摘要：目前，氰化浸金依然是最常用的提金方法，普遍認可的3種機理分別為埃爾斯納的氧論、波特蘭德的過氧化氫論和布恩斯特的腐蝕論。從氰化浸金的3種機理出發(fā)，分析氰化浸金的影響因素，綜述強化氰化浸金的研究進展。研究表明，礦石性質、溶解氧和氰化物濃度、礦石粒度是氰化浸金的主要影響因素，氰化浸金的強化工藝主要有微裂紋強化、氧化劑強化、礦石預處理、制粒堆浸、超聲波強化、重金屬強化和外加物理場強化等。

關鍵詞：氰化浸金；機理；影響因素；強化工藝

中圖分類號：TF831 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-0-07

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.046

Research progress on the three major mechanisms and strengthening processes of cyanide leaching of gold

CHE Xian

（Zijin Mining Group Co.， Ltd.， Shanghang 362400， China）

Abstract： At present， cyanide leaching is still the most commonly used method for gold extraction， and the 3 widely recognized mechanisms are Elsner’s oxygen theory， Portland’s hydrogen peroxide theory， and Ernst’s corrosion theory. Starting from the 3 mechanisms of cyanide leaching of gold， the influencing factors of cyanide leaching of gold are analyzed， and the research progress is summarized on strengthening cyanide leaching of gold. Research has shown that ore properties， dissolved oxygen and cyanide concentration， and ore particle size are the main influencing factors of cyanide leaching of gold， and the strengthening processes of cyanide leaching of gold mainly include microcrack strengthening， oxidant strengthening， ore pretreatment， granulation heap leaching， ultrasonic strengthening， heavy metal strengthening， and external physical field strengthening.

Keywords： cyanide leaching of gold; mechanism; influencing factors; strengthening processes

黃金既是儲備和投資的一種特殊通貨，又是珠寶業(yè)、電子業(yè)、現(xiàn)代通信業(yè)、航空航天業(yè)和其他部門的重要材料。根據(jù)浸金藥劑是否含有氰化物的標準，提金方法可以分為氰化法和非氰化法。硫脲、硫代硫酸鹽、硫氰酸鹽和鹵素等非氰藥劑被認為是環(huán)境友好的提金試劑，但低浸出率和高成本制約其在工業(yè)生產中的應用和推廣[1]。氰化物是劇毒藥劑，對人體和環(huán)境危害較大，但氰化法仍然是最常用的提金方法，據(jù)統(tǒng)計，全球超過90%的黃金采用的是氰化法[2]。氰化法提金工藝有氰化-炭漿法、氰化-炭浸法、氰化-吸附樹脂法和堆浸法等[3]。隨著金礦的開采，低品位難處理金礦逐漸增多，礦石性質、工藝參數(shù)等因素嚴重影響氰化浸金率。為提高金的回收率，降低氰化鈉消耗量，研究人員提出微裂紋強化、氧化劑強化、礦石預處理、制粒堆浸、超聲波強化、重金屬強化和外加物理場強化等方法，為金礦的氰化浸出提供不斷發(fā)展的新動力，豐富氰化浸金的理論和實踐內容。

1 氰化浸金機理

氰化鈉、氰化鉀是工業(yè)常用的浸金氰化劑，氰化物對金的溶解機理尚不明確。目前普遍認可的氰化浸金機理有3種[4]，即埃爾斯納的氧論、波特蘭德的過氧化氫論和布恩斯特的腐蝕論，這為氰化浸金時提高金浸出率、降低氰化鈉消耗量提供理論基礎。

1.1 埃爾斯納的氧論

埃爾斯納的氧論認為，空氣中的氧氣在金的溶解中起重要作用。金在水中與CN-、溶解氧發(fā)生反應，最終形成Au（CN）2-絡合物進入溶液[5]，具體反應如式（1）所示。

4Au+8CN-+O2+2H2O=4Au（CN）2-+4OH-（1）

1.2 波特蘭德的過氧化氫論

根據(jù)波特蘭德的過氧化氫論，黃金在氰化物溶液溶解過程中產生一種中間產物H2O2，這種中間產物對金的溶解起重要作用。該理論認為，金在氰化物溶液內的溶解過程分兩步，如式（2）和式（3）所示，其總反應式與式（1）相同。

