四川某含砷難處理金精礦細菌氧化—無氰提金試驗

傅開彬 董發(fā)勤 諶 書 王新峰(1.固體廢棄物處理與資源化教育部重點實驗室，四川 綿陽 621010；2.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010)

四川某含砷難處理金精礦細菌氧化—無氰提金試驗

傅開彬1,2董發(fā)勤1,2諶 書1,2王新峰1,2(1.固體廢棄物處理與資源化教育部重點實驗室，四川 綿陽 621010；2.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010)

四川某高硫高砷金精礦中的金主要以銀金礦的形式存在，主要載體礦物為黃鐵礦和毒砂，金礦物以極微細粒包裹在硫化礦物中，常規(guī)碳漿法氰化浸金效果極不理想。為高效、低毒浸出該精礦中的金，以經(jīng)馴化的Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferrooxidans混合菌群為氧化預(yù)處理微生物，采用細菌氧化—無氰浸金工藝研究了浸礦條件。結(jié)果表明，對金品位為46.87 g/t、含砷8.56%、含硫15.08%的金精礦，在試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始濃度為1.5 g/L、細菌接種量為20%情況下細菌氧化預(yù)處理12 d，再在無氰浸金新藥劑用量為4 kg/t的情況下浸出4 h，金浸出率可達81.67%，高于常規(guī)碳漿法氰化浸金效率約60個百分點，浸金效果良好。

含砷難處理金礦 細菌氧化 無氰浸金

世界上約1/3的黃金提取自難處理金礦石。高砷金礦是公認的難處理礦石之一，其中的金絕大部分包裹在黃鐵礦和毒砂中，難以直接與氰化物接觸，因此，在浸金前必須對礦石通過氧化預(yù)處理，使被包裹的金暴露出來[1]。目前研究及應(yīng)用最普遍的預(yù)處理方法有焙燒法[2-3]、加壓氧化法[4-5]及細菌氧化法[6-11]。由于細菌氧化法具有生產(chǎn)成本低、投資少、工藝流程短、設(shè)備簡單、環(huán)境友好、能處理復(fù)雜多金屬礦物等優(yōu)點，因而顯示了巨大的市場前景[12]。

四川省某金礦表層氧化礦已開采完，而深部原生礦含砷硫，經(jīng)過浮選富集，金精礦含砷硫較高，由于技術(shù)和經(jīng)濟方面的原因，目前處于停產(chǎn)狀態(tài)。為了充分利用資源，恢復(fù)該資源的開發(fā)利用，把“呆礦”變?yōu)椤皩毑亍保囼瀸⒁袁F(xiàn)場浮選金精礦為試樣，采用細菌氧化法預(yù)處理+無氰藥劑浸金工藝進行提金工藝研究。

1 試驗材料及方法

1.1 礦石中主要礦物及金的賦存特點

原礦石中的金屬礦物主要為黃鐵礦、毒砂，非金屬礦物主要有石英。黃鐵礦和毒砂粒度較細，-74 μm分別占40.2%和35.6%；毒砂多呈浸染狀產(chǎn)出，主要分布于脈石裂隙或粒間，少量與黃鐵礦構(gòu)成緊密連晶；黃鐵礦也多呈浸染狀產(chǎn)出，主要分布于脈石中；礦石中的金礦物主要為銀金礦，次為自然金，金的賦存狀態(tài)以硫化物包裹金為主，占81.2%。由于礦石中金顆粒極其微細，-5 μm的金占總金的84.10%，顯微鏡下所見金粒極少，可見的主要為脈石中的金、脈石粒間金和硫化物與脈石粒間金，鏡下未見硫化物中金，說明硫化物中金是鏡下難以分辨的微粒金和次顯微金，經(jīng)選擇性溶金和單礦物含金分析，測得毒砂中金占13.2%，黃鐵礦中金占68.0%。

1.2 試樣成分分析

試驗用礦樣為礦石一段磨礦(-74 μm占65%)、1粗2精3掃閉路浮選精礦，金精礦金品位為46.87 g/t，回收率為87.98%。試樣主要化學成分分析結(jié)果見表1，主要礦物含量見表2。

