用溴鹽氧化法從礦石中浸出金試驗研究

楊 炯

(陜西地礦漢中地質大隊檢測中心，陜西 漢中 723000)

氰化法浸出金工藝較為成熟，對礦石適應性強，金回收率高，至今仍是黃金浸出的主要方法。但氰化物有劇毒，對于高砷、高銻等難選冶金礦資源也存在適用性問題；而非氰化技術安全環保，在難選冶金礦資源開發、提高資源利用率方面具有獨特優勢。所以，非氰化浸金技術研究一直在進行[1-2]。目前，關于生物制劑法、硫代硫酸鹽法、高溫氯化法、次氯酸鈉法、多硫化法、碘法等的研究都有很大進展，但都不夠成熟，對不同礦石的適應性較差，生產過程中也存在一些問題，所以尚未得到推廣應用[3-16]。

多年來，國外在溴法浸金方面的研究已有一些成果和工業應用實例，但工藝細節未見報道；國內目前亦罕見自主研究成果。試驗研究了以無毒無害的溴鹽(NaBr)、氧化劑(YA)、配合劑(NaCl)溶液體系(Bromine salt，oxidant and complexing agent system，以下簡稱“BOC體系”)從礦石中溶解金。

1 試驗部分

試驗所用礦石：取自陜西漢中勉縣某金礦。1#樣品為原礦石，2#樣品為選廠浮選金精礦。

1#樣品屬于貧硫化物含金石英脈型氧化礦石，金屬礦物主要有褐鐵礦、赤鐵礦，其次為磁鐵礦、方鉛礦等；脈石礦物主要為石英，其次為斜長石、黑云母等。礦石中的金主要是自然金，粒度較細小，0.053～0.010 mm的顆粒占63.5%，粒級<0.010 mm的極細粒金占36.5%。自然金主要賦存在金屬礦物之間或裂隙中或與金屬礦物連生，被褐鐵礦包裹的金約占15%。

2#樣品為該原礦石經浮選所得金精礦，粒度為-200目≥95%。

礦石多元素分析結果見表1。

表1 礦石多元素分析結果 %

試驗所用試劑：氧化劑YA，化學純；NaBr，NaCl，分析純。

試驗設備：原子吸收分光光度計，普析TAS990型，北京普析通用儀器有限公司；XL箱式爐，SG-XL1400型，上海光學精密機械研究所；震蕩機，HY-8A型大容量調速振蕩器，常州朗越儀器制造有限公司。

2 試驗原理與方法

2.1 試驗原理

金在溶液中的溶解過程是一個氧化-還原過程，Au失去電子形成Au+或Au3+進入溶液：

(1)

(2)

由于Au電極電位較高，電負性高達2.54，在化合物中吸引電子的能力很強(一般情況下，金屬元素的電負性<1.80)，所以Au不易失去電子，不易被氧化，化學穩定性很高。上述過程可逆，在一定條件下會達到動態平衡。

溴鹽在水溶液中形成Br-，其中一部分被氧化劑YA氧化生成Br2：

配合物的形式降低了溶解過程中Au3+的濃度，也使金溶解過程平衡右移。

根據能斯特方程，

式中：[氧化型]a/[還原型]b—參與電極反應所有氧化側物質濃度冪的乘積與參與電極反應所有還原側物質濃度冪的乘積之比，a，b等于各物質在電極反應中的系數；E—氧化型和還原型物質在熱力學溫度T及某一濃度時的電極電勢，V;EΘ—標準電極電勢，V;R—氣體常數，8.314 3 J/(K·mol);T—熱力學溫度K;F—法拉第常數，965 00 C/mol;n—電極反應中得失電子數。

配合劑的加入有金配合物形成，金離子[氧化型]濃度降低，其實質是降低了金電極電位，增強了金還原能力，從而使金更“易溶”。

溶液中未被氧化的Br-也起配合劑作用，其配合機制與Cl-相同[1]。

金在溴-溴化物溶液中的電化學過程為：

陰極反應，

陽極反應，

總反應，

溴鹽法提金就是用YA將NaBr中的Br-氧化成Br2，再利用Br2的氧化性和NaCl提供的Cl-與金形成配合物，兩者共同作用促進金的溶解；同時BOC體系不與脈石和其他礦物發生反應，從而實現金的選擇性浸出。

2.2 試驗方法

BOC體系溶液的配制：氧化劑、溴鹽及配合劑加水配制成溶液，即BOC體系溶液。

在2 000 mL燒杯中，加入1 000 mL蒸餾水，根據單次試驗設計的試劑用量，依次加入溴鹽NaBr、配合劑NaCl，待完全溶解后，加入氧化劑YA，攪拌均勻，靜置1 h，備用(儲放時間≤72 h)。