2Au+4CN-+O2+2H2O=2Au（CN）2-+2OH-+H2O2（2）

2Au+4CN-+H2O2=2Au（CN）2-+2OH-（3）

1.3 布恩斯特的腐蝕論

布恩斯特的腐蝕論認為，金在氰化物溶液中的溶解是電化學腐蝕過程，存在電子得失及氧化還原反應。金礦顆粒內部存在電位不平衡現(xiàn)象，有電子流動，金礦顆粒表面形成帶正電的陽極區(qū)與帶負電的陰極區(qū)，氰化浸金是金在陽極失去電子，成為Au+，與溶液中的CN-結合，形成Au（CN）2-絡合離子，而溶液中的溶解氧在陰極得到電子并與水反應生成H2O2，H2O2再次反應生成OH-。陽極區(qū)發(fā)生的反應如式（4）和式（5）所示，陰極區(qū)發(fā)生的反應如式（6）所示。

Au=Au++e-（4）

Au++2CN-=Au（CN）2-（5）

O2+2H2O+2e-=H2O2+2OH-（6）

2 氰化浸金的影響因素

雖然氰化物可以將金從礦石中提取出來，但是浸金過程受到多種因素的影響，如礦石性質、工藝參數(shù)等。

2.1 礦石性質

礦石性質是影響氰化浸金的重要因素。金礦石的品位一般較低，脈石礦物和其他礦物是主要成分，這些礦物的存在顯著影響金的氰化浸出率。根據(jù)金的難浸程度[6]，金礦可以分為4類，即極易浸（金浸出率r＞95%）、易浸（80%＜r≤95%）、難浸（50%＜r≤80%）和極難浸（r≤50%）。金難浸的原因主要有物理包裹、化學鎖金、耗氧耗氰礦物的存在、金顆粒表面的鈍化作用和碳質物的劫金作用等。

2.1.1 物理包裹

卡林型金礦主要產于沉積巖中的微細浸染型金礦床，又被稱為微細浸染型金礦，游離態(tài)的金呈細粒或次顯微粒狀被包裹或浸染于氧化礦物、硫化物礦物和硅酸鹽礦物[7]。這種被包裹和微細浸染的金礦物磨礦成本大，即使用細磨方法，也很難解離，導致金不能與氰化物接觸，金浸出率不高。

2.1.2 化學鎖金

在有些礦床中，金是在硫化物和碲酸鹽礦物中化學結合的，而不是作為離散的金屬包裹體存在，金在硫化物和含碲礦物中呈點狀結合[8-10]。CHEN等[11]通過研究電子與結構，發(fā)現(xiàn)金最有可能并入間隙晶格位置和取代硫原子，以Au+的形式存在于黃鐵礦。此外，某些礦石中，金以碲化物（如碲金礦、碲銀金礦、碲銻金礦、碲銅金礦）、固熔體銀金礦以及其他合金形式存在，在氰化物溶液中，反應較慢，通常需要進行氯化或焙燒預處理。

2.1.3 耗氰的礦物

礦石中存在砷、銅、銻、鐵、錳、鉛、鋅、鎳、鈷等的金屬硫化物和氧化物。它們在堿性氰化物溶液中有較高的溶解度，大量消耗溶液中的氰化物和溶解的氧，并形成各種氰絡合物和硫氰酸鹽，從而影響金的氰化和浸出。理論上，0.5 g氰化物就可與1 g金結合，但在實際生產中，氰化鈉消耗量是理論值的20～200倍。氰化鈉消耗量主要取決于原礦中其他消耗氰化物的礦石含量[12]。部分消耗氰化物的有害礦物如表1所示。

氧在氰化浸金中起著非常重要的作用，有些礦物易迅速氧化而消耗大量溶解氧，此類礦物有磁黃鐵礦、白鐵礦、黃鐵礦、砷黃鐵礦和毒砂等。一般來說，當?shù)V漿濃度為50%時，溶解氧濃度只有4 mg/L，若礦石中存在含量為2%的磁黃鐵礦，就可消耗全部的溶解氧[12]。

