難處理金礦的提金工藝設計

摘要：難處理金礦資源現已成為我國黃金行業生產的主要原料來源，為提高難處理金礦中金的回收率，氰化浸出之前一般均需要預處理。本文探討難處理金礦提金的主要處理工藝，重點分析焙燒氧化工藝。其間結合小型試驗結果，確定最佳工藝參數，并參照類似冶煉廠實際生產的成功經驗，結合礦石實際情況，對原礦循環流態化富氧焙燒工段設備進行選型研究，以期獲得良好的設計指標。

關鍵詞：難處理金礦；焙燒氧化；循環流態化；富氧焙燒；設備選型

中圖分類號：TF111.1；TD953 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）02-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.02.018

Design of Gold Extraction Process for Refractory Gold Ores

HU Lei1， LIANG Xinxing2， GUO Chihao1， MA Zelong1， MA Hui1

（1. BGRIMM Technology Group， Beijing 100160， China; 2. Norin Mining Limited， Beijing 100053， China）

Abstract： Refractory gold ore resources have become the main source of raw materials for China’s gold industry production， in order to improve the recovery rate of gold from refractory gold ores， pre-treatment is generally required before cyanide leaching. This paper explores the main treatment processes for extracting gold from refractory gold ores， with a focus on analyzing the roasting oxidation process. During this process， based on the results of small-scale experiments， the optimal process parameters are determined， and referring to the successful experience of similar smelters in actual production， combined with the actual situation of the ore， the selection of equipment for the original ore circulating fluidized oxygen-enriched roasting section is studied， in order to obtain good design indicators.

Keywords： refractory gold ores; roasting oxidation; circulating fluidization; oxygen-enriched roasting; equipment selection

隨著我國易處理金礦資源的不斷減少，難處理金礦資源已成為黃金行業生產的主要原料來源[1]。對于難處理金礦，直接氰化浸出率一般低于80%，為提高難處理金礦中金的回收率，在氰化浸出之前一般均需要預處理。目前，國內普遍采用的預處理方法主要有生物氧化法、熱壓氧化法和焙燒氧化法[2-5]。實踐表明，焙燒氧化法是礦石預氧化工藝中最具吸引力的方法，它具有工藝成熟、適應性強、操作簡單、技術可靠、綜合回收率高、經濟效益好等優點[6]。

1 預處理方法

1.1 生物氧化法

生物氧化法是利用氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌等細菌氧化分解礦石中的黃鐵礦、砷黃鐵礦等硫化礦物，其中硫、砷轉化為鹽類溶解到溶液中，從而使礦石中的金暴露出來，增大金與浸出劑的接觸面積。生物氧化法可分為堆浸和槽浸兩大類，堆浸主要用于處理低品位礦石，槽浸則用于處理高品位礦石或金精礦。生物氧化法反應溫和、投資少、能耗低、環境友好，但反應效率低，菌種對環境要求苛刻。

1.2 熱壓氧化法

熱壓氧化法是向礦石中加入酸或堿，在一定的溫度和壓強下，將礦石中的硫化物、砷化物氧化，使礦石中的金顆粒暴露出來，便于氰化提金。根據礦石中礦物組分及特性選定不同的溶液介質，當脈石為酸性物質時，通常采用酸法熱壓氧化，當脈石為堿性物質時，則采用堿法熱壓氧化。熱壓氧化法對設備材質要求高，因而設備成本高，而且反應條件為高溫高壓，操作較為麻煩，安全性要求高，因而其在黃金行業的大規模應用受到一定限制。

1.3 焙燒氧化法

焙燒氧化法是指高溫下（450～800 ℃）難處理金礦石中硫化物、碳化物與氧氣反應，轉化成SO2、CO2氣體，而將包裹金暴露出來，為后續氰化提金創造有利條件。隨著國家對三廢的排放要求越來越嚴，近年來，傳統焙燒工藝不斷優化發展，出現循環流態化焙燒、二段焙燒、固化焙燒、富氧焙燒等新型焙燒工藝[3]。循環流態化焙燒是將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，焙燒反應在循環流化床中進行，整個焙燒過程能達到均衡狀態，焙燒溫度、氣氛及停留時間等工藝參數能達到最佳控制條件，去硫、碳效果良好；二段焙燒工藝主要適用于含砷高的金礦石，第一段焙燒控制弱氧化性氣氛，焙燒溫度為400～500 ℃，主要目的是脫砷，第二段焙燒確保氧氣充足，焙燒溫度為500 ℃以上，將硫完全氧化脫除；固化焙燒是指在礦石焙燒時補加石灰或熟石灰等，將硫、砷等轉化成硫酸鹽、砷酸鹽而固定在焙砂中，避免有害氣體外排導致環境污染；富氧焙燒是指焙燒過程中采用富氧，提高氧濃度，富氧焙燒能強化焙燒和縮短焙燒過程，顯著降低煙氣量，減少配套收塵、煙氣處理設備的投資，同時氧化較充分，產出的焙砂質量高，有利于金的浸出，富氧焙燒能大大提高礦石的處理量，縮短反應時間，可用于原礦焙燒。

