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(zhì)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(yīng)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(shù)安全環(huán)保，在難選冶金礦資源開發(fā)、提高資源利用率方面具有獨特優(yōu)勢。所以，非氰化浸金技術(shù)研究一直在進行[1-2]。目前，關(guān)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(yīng)性較差，生產(chǎn)過程中也存在一些問題，所以尚未得到推廣應(yīng)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(yè)應(yīng)用實例，但工藝細節(jié)未見報道；國內(nèi)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(jīng)浮選所得金精礦，粒度為-200目≥95%。

礦石多元素分析結(jié)果見表1。

表1 礦石多元素分析結(jié)果 %

試驗所用試劑：氧化劑YA，化學(xué)純；NaBr，NaCl，分析純。

試驗設(shè)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(xué)精密機械研究所；震蕩機，HY-8A型大容量調(diào)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(xué)穩(wěn)定性很高。上述過程可逆，在一定條件下會達到動態(tài)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(jù)能斯特方程，

式中：[氧化型]a/[還原型]b—參與電極反應(yīng)所有氧化側(cè)物質(zhì)濃度冪的乘積與參與電極反應(yīng)所有還原側(cè)物質(zhì)濃度冪的乘積之比，a，b等于各物質(zhì)在電極反應(yīng)中的系數(shù)；E—氧化型和還原型物質(zhì)在熱力學(xué)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(shù)，8.314 3 J/(K·mol);T—熱力學(xué)溫度K;F—法拉第常數(shù)，965 00 C/mol;n—電極反應(yīng)中得失電子數(shù)。

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(zhì)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(xué)過程為：

陰極反應(yīng)，

陽極反應(yīng)，

總反應(yīng)，

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(fā)生反應(yīng)，從而實現(xiàn)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(jù)單次試驗設(shè)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(fù)至試驗結(jié)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(zhì)量分數(shù)，計算金浸出率。

3 試驗結(jié)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(jié)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(yīng)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(jié)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(wěn)定，變化幅度不大。由金在溴-溴化物溶液中的電化學(xué)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(guān)，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(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯涸V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(nèi)，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(xué)浸出主要是Br2的氧化和配合劑的配合共同作用的結(jié)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(jié)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(wěn)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(fā)生下列反應(yīng)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(jù)上述試驗確定的適宜條件對礦石進行浸出，結(jié)果見表2。

表2 綜合浸出試驗結(jié)果

4 結(jié)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?；騺單⒘＜?，對于粒級分布寬、顆粒較大、含包裹金的礦石，應(yīng)采取重選、焙燒、預(yù)氧化等措施進行預(yù)處理。

該工藝采用非氰無毒試劑，環(huán)境友好；常溫、常壓下操作，安全可靠；適應(yīng)高海拔地區(qū)缺氧環(huán)境；浸出速度較快，生產(chǎn)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(huán)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(shù)對于黃金生產(chǎn)具有可替代氰化法的巨大潛力，值得進一步研究。