原礦焙燒提金技術(shù)分析

摘要：對于含硫、含砷、含碳微細粒包裹類型難處理金礦資源，目前較為有效的提金技術(shù)應(yīng)為原礦焙燒。分析了原礦焙燒關(guān)鍵核心技術(shù)，指出了富氧焙燒、循環(huán)焙燒、一爐兩段焙燒等3種焙燒技術(shù)的先進性，并以不同金礦石類型為例，探討了原礦焙燒技術(shù)條件及適應(yīng)性，為今后開發(fā)利用含硫、含砷、含碳微細粒包裹類型難處理金礦資源提供借鑒。

關(guān)鍵詞：原礦;焙燒;提金;磨礦;微細粒;技術(shù)分析

中圖分類號：TD953 文章編號：1001-1277（2020）09-0108-05

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20200916

引 言

焙燒氧化法是通過焙燒金礦石，破壞包裹金的組織從而使金裸露，大大提高金的浸出回收率。原礦焙燒屬于冶煉過程，是將未經(jīng)選別的難處理金礦石在焙燒爐中利用適當(dāng)?shù)臍夥盏茸鳂I(yè)條件進行焙燒，使目的組分與爐氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成易于后續(xù)作業(yè)處理的礦物形態(tài)，再經(jīng)過化學(xué)選礦，回收目的礦物金。

國內(nèi)難處理金礦資源的利用問題早已成為制約黃金行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)“瓶頸”?！熬盼濉眹铱萍脊リP(guān)計劃中，專門設(shè)立了“難處理金礦資源（采、選、冶）高效開發(fā)利用技術(shù)研究”攻關(guān)項目，進行國家層面的系統(tǒng)化攻關(guān)研究與工程化應(yīng)用。通過“九五”科研攻關(guān)，在金精礦焙燒氧化提金技術(shù)、含砷金精礦生物氧化提金技術(shù)方面獲得了可供工程化應(yīng)用的科研成果，并開始逐步在國內(nèi)進行推廣應(yīng)用?！笆濉逼陂g，進行了原礦沸騰焙燒—氰化提金技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原礦沸騰焙燒預(yù)處理工藝技術(shù)，并于2008年在貴州紫木凼金礦區(qū)建成了規(guī)模1 000 t/d 的原礦沸騰焙燒提金廠，建立了國家示范項目。本文結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用實例，對原礦焙燒技術(shù)進行了分析探討，為原礦焙燒技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 原礦焙燒關(guān)鍵核心技術(shù)

1.1 干式磨礦技術(shù)

1.1.1 國外碎磨技術(shù)

1）破碎+球磨系統(tǒng)。Carlin、Jerrit Canyon、Big Sprins、Goldstrike等礦山均采用該碎磨系統(tǒng)。但是，該系統(tǒng)中破碎、干燥和球磨設(shè)備的配置亦有不同。例如：Goldstrike礦山[1]的碎磨系統(tǒng)為礦石經(jīng)兩段開路破碎至-25 mm后，用帶有干燥倉的球磨機進行礦石的干燥與磨礦，最終磨礦細度為-0.11 mm 占80 %;Jerrit Canyon礦山[2]的碎磨系統(tǒng)為礦石經(jīng)兩段破碎后用圓筒式干燥器干燥，然后進行第三段破碎（閉路），再用干式球磨機進行磨礦，最終磨礦細度為-0.074 mm 占80 %，此系統(tǒng)中礦石的干燥作業(yè)與磨礦作業(yè)分別采用單獨的設(shè)備進行。

2）半自磨+球磨系統(tǒng)。Cortez、Minahasa、Golden Bear、Syama等礦山采用半自磨+球磨系統(tǒng)。其中，Newmont Minahasa礦山[3]將礦石經(jīng)顎式破碎機粗碎后給入半自磨機進行干燥和粗磨，然后再給入干式球磨機繼續(xù)細磨，最終磨礦細度為-0.065 mm占80 %。

1.1.2 國內(nèi)碎磨技術(shù)

國內(nèi)碎磨技術(shù)主要為中碎+立式輥磨干式磨礦技術(shù)。例如：貴州紫木凼金礦，其礦石經(jīng)粗碎、中碎開路破碎，破碎粒度為-50 mm，然后采用立式輥磨干式磨礦、旋分器風(fēng)力分級，最終磨礦細度為-0.074 mm 占90 %。

