吉 強(qiáng)

（山東黃金礦業(yè)科技有限公司選冶實(shí)驗(yàn)室分公司，山東 煙臺(tái) 261441）

1 難處理金礦石定義

難處理金礦石是指那些未經(jīng)某種形式處理，直接進(jìn)行常規(guī)浸出不能獲得滿意回收率的礦石，一般的，采用直接氰化浸出時(shí)，金回收率小于80%的礦石即被認(rèn)為是難處理礦石。據(jù)統(tǒng)計(jì)，難處理礦石的儲(chǔ)量約占全世界黃金資源總量的60%，隨著優(yōu)質(zhì)黃金資源的不斷開(kāi)采，易處理金礦資源占比會(huì)越來(lái)越少，國(guó)內(nèi)外針對(duì)低品位復(fù)雜難選金礦資源的回收技術(shù)開(kāi)展了廣泛的研究[1]。

2 生物氧化概述

生物氧化預(yù)處理技術(shù)是利用細(xì)菌的氧化作用，將難處理金礦中對(duì)金形成包裹的硫化礦、毒砂等礦物氧化分解，把金表面暴露出來(lái)，然后再用氰化或其它綠色提金工藝回收金。從60年代開(kāi)始主要是利用生物氧化法提取銅、鈾，進(jìn)入80年代之后生物氧化法已經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于難浸金礦的處理。1986年，細(xì)菌氧化工藝首次在南非實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，隨后多個(gè)國(guó)家相繼建成了20余座細(xì)菌氧化廠。我國(guó)對(duì)于難處理金礦細(xì)菌氧化技術(shù)的研究雖然開(kāi)始時(shí)間較晚，但是技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展很快，處理量由開(kāi)始的幾十噸增長(zhǎng)到上千噸，氧化效率不斷提高，氧化周期不斷縮短。難處理金礦可分為微細(xì)浸染型金礦、碳質(zhì)金礦和復(fù)雜多金屬硫化物金礦等[2]?；谀壳吧镅趸A(yù)處理工藝的原理，該技術(shù)在難處理硫化物金礦的浸出前預(yù)氧化中得到有效應(yīng)用。

3 生物氧化反應(yīng)機(jī)理

細(xì)菌與硫化礦物的作用類型分為直接作用和間接作用；直接作用，即細(xì)菌的細(xì)胞和硫化礦固體直接接觸而發(fā)生生物化學(xué)氧化；間接作用，即細(xì)菌的代謝產(chǎn)物中的Fe3+對(duì)黃鐵礦進(jìn)行化學(xué)氧化。通常情況下，兩種作用往往會(huì)同時(shí)存在。包裹金的金屬硫化物礦主要是黃鐵礦和砷黃鐵礦，而氧化這兩類礦物最常用的是氧化亞鐵硫桿菌。其中黃鐵礦的氧化反應(yīng)如下：

直接氧化反應(yīng)：

在通風(fēng)良好的條件下，生成的單質(zhì)硫會(huì)被細(xì)菌迅速氧化。

氧化亞鐵硫桿菌對(duì)砷黃鐵礦的氧化分為三個(gè)階段[1]：第一階段是細(xì)菌吸附到礦石表面，細(xì)菌與礦石產(chǎn)生直接作用；第二階段是細(xì)菌將Fe2+、As(Ⅲ)氧化為Fe3+、As(Ⅴ)，產(chǎn)生的Fe3+又可氧化As(Ⅲ)和砷黃鐵礦；第三階段是浸出液中Fe3+和As(Ⅴ)生成砷酸鐵沉淀。該細(xì)菌氧化的三個(gè)階段可用總反應(yīng)式表示：

其中：一、二階段n=2，三階段n=4。

提金中的生物氧化工藝主要用于難處理硫化物金礦的浸出前預(yù)處理，與焙燒、熱壓氧化工藝目的相同，都是將包裹金的礦物氧化來(lái)打開(kāi)包裹，便于金在后續(xù)的浸出過(guò)程中能夠與浸液充分接觸。