表1 試樣主要化學成分分析結(jié)果
Table 1 Main chemical components of the sample %

成 分含 量成 分含 量Au46.87CaO0.35Ag32.44C0.09S15.08MgO0.22As8.56Al2O30.13SiO226.05K2O0.18Fe2O323.74Na2O0.20

注：Au、Ag的含量單位為g/t。

表2 試樣主要礦物含量
Table 2 Content of main minerals %

礦 物含 量礦 物含 量黃鐵礦31.86方鉛礦少 量毒 砂27.65閃鋅礦少 量石 英38.78方解石少 量白云石1.71長 石少 量黃銅礦少量絹云母少 量

從表1可以看出，試樣中的硫和主要有害元素砷含量分別為15.08%、8.56%。

從表2可以看出，試樣中的主要硫化礦物是黃鐵礦和毒砂，它們是金的主要載體礦物。

1.3 菌種及其培養(yǎng)基

試驗菌種采自四川某礦山酸性礦坑水，經(jīng)富集培養(yǎng)，含砷金精礦長時間馴化獲得。細菌群落組成分析表明其主要菌種為Acidithiobacillusferrooxidans、Leptospirillumferrooxidans等。菌種保存于西南科技大學固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室。

菌種最佳培養(yǎng)條件：搖床轉(zhuǎn)速170 r/min，溫度30 ℃，pH=2(用體積濃度10%的稀硫酸調(diào)節(jié))。試驗用9K基本鹽培養(yǎng)基的配方：(NH4)2SO4為3.0 g/L、KCl為0.1 g/L、K2HPO4為0.05 g/L、MgSO4·7H2O為0.5 g/L、Ca(NO3)2為0.01 g/L、FeSO4·7H2O為20 g/L、S為5 g/L。

1.4 試驗方法

試驗流程為試樣脫藥—細菌氧化預(yù)處理—洗滌—調(diào)pH值—無氰浸金。細菌氧化預(yù)處理采用500 mL三角瓶為容器，內(nèi)裝9K基本鹽培養(yǎng)基溶液，然后加入一定粒度的試樣，用稀硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH至一定值后接入一定量的、馴化后的對數(shù)生長期的浸礦細菌，并調(diào)整體系的Fe2+初始濃度至一定值，稱重后置于恒溫空氣振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一定時間，轉(zhuǎn)速為170 r/min，溫度為30 ℃，定期稱重，每天檢測浸出液的pH值和氧化還原電位，取樣前用蒸餾水補足蒸發(fā)掉的水分，取樣消耗的液量用相應(yīng)9K培養(yǎng)基溶液補充，保證溶浸液總體積不變(所有試驗均為雙平行樣)。細菌預(yù)處理后采用蒸餾水清洗，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)浸金體系pH值(浸出過程中不控制礦漿pH值)，加一定量新型無氰低毒浸金藥劑，浸金體系預(yù)處理后試樣的質(zhì)量濃度為10%，浸出時間為4 h。試驗結(jié)束后，過濾浸出液，浸渣用1%的稀鹽酸洗滌數(shù)次后烘干稱重，分析浸渣中金的含量，計算金的浸出率。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 試樣粒度影響試驗

試樣粒度是影響金單體解離度的重要因素。通常情況下，粒度越細金的解離度越高，浸出率也越高。試樣粒度影響試驗的礦漿濃度為100 g/L、初始pH=2、Fe2+初始濃度為0 g/L、細菌接種量為20%、細菌氧化時間為10 d，浸金藥劑用量為3 kg/t，試樣粒度對細菌氧化預(yù)處理—無氰浸金效果影響試驗結(jié)果見表3。

表3 試樣粒度影響試驗結(jié)果Table 3 Effect of particle size of sample on biooxidation

由表3可以看出，試樣粒度對金浸出率影響較大，粒度越細，細菌氧化—無氰浸金效果越好，金精礦中金的浸出率越高。這主要是因為試樣粒度越粗，比表面積就越小，可供氧化細菌吸附的表面積也小，直接影響礦物的氧化速率，要達到理想的氧化率則需更長的時間；試樣粒度越細，比表面積越大，細菌和礦物接觸幾率增加，砷黃鐵礦和黃鐵礦氧化率增大，細菌氧化脫砷效果也越好，因此，金浸出率也增大。從選礦廠生產(chǎn)運行成本的角度考慮，確定合適的試樣粒度為45～0 μm。