2.1.4 金顆粒表面的鈍化作用

硫化礦物通過在金顆粒表面形成保護層或表面產物，或二者的結合來降低金氰化的速度。Zia等[13]指出，單質硫、S2-、多硫化物、四硫代硫酸根和亞硫酸鹽直接通過金表面的鈍化作用影響金的浸出過程。對于鈍化膜的組成，人們對此展開大量研究。Baron等[14]指出，硫化物離子、聚合硫醚和聚硫氰酸酯均為硫代硫酸鹽降解產物，已被確定為金表面形成鈍化膜的主要影響因素。PAN等[15]認為，金表面沉積羥基金或堿式氰化金。此外，低氧濃度會導致低氧化狀態(tài)，金表面形成AuCN的鈍化層[16-17]。楊永斌等[18]通過掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和X射線光電子能譜儀等設備分析金氰化后表面形成的鈍化膜，指出其主要成分為AuCN、羥基金和堿式氰化金。無論鈍化膜以何種形式存在，都會阻礙氰化物與金顆粒的進一步反應，導致浸出效果變差。

2.1.5 碳質物劫金作用

活性炭、石墨和腐殖酸等碳質物可以存在于礦石[19]。這些碳質物在氰化浸出過程中搶先吸附金氰絡合物，形成劫金效應，嚴重影響金的回收。有必要明確碳質物劫金的機理，消除或避免劫金效應。然而，碳質物中金的具體存在形式尚不明確，核磁共振也未發(fā)現(xiàn)金與有機碳質間的化學鍵結合的充分證據(jù)，因而金以超微粒級包裹體吸附或膠體吸附形式存在[20]。碳質物中，炭吸附金的行為類似于活性炭，主要機理有離子對吸附、靜電吸附、炭表面官能團的離子交換等[19]，而腐殖酸對金浸出的影響[21]體現(xiàn)在2個方面。一方面，腐殖酸能與已溶解的氰亞金酸鹽發(fā)生反應而造成劫金現(xiàn)象。另一方面，在礦石形成過程中，金有可能與腐殖酸形成絡合物，因而難以氰化浸出。

2.2 溶解氧和氰化物濃度

礦漿中，溶解氧和氰化物濃度對金浸出率有重要影響。研究表明，當CN-與O2的濃度比大于6時，金的溶解受氧擴散控制；當CN-與O2的濃度比小于6時，金的溶解反應由CN-的擴散控制[22]。當氰化物濃度小于0.15%時，金浸出率隨氰化物濃度增加而直線增大，但當氰化物濃度超過0.15%時，氰化物濃度增加反而導致浸出率下降[23]。根據(jù)埃爾斯納的氧理論和布恩斯特的腐蝕論，作為氧化劑，氧位于陰極反應區(qū)，在氰化浸金中扮演重要角色，若礦漿中溶解氧不足，氰化物在金顆粒表面產生一層鈍化膜，導致浸出效果變差。溶解氧可以影響金的氰化速度，但溶液的溶解氧濃度大于5 mg/L時，金的氰化速度與溶解氧濃度無關[24]。童雄等[25]認為，氧并不是氰化過程中唯一的氧化劑，只要氧化劑的氧化還原電位大于-0.54 V，氰化溶金反應在熱力學角度可行。

2.3 礦石粒度

礦石粒度影響金粒的暴露面積。隨著礦石粒度的減小，金解離度增加，金暴露變多，氰化物與金顆粒的接觸面積增大，使更多的金溶出。當粒度減小到一定程度時，金的解離度不再增加，礦石的碎磨能耗呈直線上升，產生巨大的生產成本。對于金礦的堆浸作業(yè)，礦石粒度顯得尤為重要。減小粒度有利于提高金的回收率，但是粒度減小嚴重影響堆浸的滲透性，導致氰化物溶液無法通過礦堆內部，從而影響浸出效果。

