楊 鵬，王 杰，趙 娜，孫美芬，周元浩

(1.山東招金科技有限公司; 2.山東國環(huán)固廢創(chuàng)新科技中心有限公司)

引 言

隨著金礦資源的逐年大規(guī)模開采，金礦資源日趨貧化，難處理金礦成為黃金工業(yè)生產(chǎn)的主要資源。目前，世界金礦儲(chǔ)量中難處理金礦占60 %～70 %；而在世界黃金總產(chǎn)量中，由難處理金礦產(chǎn)出的金占30 %左右[1]。難處理金礦是指在正常磨礦情況下，采用常規(guī)的氰化提金方法金浸出率較低的礦石和精礦，其氰化金浸出率通常小于 80 %，典型的難處理金礦金浸出率僅為10 %～30 %[2-3]。含砷硫化礦是難處理金礦中儲(chǔ)量最大、可回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的金礦石類型，也是目前研究最多的礦石類型[4]。

對(duì)于難浸金礦石通常先進(jìn)行氧化預(yù)處理，再進(jìn)行氰化浸出提金。常用的氧化預(yù)處理工藝主要有焙燒氧化法、熱壓氧化法、生物氧化法、化學(xué)氧化法等。而生物氧化法由于在工業(yè)上具有效率高、綜合效益好、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),已成為目前國內(nèi)外研究最多、發(fā)展最快且廣泛應(yīng)用的難處理金精礦預(yù)處理方法之一[5]。

新疆某金礦選礦廠生產(chǎn)的金精礦含砷3.08 %、鐵15.17 %、硫13.00 %，自然金嵌布粒度以微粒為主，占91.04 %，金精礦直接氰化浸出金浸出率只有29.16 %，為典型的含砷微細(xì)粒難處理金精礦。針對(duì)該金精礦的性質(zhì)特點(diǎn)，開展了生物氧化—氰化提金工藝研究，選擇了適宜的浸金菌種，考察了磨礦細(xì)度、礦漿濃度、氧化時(shí)間等對(duì)硫化物氧化率及金浸出率的影響，并在最優(yōu)條件組合下開展了生物氧化連續(xù)試驗(yàn)和氧化渣氰化浸出試驗(yàn)，獲得了良好的指標(biāo)。

1 金精礦性質(zhì)

試驗(yàn)所用浮選金精礦取自新疆某金礦選礦廠,經(jīng)篩析可知，細(xì)度為-0.074 mm占79.50 %。該金精礦金品位37.10 g/t，含砷3.08 %、鐵15.17 %、硫13.00 %，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 金精礦化學(xué)成分分析結(jié)果

金精礦中金屬礦物相對(duì)含量為 36.08 %，脈石礦物相對(duì)含量為 63.92 %。金精礦中金屬硫化物主要為黃鐵礦和毒砂，次為磁黃鐵礦、輝銻礦、黃銅礦、斑銅礦及黝銅礦。金屬氧化物主要為赤鐵礦、褐鐵礦及磁鐵礦。脈石礦物主要為斜長石、透長石、石英，少量綠泥石、角閃石、白云母、方解石及白云石，螢石、石墨、金紅石等其他礦物含量較少。

金精礦中自然金嵌布粒度很細(xì)，以微粒金為主，占91.04 %，細(xì)粒金占 5.92 %，中粒金占 2.20 %，粗粒金占 0.84 %。金精礦中金的嵌布狀態(tài)主要為包裹金，占 74.18 %(其中金屬硫化物包裹金占 68.65 %，脈石礦物包裹金占 5.53 %)，單體與連生金合計(jì)占 22.66 %，“劫金”物質(zhì)影響金占3.16 %。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 直接氰化浸出探索試驗(yàn)

對(duì)金精礦分別開展直接常規(guī)氰化浸出與氰化炭浸試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 金精礦直接氰化浸出探索試驗(yàn)結(jié)果

由表 2可知：常規(guī)氰化浸出、氰化炭浸流程金浸出率分別為26.09 %、29.16 %。該金精礦直接氰化浸出金浸出率不足30 %，為典型難處理金精礦。

2.2 生物氧化—氰化提金試驗(yàn)

通過開展菌種選擇試驗(yàn)、培養(yǎng)基種類及用量試驗(yàn)，確定采用長春黃金研究院有限公司培養(yǎng)馴化選育的優(yōu)良生物菌種HYBBSX-Z1212-TL和適應(yīng)性良好的9K培養(yǎng)基(用量5.0 kg/t)進(jìn)行生物氧化—氰化提金條件試驗(yàn)。

2.2.1 磨礦細(xì)度

金精礦未磨時(shí)細(xì)度為-0.074 mm占79.50 %。試驗(yàn)前采用球磨機(jī)將金精礦磨至不同細(xì)度，開展不同磨礦細(xì)度對(duì)生物氧化效果的影響試驗(yàn)。磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程見圖1。對(duì)氧化渣進(jìn)行氰化浸出，以金的浸出指標(biāo)來表征該條件下金精礦生物氧化的效果，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程

w(磨礦細(xì)度-0.045 mm)/%氧化渣產(chǎn)率/%氧化渣金品位/(g·t-1)氰化渣金品位/(g·t-1)金浸出率/%85.0086.7642.763.0792.8290.0086.3342.972.8593.3795.0086.1143.082.8793.3498.0085.4543.422.8893.37