一直以來，礦冶科技集團有限公司對難處理金礦石焙燒氧化工藝研究很多，形成自己的特色技術。針對某含砷、碳、銻等有害雜質的難處理金礦石，國內研究提出原礦直接焙燒的工藝流程[7-10]，該工藝在新疆星塔礦業有限公司、貴州金興黃金礦業有限責任公司均有實踐應用。針對國內某難處理金礦，本文進行原礦焙燒-氰化試驗研究，確定最佳焙燒工藝參數。由于礦石日處理量大，設計采用原礦循環流態化富氧焙燒工藝，綜合循環流態化焙燒和富氧焙燒的優勢，強化焙燒，同時以小試參數為指導，進一步完成焙燒車間的設計，以期獲得良好的技術指標。

2 礦石性質

國內某選礦廠的難處理金礦石成分如表1所示。

3 試驗結果及分析

主要考察焙燒溫度、焙燒粒度、焙燒時間、焙砂冷卻方式等因素對金浸出率的影響。試驗發現，焙燒溫度的變化對后續氰化浸出中金的浸出率影響極大。在低溫焙燒（450～500 ℃）階段，隨著焙燒溫度的升高，金的浸出率都維持在較高的水平，焙燒溫度為500 ℃時，其達到最高值，為81.11%；隨著焙燒溫度的進一步升高，在中溫焙燒（525～700 ℃）階段，隨著焙燒溫度的升高，金的二次包裹導致金浸出率一直處于較低的水平。因此，選擇500 ℃進行預焙燒。

試驗表明，當礦樣焙燒粒度200目篩下質量的占比為60%時，氧化焙燒預處理達到最佳結果。焙燒時間的變化對金的氰化浸出率也造成較大影響，在0.5～1.5 h內氧化焙燒，隨著焙燒時間的增加，金的氰化率不斷下降，隨著時間提升到2 h，金的浸出率稍微上升，但是隨著時間進一步的增加，金的浸出率繼續下降。焙燒時間為0.5 h時，金的浸出率達到最大值。焙砂冷卻方式可采取空冷或水冷，試驗表明，焙砂冷卻方式對整體試驗的金浸出率影響不大，從工藝流程的連貫性考慮，焙砂直接進水淬槽進行水冷。經試驗確定，最佳試驗條件下，焙燒溫度為500 ℃，焙燒粒度200目篩下質量的占比為60%，焙燒時間為0.5 h，冷卻方式為水冷。采用焙燒預處理再氰化的方式，可將礦物中金的浸出率提升到86.25%（最高）。

4 焙燒工藝設計

4.1 設計規模

難處理金礦處理量為2 500 t/d，合計825 kt/a，礦石含水量約為2%，工作制度為330 d/a。

4.2 焙燒流程描述

原礦經螺旋給料送至循環流化床中焙燒，產生的煙氣采用旋風收塵器收集，大部分煙塵返回流化床循環焙燒，未收集的煙塵進入二次燃燒室再焙燒，二次燃燒后煙塵經表面冷卻器、旋風收塵器、電收塵器收塵后送煙氣處理車間，焙砂以及收集的煙塵經水淬后送酸浸車間。該工藝可以獲得更高的金浸出率，流程如圖1所示。

項目采用富氧焙燒，焙燒溫度為500 ℃，富氧濃度為30%。一次風機、富氧的混合氣由流化床底部鼓入，作用是提供原礦焙燒用的氧氣并保證沸騰物料處于正常的流態化狀態。焙燒需要的富氧鼓入風室后，從風帽小孔中進入爐膛，富氧使礦粉處于流態化懸浮狀態，同時參與硫化礦的氧化反應。礦石在沸騰爐內主要發生氧化焙燒反應進行脫硫、脫砷，同時利用原礦中堿性脈石、氧化鐵實現固硫固砷。由于原礦硫品位低，焙燒溫度僅依靠硫化礦物的氧化反應放熱來維持遠遠不夠，要添加燃料，以確保焙燒溫度。項目采用天然氣作為燃料，天然氣供風風機空氣、富氧的混合氣由流化床側面鼓入，作用是提供天然氣焙燒用的氧氣，為焙燒提供足夠熱量。

