從高鹽礦區難處理金礦石中浸出金試驗研究

伍贈玲,王乾坤,王 弘,陳水波,傅福金,季常青

(低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點實驗室,福建 廈門 361101)

我國難處理金礦資源豐富,約有1 200 t,占已探明金礦資源的30%～40%[1]。金通常以微細粒或者顯微狀態包裹在載金礦物中,或浸染在晶體中,細磨難以實現單體解離,直接氰化浸出時金浸出率低,需進行氧化預處理,這是金礦難處理的原因之一。針對難處理金礦,先浮選富集,再氧化預處理浮選金精礦,后采用氰化或者硫氰酸鹽提取金[2]。生物氧化預處理可通過氧化金精礦中的硫化物,提高金浸出率;但在此過程中,氯離子濃度對硫化物氧化效果影響較大,達一定值會抑制微生物氧化活性,影響金精礦的預氧化效果[2-6]。

受地理位置和氣候等因素的影響,一些金礦區地表水和地下水均為高鹽水,淡水資源匱乏,亟待解決鹽水利用問題。目前,國內外用高鹽水進行礦產資源開發的研究不多,僅有少量關于用高鹽水浮選、用高鹽水制備氧化劑氧化提金等方面的研究報道[7-11]。其中,海水對礦物浮選的影響主要表現在:海水對溶液酸堿度的緩沖作用使得浮選pH調節變得非常困難;電解質離子影響礦物顆粒界面水結構、礦物顆粒與氣泡的性質及兩者間的相互作用;海水中鈣、鎂離子水解生成親水性的羥基配合物或氫氧化物沉淀粘附在礦物表面造成礦物表面疏水性下降[7-9]。采用耐鹽性較好的新型碳質和硫抑制劑可以強化鋅礦物的富集回收,使鋅回收率提高2.24%[10]。通過電解礦區的高鹽水獲得次氯酸鈉,再用次氯酸鈉有效氧化難處理金礦中的黃鐵礦和毒砂等賦存金的硫化礦物,可提高金綜合回收率[11]。

為降低鹽水對無淡水礦區生產的影響,開發資源利用率高的清潔技術已經成為難處理金礦資源開發的關鍵。某含砷硫化礦金以顯微/超顯微形式包裹在黃鐵礦和毒砂等硫化礦物中,屬難處理金礦,礦區淡水資源匱乏,鹽水脫鹽處理成本高,為了直接利用礦區高鹽水浮選和氰化浸出金,降低用水成本,試驗采用鹽水浮選—脫鹽水生物氧化—氰化浸出工藝提取金,以求實現清潔、低成本回收難處理金礦石中的金。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

金礦石:取自澳大利亞某金礦,金、硫、銅、砷品位分別為4.25 g/t、1.51%、0.011%、0.84%,CaO與MgO合量高(12.7%),有機炭質量分數含量較低(0.04%)。金主要以顯微、超顯微狀態賦存于硫化物中,硫化物包裹金占91.5%。礦石磨至粒度-74 μm占80%條件下直接炭浸氰化,金浸出率僅為9.0%,為含堿性脈石高砷難處理金礦。

1.2 現場鹽水水質

表1 現場鹽水水質全分析結果 mg/L

1.3 試驗試劑

碳酸鈉、硫酸銅、氫氧化鈉、硫酸、氯化鈉,均為分析純,西隴化工股份有限公司生產;丁基黃藥、丁銨黑藥、BK204,均為工業級,鐵嶺選礦藥劑有限公司;氰化鈉,工業級,河北誠信集團有限公司。

1.4 試驗設備

XFDⅣ型浮選機,GCM-E-10型電滲析設備,HH-1型恒溫數顯水浴鍋,S313型玻璃反應釜,JJ-1型恒速立式攪拌器,Mettler Toledo In lab FE28型pH計,SHB-ⅢA型循環水真空泵,DZF-6050型真空干燥箱等。

1.5 試驗原理及方法

原礦為含堿性脈石高砷難處理金礦,直接氰化浸出,金浸出率較低。采用鹽水浮選—鹽水脫鹽—金精礦生物氧化—氧化渣氰化工藝提取金。由于現場無淡水資源可用,因此,通過優化浮選工藝和藥劑制度,利用現場鹽水浮選富集獲得金精礦;之后再對金精礦生物氧化用水進行電滲析脫鹽,以減小其對生物預氧化的影響,最后采用金精礦生物氧化—氰化提金工藝回收金。工藝流程如圖1所示。