由表 3可知:當(dāng)磨礦細(xì)度-0.045 mm占85.00 %時(shí)，金浸出率為 92.82 %；繼續(xù)提高磨礦細(xì)度至-0.045 mm 占90.00 %時(shí)，金浸出率提高至 93.37 %；再進(jìn)一步提高磨礦細(xì)度，金浸出率基本不變。綜合考慮生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合降低能耗和作業(yè)成本及便于固液分離等因素，確定金精礦生物氧化最佳磨礦細(xì)度為-0.045 mm占90.00 %。

2.2.2 礦漿濃度

固定磨礦細(xì)度-0.045 mm占90.00 %,在不同礦漿濃度下，采用菌種 HYBBSX-Z1212-TL單槽氧化5 d，對(duì)氧化渣進(jìn)行氰化浸出試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 礦漿濃度試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知:在相同氧化時(shí)間條件下，礦漿濃度為15 %～18 %時(shí)，金浸出率較高且比較穩(wěn)定;當(dāng)?shù)V漿濃度為18 %時(shí)，金浸出率為93.62 %；礦漿濃度提高到21 %時(shí)，金浸出率略有下降。綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定單槽生物氧化試驗(yàn)礦漿濃度為18 %。

2.2.3 氧化時(shí)間

固定磨礦細(xì)度-0.045 mm占90.00 %，礦漿濃度18 %，氧化時(shí)間為變量，其他條件及試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 氧化時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知：在相同礦漿濃度條件下，氧化5 d 時(shí)，金浸出率為93.83 %；氧化6 d時(shí)，金浸出率提高至94.15 %；繼續(xù)延長氧化時(shí)間，金浸出率未有明顯變化。綜合考慮，確定單槽生物氧化試驗(yàn)氧化時(shí)間為6 d。

2.2.4 單槽生物氧化綜合條件試驗(yàn)

固定磨礦細(xì)度-0.045 mm占90.00 %，礦漿濃度18 %，氧化時(shí)間6 d，其他條件及試驗(yàn)流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 單槽生物氧化綜合條件試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知：采用菌種HYBBSX-Z1212-TL 氧化金精礦，在磨礦細(xì)度-0.045 mm占90.00 %、礦漿濃度18 %、9K培養(yǎng)基用量5.0 kg/t、氧化時(shí)間6 d、礦漿溫度38 ℃～42 ℃、礦漿初始pH 值<2.0的條件下，氧化渣金浸出率為94.22 %。

2.2.5 生物氧化連續(xù)試驗(yàn)

連續(xù)試驗(yàn)是在生物氧化系統(tǒng)處于礦漿動(dòng)態(tài)平衡的條件下，取樣分析和驗(yàn)證該金精礦生物氧化預(yù)處理情況和生物氧化效果，以確定最優(yōu)的流程結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)。在單槽生物氧化綜合條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了生物氧化連續(xù)試驗(yàn)。單槽生物氧化時(shí)間確定為6 d，連續(xù)生物氧化時(shí)間設(shè)計(jì)最長為8 d，目的是進(jìn)一步驗(yàn)證不同氧化時(shí)間的氧化效果。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般氧化時(shí)間控制在8 d以內(nèi)，這是因?yàn)檠趸瘯r(shí)間過長一方面增加了生產(chǎn)成本，另一方面菌液中細(xì)菌老化死亡數(shù)量急劇增長，惡化了生物氧化體系。

本次生物氧化連續(xù)試驗(yàn)氧化系統(tǒng)由8個(gè)串聯(lián)的氧化槽構(gòu)成，其中礦漿在每個(gè)氧化槽中的停留時(shí)間為1 d，總氧化時(shí)間可達(dá)到8 d。在試驗(yàn)開始階段根據(jù)礦漿體系的工藝參數(shù)向1#槽逐步添加礦物，增加礦漿濃度，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定的礦漿濃度后，開始向2#槽出礦，同時(shí)向1#槽補(bǔ)充相應(yīng)量調(diào)配好的金精礦礦漿和培養(yǎng)基，待24 h后2#槽氧化礦漿量達(dá)到設(shè)定容積后，2#槽向3#槽出礦，同時(shí)1#槽向2#槽出礦，并向1#槽補(bǔ)加金精礦礦漿。如此每24 h充滿1個(gè)氧化槽后，依次向后槽串聯(lián)出礦，直至8個(gè)氧化槽全部充滿，此時(shí)1#槽至8#槽中金精礦的氧化時(shí)間是1～8 d。試驗(yàn)條件及流程見圖2。穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，各氧化槽氧化過程參數(shù)見表7。

圖2 生物氧化連續(xù)試驗(yàn)流程

表7 各氧化槽氧化過程參數(shù)