原礦焙燒出口煙氣經高效旋風收塵器收塵，收集的大部分煙塵返回流化床循環焙燒，未收集的煙塵進入二次燃燒室（充分燃燒單質硫），經表面冷卻器后，煙氣溫度降至350 ℃左右，煙氣仍含有約730 g/m3的細煙塵，經高效旋風收塵器收塵，煙氣含塵量降至約120 g/m3，后經電場高溫電收塵器靜電捕收煙塵（電收塵器的收塵效率大于99.5%），電收塵進口溫度控制在320～360 ℃，出口溫度控制在280～320 ℃。流化床溢流焙砂、旋風收塵器以及二次燃燒室捕收焙砂分別經過密封式返料器回送到焙砂冷卻床回收熱量，然后水淬。表面冷卻器、旋風收塵器和電收塵收集的塵通過2個刮板輸送機送到水淬槽，水淬后，礦漿經耐磨泵送入酸浸車間。

焙燒爐的烘烤及冷態爐開爐升溫、焙燒用燃料均采用天然氣。循環流化床設有4支燃油槍。同時，循環流化床上部設置緊急噴水降溫裝置，以防操作不當而導致焙燒溫度超過要求溫度。

4.3 主要設備選型

4.3.1 一次風機

日處理難處理金礦2 500 t，原礦焙燒需要的富氧量為13 454.60 m3/h，焙燒富氧濃度為30%；需要的空氣量為11 402.21 m3/h。假設夏季溫度37 ℃，大氣壓強為92 205.75 Pa，考慮管道漏風以及操作因素等，風機選型留有富余10%。經計算，羅茨風機鼓風量為15 650.90 m3/h，即260.84 m3/min?？紤]富余系數

（取1.2），鼓風量為313.01 m3/min。選擇一次風機，流量為320 m3/min，升壓為24.5 kPa，電機采用變頻調速。

4.3.2 天然氣供風風機

天然氣燃燒需要的富氧量為26 013.08 m3/h，焙燒富氧濃度為30%，需要的空氣量為22 044.98 m3/h。經計算，供風風機鼓風量為30 259.38 m3/h，即504.32 m3/min。

考慮富余系數（取1.2），鼓風量為605.18 m3/min。選擇天然氣供風風機，流量為610 m3/min，升壓為24.5 kPa，電機采用變頻調速。

4.3.3 循環流化床

流化床出口工況煙氣量為130 748.17 m3/h，假設爐膛的氣流速度是5 m/s，則爐膛直徑為3.041 m?？紤]富余系數，設計取3.2 m。爐底鼓入的富氧量為

4 484.87 m3/h，爐床線速度為0.8 m/s，則爐床直徑為1.41 m，

考慮富余系數，設計取1.6 m。腹角取17°，則爐床直徑是1.57 m；設計取2.0 m，底部風室高度取1.5 m。假設煙氣停留4 s，則爐膛高度是23.5 m。

4.3.4 電收塵器

電收塵進口溫度為350 ℃，電收塵出口溫度為320 ℃，

平均溫度為335 ℃。進入電收塵器的氣體標況流量為50 391.23 m3/h，氣體工況流量為123 325.96 m3/h。

電場氣流速度平均為0.45 m/s，電場面積為76.1 m2?？紤]富余系數（取1.2），電場面積為91.3 m2。電收塵選用電場面積為100 m2的高溫電收塵器。

5 結論

經試驗，最佳工藝參數下，焙燒溫度為500 ℃，焙燒粒度200目篩下質量的占比為60%，焙燒時間為0.5 h，冷卻方式為水冷。采用焙燒預處理-再氰化工藝，金的浸出率為86.25%，比直接氰化中金的浸出率至少提高25%，獲得良好的技術經濟指標。以試驗數據為依據，參照類似冶煉廠實際生產的成功經驗，對焙燒車間設備進行選型研究。由于礦石日處理量大，設計采用原礦循環流態化富氧焙燒工藝，綜合循環流態化焙燒和富氧焙燒的優勢，強化焙燒，焙砂產率為98%，焙燒脫硫率大于97.5%，固砷率大于95%，焙砂中金銀回收率均大于99.92%，為氰化浸出提供良好的物料。

參考文獻

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