3 強化氰化浸金的研究進展

3.1 微裂紋強化

礦石在發(fā)育和破碎過程中會產生微裂紋和微孔隙。微裂紋的存在增加礦物的暴露面積，有些金顆粒通過微裂紋與礦物表面相連，浸出液通過微裂紋的滲透和擴散作用和這些處于礦石內部的金接觸，從而將金溶解出來。GHORBANI等[26]研究發(fā)現(xiàn)，含有微裂紋的礦石浸出反應區(qū)包括顆粒表面和與微裂紋相連的次表面區(qū)，而不含微裂紋的顆粒反應區(qū)僅限于顆粒表面。唐遠等[27]對低品位金礦進行柱浸試驗，結果表明，氰化鈉浸出液先與礦石表面暴露的金反應，然后通過微裂紋與礦石內部的金反應，浸出結果表明，微裂紋使金浸出率提高3.5%～6.8%，氰化鈉消耗量降低3.2%～11.3%。對于低品位金礦堆浸來說，微裂紋的存在不僅提高浸出率，還有效縮短浸出周期。YIN等[28]建立涉及微裂紋的長度、寬度和深度等特性的微裂紋浸礦模型，定量分析微裂紋對金礦浸出的強化作用。Chen等[29]建立模型進行預測，當浸出率達到90%時，不含微裂紋的礦石浸出需要83.9 d，而含有大量微裂紋的礦石浸出只需要73.3 d，有效縮短浸出周期。

3.2 氧化劑強化

氰化浸出過程可以添加具有強氧化性的過氧化物，如H2O2、Na2O2和CaO2等，該工藝具有增加溶解氧濃度、溶金速度快、降低氰化物用量、投資小和易推廣等特點[30]。H2O2可用于金礦氰化浸出工藝，過氧化物輔助浸出法應用于金礦浮選尾礦氰化浸出時，加入H2O2，浸出6 h就可使金浸出率達到73%，比常規(guī)氰化時間縮短18 h，浸出率提高12%[30]。固體CaO2便于運輸保存，在pH較高的環(huán)境中能穩(wěn)定、均勻地放氧，避免活性較大的H2O2發(fā)生副反應[31]。過氧化物可以顯著提高金浸出率，縮短浸出周期，具有很大的應用價值。近年來，國內對過氧化物強化浸金的研究依然較為缺乏，礦山應用較少。

3.3 礦石預處理

有些金礦被硅酸鹽、硫化礦等礦物包裹，直接浸出導致浸出率低。預處理可以將被包裹的金打開，使金解離暴露，利于后續(xù)的氰化浸出等作業(yè)。常見的預處理工藝包括超細磨、焙燒氧化、熱壓氧化、生物預氧化和化學氧化等[32]。

3.3.1 超細磨

超細磨是指將包裹于脈石礦物的金礦磨細至10～15 μm的粒度，從而使金單體解離。超細磨具有流程簡單、無污染、無須中和沉淀、浸渣中砷穩(wěn)定性好和環(huán)保經濟等優(yōu)點[33]。超細磨設備主要有塔磨機、艾薩磨等。藍碧波[34]采用超細磨-氰化浸出工藝處理主要賦存在黃銅礦中的金精礦，浸出率比常規(guī)細磨-氰化浸出和直接氰化浸出分別提高6.13%和13.66%，而卡林型金礦砷和有機碳的含量較高，采用超細磨-氰化浸出工藝，金浸出率有所提高，但只有27.30%。丁文濤等[35]采用超細磨-氰化浸出工藝處理砷和有機碳含量較高的金精礦，金浸出率比直接氰化提高14.09%～27.39%。金礦可以安裝磨機進行超細磨處理，有效提高金浸出率[33]。超細磨處理量小，磨礦成本高，只能處理金精礦和高品位金礦，不適用于低品位金礦，即使采用超細磨，有些金礦也難以實現(xiàn)單體解離，無法顯著提高浸出率。

