摘要：某卡林型金精礦為典型難處理金精礦，絕大部分金被黃鐵礦和砷黃鐵礦包裹，直接浸出時金浸出率僅為7.8 %。針對卡林型金精礦提金困難、氰化提金污染嚴重等問題，創(chuàng)新性提出了加壓氧化—鐵礬分解—非氰提金方法?？中徒鹁V經(jīng)加壓氧化預(yù)處理和鐵礬分解處理可實現(xiàn)包裹金的高效解離，氧壓渣和破礬渣在反應(yīng)時間2 h、活性炭用量50 g/L、攪拌速度400 r/min、溫度30 ℃、pH值1.3～1.5、空氣流量2 L/min、液固比4∶1、硫脲用量4 g/L條件下，金浸出率分別為76.2 %和86.1 %，實現(xiàn)了卡林型金精礦的高效、清潔提取。

關(guān)鍵詞：卡林型金精礦；加壓氧化；鐵礬分解；非氰提金；包裹金

中圖分類號：TD953 文章編號：1001-1277（2024）03-0027-05

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20240307

引 言

黃金是稀缺的戰(zhàn)略性金屬，廣泛應(yīng)用于飾品、貨幣儲備及高科技產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟及社會發(fā)展中有著不可取代的作用［1］。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局數(shù)據(jù)，全世界已查明的黃金資源量為8.9萬t，其中約1/3的金礦資源為難處理金礦石，隨著優(yōu)質(zhì)資源的日益消耗，這一比例仍在不斷增加，已成為制約黃金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素［2］。

為有效地從難處理金礦石中回收金，國內(nèi)外開展了大量預(yù)處理提金研究［3-4］，主要方法可分為火法預(yù)處理和濕法預(yù)處理［5］。焙燒法為火法預(yù)處理［6-7］，濕法預(yù)處理可分為加壓氧化法、生物氧化法及其他化學(xué)氧化法等。加壓氧化法作為近年來的新工藝，可有效解決焙燒預(yù)處理過程中SO2或As2O3污染環(huán)境問題［8］；生物氧化預(yù)處理具有原料適用性廣、硫化物分解徹底、反應(yīng)速度快、金回收率高、環(huán)境友好等優(yōu)點，但過程中生物活性不穩(wěn)定，存在氧化速度慢等問題［9-10］；其他化學(xué)氧化法在實際應(yīng)用中也都存在各自的缺點。

大多數(shù)難處理金礦石通過加壓氧化預(yù)處理后不需要對氧壓渣進行二次預(yù)處理，采用常規(guī)浸金方法即可實現(xiàn)金的高效回收。然而，本研究所采用的高砷、高硫、高碳、微細粒的“卡林型”金精礦，作為典型難處理金精礦，性質(zhì)特殊，絕大部分金被黃鐵礦、砷黃鐵礦等包裹，若直接氰化浸出金回收率不到10 ％。該金精礦含有少量含K+的云母類礦物，加上浮選過程中加入大量含Na+的碳酸鹽，在酸性高溫高壓富氧的加壓預(yù)氧化處理過程中，易生成鐵礬，對部分裸露金形成二次包裹，反應(yīng)方程式見式（1）、式（2）。

目前，火法提金方法主要為高溫捕集法，根據(jù)金富集與回收原理，通過造锍熔煉的方法來處理難處理金礦，該方法存在投入成本高、煙氣污染嚴重等問題。濕法提金方法有氰化法、硫脲法、石硫合劑法、鹵素及其化合物法等［11-15］。氰化法是現(xiàn)代黃金提取的主要方法，雖然應(yīng)用廣泛，但是存在生產(chǎn)周期長，工作環(huán)境惡劣，環(huán)境污染嚴重，浸出過程中產(chǎn)生大量含氰廢水、廢渣等缺點［16］。因此，研究一種新的環(huán)境友好型非氰提金方法刻不容緩。