從礦石中浸出金：稱取礦石及精礦粉各100 g(精確至0.1 g，精礦粉在650 ℃下焙燒2 h)，分別放入500 mL帶蓋廣口塑料瓶中，并分別加入上述試劑300 mL，搖勻，擰緊瓶蓋，在振蕩速度120 r/min 條件下振蕩1 h，之后靜置1 h，反復至試驗結束。之后進行固液分離，浸出渣洗滌后于105 ℃下烘干，用原子吸收分光光度法(AAS)測定其中金質量分數，計算金浸出率。

3 試驗結果與討論

3.1 氧化劑用量對金浸出率的影響

試驗條件：溴鹽NaBr濃度0.146 mol/L，配合劑NaCl濃度0.513 mol/L，浸出時間24 h，浸出溫度18 ℃。氧化劑YA用量對金浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 氧化劑YA用量對金浸出率的影響

由圖1看出：礦石及精礦的金浸出率均隨YA用量增大而提高；YA濃度≤0.071 mol/L時，隨YA濃度提高，金浸出率提高幅度較大；YA濃度≥0.071 mol/L后，金浸出率提高幅度較小。隨YA用量增大，溶液中被氧化的Br-增多，Br2濃度增大，促使反應向金溶解方向進行；YA濃度≥0.141 mol/L后，溶液中有刺激性氣體(Br2)逸出。綜合考慮，氧化劑YA濃度選用0.071 mol/L。

3.2 溴鹽用量對金浸出率的影響

試驗條件：氧化劑YA濃度0.071 mol/L，配合劑NaCl濃度0.513 mol/L，浸出時間24 h，浸出溫度18 ℃。溴鹽NaBr用量對金浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 溴鹽NaBr用量對金浸出率的影響

由圖2看出：原礦及精礦的金浸出率均隨NaBr用量增大而逐步提高；NaBr濃度≤0.146 mol/L時，金浸出率隨NaBr濃度增大而大幅提高；NaBr濃度≥0.146 mol/L后，金浸出率趨于穩定，變化幅度不大。由金在溴-溴化物溶液中的電化學可知，金的浸出主要是Br2對金的氧化作用。溴鹽NaBr雖然是Br2的提供者，但在溴鹽提供足夠Br-情況下，Br2濃度與氧化劑YA用量呈正相關，所以NaBr濃度≥0.146 mol/L后，金浸出率波動不大。綜合考慮，NaBr濃度選用0.146 mol/L。

3.3 配合劑用量對金浸出率的影響

試驗條件：溴鹽NaBr濃度0.146 mol/L，氧化劑YA濃度0.071 mol/L，浸出時間24 h，浸出溫度18 ℃。配合劑NaCl濃度對金浸出率的影響試驗結果如圖3所示。可以看出：原礦石及精礦的金浸出率均隨NaCl用量增加而提高；金浸出率在60%～90%范圍內，NaCl濃度選擇范圍較大。

圖3 配合劑NaCl濃度對金浸出率的影響

金的化學浸出主要是Br2的氧化和配合劑的配合共同作用的結果。溴鹽提供足夠Br-情況下，未被氧化成Br2的大量Br-本身就是溶解金的配合劑。試驗中，以NaCl作配合劑是因為NaCl比溴鹽更廉價，也可強化對Br-的配合作用。綜合考慮，配合劑NaCl濃度選用0.342 mol/L。

3.4 浸出時間對金浸出率的影響

試驗條件：溴鹽NaBr濃度0.146 mol/L，氧化劑YA濃度0.071 mol/L，配合劑NaCl濃度0.342 mol/L，浸出溫度18 ℃。浸出時間對金浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對金浸出率的影響

由圖4看出：原礦及精礦的金浸出率均隨浸出時間延長而提高；浸出8 h后，金浸出率趨于穩定，接近90%。

3.5 綜合條件下金的浸出

體系酸度對金浸出率有明顯影響[1-2]。溶液pH較高時，發生下列反應而消耗溴：

室溫下，金最佳溶解體系pH為4～6，電位0.7～0.9 V(相對甘汞電極)。Br2可在較低溫度下氧化浸出金[2]，浸出在室溫(17～25 ℃)條件下即可完成。

根據上述試驗確定的適宜條件對礦石進行浸出，結果見表2。

表2 綜合浸出試驗結果

4 結論

采用氧化劑、溴鹽及氯化鈉體系可以從含金礦石中浸出金，適宜條件下，金浸出率超過90%。方法要求礦石中的金為微粒或亞微粒級，對于粒級分布寬、顆粒較大、含包裹金的礦石，應采取重選、焙燒、預氧化等措施進行預處理。

該工藝采用非氰無毒試劑，環境友好；常溫、常壓下操作，安全可靠；適應高海拔地區缺氧環境；浸出速度較快，生產周期短；尾渣無須特殊處理。雖然試劑成本稍高，但溴化鈉可循環利用，加之尾渣無須特殊處理，綜合成本與氰化法相當。此技術對于黃金生產具有可替代氰化法的巨大潛力，值得進一步研究。