圖1 提金工藝流程

鹽水原礦浮選:原礦中金嵌布粒度不均,采用粗細分開磨礦,細磨至礦石粒度-74 μm占80%,用現場鹽水調漿至礦漿濃度30%。因高鹽水中的無機離子對浮選泡沫、礦物顆粒、選礦藥劑均會產生一定影響[9],選擇具有一定耐鹽性的浮選藥劑進行浮選,即以碳酸鈉為調整劑、硫酸銅為活化劑、丁基黃藥和丁銨黑藥組合為捕收劑、BK204為起泡劑,采用階段活化階段浮選,“一次粗選、五次掃選”開路流程進行浮選。

鹽水脫鹽:現場原水水質整體良好,經初步沉降和精密過濾后可滿足電滲析進水質量要求,因此,采用“預處理+電滲析”工藝進行現場鹽水脫鹽。

金精礦酸化—生物預氧化:生物預氧化硫化物包裹的難處理金礦可以有效打開包裹,提高金浸出率。硫化礦的生物預氧化是一個復雜過程,化學氧化、生物氧化及原電池反應同時發生,硫化礦物中的硫、砷、銻、鐵分別被氧化成硫酸鹽、砷酸鹽、銻酸鹽、鐵的氫氧化物或鐵礬等,最終使硫化物晶體被破壞,使被包裹的金暴露出來,得以用氰化法回收。主要化學反應式如下[10]:

采用Cl-質量濃度1.5 g/L鹽水進行模擬連續生物氧化試驗,鹽水加入到金精礦中調節礦漿濃度至40%,加入生物氧化液常溫攪拌酸化2 h,控制礦漿終點pH為1.5。酸化礦漿加入配制的培養基、菌種調節礦漿濃度至15%,在溫度40 ℃、攪拌強度250 r/min、充氣條件下進行生物攪拌預氧化,每天監測礦漿pH和Eh。預定氧化時間結束后,氧化礦漿稱重,過濾,收集、計量氧化液體積和密度,送分析;用1.5倍體積20 g/L硫酸對氧化渣進行洗滌,再用清水洗滌至洗滌液pH=7左右,氧化渣烘干計重,縮分出樣品送分析,剩余樣品進行炭浸氰化試驗。

氧化渣炭浸氰化:氧化渣中金得到解離,采用炭浸氰化提金,金在氰化鈉溶液中發生的化學反應為

在礦漿濃度33.3%、石灰調節pH=10.5～11、氰化鈉初始濃度0.8‰、試驗過程中取樣進行游離氰根濃度滴定并補加至0.5‰、活性炭質量濃度20 g/L、氰化時間24、48 h條件下對金精礦進行炭浸氰化。兩段氰化試驗是在一段氰化固液分離后氰化渣與浮選尾礦(w(Au)=0.41 g/t)一起進行炭浸氰化,按浮選精礦產率計算尾礦加入量,補加現場鹽水控制礦漿濃度25%,在活性炭質量濃度20 g/L、氰化鈉濃度0.5‰條件下氰化浸出24 h。二段氰化金回收率按氰化渣金與氰化入料金(一段氰化渣+尾礦)進行計算;金綜合回收率為浮選—金精礦生物氧化—(氧化渣氰化-氰化尾漿+尾礦氰化)兩段氰化工藝綜合回收率,按照氰化尾渣金品位與按渣液合計,計算得出的氧化渣金品位及尾礦品位計算公式為

式中:x—兩段氰化的金綜合回收率,%;m1—生物氧化渣質量,g;w1—氧化渣金品位,g/t;m2—尾礦質量,g;w2—尾礦金品位,g/t;m3—二段氰化尾渣質量,g;w3—二段氰化尾渣金品位,g/t。

2 試驗結果與討論

2.1 鹽水原礦浮選

浮選后得金29.89 g/t、總硫10.46%、硫化物硫10.31%、砷6.94%、產率13.0%、金回收率91.78%、硫化物硫回收率96.37%的金精礦,w(金)/w(硫化物硫)=2.9,n(總炭)/n(硫化物硫)=0.25,CaO與MgO合量為7.57%。

金精礦中主要硫化礦物為黃鐵礦(13.8%)、毒砂(15.1%),還含少量黃銅礦(0.2%)、斑銅礦/銅藍、砷黝銅礦、輝鉬礦、閃鋅礦、方鉛礦。脈石礦物中主要含石英、白云母(12.4%)、長石(16.2%)、綠泥石(18.1%)和碳酸鹽礦物(4.4%)。金精礦直接炭浸氰化金浸出率僅為13.6%。浮選尾礦中Au、S2-品位分別為0.4 g/t、0.058%。

