楊曉峰, 趙 旭, 梁樹豐, 張子韓

(黑龍江科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院, 哈爾濱 150022)

0 引 言

中國在過去十年中,一直保持著黃金產(chǎn)量世界第一。2021年中國金礦開采量為370 t,高于2020年的365 t[1]。近年來新勘探發(fā)現(xiàn)的金礦資源稟賦差,且多為低品位礦,平均開采品位由1998年的5 g/t下降到了2016年的1 g/t。同時易處理金礦資源越來越少,難處理金礦資源占比越來越多,金礦資源的稀缺性問題越來越突出[2-3]。

直接從礦石中提取金的方法主要有氰化法、硫脲法、硫代硫酸鹽法、碘化法等。其中氰化法具有選擇性好、生產(chǎn)成本低、設(shè)備腐蝕小、浸出率高等特點(diǎn),一直是金礦最主要的提金方法[4]。但對于含硫、砷較高的金礦來說,直接浸出工藝很難取得較好的浸出指標(biāo),且含氰廢液的處理成本較高,對環(huán)境危害大[5]。

山東某金礦冶煉廠采用直接氰化浸出工藝,處理不同礦區(qū)浮選獲得的金精礦。在處理某高硫砷金精礦時,浸出尾渣平均含Au 4.5 g/t,即使增加浸出時間、提高氰化濃度等方法均無明顯效果,數(shù)年來堆存了上萬噸該類型浸出尾渣,不但導(dǎo)致資源浪費(fèi),且對環(huán)境造成危害。文中對該尾渣進(jìn)行研究,目的是避免資源浪費(fèi),提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石多元素分析

該尾渣多元素分析結(jié)果見表1。由表1中可知,經(jīng)過氰化浸出后的尾渣中含金較高,達(dá)4.86 g/t,有害元素S、As含量高,分別為25.04%和1.80%。脈石礦物主要為二氧化硅及硅酸鹽類礦物。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

1.2 金物相分析

尾渣中金的物相分析結(jié)果見表2。從表2中可以看出,氰化尾渣中的金主要賦存在硫化礦中,占比為81.89%。

表2 金物相分析結(jié)果

2 選礦試驗(yàn)

從表2金的物相分析結(jié)果看出,金與硫化礦共生關(guān)系密切,首先考慮到采用浮選工藝對尾渣中的硫化礦進(jìn)行富集,得到高品位金精礦。該礦粒度較細(xì),-0.074 mm占94.86%,-0.043 mm占比大于87%。為考查尾渣中主要硫化礦解離情況,對其解離度進(jìn)行了分析。

黃鐵礦含量45.20%,單體解離度大于95%,粒度在0.005 mm至0.06 mm之間。閃鋅礦含量5.52%,單體解離度大于95%,粒度在0.05 mm至0.06 mm之間。方鉛礦含量4.17%,單體解離度大于95%,粒度在0.01 mm至0.05 mm之間。黃銅礦含量0.80%,單體解離度大于95%,與黃鐵礦、閃鋅礦連生,少數(shù)呈乳滴狀被閃鋅礦包裹,粒度大小在0.005 mm至0.07 mm之間。

解離度分析顯示尾渣中主要硫化礦解離情況較好,浮選前無需進(jìn)行磨礦?？紤]到浮選礦石為氰化浸出后的尾礦,硫化礦被氰化物抑制后可浮性較差,因此對調(diào)整劑種類進(jìn)行條件試驗(yàn)[6]。試驗(yàn)流程見圖1,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 浮選試驗(yàn)流程Fig.1 Flotation test flow

表3 浮選試驗(yàn)結(jié)果

從表3中可以看出,對含金4.85 g/t的尾渣進(jìn)行浮選實(shí)驗(yàn),無論采用哪種調(diào)整劑,精礦產(chǎn)率太高,富集比低,試驗(yàn)指標(biāo)差。主要原因在于該尾渣中硫化礦含量較高,黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦四種硫化礦礦物含量占55.69%,即使通過浮選回收后精礦富集比也不會顯著提升。另外,考慮到該礦為浸出后的尾渣,含金礦物應(yīng)屬難浸礦物,即使通過浮選得到精礦,后續(xù)提金難度較大。因此,放棄采取浮選工藝對該尾渣中的金進(jìn)行回收。

3 焙燒預(yù)處理試驗(yàn)

3.1 金的賦存狀態(tài)

為查明金的賦存狀態(tài),對該尾渣進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究。研究過程中未發(fā)現(xiàn)獨(dú)立顆粒的自然金,也未發(fā)現(xiàn)微細(xì)粒包裹體形式存在的自然金。進(jìn)一步對樣品中的礦物進(jìn)行元素分布掃描,見圖2、3。結(jié)果顯示,金在硫化物中有明顯富集現(xiàn)象,金與硫化物相關(guān)性最大,說明金主要以類質(zhì)同象形式存在于硫化礦中。且礦石中含硫、砷較高,是導(dǎo)致尾渣中含金高的主要原因。

圖2 SEM面掃元素分布Fig.2 SEM surface scan element distribution

圖3 各元素SEM面掃分布Fig.3 SEM surface scan distribution of each element

3.2 焙燒預(yù)處理探索性試驗(yàn)

為回收尾渣中的金,對其分別進(jìn)行了直接浸出、一段氧化焙燒+浸出、二段氧化焙燒+浸出、還原焙燒+浸出、化學(xué)氧化+浸出,浸出劑均采用1 g/L氰化鈉溶液(pH=11),液固比為3∶1,轉(zhuǎn)速600 r/min,浸出時間12 h。試驗(yàn)參數(shù)及指標(biāo)見表4。其中,θ代表焙燒溫度,t代表焙燒時間。

