用J 陕西地质，2003(1):88-98 2徐天允，徐正春 金的氰化与冶炼M 沈阳:沈阳黄金学院出版社，1991 3马巧瑕 黄金回收 600 问M 北京:科学技术文献出版社，1992:38-45 4崔礼生，韩跃新 难选冶金矿石预处理现状J 金属矿山，2005(7):6-
17、9 5李路明 含碳砷金精矿焙烧浸出工艺的研究J 新疆有色金属，2003(3):14-17 6李宏煦，王淀佐，阮仁满 细菌浸矿作用分析J 有色金属，2003(8):68-71 7徐晓春，车小奎 硫化矿生物浸出动力学模型的研究J 国外金属矿选矿，2001(11):5-11 8杨大锦，左以专 高硫高砷金精矿电化学氧化机理研究J 黄金，2000(11):27-30 9P C，范 阿斯韦根 难浸金矿的生物氧化-Genmin 的经验J国外金属矿选矿，1996(1):40-48 10夏光祥，涂桃枝 加压氧化法预处理含砷难冶金矿石的研究 J 黄金，1995(3):23-26(收稿日期 2013-04-15)48总第 530 期现代矿业2013 年 6 月第 6 期