卡林型金精礦氧壓渣中鐵礬堿性分解及環保提金試驗研究

雷勛惠 陳汝璨 段小陽 張磊 田慶華 郭學益

摘要：卡林型金精礦酸性加壓氧化預處理所得氧壓渣中存在鐵礬二次包裹金現象，采用環保型提金劑浸金，金浸出率約為81 %。為了進一步提高金浸出率，考察了堿性體系不同工藝參數條件下氧壓渣中鐵礬分解規律及對金浸出率的影響，并確定了最優條件。結果表明：在pH值11.0～12.0、液固比4、攪拌速度400 r/min、時間3 h、溫度90 ℃條件下，可實現對鐵礬的高效分解。以優化條件下所得鐵礬分解渣為原料，采用環保型提金劑作為浸金劑，金浸出率可達89.6 %，表明堿性體系鐵礬分解工序可有效打開鐵礬對金的包裹，有效提高金浸出率。

關鍵詞：卡林型金精礦；氧壓渣；金；鐵礬；分解；環保型提金劑

中圖分類號：TD953? ? ? ? ? 文章編號：1001-1277（2023）06-0044-07

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20230610

引 言

黃金作為重要的貴金屬，廣泛應用于首飾、貨幣儲備等領域，具有重大的戰略意義和經濟價值［1-3］。2022年，中國黃金產量為372.05 t，但黃金消費量高達1 001.74 t。中國黃金消費量大但生產量相對較低，同時，中國黃金礦產資源相對缺乏，僅占全球黃金礦產資源儲量的4.1 %［4-5］。隨著易處理金礦資源逐漸減少，難處理金礦逐漸成為黃金工業生產的主要來源［4-6］。因此，提高難處理金礦的利用率，實現金的高效回收尤為重要［7-9］。

難處理金礦金提取率低的主要原因有金被硫化礦物緊密包裹、雜質吸附金、浸出過程金二次包裹、化合物金難溶解和金表面鈍化等［1，6-8］。針對難處理金礦提金困難及雜質影響的問題，采用特定預處理方法可有效打開礦物對金的包裹，削弱雜質元素的負面作用，提高金回收率。常見的預處理方法有焙燒氧化法、加壓氧化法和生物氧化法等［6-12］。其中，加壓氧化法原料適應性強，可高效打開硫化礦物對金的包裹，提高金回收率［6-7］。

某卡林型金精礦經酸性加壓氧化預處理后，絕大部分黃鐵礦和毒砂包裹金得到釋放。但是，在酸性加壓氧化預處理過程中部分金會被鐵礬和堿式硫酸鐵（纖鐵礬）產物二次包裹，其中，堿式硫酸鐵可通過降溫轉型工序溶解而打開包裹，但鐵礬對金的二次包裹依舊存在［10］。因此，本文采用堿性體系分解氧壓渣中鐵礬的方法，充分打開鐵礬對金的包裹，并以環保型提金劑作為浸金劑［13-15］，研究了堿性體系不同工藝參數下氧壓渣中鐵礬分解規律及其對金浸出率的影響，構建了堿性體系氧壓渣中鐵礬分解的精準調控機制，為氧壓渣中金的高效提取提供理論指導。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗用原料為卡林型金精礦經酸性加壓氧化預處理得到的氧壓渣，其主要化學成分、XRD譜圖、金物相分析結果分別如表1、圖1和表2所示。由圖1可知，氧壓渣的主要物相為石英（SiO2）、硫酸鈣（CaSO4）和鐵礬（（K，H3O）Fe3（SO4）2（OH）6）。由表2可知，氧壓渣中鐵礬包裹金占比達9.59 %，需充分打開鐵礬等化合物對金的二次包裹才能實現金的高效浸出。另外，由表1可知，氧壓渣中含有較多的SiO2，與XRD檢測結果相符。

鐵礬分解工序中加入石灰乳調節pH，鐵礬可與氫氧化鈣反應生成硫酸鈣、硫酸鈉、硫酸鉀和氫氧化鐵等物質。反應生成的氫氧化鐵和硫酸鈣在堿性體系中多以沉淀形式存在，可進一步促進分解反應的正向進行［16］。其化學反應方程式如式（1）～（3）所示。

1.3 試驗方法

按一定液固比取適量氧壓渣和一定體積的純水置于燒杯中，開啟數顯電動攪拌器充分攪拌漿化10 min后，緩慢加入石灰乳至一定pH，維持溶液一定溫度。鐵礬分解過程中需實時監測溶液pH并及時補充石灰乳，維持溶液pH穩定。鐵礬分解試驗結束后過濾分離得到鐵礬分解渣，鐵礬分解渣作為浸金原料，環保型提金劑作為浸金劑。