2.2 鹽水脫鹽

本課題組前期相關研究結果表明,氯離子質量濃度在0～10 g/L范圍內時,質量濃度越高,對浮選金精礦中硫化物的氧化越不利,為了縮短氧化時間并獲得滿意的生物氧化效果,需控制生物氧化用水中氯離子質量濃度在1.5 g/L以下[3]。

分別采用預處理+電滲析、電滲析+反滲透工藝對現場鹽水(電導率30.6 mS/cm)進行脫鹽處理,工藝運行指標對比結果見表2。可以看出:現場鹽水采用前者脫鹽至氯離子質量濃度為1.5 g/L(電導率約5.5 mS/cm),后者脫鹽至氯離子質量濃度0.1 g/L;但是,前者的運行成本比后者低2.86元/m3。按礦石處理量100萬t/a,生物預氧化需水量2 200 m3/d計,采用預處理+電滲析工藝處理現場鹽水,每年可節約運行成本207.6萬元。浮選及氰化可采用鹽水生產,按補加新水1 105 m3/d計,每年節省水處理成本328.9萬元,累計節約成本536.5萬元/a。

表2 預處理+電滲析、電滲析+反滲透工藝運行指標對比結果

2.3 金精礦生物氧化—氧化渣氰化提金

2.3.1 氧化液返回酸化對生物氧化的影響

該金礦中堿性脈石含量高,浮選金精礦中CaO與MgO合量為7.57%,直接進行生物氧化會影響氧化效率和穩定性,因此,生物氧化前對金精礦進行酸化預處理。在脫鹽水(ρ(Cl-)=1.5 g/L)中進行模擬連續生物氧化,氧化液返回至金精礦酸化,考察氧化液是否返回酸化對生物氧化的影響,試驗結果見表3。

表3 氧化液是否返回酸化對生物氧化的影響試驗結果

由表3看出:相同氧化時間條件下,生物氧化液返回酸化,生物氧化液中銅、鐵、砷、硫酸質量濃度及砷浸出率、硫氧化率均高于未返回酸化;生物氧化10 d時,硫氧化率、砷浸出率分別提高至95.5%、99.2%,比未返回酸化高12.9%、3.4%。說明氧化液返回酸化,可中和浮選金精礦中的堿性脈石,同時也有利于促進硫化物的氧化。

2.3.2 生物氧化渣氰化提金

1)一段炭浸氰化

對生物氧化10 d的氧化渣進行一段炭浸氰化試驗,結果見表4。

表4 生物氧化渣一段炭浸氰化試驗結果

由表4看出:經氧化液返回酸化、生物氧化10 d的氧化渣進行一段炭浸氰化浸出的金浸出率均高于未返回酸化,說明氧化液返回酸化有利于提高氧化金精礦中的硫化礦物、硫氧化率和砷浸出率,有利于后續氧化渣中金的提取,提高金浸出率;相同氰化時間條件下,采用鹽水和清水氰化,金浸出率沒有明顯差別,說明在采用脫鹽水生物氧化取得較高硫氧化率和砷浸出率前提下,再對氧化渣進行氰化提金,所用水質對金浸出率影響不大,但氰化時間對金浸出率影響較大,延長氰化時間至48 h,金浸出率顯著提高。

2)二段炭浸氰化

分別對氧化液返回酸化生物氧化7 d和10 d氧化渣進行兩段炭浸氰化試驗,結果見表5。可以看出:氧化渣炭浸氰化尾渣與浮選尾礦一起進行炭浸氰化,仍有部分裸露金可得到浸出,二段氰化金浸出率在23%～32%之間;生物氧化7 d,氧化渣一段氰化金浸出率為90.9%,二段氰化尾渣中金質量分數降至0.62 g/t,相對于原礦,金綜合回收率為83.0%,累計石灰和NaCN耗量分別為64.4 kg/t原礦、2.5 kg/t原礦;生物氧化10 d,金綜合回收率提高至84.1%,累計石灰和NaCN耗量分別為63.9 kg/t原礦、2.0 kg/t原礦。

表5 氧化液返回酸化生物氧化渣兩段氰化試驗結果

3 結論

采用鹽水浮選—脫鹽水生物氧化—氰化浸出工藝從高鹽水礦區某堿性高砷難處理脈石中提取金可以解決金礦區淡水資源匱乏、無法實現清潔、低成本提取金的問題,使現場鹽水得到充分利用,從而降低鹽水脫鹽成本,提高金綜合回收率,明顯減小鹽水對沒有淡水水源的礦區生產的影響。直接利用礦區高鹽水浮選、氰化浸出金,可實現高鹽礦區難處理金礦資源的有效利用。