难处理金矿石预处理工艺

摘要 本文分析了难处理金矿难处理的几个特性原因，指明了难处理金矿石在浸出前必须进行预处理才能取得好的浸出率。对我国黄金资源的基本情况及各种难处理金矿石的预处理工艺进行了综述，分析比较了焙烧氧化法、化学氧化法、加压氧化法和细菌氧化法等预处理工艺的优缺点。对如何处理难处理金矿石给出了一定的建议。

关键词 难处理金矿；预处理；氧化焙烧；化学氧化；加压氧化；细菌氧化

中图分类号P62 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0107-02

0 引言

难处理金矿石，又称为难选冶金矿石或难浸金矿石，是指富含碳、硫、砷等杂质，在常规氰化浸出条件下，金的回收率低于80%的金矿石。难处理金矿石有两个特点：一是用常规的方法难直接浸出；二是化学药剂的消耗量大[1]。

世界上约2/3的金矿属于难处理金矿。在我国西南（四川、滇桂黔金三角）、西北（甘肃）和东北（辽宁）等地也存在着大量品位低、赋存状态复杂、难以用常规氰化法提取的难处理金矿石，约占全国金矿储量的30%[2，3]。随着易处理金矿的日益开发和减少，难处理金矿将成为黄金工业的重要来源[4]。在先进国家，对难处理金矿资源的开发利用已占很大比例，而我国则与之相差较远[5]。虽然我国产金量已位居世界第四，但在难处理金矿的工业利用程度方面却仍然偏低。

1 难处理金矿石的特性原因

导致金矿石难处理的原因包括化学原因、矿物原因和电化学原因等。

1.1 化学原因

许多矿石中存在着耗氰、耗氧及吸附金的化合物，这些物质干扰氰化过程，从而造成金矿石难浸。其中最常见的难处理金矿是高砷、高硫、高碳的硫化矿，在氰化过程中，这些硫化矿物不仅与氰化物作用，消耗大量的氰化试剂，并且引起金的溶解钝化，从而降低金的溶解速度[6]。

1.2 矿物原因

主要表现在：1）微细的金粒被包裹于共生矿物之中，即使采取磨矿也不能使金暴露，从而导致金粒难以与浸出液接触；2）金矿石中存在大量的粘土矿物，不仅恶化矿浆的性能，而且还吸附已溶解的金；3）金矿中存在着有机碳，吸附已溶解的金[7]。

1.3 电化学方面

主要表现在金与锑、铋等一些导电物质形成的化合物导致金的阴极溶解被钝化[8]。

因此，难处理金矿石浸出之前必须进行预处理。预处理的目的一是氧化包裹金矿石的硫化物，使矿石形成多孔状，利于金与浸出液接触[9]；二是去除碳、硫、砷等妨碍浸出的有害杂质，从而使难处理金矿由难浸变为易浸[10]。目前常用的预处理方法主要有：焙烧氧化法、化学氧化法、加压氧化法、细菌氧化法等，其中应用于工业的主要为焙烧氧化法、加压氧化法和细菌氧化法[11]。

2 预处理工艺

2.1 焙烧氧化法

焙烧作为一种传统工艺，是分解碳质物，同时氧化分解硫化物，获得金高回收率的可靠方法。适用于既有硫化物包裹金，又有碳质物“劫金”的难处理矿石。该方法是在高温通气的条件下，将包裹金的硫化物氧化分解为多孔状，从而使金暴露出来[11]。焙烧温度一般约为454℃～815℃[12]。目前应用于工业生产的有回转窑和沸腾焙烧。早在20世纪70年代，湖南黄金洞金矿就用回转窑焙烧对含砷金精矿进行预处理，脱砷率为96%，金的回收率高达98%。长春黄金研究院采取沸腾焙烧法对贵州紫木凼含砷金矿进行了半工业实验。

焙烧氧化法具有工艺成熟、操作费用相对较低、适应性强、可综合回收硫、砷等优点，但是会释放出大量的SO2、As2O3等有害气体，污染环境，使其应用受到限制。为了高效环保，近年来，焙烧工艺也得到了一定的完善和发展，这使得焙烧法重新得到重视。设备方面由单膛炉发展到多膛炉，由固定床到流态化沸腾炉、闪速炉；工艺方面从一段焙烧发展到二段焙烧，从常规焙烧到闪速焙烧，从使用空气焙烧到富氧焙烧、加盐固硫、砷焙烧等[13]。美国曾采用加石灰球团焙烧预处理含砷金矿，脱砷率高达95%，金的回收率也在90%以上；我国亦对该工艺进行了试验，如中南工大加石灰焙烧预处理含砷金精矿、广东工业大学采用了氯化焙烧等方法，但都处于试验阶段，并未实现扩大型试验或工业化生产[14]。