原礦干式磨礦采用立式輥磨機，將礦石細碎、烘干、碾磨、粒度分級等復(fù)雜工序在立式輥磨機內(nèi)一次性完成，與國外干式碎磨技術(shù)相比簡化了流程，提高了生產(chǎn)效率。其中，發(fā)明的燃煤與礦石一起進行干式磨礦專利技術(shù)，具有國際領(lǐng)先水平。

1.2 焙燒技術(shù)

1.2.1 富氧焙燒

富氧焙燒[4]通常指采用高濃度富含氧氣的氣氛作為焙燒介質(zhì)，含氧量一般至少在80 %以上，通常為93 %～95 %，亦有使用純氧的。

富氧焙燒爐一般采用2臺流態(tài)化床焙燒爐前后配置或2層疊加上下配置。在生產(chǎn)使用過程中，均采取連續(xù)逆流作業(yè)方式進行，即下層的焙燒爐為第二段焙燒，上層的焙燒爐為第一段焙燒;富氧空氣由第二段焙燒爐給入，對焙燒物料進行第二次焙燒，焙燒使用后的熱空氣（含氧量為80 %左右）給入第一段焙燒爐，與新給入的原礦進行第一次焙燒。富氧焙燒技術(shù)的優(yōu)勢在于：

1）可實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)在較低溫度下進行，同時確保硫化物、有機碳燃燒完全。

2）兩段富氧焙燒，可提高氧氣利用率和設(shè)備處理能力。

3）富氧氣氛焙燒，尾排煙氣量明顯減少，有利于后續(xù)環(huán)保處理。

4）低溫焙燒可防止焙砂過熱，最大限度地減少赤鐵礦從多孔狀向致密狀結(jié)晶形式轉(zhuǎn)變，特別是可控制焙砂表面與空隙中處于還原氣氛，從而獲得最高的金回收率。

1.2.2 循環(huán)焙燒

循環(huán)流態(tài)化焙燒技術(shù)是在Lurgi技術(shù)上發(fā)展而來的。對于金礦石而言，循環(huán)流態(tài)化焙燒大多采用空氣作為焙燒介質(zhì)，爐內(nèi)氣流速度較大，大部分顆粒呈懸浮運動狀態(tài)。

循環(huán)焙燒技術(shù)具有閃速焙燒的工作原理[1]：熱空氣從焙燒爐底部噴嘴進入爐內(nèi)，原料則從噴嘴上方直接進入熱氣流中，小顆粒物料立即被氣流夾帶并發(fā)生反應(yīng)，大顆粒物料向噴嘴方向下落，在噴嘴處遇到高速氣流便被氣流夾帶，呈懸浮運動狀態(tài)。

循環(huán)焙燒爐由于操作氣流速度快，氣固混合強烈，可實現(xiàn)大顆粒物料的反復(fù)循環(huán)，提高了固體顆粒在爐內(nèi)的停留時間和與氣相接觸的幾率;而小顆粒物料停留時間很短，通常只有幾秒，這樣便減少了金包裹在三氧化二鐵中的可能性，進而改善了焙燒效果，提高了金浸出率。

該設(shè)備在爐外設(shè)置氣固分離裝置，捕集較粗固體顆粒，然后將其重新送回爐內(nèi)，形成循環(huán)運動。循環(huán)物料量與新給入物料量之比稱為循環(huán)倍率，是循環(huán)焙燒技術(shù)的重要指標。對于原礦焙燒，提高循環(huán)倍率，有利于利用礦石中的碳酸鹽吸收固化去除煙氣中的SO2。若原礦中CaO含量不足，可通過加入石灰的方式固砷、固硫。石灰在系統(tǒng)中循環(huán)，可與煙氣充分接觸，因此循環(huán)焙燒爐的除硫效率比流態(tài)化床焙燒爐的除硫效率高20 %～40 %，最終除硫指標可達90 %以上[5]。