由表7可知：隨著氧化時(shí)間的延長，不同礦漿濃度下的電位均不斷升高，pH均不斷降低。在礦漿濃度為18 %的條件下氧化6 d，礦漿電位達(dá)到690 mV，pH值降到1.39；繼續(xù)氧化，礦漿電位升高不明顯，pH下降也不明顯。氧化過程中，礦漿濃度為21 %時(shí)的pH低于礦漿濃度為18 %時(shí)的pH，原因是礦漿濃度高，單位體積硫含量高。而礦漿濃度為23 % 時(shí)pH最高，原因是礦漿濃度較高，礦漿電位低，雖然硫含量高，但硫氧化效果較差。

2.2.6 氧化渣氰化浸出

對(duì)不同氧化時(shí)間的氧化渣進(jìn)行氰化浸出試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖3，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

圖3 氧化渣氰化浸出試驗(yàn)流程

由表8可知:隨著氧化時(shí)間的延長，金浸出率逐漸提高。在礦漿濃度為18 %的條件下氧化6 d，金浸出率為94.11 %；繼續(xù)增加氧化時(shí)間，金浸出率未有提高，說明該礦漿濃度條件下最佳氧化時(shí)間為6 d。而當(dāng)氧化時(shí)間為8 d時(shí)，礦漿濃度為21 %、23 %的金浸出率分別為93.32 %和90.93 %，均未超過94.11 %。綜合考慮生物氧化連續(xù)試驗(yàn)的工藝指標(biāo)和生產(chǎn)成本，確定該金精礦最佳的連續(xù)生物氧化工藝條件為礦漿濃度18 %、氧化時(shí)間6 d。

表8 氧化渣氰化浸出試驗(yàn)結(jié)果

2.2.7 砷、鐵、硫脫除率

在礦漿濃度18 %條件下連續(xù)氧化6 d時(shí)砷、鐵、硫脫除率見表9。

表9 砷、鐵、硫脫除率

由表9可知：礦漿濃度為 18 %時(shí)連續(xù)氧化 6 d，砷、鐵、硫的脫除率分別為 74.69 %、52.45 %、64.41 %。

2.2.8 硫化物氧化率

對(duì)礦漿濃度18 %時(shí)連續(xù)氧化6 d的氧化渣進(jìn)行物相分析，結(jié)果見表10～12。金精礦中硫化物氧化率計(jì)算結(jié)果見表13。

表10 氧化渣砷物相分析結(jié)果

表11 氧化渣鐵物相分析結(jié)果

表12 氧化渣硫物相分析結(jié)果

表13 金精礦中硫化物氧化率計(jì)算結(jié)果

由表13可知：礦漿濃度為18 %時(shí)連續(xù)氧化6 d，砷氧化率為96.84 %，鐵氧化率為 93.83 %，硫氧化率為 74.97 %。

2.2.9 氧化渣洗滌液中和

氧化渣洗滌液由菌種HYBBSX-Z1212-TL在礦漿濃度18 %下連續(xù)氧化6 d的菌液和洗水1 ∶2混合而成。中和試驗(yàn)使用的氧化鈣為分析純?cè)噭Ｑ趸礈煲褐泻驮囼?yàn)條件及流程見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表14。

圖4 氧化渣洗滌液中和試驗(yàn)流程

表14 氧化渣洗滌液中和試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)GB 8978—1996 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,污水中總砷、總銀、總銅、總鋅、總鉛三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)分別為0.5 mg/L、0.5 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、1.0 mg/L，pH值要求為6～9。由表14可知：氧化渣洗滌液經(jīng)過兩段中和處理后，中和液中砷和其他重金屬離子質(zhì)量濃度均低于排放標(biāo)準(zhǔn),且溶液 pH也符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求,故中和液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可作為工藝水循環(huán)使用,此時(shí)氧化鈣的消耗量為每噸金精礦154.1 kg。

3 結(jié) 論

1)采用長春黃金研究院有限公司培育馴化的菌種HYBBSX-Z1212-TL和9K培養(yǎng)基，預(yù)氧化新疆某含砷微細(xì)粒難處理金精礦，在礦漿濃度為18 %條件下連續(xù)氧化6 d，砷、鐵、硫的脫除率分別為74.69 %、52.45 %、64.41 %；砷、鐵、硫的氧化率分別為96.84 %、 93.83 %、74.97 %。

2)氧化渣采用氰化炭浸工藝提金，浸出最優(yōu)條件為：礦漿濃度 33 %、氧化鈣用量15 kg/t、堿處理時(shí)間2 h、氰化鈉用量20 kg/t、氰化浸出時(shí)間48 h，金浸出率由直接氰化炭浸的29.16 %提高到94.11 %,氰化渣金品位降至2.55 g/t。

3)氧化渣洗滌液采用氧化鈣進(jìn)行中和處理后，中和液中砷和其他重金屬離子質(zhì)量濃度均遠(yuǎn)低于GB 8978—1996 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,且溶液 pH也符合排放標(biāo)準(zhǔn)要求,故中和液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可作為工藝水循環(huán)使用，氧化鈣的消耗量為每噸金精礦154.1 kg。