3.3.2 焙燒氧化

焙燒氧化是難處理金礦使用頻率最高，應用最為廣泛的預處理方法[36]，常用于處理硫化礦包裹和碳質物劫金的難浸礦石，投資較低[37]。焙燒氧化以氧氣或空氣為氧化劑，使硫、砷化合物氧化分解，消除有害物質對提金的干擾。但是，傳統(tǒng)焙燒方法無法完全除去硫、砷等有害物質，會釋放含硫、砷的有毒物質，環(huán)境危害極大。所以，要開展深入研究，開發(fā)一段焙燒、二段焙燒、固化焙燒、富氧焙燒、氯化焙燒和微波焙燒[38]等工藝。碳質物劫金的礦石常采用氯化焙燒進行處理。不同金屬氯化物的熱力學穩(wěn)定性不同，氯化焙燒具有較高的選擇性[39]，要根據(jù)這一特性充分發(fā)揮金的選擇性。郭持皓等[40]采用高溫氯化揮發(fā)法對難處理金礦的焙砂進行提金試驗，結果表明，在氯化溫度為1 150 ℃、氯化時間為1 h、CaCl2添加量為5%的條件下，金、銀的揮發(fā)率分別達到98%、60%，而其中的脈石礦物幾乎不揮發(fā)，實現(xiàn)金、銀等貴金屬與脈石的分離。WANG等[41]以NaCl為氯化劑，采用氯化焙燒法從難選含碳質金礦中同時回收金和鋅，在NaCl添加量為10%、焙燒溫度為800 ℃、焙燒時間為4 h和氣流速度為1 L/min的最佳條件下，金、鋅的揮發(fā)率分別為92.00%和92.56%。

3.3.3 熱壓氧化

熱壓氧化是指在高溫高壓富氧下加入某些介質來氧化分解含砷、硫礦物，使被包裹的金暴露，以便于后續(xù)氰化作業(yè)。根據(jù)介質酸堿性的不同，熱壓氧化可分為酸法和堿法。酸法采用硫酸，pH控制在1.5～2.5，溫度為180～225 ℃，在1.1～3.2 MPa的條件下加壓浸出1～3 h；堿法加入NaOH，溫度控制在100～200 ℃，總壓力大于3 MPa，發(fā)生氧化反應，但是該方法僅適用于處理碳酸鹽含量高、硫化物含量低的難處理礦石[42]。熱壓氧化浸出率高，無廢氣污染，反應在酸、堿性條件下進行，因此設備材料要求較高，投資大，設備維護費用高，含有機碳較高的礦石處理效果不理想。

3.3.4 生物預氧化

生物預氧化是利用嗜酸微生物在酸性條件下氧化分解金礦中的硫化礦物，使硫化礦物以硫酸鹽的形式進入溶液，將金暴露出來，消除硫化礦物對后續(xù)氰化浸出的影響。生物預氧化可用于金精礦的處理，也可用于低品位難處理金礦的堆浸，具有無污染、流程簡單和運行費用低等優(yōu)點。趙思佳等[43]采用生物預氧化-氰化炭浸工藝處理高砷高硫難處理金精礦，金浸出率由直接氰化浸出的16.35%提高到77.78%。黃中省等[44]采用連續(xù)生物氧化-氰化提金工藝處理低Au/S的難處理金精礦，在氧化時間為7 d、礦漿濃度為15%、溶解氧濃度為2 mg/L、溫度為45 ℃和攪拌速度為50 r/min的條件下，硫化物的氧化率達到81.44%，氧化后氰化浸出率為93%，比直接氰化高。生物預氧化處理量大，投資少，但是氧化速度緩慢，細菌受環(huán)境影響大，不適用于寒冷條件。該方法是在酸性條件下進行，氧化結束后，要用石灰調節(jié)反應體系pH，使其保持在10～11。

3.3.5 化學氧化

化學氧化是指在常壓下加入氧化劑預氧化金礦，主要適用于處理高碳、高砷的黃鐵礦型金礦石。該工藝在氧化劑的作用下，使包裹金的礦物氧化分解，提高浸出率。常用的氧化劑有硫化鈉、石灰、硝酸、氯氣、硫化銨、氫氧化鈉、氯化銨、三氯化鐵及硝酸鉛等。根據(jù)氧化方式，化學氧化可分為硝酸氧化、電化學氧化和堿浸氧化[45]。