1.2.3 一爐兩段焙燒

一爐兩段焙燒技術(shù)為長春黃金研究院有限公司專利技術(shù)。其焙燒爐在一個爐膛內(nèi)設(shè)置了2個燃燒室，進行兩段連續(xù)焙燒。工業(yè)生產(chǎn)實踐過程中，根據(jù)礦石性質(zhì)的需要，兩段焙燒可采用不同氣氛、不同溫度、不同時間進行控制。

對于含砷類難處理金礦石，一段焙燒應(yīng)在欠氧、還原氣氛條件下進行，確保金與砷的分離效果，同時利用礦石中含有的石灰石對砷實現(xiàn)自潔固化，將砷保留在焙砂中，確保焙燒工藝環(huán)境友好。

對于含有機碳類難處理金礦石，二段焙燒應(yīng)在氧化條件下進行，確保硫、有機碳氧化燃燒完全，同時控制氧化焙燒效果，在固砷、固硫前提條件下，實現(xiàn)含金焙砂疏松多孔，提高金浸出率。

一爐兩段焙燒技術(shù)具有工藝設(shè)備簡單，技術(shù)先進，投資費用低等優(yōu)勢。

2 原礦焙燒技術(shù)應(yīng)用實例

2.1 國內(nèi)應(yīng)用實例

原礦焙燒提金技術(shù)主要是為開發(fā)利用中國（西部）黃金礦產(chǎn)資源中所占比例較大的卡林型難處理金礦資源而研發(fā)的?？中碗y處理金礦的特點：礦石中的金難于浮選富集，礦石中含有機碳類“劫金”物質(zhì)，金與黃鐵礦化、硅化關(guān)系密切，金礦物顆粒微細且呈包裹狀態(tài)。實踐證明：原礦焙燒可以消除有機碳類“劫金”物質(zhì)“劫金”性的影響，打開硫化礦物對金的微細粒包裹。對于脈石礦物中的金可通過細磨、水淬等方法提高金回收率。由此可見，原礦焙燒為含砷、含硫、含碳、微細粒包裹類型難處理金礦資源的開發(fā)利用開辟了新途徑。

2.1.1 少硫化物微細浸染型難處理金礦石

貴州某金礦[6]礦石為少硫化物微細浸染型難處理金礦石，且含砷、含碳。該礦石中主要有價元素為金，有害元素為砷、硫、碳等;砷礦物以毒砂為主;硫礦物主要為黃鐵礦;碳質(zhì)礦物中有機碳占0.36 %，這部分碳質(zhì)礦物對已溶金有一定的“吸留”作用。原礦化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

由于該礦石中金礦物顆粒極其微細，5 μm以下占95.8 %，其中絕大多數(shù)為次顯微金，常規(guī)顯微鏡下無法分辨。采用選擇性溶金試驗方法和單礦物含金分析相結(jié)合的方式測定金礦物嵌布狀態(tài)，結(jié)果（原礦-0.074 mm 占90 %）見表2。

礦石中金屬硫化物主要為黃鐵礦、毒砂，其也是金的主要載體礦物，嵌布粒度微細，大多集中在0.010～0.037 mm。 黃鐵礦主要呈浸染狀嵌布于脈石礦物粒間，其次為脈石礦物中，少量為脈石礦物裂隙;毒砂主要呈浸染狀產(chǎn)出，少部分與黃鐵礦緊密連晶。此外，礦石中個別黃鐵礦顆粒表面有鐵質(zhì)污染;礦石中黏土礦物含量較高，有伊利石、蒙脫石、高嶺土、水云母等，相對含量合計為26.64 %，且黏土礦物顆粒細小，吸附性強。

經(jīng)選礦試驗證明：該礦石可浮性較差，浮選金回收率僅在73 %左右，難以支持工業(yè)化生產(chǎn)。但是，原礦焙燒試驗可以獲得較為理想的指標，金回收率在85 %以上;焙燒適宜條件為低氧質(zhì)量分數(shù)（10 %以下）、較高溫度（720 ℃以上）、兩段沸騰焙燒（一段脫砷，二段脫硫、除碳）。

工業(yè)生產(chǎn)實踐過程中，采用熱空氣進行焙燒，目前在原礦金品位下降至2.3 g/t條件下，金浸出率約80 %。 對尾礦流失的金進行了考查，其中三氧化二鐵包裹金約占50 %，說明焙燒作業(yè)條件控制不理想。