樣品中金元素分析檢測采用火試金法，鐵、硫、砷等元素的定量分析采用ICP-AES法（Baird PS-6 電感耦合等離子體原子發射光譜儀）。樣品形貌采用SEM-EDS分析方法（Japanese Electron JSM-6360LV 真空掃描電子顯微鏡，20 kV；EDS，EDX-GENESISX X-ray Spectrum of EDAX Co.，USA）。樣品的物相分析采用XRD分析方法（TTRIII X-ray衍射儀，Cu靶，8°/min）。

2 試驗結果與討論

2.1 鐵礬分解試驗

氧壓渣中存在鐵礬二次包裹金現象，通過開展氧壓渣堿性體系鐵礬分解試驗，以期充分打開氧壓渣中鐵礬對金的包裹。氧壓渣經堿性體系處理后得到的渣為鐵礬分解渣。堿性體系不同條件下產生的鐵礬分解渣樣品XRD物相表征結果，可作為氧壓渣中鐵礬是否分解徹底的判斷依據。

針對堿性體系不同條件下產生的鐵礬分解渣樣品，在環保型提金劑用量3 g/L、溫度30 ℃、pH值11.0～11.5、時間4 h、液固比4、活性炭用量40 g/L、攪拌速度400 r/min和空氣流量2.5 L/min的條件下開展浸金試驗。鐵礬分解渣金浸出率變化趨勢可作為氧壓渣堿性體系鐵礬分解優化條件的選擇依據。

2.1.1 pH條件

以氧壓渣為原料，添加石灰乳調節pH。在溫度50 ℃、時間3 h、液固比4、攪拌速度300 r/min的條件下，分別考察了pH值為8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0和11.0～12.0對氧壓渣中鐵礬分解效果的影響。不同pH條件下鐵礬分解渣XRD譜圖如圖2所示。

由圖2可知：鐵礬分解工序pH值分別為8.0～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0時，鐵礬分解渣中鐵礬的衍射峰變化較小。pH越大，溶液中OH-濃度越高。當pH值為11.0～12.0時，鐵礬分解渣中鐵礬衍射峰強度明顯減弱，表明較高pH有利于鐵礬分解。隨著pH升高，二氧化硅衍射峰強度變化較小；在pH值為11.0～12.0條件下，出現硫酸鈣衍射峰。通過添加石灰乳調節溶液pH，氫氧化鈣與鐵礬反應生成硫酸鈣和氫氧化鐵，鐵礬分解越徹底，硫酸鈣產量越多，故在pH值為11.0～12.0時出現硫酸鈣衍射峰。

同時，考察了不同pH條件下所得鐵礬分解渣的金浸出率，結果如圖3所示。由圖3可知：隨著鐵礬分解工序pH升高，鐵礬分解渣金浸出率逐漸升高。當pH值在8.0～9.0時，采用環保型提金劑浸金，鐵礬分解渣金浸出率為81.5 %。繼續升高pH值至11.0～12.0時，鐵礬分解渣金浸出率達85.4 %。綜上所述，當氧壓渣堿性體系鐵礬分解工序pH值在11.0～12.0時，鐵礬分解渣中鐵礬衍射峰強度明顯減弱，金浸出率最高。因此，鐵礬分解工序pH值控制在11.0～12.0時較為合適。

2.1.2 攪拌速度

以氧壓渣為原料，在溫度50? ℃、時間3 h、液固比4、pH值11.0～12.0的條件下，分別考察了攪拌速度為300 r/min、350 r/min、400 r/min和450 r/min對鐵礬分解效果的影響。不同攪拌速度下鐵礬分解渣XRD譜圖如圖4所示。由圖4可知：隨著鐵礬分解工序攪拌速度增加，二氧化硅和硫酸鈣衍射峰強度變化較小，鐵礬衍射峰強度有逐漸下降趨勢，未出現新的衍射峰。

同時，考察了環保型提金劑體系下不同攪拌速度所得鐵礬分解渣的金浸出率，結果如圖5所示。由圖5可知：隨著攪拌速度增加，鐵礬分解渣金浸出率增加，但增幅較小。當攪拌速度為300 r/min時，鐵礬分解渣金浸出率為85.3 %。當攪拌速度分別增加至400 r/min和450 r/min時，鐵礬分解渣金浸出率分別為85.9 %和85.8 %。結合能耗和金浸出率考慮，鐵礬分解工序選取攪拌速度400 r/min為優化條件。

2.1.3 液固比

以氧壓渣為原料，在溫度50 ℃、時間3 h、pH值11.0～12.0、攪拌速度400 r/min的條件下，分別考察了鐵礬分解工序液固比（L/S）為4，5，6和7對鐵礬分解效果的影響。不同液固比條件下鐵礬分解渣XRD譜圖如圖6所示。由圖6可知：隨著液固比的增加，二氧化硅、硫酸鈣和鐵礬衍射峰強度變化較小，未出現新的衍射峰。圖6中硫酸鈣衍射峰強度較圖3中高，推測是由于調節pH時石灰乳加入量差異或原料中硫酸鹽含量波動所致。