基于此，本文針對難處理金精礦提金困難、氰化提金污染嚴重等問題，創(chuàng)新性提出了卡林型金精礦加壓氧化—鐵礬分解—非氰提金方法（見圖1）。采用XRD、ICP、MLA、SEM-EDS等分析手段對卡林型金精礦預(yù)處理前后礦相進行工藝礦物學(xué)分析，明晰預(yù)處理礦相重構(gòu)過程；通過查明多元素相轉(zhuǎn)化熱力學(xué)條件，對鐵礬分解機理進行分析，構(gòu)建二段破礬精準調(diào)控機制；開展非氰提金因素試驗，確定了非氰提金優(yōu)化參數(shù)，實現(xiàn)了金的高效、清潔提取。本研究不僅為卡林型金精礦資源化利用提供了一條高效、清潔、環(huán)保的途徑，且技術(shù)原理具有一定的普適性，可以運用于其他領(lǐng)域的加壓氧化預(yù)處理工藝中。該技術(shù)的提出豐富了加壓氧化預(yù)處理工藝。

1 試驗研究

1.1 試驗原料

試驗原料取自貴州某黃金冶煉公司產(chǎn)出的卡林型金精礦，該金精礦經(jīng)110 ℃干燥后磨細并篩分，過孔徑-74 μm篩。礦石礦物組成分析結(jié)果見表1。該金精礦中金屬硫化物主要為黃鐵礦、砷黃鐵礦，偶見方鉛礦、閃鋅礦；脈石礦物主要有石英、碳酸鹽、云母、石墨（有機碳）等；金屬氧化物主要有褐鐵礦等。

1.2 試驗方法

對卡林型金精礦進行酸化預(yù)處理，以消除礦石中碳酸鹽對加壓氧化過程的影響。而后補加硫酸，控制酸化終點pH值為1.0～1.5，攪拌均勻后將礦漿移入2 L酸性加壓氧化反應(yīng)釜中，在溫度220 ℃、氧分壓0.8 MPa、總壓2.3～2.6 MPa、攪拌速度550 r/min、時間2.5 h條件下進行加壓氧化預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后，待反應(yīng)釜溫度和壓力降低至適宜值，將礦漿取出洗滌過濾后，氧壓渣進行破礬處理。

將氧壓渣按液固比3∶1加入反應(yīng)釜中，加入氫氧化鈉控制pH值為11～12，破礬溫度控制在90 ℃～95 ℃，待破礬結(jié)束后，采用二段逆流洗滌得到破礬渣進入非氰浸出工序。每次稱取一定質(zhì)量的破礬渣置于反應(yīng)釜中，加入一定量純水，配成一定液固比的溶液體系，補加適量硫酸調(diào)節(jié)pH值為1.5～2.0，攪拌均勻后加入適量硫脲，并通入空氣。浸出過程實時添加硫酸控制pH在適宜區(qū)間，反應(yīng)完成后真空過濾，取浸出液量體積，浸出渣用洗滌水分兩次傾倒洗滌，濾餅在110 ℃下烘干后稱量。

1.3 分析檢測與表征

樣品中金元素的分析采用火試金法，鐵、硫、砷等元素的定量分析采用ICP-AES分析儀（美國熱電公司IRIS interprid Ⅲ XRS型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀）測定。樣品的微觀形貌采用SEM（Japan jeol JSM-6360LV，20 kV）進行分析。樣品的物相組成采用X射線衍射（日本理學(xué)TTRAX-3型，測試電壓為50 kV，測試電流為300 mA，掃描條件為10°/min）進行分析。金浸出率計算公式見式（3）。

η=（1-mw/m0w0）×100 %（3）

式中：η為浸出率（%）；m0和m分別為樣品質(zhì)量（g）和浸出渣質(zhì)量（g）；w0和w分別為樣品和浸出渣中金質(zhì)量分數(shù)（%）。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 酸性加壓氧化預(yù)處理

卡林型金精礦及氧壓渣金物相分析結(jié)果見表2。由表2可知：預(yù)處理后，裸露金分布率由4.23 %增加至80.36 %，酸性加壓氧化預(yù)處理工藝可有效打開金的包裹，大部分硫化物中包裹金得到釋放和暴露，利于金的浸出。氧壓渣中鐵化合物包裹金為13.64 %，較卡林型金精礦升高10.07百分點，這是由于酸性高溫高壓條件下，礦相重構(gòu)過程中生成鐵礬，鐵礬較穩(wěn)定，在卸壓降溫過程中鐵礬未完全溶解，部分單質(zhì)金被鐵礬包裹。