3.4 制粒堆浸

對于含泥量高的低品位金礦，直接堆浸導致浸出液滲透能力差，浸出率不高。因此，采用制粒方法，使細粒團聚堆浸，提高浸出液的滲透性。通過添加水泥、石灰等黏結劑，細顆粒因固體橋、黏附力和內聚力、表面張力和毛細管壓力、固體顆粒間的引力及連鎖等作用力呈多孔隙團聚，表現(xiàn)為球形或橢球形[46]。多孔結構類似于微裂紋，使浸出液可以與礦石充分接觸并反應，達到強化浸出的目的。高保勝等[47]對含泥量高的金礦進行制粒堆浸試驗，氰化鈉濃度為1.00 g/L時，礦堆滲透性良好，浸出55 d后，金平均浸出率為67.2%。文偉等[48]采用制粒-固化-柱浸試驗處理含泥質高、堆浸滲透性差的銀金礦，金浸出率達81.98%，銀浸出率達53.98%。制粒堆浸增加藥劑成本，制粒球體強度不夠，易破裂成細顆粒，造成堵塞，滲透性下降。此外，制粒堆浸不宜采用汽車筑堆方式，只能進行薄層堆浸，占用場地面積大。

3.5 超聲波強化

超聲波強化是指在浸出過程中引入超聲波，使礦漿產生超聲空化作用。超聲空化可以產生高速微射流（流速在300～1 000 m/s），憑借強大的剪切力，可以清潔顆粒表面，增強傳質效果，加快反應速率。超聲波處理使礦石顆粒破碎，顆粒表面剝落，鈍化膜被破壞，反應阻力降低。針對金精礦和氰化尾礦，YU等[49]在低溫條件下利用超聲波輔助氰化浸金，結果表明，金精礦和氰化尾礦的金浸出率分別提高0.6%～0.8%，氰化尾礦的金含量降低到0.28 g/t，在25 ℃的常規(guī)提取溫度下，超聲輔助提金的提取率比常規(guī)提金提高0.1%，氰化鈉消耗量降低15%，動力學模型分析表明，超聲處理可以改善金的浸出反應，縮短浸出時間。

3.6 重金屬強化

鉛、汞、鉍和鉈等重金屬鹽與金粒形成局部原電池，強化氰化浸金。YANG等[50]通過添加鉍離子達到強化浸金的目的，鉍離子不僅能增加陽極電流密度，而且能使金在較低電位下溶解，增大腐蝕電流，強化金的陽極溶解，此外，經鉍離子強化氰化后，不溶性中間產物可能與CN-迅速反應，形成可溶性Au（CN）2-，促進難溶性AuCN的溶解，阻止其鈍化膜覆蓋在金片周圍，使氰化物與金保持良好接觸，最終加速金在氰化物溶液內的溶解。SOLTANI等[51]研究硝酸鉛對含砷、硫難處理金礦氰化浸出的影響，研究表明，硝酸鉛添加量為500 g/t時，金的回收率由79.4%提高到89.4%。預處理試驗結果表明，與直接浸出相比，硝酸鉛對金的回收率影響不大，但氰化鈉消耗量大幅度減少。

3.7 外加物理場強化

外加物理場是通過在氰化浸出過程中外加磁場、電場來達到強化浸金的目的。楊萬金等[52]通過加入電場避免氰化礦漿體系產生原電池，控制氰化浸出過程中賤金屬的溶解，在直流電流為100 A、電場極距為8～12 cm、pH為11、氰化鈉用量為8 kg/t和氧化鈣添加量為5 kg/t的條件下，浸出24 h，金浸出率至少提高5%，氰化鈉用量降低5 kg/t。在外加磁場作用下，氰離子擴散速度加快，滲透能力增強，促進Au（CN）2-的擴散，從而加快金與氰離子的反應。邱廷省等[53]在氰化浸出中引入磁場，金浸出率比常規(guī)氰化浸出提高33.08%，在減少氰化鈉用量和縮短浸出時間的情況下，磁場強化浸出仍使浸出率提高28.37%。磁場與電場作用可以大幅度提高浸出率，但是方法適用性小，難以處理低品位金礦，處理成本高。

4 結論

氰化浸金依然是目前提金的首選技術，具有無法比擬的技術、成本等優(yōu)勢。礦石性質復雜多變，隨著金礦品位日益下降，開發(fā)適用于低品位難處理金礦的低成本預處理方法成為重要研究方向。隨著行業(yè)的發(fā)展，氰化浸金研究取得新進展，微裂紋強化、氧化劑強化、礦石預處理、制粒堆浸、超聲波強化、重金屬強化和外加物理場強化等強化工藝應運而生，為金礦的氰化浸出提供不斷發(fā)展的新動力，豐富氰化浸金的理論和實踐內容。

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