2.2 化学氧化法

该方法是通过在矿浆中加入强氧化剂来氧化金矿石中的硫化矿物，从而使金暴露出来[9]。该工艺分为氯化氧化法，硝酸氧化法和电化学氧化法三种。本文主要介绍其中的氯化氧化法。

氯化氧化法，[11，15-17]：

氯化氧化的实质是利用氯气来氧化难处理金矿石，是碳质难处理金矿石的有效方法。由于液相氯及氯气溶于水后形成的HOCl具有强氧化性，因此能将难处理金矿石中的硫化矿物及碳质物氧化。

20世纪70年代，美国卡林金矿首先用水氯化法处理碳质金矿石。从1987年开始，采用了新工艺“闪速氯化”，这种工艺使矿石中的碳质物不再影响新沉积金的氰化。北京矿冶研究总院曾用水氯法对贵州某金矿石的焙砂进行浸出；中南工业大学也曾对该工艺进行试验研究。除了使用较多的上述两种方法外，HCl-NaCl、FeCl3、CuCl2等体系的氧化预处理方法也得到了一定的研究。但目前我国还没有工业应用的相关报导。

氯化氧化法可以有效地抑制碳质物的作用，使“劫金”作用钝化；但是氯化物成本高、对设备严重腐蚀；且由于氯气氧化的机理是氯气先与水反应生成盐酸和次氯酸，后两者与矿石中的脉石矿反应生成次氯酸钙和氢氧化钙，生成物继续与碳质物反应，从而钝化碳质物并分解腐殖酸，如果矿石中无氧化钙或其含量很低时，则不宜采用该工艺。

2.3 加压氧化法[15，19]

该方法的原理是在高温高压下，加入酸或碱来分解矿石中的硫化矿物，使金颗粒暴露出来。根据所用介质的不同，可分为酸性加压氧化法和碱性加压氧化法。

2.3.1 酸性加压氧化法

通常的操作条件为温度170℃～225℃，总压1.5MPa～3.2MPa，氧分压3.5kPa～7kPa[17]。矿石中包裹金粒的黄铁矿、毒砂等矿物在酸性介质中与氧发生反应，从而使得硫化物分解，被包裹的金粒暴露出来。美国Mclanghlin金矿首先采用了这一工艺，并取得了很好的效果。美国高尔德斯切克金矿采用该方法处理微细粒黄铁矿金矿石（Au 7g/t、S 2.5%、C 0.5%、As 0.15%），金的浸出率可达90%左右。

加压氧化过程中，反应速度很快，在短时间内硫化矿物就会被氧化分解完全。但由于矿浆为酸性体系，所以对设备的材质以及生产管理的要求很严格；此外，投资和维修费用也较高。

2.3.2 碱性加压氧化法

该方法是加入碱性物质（主要是氢氧化钠），在100℃～200℃和较高压力（总压>3MPa）条件下，包裹金的矿物与氧发生反应而分解，从而使被包裹的金释放出来。

虽然该方法氧化温度低，但是仅适于碳酸盐含量高、硫化物含量低（

2.4 细菌氧化法

该方法主要是利用微生物在酸性条件下，将包裹金的黄铁矿、砷黄铁矿等有害成分氧化成硫酸盐、碱式硫酸盐或砷酸盐，从而将金粒暴露出来。细菌氧化法中常用的菌种是氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌和氧化亚铁微螺菌[19]。

目前，比较受科研人员看重的是组合细菌法，美国Newmount公司已经培养出这类组合细菌，可以大大削弱有机碳的“劫金”作用，劫金率由68%降至5%。我国对这一工艺的研究较晚，但是近十几年来，我国含砷难处理金矿细菌氧化法研究发展很快，已经取得了一些突破性进展。1998年陕西中矿公司建成我国第一座细菌氧化法提金工厂，处理后金的浸出率由2.5%提高到76.44%[20]。2000年，中国有色工程设计院建成了国内第一个细菌氧化预处理-氰化提金厂，标志着我国的这一工艺已经由科研阶段转入工业化生产。

细菌氧化法具有环保、金浸出率高、流程简单、投资少及工艺成熟等优点，但是由于其周期长浸出设备大，需要制冷冷却，且对溶液的酸碱及温度要求苛刻，并且不同矿种需要不同的菌种使得这一方法的应用不够广泛，尤其是其不适合碳质金矿石的预处理，更使这一工艺的使用受到大大的限制。

3 结论

综上所述的各预处理方法各有利弊：焙烧工艺由于近年来得到了一定的完善和发展，使得其重新得到重视，我国应加大对焙烧工艺的研究力度；化学氧化法和细菌氧化法由于其环保性，目前研究较为活跃。对难处理金矿石，应先搞清楚其难处理的原因，然后有针对性和选择性地选择预处理方法进行实验室试验和半工业试验，再根据结果进行可行性研究，从而确定最佳工艺，这样才可以获得好的经济效益和社会效益。

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