卡林型金精礦及氧壓渣硫、碳物相分析結(jié)果見表3。由表3可知：酸性加壓氧化預(yù)處理過程中，硫化物幾乎完全氧化分解，氧化效果良好。由于硫氧化動力學(xué)因素，仍然存在1.09 %單質(zhì)硫未被氧化，其可能對金形成包裹，不利于金的浸出。氧壓渣中有機碳占比98.36 %，碳酸鹽占比降低至1.64 %。卡林型金精礦經(jīng)酸性加壓氧化預(yù)處理后，碳酸鹽幾乎分解完全。氧壓渣中有機碳對金有吸附作用，因此在浸金過程中考慮采用炭浸法。

2.2 氧壓渣鐵礬分解

鐵礬礦物形成及分解示意圖見圖2。鐵礬類礦物的形成是一個吸熱的過程，在加壓氧化預(yù)處理卸壓過程中，體系溫度和硫酸鐵濃度較高，卡林型金精礦

含有少量含K+的云母類礦物，加上原生礦在浮選過程中加入的碳酸鈉引入大量Na+，易生成性質(zhì)穩(wěn)定的鐵礬類礦物，在酸性溶液中具有很小的溶解度，對部分裸露金形成二次包裹。將氧壓渣按液固比3∶1加入反應(yīng)釜中，加入氫氧化鈉控制pH值為11～12，攪拌速度450 r/min，破礬溫度控制在90 ℃～95 ℃，反應(yīng)時間2 h。在高溫強堿體系中，鐵礬類礦物與氫氧化鈉反應(yīng)吉布斯自由能小于0，易與氫氧化鈉反應(yīng)生成不溶于水的氫氧化鐵沉淀，氫氧化鐵沉淀可使反應(yīng)正向進行，加速鐵礬分解，打開鐵礬對金的二次包裹，有利于浸出劑與金的接觸，實現(xiàn)金的高效浸出，反應(yīng)方程式及吉布斯自由能見式（4）、式（5）。

卡林型金精礦、氧壓渣和破礬渣XRD物相圖譜見圖3。由圖3可知：卡林型金精礦中主要物相為二氧化硅、碳酸鈣鎂、黃鐵礦，氧壓渣中主要物相為鐵礬、硫酸鈣和二氧化硅，破礬渣中主要物相為二氧化硅、氧化鐵和硫酸鈣。

卡林型金精礦、氧壓渣和破礬渣EDS物相圖譜見圖4。由圖4可知：區(qū)域1中硅原子數(shù)量占比為25.67 %，氧原子數(shù)量占比為67.17 %，區(qū)域1主要物相可能為二氧化硅。區(qū)域2中鐵原子數(shù)量占比為34.01 %，硫原子數(shù)量占比為61.26 %，區(qū)域2主要物相可能為黃鐵礦。區(qū)域3中氧原子數(shù)量占比為67.49 %，鎂原子數(shù)量占比為16.08 %，鈣原子數(shù)量占比為13.82 %，區(qū)域3主要物相可能為碳酸鈣鎂。區(qū)域4中氧原子數(shù)量占比為67.49 %，硅原子數(shù)量占比為31.37 %，區(qū)域4主要物相可能為二氧化硅。區(qū)域5中氧原子數(shù)量占比為59.07 %，鐵原子數(shù)量占比為23.15 %，硫原子數(shù)量占比為14.57 %，區(qū)域5主要物相可能為硫酸鐵。區(qū)域6中氧原子數(shù)量占比為70.03 %，鈣原子數(shù)量占比為12.78 %，硫原子數(shù)量占比為13.71 %，區(qū)域6主要物相可能為硫酸鈣。區(qū)域7中硅原子數(shù)量占比為16.01 %，氧原子數(shù)量占比為77.33 %，區(qū)域7主要物相可能為二氧化硅。區(qū)域8中硅原子數(shù)量占比為8.59 %，鐵原子數(shù)量占比為22.65 %，氧原子數(shù)量占比為61.00 %，區(qū)域8主要物相可能為二氧化硅和氧化鐵。區(qū)域9中硅原子數(shù)量占比為13.85 %，鐵原子數(shù)量占比為13.73 %，氧原子數(shù)量占比為57.84 %，鈣原子數(shù)量占比為14.12 %，區(qū)域9主要物相可能為二氧化硅、氧化鈣和氧化鐵混合物。