4 生物氧化的主要菌種

難浸金礦生物預(yù)氧化工藝中用的菌種按照最佳生長(zhǎng)溫度分為：中溫菌（20℃～35℃），中等嗜熱菌（40℃～55℃），高溫菌（60℃～75℃）。現(xiàn)在研究比較多也是用的比較多的主要有氧化亞鐵硫桿菌（T.f）、氧化硫硫桿菌（T.t）、耐熱氧化硫桿菌（S.t）四種，這些細(xì)菌的氧化反應(yīng)都必須在酸性環(huán)境中進(jìn)行。堿性浸礦菌種是指能在偏堿性環(huán)境中生存并保持氧化礦物能力的細(xì)菌。但是該菌種的研究較少，而且在浸礦方面尚未得到應(yīng)用。

5 生物氧化影響因素

（1）礦石粒度和礦漿濃度。生物氧化過(guò)程主要發(fā)生于礦物表面，大的比表面積有利于生物氧化過(guò)程的快速進(jìn)行，礦物越細(xì)，礦石和細(xì)菌越容易接觸，氧化速度就會(huì)越快，若使用堆浸工藝，礦石粒度過(guò)細(xì)，就會(huì)阻礙空氣、浸出液的流通，細(xì)菌氧化速度反而會(huì)變慢。對(duì)于低濃度礦漿，粒度越細(xì)，濃度越大，細(xì)菌氧化速度越快；對(duì)于高濃度礦漿，礦漿濃度越大，會(huì)導(dǎo)致氧化速度降低。實(shí)際生產(chǎn)及相關(guān)研究表明，氧化礦漿濃度一般在15%左右，近年來(lái)隨著生物氧化技術(shù)的不斷發(fā)展，氧化礦漿濃度也有所突破，天利公司[3]通過(guò)對(duì)浸礦菌種改良與馴化，將氧化礦漿濃度提高到24%～26%，依然獲得良好的指標(biāo)。

（2）溫度。溫度會(huì)直接影響生物氧化工藝中的生物活性，不同的溫度會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌菌群的優(yōu)勢(shì)菌群發(fā)生變化，甚至?xí)斐删N的死亡，因此生產(chǎn)中需要重點(diǎn)控制氧化槽溫度，提高細(xì)菌的生物活性。目前普遍應(yīng)用的多為嗜中溫細(xì)菌，適宜生長(zhǎng)溫度為35℃～40℃。天利公司[3]生物氧化提金廠通過(guò)對(duì)浸礦菌種不斷改良馴化，使菌種的工作溫度可以控制在38℃～52℃之間，遼寧金鳳黃金礦業(yè)使用的混合菌群溫度耐受范圍在10℃～45℃之間。細(xì)菌生存的溫度區(qū)間大，有利于細(xì)菌對(duì)不同礦種、不同環(huán)境的適應(yīng)性。

（3）礦物中有害化學(xué)成分。礦物中硫化物的有害成分會(huì)嚴(yán)重影響生物氧化效果。金精礦原料中的砷黃鐵礦會(huì)在生物氧化過(guò)程中溶解釋放出來(lái)，對(duì)浸礦微生物造成嚴(yán)重傷害，使生物氧化效率降低甚至停止。為確保生物氧化進(jìn)程平穩(wěn)進(jìn)行，一是提前對(duì)浸礦微生物進(jìn)行耐砷馴化，培養(yǎng)耐砷菌種[4]；二是改變氧化工藝流程，降低氧化礦漿中的As（Ⅲ）濃度。江西三和金業(yè)通過(guò)在原生產(chǎn)流程中添加部分氧化槽，進(jìn)行多級(jí)生物氧化，專門處理高砷金精礦，其中的大部分砷被氧化溶解，經(jīng)固液分離實(shí)現(xiàn)降低金精礦中砷含量的目的，并增加了砷濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)，保證了生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了生物氧化系統(tǒng)的處理能力，實(shí)現(xiàn)了高砷（>10%）金精礦氧化預(yù)處理。

此外，細(xì)菌氧化工藝的影響因素還有pH值、空氣、氧化還原電位等。在生物氧化工藝的生產(chǎn)過(guò)程中，必須對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保細(xì)菌活性，提高氧化速度。