表4 焙燒預(yù)處理探索性試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出,直接浸出效果欠佳,主要由于其為浸出后尾礦,基本無暴露的明金。二段氧化焙燒預(yù)處理效果最佳,浸出率62.22%。后續(xù)將對二段氧化焙燒條件進(jìn)行優(yōu)化。

3.3 焙燒條件優(yōu)化

在浸出時間12 h,液固比3∶1,pH值11,氰化鈉濃度1 g/L的條件下,分別進(jìn)行了一段焙燒溫度、焙燒時間、二段焙燒溫度、二段焙燒時間的條件試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同焙燒條件下浸出率變化曲線Fig.4 Change curve of leaching rate under different roasting conditions

從試驗(yàn)結(jié)果中看出,最佳條件為:一段焙燒溫度650 ℃,焙燒時間1 h;二段焙燒溫度700 ℃,焙燒時間75 min,此時金的浸出率為66.54%。

4 環(huán)保浸出藥劑的選擇

由于氰化鈉具有來源廣泛、價(jià)格低廉、金的浸出率高、浸出過程易控、礦石適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),一直被廣泛應(yīng)用于各金礦企業(yè)[7]。但是氰化鈉屬劇毒藥劑,對環(huán)境污染嚴(yán)重,各選礦廠在審批、生產(chǎn)、擴(kuò)建過程中受到極大限制。因此,選擇低毒、無毒浸出劑替代氰化鈉,亦是研究重點(diǎn)。

結(jié)合礦石性質(zhì)并考慮浸出率、浸出過程易控等因素,選用金蟬、碘化鉀對焙燒預(yù)處理后的礦石進(jìn)行浸出試驗(yàn)。金蟬有效成分為碳化三聚氰酸鈉(C3N3Na3O3)和硫脲(SC(NH2)2)。碘化浸金屬于鹵素法中的一種,浸金過程中碘與金形成絡(luò)合物比氯化法和溴化法要穩(wěn)定([AuI2]->[AuBr2]->[AuCl2]-)[8-9]。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 不同藥劑對金浸出率的影響Fig.5 Influence of different reagents on gold leaching rate

從圖5的結(jié)果可以看出,采用金蟬作為浸出劑取得了與氰化鈉相似的效果,浸出率為67.05%,碘化浸金效果優(yōu)于氰化鈉,浸出率達(dá)到了71.64%。由于碘化浸出后,浸出液中回收碘的工藝復(fù)雜、成本較高,因此采用低毒的金蟬作為浸出劑。采用二段氧化焙燒后進(jìn)一步對浸出過程進(jìn)行優(yōu)化,金蟬浸出的最佳條件為:金蟬濃度為1.0 g/L,pH值為11.5,液固比2.5∶1,浸出時間32 h,此時金的浸出率為72.53%,尾渣含金1.33g/t。

5 最終尾礦中金的賦存狀態(tài)

冶煉廠尾渣中金的浸出率已經(jīng)達(dá)到72.53%。但尾礦中仍含金1.33 g/t。為查明原因,對尾礦中金的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究。尾礦XRD分析見圖6。

圖6 尾礦XRD分析結(jié)果Fig.6 XRD analysis results of tailings

從圖6中可以看出,尾礦中主要成分為Fe2O3和SiO2,說明采用二段焙燒硫、砷的脫除效果較好,黃鐵礦和毒砂充分轉(zhuǎn)換為Fe2O3,即硫、砷不是導(dǎo)致金損失在尾渣中的主要原因。再結(jié)合工藝礦物學(xué)研究結(jié)果“金是以類質(zhì)同象形式賦存在礦石中,且與硫化礦共生關(guān)系密切”,在較高的焙燒溫度下金可能會二次包裹于礦石,特別是Fe2O3中。因此,對尾礦進(jìn)行除鐵,研究除鐵率與金浸出率的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 尾礦鐵的脫除出率與金浸出率的關(guān)系Fig.7 Relationship between iron removal rate and gold leaching rate of tailings

從圖7中可以看出,隨著鐵的脫出率不斷增加,金的浸出率也不斷上升。當(dāng)鐵的脫出率為80.33%時,金的浸出率達(dá)到了88.45%,此時尾礦含金降為0.55 g/t,說明最終尾礦中仍有一部分金呈包裹體形式存在與Fe2O3中。

6 結(jié) 論

化學(xué)分析和工藝礦物學(xué)研究顯示,尾渣含金高的主要原因是其含S 25.04%,含As 1.80%,屬高硫砷難處理礦石。此外,金主要以類質(zhì)同象形式賦存在硫化礦中,難以通過直接浸出進(jìn)行回收利用。

(1)在直接浸出、浮選富集效果不佳的情況下,對礦石進(jìn)行焙燒預(yù)處理,發(fā)現(xiàn)二段氧化焙燒+浸出工藝效果最好,焙砂中主要成分為Fe2O3和SiO2,說明采用二段焙燒硫、砷的脫除效果較好,黃鐵礦和毒砂充分轉(zhuǎn)換為Fe2O3。浸出劑用金蟬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氰化鈉。在金蟬濃度為1.0 g/L,pH值為11.5,液固比2.5∶1,浸出時間32 h,金的浸出率為72.53%,尾渣含金1.33 g/t。

(2)為考查損失在尾渣中金的賦存狀態(tài),對二段氧化焙燒后的礦石進(jìn)行酸處理后再用金蟬浸出,當(dāng)Fe2O3脫除率為80.33%時,金的浸出率達(dá)到了88.45%,尾礦含金降為0.55 g/t,說明在焙燒過程中金被Fe2O3二次包裹造成了一定的金損失。