2.3 硫脲非氰提金

在反應(yīng)時間2 h、活性炭用量50 g/L、攪拌速度400 r/min、溫度30 ℃、pH值1.3～1.5、空氣流量2 L/min、液固比4∶1條件下，開展卡林型金精礦、氧壓渣和破礬渣3種不同原料的硫脲用量試驗，試驗結(jié)果見圖5。

當硫脲用量為4 g/L時，卡林型金精礦、氧壓渣和破礬渣中金浸出率分別為7.8 %、76.2 %和86.1 %，卡林型金精礦中金浸出率較低，酸性加壓氧化預(yù)處理可有效提高金的浸出率。經(jīng)過堿性體系鐵礬分解后，破礬渣中金浸出率較氧壓渣可進一步提高9.9百分點。試驗結(jié)果表明，酸性加壓氧化預(yù)處理和堿性體系鐵礬分解均可有效提高硫脲體系金浸出率。

3 結(jié) 論

1）某卡林型金精礦絕大部分金被包裹，經(jīng)酸性加壓氧化預(yù)處理后，裸露金由4.23 %增加至80.36 %，酸性加壓氧化預(yù)處理工藝可有效打開金包裹。

2）氧壓渣中鐵化合物包裹金為13.64 %，表明酸性加壓氧化過程中生成鐵礬對單質(zhì)金二次包裹。

3）氧壓渣經(jīng)堿性鐵礬體系預(yù)處理后，破礬渣硫脲非氰提金體系金浸出率可由76.2 %提高至86.1 %，堿性鐵礬工序可有效實現(xiàn)鐵礬分解包裹金的解離。

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Research on pressure oxidation-iron alum decomposition-non-cyanide gold extraction of Carlin-type" gold concentrate

Chen Rucan1，Zhang Lei1，2，Guo Xueyi1，2，Tian Qinghua1，2，Li Dong1，2，Zhong Shuiping3

（1.School of Metallurgy and Environment，Central South University;2.China Clean Metallurgy Engineering Research Center，China Nonferrous Metals Industry Association;

3.Zijin School of Geology and Mining，F(xiàn)uzhou University）

Abstract：A Carlin-type gold concentrate is a typical refractory gold concentrate，and most of the gold is encapsulated in pyrite and arsenopyrite，with a gold leaching rate of only 7.8 % by direct leaching.In order to address the difficult gold extraction and severe pollution caused by cyanide leaching in Carlin-type gold concentrate，a gold extraction method using pressure oxidation-iron alum decomposition-non-cyanide gold extraction was proposed.The encapsulated gold can be effectively dissociated after pre-treatment by pressure oxidation and iron alum decomposition.The gold leaching rates of oxygen pressure residue and alum destruction slag were 76.2 % and 86.1 %，respectively，under the following conditions：reaction time of 2 h，activated carbon dosage of 50 g/L，stirring speed of 400 r/min，temperature of 30 ℃，pH value of 1.3-1.5，air flow rate of 2 L/min，liquid-solid ratio of 4∶1，and thiourea dosage of 4 g/L.This method realizes efficient and clean extraction of Carlin-type refractory gold concentrate.

Keywords：Carlin-type gold concentrate;pressure oxidation;iron alum decomposition;non-cyanide gold extraction;encapsulated gold

收稿日期：2023-10-06; 修回日期：2023-12-28

基金項目：博士后創(chuàng)新人才支持計劃（BX20230438）；湖南省環(huán)保廳環(huán)境保護科研課題（HBKYXM-2023022）

作者簡介： 陳汝璨（2000—），男，碩士研究生，研究方向為金清潔提??；E-mail：chen_rc@csu.edu

*通信作者：張 磊（1991—），男，博士，研究方向為金清潔提取及含砷固廢無害化處理；E-mail：zhang_lei@csu.edu.cn