6 難處理金礦生物氧化的主要工藝

（1）細(xì)菌堆浸預(yù)氧化工藝。堆浸工藝最早應(yīng)用于低品位銅礦的浸出，后來(lái)逐步應(yīng)用到金礦資源的回收中。細(xì)菌氧化堆浸工藝和一般堆浸相似，在此過(guò)程中細(xì)菌起主要作用，其通過(guò)直接作用、間接作用及聯(lián)合作用與硫化礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。細(xì)菌氧化堆浸主要用于難處理金礦石的預(yù)處理，經(jīng)細(xì)菌氧化處理后，礦物形成疏松多孔結(jié)構(gòu)，使金被暴露出來(lái)，再用氰化或其它方法浸出金等貴金屬。

（2）攪拌預(yù)氧化槽浸工藝。攪拌浸出多用于高品位礦石或精礦，如金屬硫化礦或難處理金礦的預(yù)處理。較高的磨礦細(xì)度和較低的礦漿濃度有利于細(xì)菌氧化的順利進(jìn)行。在細(xì)菌氧化浸出前，需要將精礦磨至P90=48-75um。在槽浸工藝中需要對(duì)氧化礦漿的溫度、酸度等嚴(yán)格控制。目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)生產(chǎn)廠使用常溫混合菌，主要由T.f、T.t和L.f組成。

7 國(guó)內(nèi)外生物預(yù)氧化工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

自1986年第一個(gè)細(xì)菌氧化提金廠在南非建成后，國(guó)外相繼建成20余座細(xì)菌氧化工廠。雖然我國(guó)對(duì)細(xì)菌氧化處理難浸金礦的研究起步較早，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)上的應(yīng)用比較晚，直至1996年，國(guó)內(nèi)建成首家生物氧化提金廠，每天處理10t難浸金精礦。截至目前，在生產(chǎn)的主要生物氧化提金廠見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)的生物氧化廠

8 生物氧化工藝的幾點(diǎn)建議

細(xì)菌氧化預(yù)處理金礦石廠的投資較低，工藝流程簡(jiǎn)單，操作水平要求比較低，不產(chǎn)生任何氣體和煙塵，氧化液50%以上都可以循環(huán)使用，砷最終存在于浸出渣中或形成沉淀后貯存，不會(huì)造成環(huán)境污染。為使生物氧化預(yù)處理技術(shù)繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大，可以從以下幾方面加強(qiáng)生物氧化技術(shù)研發(fā)。

（1）生物氧化機(jī)理研究。細(xì)菌與硫化礦物的作用機(jī)理研究尚無(wú)突破性進(jìn)展，因此限制了理論研究的系統(tǒng)化和該工藝的工業(yè)化。深入開(kāi)展系統(tǒng)的細(xì)菌氧化機(jī)理研究，為生物氧化工藝的工業(yè)化應(yīng)用提供理論指導(dǎo)意義重大。

（2）耐性菌種的馴化。開(kāi)展嗜熱中高溫菌種培養(yǎng)和馴化，提高氧化效率。其次是礦種性質(zhì)變化較大時(shí)，耐性菌種的馴化顯得格外重要，通過(guò)耐性馴化，拓寬浸礦微生物生存的溫度區(qū)間，避免因溫度變化造成細(xì)菌活性降低甚至死亡。

（3）堿性浸礦菌種研究?，F(xiàn)階段生物氧化所用菌種都是嗜酸微生物，生物氧化預(yù)處理必須在酸性條件下進(jìn)行，對(duì)生物氧化設(shè)備防腐要求高，而且后續(xù)的提金作業(yè)必須對(duì)酸性礦漿進(jìn)行中和，增加了操作工序和藥劑消耗。因此，在以后的研究中建議嘗試打破常規(guī)，對(duì)中性或堿性浸礦菌種進(jìn)行研究，找出一種能夠在中性或堿性條件下氧化礦物的菌種，必然會(huì)有利于生物預(yù)氧化工藝快速推廣。