2.1.2 中等硫化物微細浸染型難處理金礦石

貴州某金礦[7]礦石工藝類型為中等硫化物微細浸染型難處理金礦石。原礦化學(xué)成分分析結(jié)果見表3，金礦物嵌布狀態(tài)分析結(jié)果（原礦-0.074 mm占 80 %）見表4。

對于該礦石，采用空氣作為焙燒介質(zhì)，在600 ℃條件下進行焙燒，焙砂金浸出率僅為72 %。對尾礦中金的流失狀態(tài)考查結(jié)果表明：流失的金主要為脈石礦物包裹金，占47.83 %;金屬氧化物包裹金占29.48 %; 金屬硫化物包裹金占22.69 %。由此可見，其焙燒作業(yè)條件不充分。

此外，對不同時期的樣品進行了選礦試驗，樣品化學(xué)成分分析結(jié)果見表5。

在磨礦細度-0.074 mm占 90 %時，分析該礦石中金嵌布狀態(tài)，結(jié)果表明：單體解離和裂隙金占45.9 %，硫化礦物包裹金占40.3 %，脈石礦物包裹金占13.8 %。由此可見，該批礦石中的金比表3礦石中的金易選別。

選礦試驗結(jié)果[8]表明：礦石經(jīng)浮選，獲得的金精礦品位最高為18 g/t、金回收率低于80 %;在磨礦細度-0.045 mm 占90 %時，進行兩段原礦焙燒，一段焙燒溫度600 ℃、二段焙燒溫度900 ℃～1 000 ℃，金浸出率可達90 %以上。盡管焙燒氣氛條件未詳細說明，但從焙燒結(jié)果看，該礦石比較適宜采用原礦焙燒進行工業(yè)開發(fā)利用。目前，該金礦資源開發(fā)利用方案正在研究論證中。

2.1.3 少硫化物微細浸染硅酸鹽包裹型難處理金礦石

甘肅某金礦[9]礦石化學(xué)成分分析結(jié)果見表6，金礦物嵌布狀態(tài)分析結(jié)果（原礦-0.074 mm 占90 %）見表7。

該礦石在550 ℃條件下，采用空氣作為焙燒介質(zhì)進行焙燒，獲得的焙砂金浸出率不足60 %。

由于該礦石性質(zhì)較復(fù)雜，重新采樣后再次進行試驗。試驗樣品金品位2.79 g/t，金礦物嵌布狀態(tài)分析結(jié)果（原礦-0.074 mm 占95 %）見表8。

同上述試驗條件基本一致，獲得的焙砂金浸出率上升至74 %，試驗結(jié)果仍不理想。只有在高溫氯化焙燒條件下，可獲得93 %以上金揮發(fā)率，該礦石工業(yè)開發(fā)利用難度較大。

2.1.4 礦物學(xué)因素分析

選礦工藝流程總會受制于礦石中的某些礦物學(xué)因素，進而對目的礦物回收產(chǎn)生不利影響。影響金回收的礦物學(xué)因素主要有：

1）金礦物嵌布狀態(tài)為微細粒包裹狀態(tài)，常規(guī)磨礦難以實現(xiàn)單體解離，特別是金被脈石礦物緊密包裹，很難實現(xiàn)優(yōu)先富集。

2）礦石中含有機碳類“劫金”物質(zhì)，直接氰化金浸出率幾乎為零。如何消除這類“劫金”物質(zhì)的影響，對于提金工藝開發(fā)至關(guān)重要。

3）國內(nèi)探明的難處理金礦資源礦石性質(zhì)比較復(fù)雜，金品位普遍偏低，回收利用難度較大;即使采用原礦焙燒提金技術(shù)，也不適宜采用富氧焙燒，比較適宜于低氧氣氛、緩慢氧化;焙燒過程中，容易出現(xiàn)礦物發(fā)生氧化反應(yīng)放熱使溫度高于爐溫的現(xiàn)象，產(chǎn)生赤鐵礦再結(jié)晶作用，影響金的回收。

2.2 國外應(yīng)用實例

國外原礦焙燒提金生產(chǎn)實踐多見于20世紀90年代末，以富氧焙燒、循環(huán)焙燒為主。但是，由于國外黃金礦山系統(tǒng)工藝礦物學(xué)研究報道內(nèi)容較少，目前掌握的大多為早年資料，可能存在數(shù)據(jù)不夠完整的現(xiàn)象，僅供參考。國外原礦焙燒提金廠基本情況[1-4，10-11]見表9。