2.2 細菌接種量影響試驗

細菌接種量影響試驗的試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為100 g/L、初始pH=2、Fe2+初始濃度為0 g/L、細菌氧化時間為10 d，浸金藥劑用量為3 kg/t，細菌接種量對細菌氧化預(yù)處理—無氰浸金效果影響試驗結(jié)果見圖1。

圖1 細菌接種量影響試驗結(jié)果

由圖1可以看出，隨著接種量的增大，金浸出率先上升后下降，高點在接種量為20%時。細菌接種量會影響細菌停滯期的長短和礦物單位面積上細菌的吸附量，當?shù)V物表面細菌吸附過飽和后，過多的細菌由于營養(yǎng)不足導(dǎo)致活性降低，氧化硫化礦物的能力下降，因而金浸出率也下降。因此，確定細菌接種量為20%。

2.3 Fe2+初始濃度影響試驗

Fe2+是細菌Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferrooxidans重要的能源物質(zhì)，F(xiàn)e2+的含量與細菌的生長繁殖密切相關(guān)。Fe2+初始濃度影響試驗的試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為100 g/L、初始pH=2、細菌接種量為20%、細菌氧化時間為10 d，浸金藥劑用量為3 kg/t，F(xiàn)e2+初始濃度對細菌氧化預(yù)處理—無氰浸金效果影響試驗結(jié)果見圖2。

圖2 Fe2+初始濃度影響試驗結(jié)果

由圖2可以看出，隨著Fe2+初始濃度的提高，金浸出率先小幅上升后顯著下降，高點在Fe2+初始濃度為1.5 g/L時。Fe2+初始濃度過高金浸出率下降，主要是因為過多的鐵離子不僅不利于細菌的生長繁殖，還會抑制細菌的活性。因此，確定Fe2+初始濃度為1.5 g/L。

2.4 細菌氧化預(yù)處理初始pH值影響試驗

細菌Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferrooxidans都是嗜酸性細菌，合適的pH值關(guān)系到細菌對砷黃鐵礦和黃鐵礦的氧化能力。細菌氧化預(yù)處理初始pH值影響試驗的試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為100 g/L、細菌氧化時間為10 d、Fe2+初始濃度為1.5 g/L、細菌接種量為20%，浸金藥劑用量為3 kg/t，細菌氧化預(yù)處理初始pH值對細菌氧化預(yù)處理—無氰浸金效果影響試驗結(jié)果見圖3。

圖3 浸礦初始pH值影響試驗結(jié)果

由圖3可以看出，初始pH值對金浸出率的影響較大，金浸出率隨pH值的提高先上升后下降。初始pH=2時，金浸出率最高。因此，確定細菌氧化預(yù)處理金精礦的最佳pH值為2。

2.5 細菌氧化預(yù)處理礦漿濃度試驗

細菌氧化預(yù)處理礦漿濃度試驗的試樣粒度為45～0 μm、初始pH=2、細菌氧化時間為10 d、Fe2+初始濃度為1.5 g/L、細菌接種量為20%，浸金藥劑用量為3 kg/t，細菌氧化預(yù)處理礦漿濃度對細菌氧化預(yù)處理—無氰浸金效果影響試驗結(jié)果見圖4。

圖4 細菌氧化預(yù)處理礦漿濃度試驗結(jié)果

由圖4可以看出，隨著礦漿濃度的提高，金浸出率呈先慢后快的下降趨勢。綜合考慮，確定細菌氧化礦漿濃度確定為120 g/L。礦漿濃度對金精礦細菌氧化預(yù)處理的影響主要體現(xiàn)在4個方面：①礦漿濃度過大，致使溶液中某些金屬離子不斷積累，有可能超過微生物的極限耐受濃度，從而降低細菌的活性；②在高固體濃度下進行機械攪拌會加劇礦物顆粒間的碰撞及摩擦，雖然有利于礦粒反應(yīng)表面的不斷更新，但其間產(chǎn)生的強剪切力會使得吸附于礦粒表面的細菌損傷或脫落，吸附于顆粒單位面積上細菌量降低，最終導(dǎo)致金屬礦物氧化率下降；③在浸出液中微生物濃度一定的條件下，增大固體濃度導(dǎo)致吸附在礦物顆粒單位表面上細菌數(shù)目下降；④礦漿濃度較低時，氧氣傳輸速度快，細菌得以較快地生長。