同時，考察了不同液固比下所得鐵礬分解渣金浸出率，結果如圖7所示。由圖7可知：隨著液固比逐漸增大，鐵礬分解渣金浸出率緩慢上升。當鐵礬分解工序液固比為4時，鐵礬分解渣金浸出率為85.4 %。當液固比分別升高至6和7時，鐵礬分解渣金浸出率分別為86.1 %和86.3 %。鐵礬分解工序液固比過大，易導致水耗量增加、生產能力下降。綜合考慮水耗量和氧壓渣處理量，鐵礬分解工序選取適宜的液固比為4。

2.1.4 溫 度

以氧壓渣為原料，在時間3 h、pH值11.0～12.0、液固比4、攪拌速度400 r/min的條件下，考察了鐵礬分解工序溫度分別為60 ℃、70 ℃、80? ℃和90 ℃對鐵礬分解效果的影響。不同溫度條件下得到的鐵礬分解渣XRD譜圖如圖8所示。由圖8可知：隨著鐵礬分解工序溫度的升高，二氧化硅和硫酸鈣衍射峰強度變化較小，鐵礬衍射峰強度逐漸降低。當溫度為90 ℃時，鐵礬分解渣中鐵礬衍射峰消失。

同時，考察了不同溫度下所得鐵礬分解渣金浸出率，結果如圖9所示。由圖9可知：隨著鐵礬分解工序溫度升高，鐵礬分解渣金浸出率逐漸上升。當溫度為60 ℃時，鐵礬分解渣金浸出率為86.4 %。當溫度分別升高至80 ℃和90 ℃時，鐵礬分解渣金浸出率分別為88.1 %和89.7 %。卡林型金精礦酸性加壓氧化預處理過程溫度約為225 ℃，因此可充分利用降溫過程產生的余熱，無需額外加熱即可維持鐵礬分解工序的反應溫度。綜合考慮鐵礬分解渣金浸出率，選取適宜的溫度為90 ℃。

2.1.5 時 間

以氧壓渣為原料，在pH值11.0～12.0、液固比4、攪拌速度400 r/min、溫度90 ℃的條件下，考察了時間分別為1 h、2 h、3 h和4 h對鐵礬分解效果的影響。鐵礬分解渣隨時間變化的XRD譜圖如圖10所示。由圖10可知：隨著鐵礬分解時間由1 h延長至2 h，二氧化硅和硫酸鈣的衍射峰強度變化較小，鐵礬衍射峰的強度逐漸減小。當鐵礬分解時間延長至3 h時，鐵礬衍射峰完全消失；繼續延長鐵礬分解時間至4 h，出現氫氧化錳鈣的衍射峰。

同時，考察了不同時間下所得鐵礬分解渣金浸出率，結果如圖11所示。由圖11可知：隨著鐵礬分解工序時間的增加，鐵礬分解渣金浸出率逐漸上升。當時間為1 h時，鐵礬分解渣金浸出率為84.5 %。當時間分別延長至2 h和3 h時，鐵礬分解渣金浸出率分別為86.7 %和89.6 %。繼續延長鐵礬分解時間至4 h時，鐵礬分解渣金浸出率為89.8 %，變化較小。結合圖10可知，鐵礬分解工序時間為3 h時，鐵礬分解渣中已無鐵礬衍射峰。鐵礬分解工序時間過長，導致能耗增加和生產周期變長。因此，鐵礬分解工序選取時間為3 h較為適宜。綜上所述，鐵礬分解工序的優化工藝條件為：pH值11.0～12.0、液固比4、攪拌速度400 r/min、溫度90 ℃、時間3 h。

2.2 鐵礬分解渣礦物學表征

2.2.1 微區分析及金物相分析

以氧壓渣為原料，在pH值11.0～12.0、液固比4、攪拌速度400 r/min、溫度90 ℃和分解時間3 h的優化條件下，所得鐵礬分解渣的化學成分分析結果如表2所示。由表2可知：鐵礬分解渣中SiO2、Fe、S和Ca品位相對較高，分別為21.61 %、8.62 %、8.42 %和13.64 %，存在少量As、Mg和Mn等，品位分別為1.25 %、0.41 %和0.27 %。