3 結(jié) 語

隨著金礦生產(chǎn)的逐年延續(xù)，難處理金礦資源所占比例越來越大，國內(nèi)難處理金礦資源開發(fā)利用問題更為突出。多年的生產(chǎn)實踐已經(jīng)證明：對于含硫、含砷、含碳微細粒包裹類型難處理金礦石，最有效的提金技術(shù)應(yīng)是原礦焙燒提金技術(shù)。從目前國內(nèi)外實踐情況分析：國外難處理金礦石（卡林型難處理金礦石）大多采用富氧焙燒和循環(huán)焙燒，國內(nèi)則采用一爐兩段焙燒，這是由礦石性質(zhì)所決定的。對于難處理金礦資源，國外礦石金品位較高，國內(nèi)金品位普遍偏低，開發(fā)利用存在一定難度。隨著環(huán)保要求越來越高，今后的技術(shù)開發(fā)，對于原礦焙燒，固砷、固硫技術(shù)尤為重要，必須重視煙氣的治理技術(shù)。

[參 考 文 獻]

[1] 許鵬秋，譯.難浸金礦石的處理工藝[J].國外黃金參考合訂本，1993（7）：5-11.

[2] 蔡殿忱，譯.難浸金礦石的氧氣焙燒[J].國外黃金參考合訂本，1993（7）：31-33.

[3] 黃強，譯.印度尼西亞米納哈薩金礦原礦石焙燒[J].國外黃金參考，1998（5/6）：26-33.

[4] 黃孔宣，譯.提高金銀回收率的焙燒方案[J].國外黃金參考合訂本，1993（7）：11-14.

[5] 黃孔宣，譯.美國難浸金礦石預(yù)處理工藝的環(huán)?？刂萍夹g(shù)的分析比較[J].國外黃金參考，1997（3）：14-20.

[6] 長春黃金研究院.選冶工藝試驗研究報告[R].長春：長春黃金研究院，2003.

[7] 長春黃金研究院有限公司.選冶工藝試驗研究報告[R].長春：長春黃金研究院有限公司，2020.

[8] 北京有色金屬研究總院.選冶工藝試驗研究報告[R].北京：北京有色金屬研究總院，2011.

[9] 長春黃金研究院.選冶工藝試驗研究報告[R].長春：長春黃金研究院，2017.

[10] 黃孔宣，譯.國外難浸礦石處理廠知多少[J].國外黃金參考合訂本，1993（4）：31-33.

[11] 郭碩朋，譯.原礦石焙燒方案的比較[J].國外黃金參考合訂本，1993（7）：21-24.

Analysis on run-of-mill ores roasting gold extraction technology

Zhang Qingbo

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：Run-of-mill ore roasting ought to be effective means to extract gold for the treatment of sulfide，arsenic and carbonaceous fine-grained inclusion refractory gold resources.The paper analyzed the core technology of run-of-mill ore roasting，pointed out the advancement of 3 pieces of roasting technology，that is oxygen-rich roasting，cycling roasting，two-stage roasting in one furnace，and discussed the technical conditions and adaptability of run-of-mill ore roasting based on different type of gold ores.The study provides reference to utilize sulfide，arsenic and carbonaceous fine-grained inclusion refractory gold resources.

Keywords：run-of-mill ore;roasting;gold extraction;grinding;fine grain;technical analysis

收稿日期：2020-04-03; 修回日期：2020-08-31

作者簡介：張清波（1965—），男，吉林農(nóng)安人，教授級高級工程師，總工程師，從事焙燒技術(shù)、黃金選冶技術(shù)研發(fā)及礦山工程工作;主持的重大項目有國家“九五”生物氧化提金項目、國家“十五”原礦焙燒提金項目;主持參與的“難浸金精礦生物氧化提金新技術(shù)研究與應(yīng)用”獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎，“原礦焙燒提金新工藝研究與工程化”獲中國黃金協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎特等獎;長春市南湖大路6760號，長春黃金研究院有限公司，130012;E-mail：zqbccp@163.com