2.6 細菌氧化預(yù)處理時間試驗

細菌氧化預(yù)處理時間試驗的試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始濃度為1.5 g/L、細菌接種量為20%、細菌氧化時間為10 d，浸金藥劑用量為3 kg/t，細菌氧化預(yù)處理時間對細菌氧化預(yù)處理—無氰浸金效果影響試驗結(jié)果見圖5。

圖5 細菌氧化時間試驗結(jié)果

從圖5可以看出，隨著細菌預(yù)處理時間的延長，砷氧化率和金浸出率均先明顯上升后升幅趨緩。綜合考慮，確定細菌氧化預(yù)處理時間為12 d。

2.7 浸金藥劑用量試驗

浸金藥劑用量試驗的試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始濃度為1.5 g/L、細菌接種量為20%、細菌氧化預(yù)處理時間為12 d。細菌氧化預(yù)處理后，調(diào)節(jié)礦漿pH值為9，再向浸出體系中添加不同量的新型浸金藥劑，試驗結(jié)果見圖6。

圖6 浸金藥劑用量試驗結(jié)果

從圖6可以看出，隨著浸金藥劑用量的增加，金浸出率呈先快后慢的上升趨勢。綜合考慮，確定無氰浸金新藥劑用量為4 kg/t，對應(yīng)的金浸出率為81.67%。

3 結(jié) 論

(1)四川某金精礦金品位為46.87 g/t，主要有害元素砷含量高達8.56%，硫含量為15.08%，為高硫高砷金精礦，黃鐵礦和毒砂是金的主要載體礦物，金礦物主要為銀金礦，次為自然金，金的賦存狀態(tài)以硫化物包裹金為主，占81.20%；金礦物顆粒極其微細，-5 μm的金占84.10%。該精礦常規(guī)碳漿法氰化浸金效果不理想。

(2)采用細菌預(yù)氧化—無氰浸金工藝處理該試樣，在試樣粒度為45～0 μm、礦漿濃度為120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始濃度為1.5 g/L、細菌接種量為20%、細菌氧化預(yù)處理時間為12 d，無氰浸金新藥劑用量為4 kg/t的情況下，金浸出率可達81.67%。

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(責任編輯 羅主平)

Biooxidation-Cyanide-free Gold Leaching of a Refractory Gold Ore Containing Arsenic in Sichuan Province

Fu Kaibin1,2Dong Faqing1,2Chen Shu1,2Wang Xinfeng1,2
(1.KeyLaboratoryofSolidWasteTreatmentandResourceRecycle，MinistryofEducation，Mianyang621010，China;2.SchoolofEnvironmentandResource，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)

Gold in a high-As and high-S gold concentrate was mainly electrum.Gold is mainly hosted in pyrite and arsenopyrite.Au-carrier minerals are fine disseminated in sulfide minerals，hitherto regarded as difficult to be extracted with conventional CIP(Carbon in Pulp) process.Biooxidation pretreatment and cyanide-free gold leaching were investigated to extract gold by a high-effective and low toxicity method.The mixture ofAcidithiobacillusferrooxidansandLeptospirillumferrooxidanswas used as oxidation pretreatment microorganism.For gold concentrate(46.87 g/t Au，8.56% As，15.08% S) with particle size of less than 45 μm，at pH=2，pulp density of 120 g/L，initial [Fe2+] =1.5 g/L，and inoculum of 20%，bio-oxidation pretreatment for 12 d，and novel cyanide-free reagent dosage of 4 kg/t leaching for 4 h，the extraction rate of gold can reach 81.67%，higher than CIP of 60 percentage points.The gold leaching index is good.

Arsenic bearing refractory gold ore，Biooxidation，Cyanide-free gold leaching

2014-10-28

西南科技大學科研基金項目(編號：12zx7113)。

傅開彬(1975—)，男，講師，博士。

TD925.7

A

1001-1250(2015)-01-067-05