鐵礬分解渣的SEM-EDS分析結果如圖12所示。由圖12可知： 1區域硅和氧原子百分比分別為20.89 %和75.76 %，表明1區域主要物相為SiO2。2區域鐵和氧原子百分比分別為16.79 %和71.21 %，表明2區域主要物相為Fe2O3。3區域鐵、硅、鈣和氧原子百分比分別為4.77 %、11.16 %、5.28 %和78.18 %，表明3區域主要物相為CaSO4、SiO2和Fe2O3的混合物。由SEM譜圖可知，2，3區域表面較為松散，利于浸出劑與金接觸反應。鐵礬分解渣中鐵和硫分布相對較為均勻，仍存在少量鈣局部富集情況。在鐵礬分解工序中，由于氫氧化鈣的堿性和溶解度均較氫氧化鐵高，鐵礬可與氫氧化鈣反應生成硫酸鈣和氫氧化鐵等產物。

鐵礬分解渣中不同礦物SEM-EDS分析結果如圖13所示。由圖13-a可知，鐵、鈣、硫、硅和氧原子百分比分別為0.16 %、0.09 %、0.32 %、32.79 %和66.64 %，表明該區域主要物相為SiO2。由圖13-b可知，鐵、鈣、硫、硅和氧原子百分比分別為19.64 %、0.04 %、13.25 %、1.16 %和65.91 %，推測該區域主要物相為（K，H3O）Fe3（SO4）2（OH）6。圖13中礦物表面相對光滑致密，不利于浸出劑滲透進入礦物中與目標金屬反應。

鐵礬分解渣中金物相分析結果如表3所示。由表3可知：鐵礬分解渣中裸露金分布率達89.66 %，鐵礬包裹金分布率由氧壓渣中的9.59 %降低至1.28 %，表明鐵礬分解工序可有效打開鐵礬對金的包裹。氧壓渣中硅酸鹽礦物包裹金分布率為6.20 %，鐵礬分解渣中硅酸鹽礦物包裹金分布率為5.41 %，說明鐵礬分解工序對硅酸鹽礦物包裹金的影響不大。

2.2.2 鐵礬分解渣元素化學形態

鐵礬分解渣表面鐵、砷、硫的元素化學形態分析結果如圖14所示，相關參考文獻如表4所示。由圖14可知：在709.7 eV和711.0 eV處分別檢測出Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）峰，依據峰值區域面積計算其占比分別為10.04 %和89.96 %。在43.50 eV和44.93 eV處分別檢測出As（Ⅲ）和As（Ⅴ）峰，依據峰值區域面積計算其占比分別為26.39 %和73.61 %。169.34 eV對應SO2-4的峰值，依據峰值區域面積計算其占比為100.00 %。硫的形態與氧壓渣中硫的形態一致。鐵礬分解渣中Fe（Ⅲ）和As（Ⅴ）含量高于氧壓渣，部分Fe（Ⅱ）和As（Ⅲ）在鐵礬分解工序被空氣中的氧氣氧化。

3 結 論

1） 在pH值11.0～12.0、液固比4、攪拌速度400 r/min、時間3 h和溫度90 ℃的優化條件下，鐵礬分解渣XRD物相中未檢測到鐵礬衍射峰，表明堿性體系可實現氧壓渣中鐵礬的高效分解。

2） 以優化條件所得鐵礬分解渣為原料，在環保型提金劑用量3 g/L、溫度30 ℃、pH值11.0～11.5、時間4 h、液固比4、活性炭用量40 g/L、攪拌速度400 r/min、空氣流量2.5 L/min的條件下，鐵礬分解渣金浸出率可達89.6 %，表明堿性體系鐵礬分解工序可有效提高金浸出率。

3） 鐵礬分解渣主要物相為氫氧化錳鈣、硫酸鈣和二氧化硅。堿性體系鐵礬分解工序可有效打開鐵礬對金的包裹，對硅酸鹽礦物包裹金影響較小。鐵礬分解過程生成的硫酸鈣對金形成二次包裹，致使硫酸鈣包裹金分布率略微上升。

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Abstract：Secondary jarosite encasement of gold was observed in the oxygen-pressed residue obtained from acidic pressure oxidation pretreatment of Carlin-type gold concentrates.An environmentally friendly gold extraction agent was used to extract gold，with a gold leaching rate of approximately 81 %.To further improve the gold leaching rate，the decomposition law of jarosite in the oxygen-pressed residue under different process parameters in an alkaline system was investigated，as well as its effect on the gold leaching rate，and the optimal conditions were determined.The results showed that efficient decomposition of jarosite can be achieved under the conditions of pH 11.0-12.0，liquid-solid ratio of 4，stirring speed of 400 r/min，time of 3 h，and temperature of 90 ℃.The gold extraction rate of up to 89.6 % was achieved using the environmentally friendly gold extraction agent with the optimized jarosite decomposition residue as the raw material，indicating that the jarosite decomposition process in an alkaline system can effectively relieve the encased gold and effectively improve the gold leaching rate.

Keywords：Carlin-type gold concentrate;oxygen-pressed residue;gold;jarosite;decomposition;environmentally friendly gold extraction agent