某金浸渣氧化焙燒—浸出提金工藝試驗(yàn)研究

徐海龍 李艷軍 王紹興 劉 杰

（1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110819；2.遼寧東大礦冶工程技術(shù)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110819）

隨著世界金礦資源勘探水平和開采能力的提高以及選冶技術(shù)的發(fā)展，黃金產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，據(jù)世界黃金協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019 年全年黃金產(chǎn)量達(dá)到了 3 463 t［1］。由于黃金資源的大量開采，全球黃金富礦幾乎被開發(fā)殆盡。而近年新發(fā)現(xiàn)的礦藏大多為低品位的小型礦藏，金礦資源稟賦差，金礦的平均開采品位由1998年的5 g/t下降到了2016年的1 g/t［2］。同時(shí)易處理金礦資源越來(lái)越少，難處理金礦資源占比越來(lái)越多，金礦資源的稀缺性問題越來(lái)越突出。

隨著金礦產(chǎn)量的增加，大量金礦浸出尾渣堆積。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)黃金冶煉企業(yè)的氰化浸渣每年排放量達(dá)到2 450萬(wàn)t，而這部分氰化尾渣中Au品位大多在1.50 g/t以上，有的甚至 Au 品位高達(dá) 6 g/t［3］。將黃金氰化浸渣直接送至尾礦庫(kù)堆存不但浪費(fèi)資源，還會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患［4-5］，因此，亟需對(duì)這部分資源進(jìn)行有效的回收利用。但是黃金氰化浸渣中Au的賦存狀態(tài)通常比較復(fù)雜，常規(guī)的提金工藝難以有效回收其中的有價(jià)元素［6］。因此這部分金礦通常需要預(yù)處理后才能實(shí)現(xiàn)Au的有效回收。目前常用的預(yù)處理工藝有焙燒法、加壓氧化法、生物氧化法、化學(xué)氧化法等。加壓氧化法需要在高溫高壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求很高，因此大規(guī)模應(yīng)用受到一定限制。生物氧化法氧化周期長(zhǎng)，對(duì)氧化環(huán)境（如酸堿度和溫度等）要求很高。而化學(xué)氧化法目前還停留在試驗(yàn)室研究和半工業(yè)試驗(yàn)階段［7］。

氧化焙燒工藝是一種較為成熟的難處理金礦預(yù)處理技術(shù)，能夠有效地解決黃鐵礦和毒砂等對(duì)金顆粒的包裹問題［8］。金礦在焙燒過程中由外而內(nèi)逐漸發(fā)生物理和化學(xué)變化，在微觀上表現(xiàn)為礦物表面形態(tài)的改變和內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的改變。韓躍新等［9］通過掃描電鏡對(duì)金礦在焙燒過程中表面形態(tài)的變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)金礦在焙燒過程中，礦物中的碳元素、黃鐵礦及毒砂等被氧化后放出CO2和SO2等氣體，氣體的放出使得礦物中形成孔隙，并且高溫氧化過程中礦物產(chǎn)生裂紋，有利于金的浸出。礦物內(nèi)部孔隙的變化是隨著溫度和通氣量的變化而變化的，通過控制溫度的變化來(lái)控制孔隙的變化，從而使其有利于金礦浸出。相比其它的處理方法，焙燒法工藝成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小，能夠處理各種含有害雜質(zhì)的金礦，同時(shí)可以綜合回收其它伴生元素［10］。

本研究以江西某金冶煉廠的金礦浸出尾渣為研究對(duì)象，采用臥式管式爐進(jìn)行氧化焙燒，焙燒產(chǎn)物經(jīng)磨礦、浸出等工藝處理，通過熱重分析、物相分析、化學(xué)多元素分析等手段研究浸出尾渣氧化焙燒—浸出的最佳條件，焙燒各因素影響焙燒—浸出的規(guī)律，焙燒過程的物相轉(zhuǎn)化、元素遷移、礦物微結(jié)構(gòu)的改變及其對(duì)浸出效果的影響，以期為同類型金尾礦的綜合利用提供參考。

1 試樣及試驗(yàn)方法

1.1 試樣

本研究的試樣為江西某金礦冶煉廠的金精礦浸出尾渣，經(jīng)烘干、混合、縮分得到試驗(yàn)樣品。對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表1。

注：Au和Ag的含量單位為g/t。

由表1可知，試樣中有價(jià)元素Au的含量為2.70 g/t，有害雜質(zhì)Fe、S、As的含量分別為8.50%、7.54%和1.98%，其存在形式對(duì)試樣浸出指標(biāo)有重要的影響。試樣中脈石成分為SiO2、Al2O3和CaO，含量分別為49.49%、12.22%和2.06%。

對(duì)試樣進(jìn)行篩分分析，結(jié)果表明試樣中-0.038 mm粒級(jí)含量為84.30%，-0.026 mm粒級(jí)含量為76.32%，說明此物料粒度較細(xì)，可直接給入焙燒系統(tǒng)。

進(jìn)一步采用顯微鏡觀察的方法分析試樣的顯微結(jié)構(gòu)及礦物組成，結(jié)果見圖1和表2。從圖1可以看出，試樣中存在著微小的自然金單體，同時(shí)還可見黃鐵礦、黃銅礦、毒砂等雜質(zhì)。

由表2可知，試樣中主要含黃鐵礦、毒砂、黃銅礦以及非金屬礦物等，其中黃鐵礦占23.12%，毒砂含量高達(dá)6.44%；試樣中的金通常與黃鐵礦、毒砂伴生，而黃鐵礦及毒砂內(nèi)部包裹的金顆粒在超細(xì)磨條件下也極難解離，進(jìn)而影響浸出劑與Au的接觸，降低Au的浸出率；試樣中含有少量石墨，其存在可能會(huì)產(chǎn)生“劫金”現(xiàn)象，影響Au的浸出效果；其他礦物則對(duì)金的浸出率的影響較小。綜上可知，本試樣是典型的難處理金礦類型。

1.2 試驗(yàn)方法

結(jié)合試樣性質(zhì)分析，擬采用氧化焙燒—浸出的工藝處理該試樣。氧化焙燒試驗(yàn)采用臥式管式爐焙燒系統(tǒng)，試驗(yàn)裝置如圖2所示。

該系統(tǒng)主要由供氣系統(tǒng)、加熱反應(yīng)系統(tǒng)和控溫系統(tǒng)組成，加熱方式為電加熱，冷卻方式為水淬冷卻。具體焙燒過程為：向OTF-1200X型焙燒爐中通入過量的N2以排空管道中氣體，加入30 g試樣，按照一定比例通入空氣，在設(shè)定的條件下進(jìn)行焙燒試驗(yàn)。

使用陶瓷球攪拌磨將焙燒產(chǎn)品磨至要求粒度，進(jìn)行浸出試驗(yàn)。試驗(yàn)在XJTⅡ型浸出攪拌機(jī)中進(jìn)行，浸出劑為JC（生產(chǎn)廠家為廣西森和高科）。具體浸出過程為：將焙燒產(chǎn)品配置成濃度為20%的礦漿，使用氧化鈣調(diào)節(jié)pH值至12，浸出劑用量為5 kg/t，攪拌浸出時(shí)間為6 h，試驗(yàn)結(jié)束后稱量浸出渣的質(zhì)量，化驗(yàn)浸渣中Au的品位，依據(jù)結(jié)果計(jì)算得到產(chǎn)率及Au的浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 焙燒溫度對(duì)浸出效果的影響

在焙燒時(shí)間為30 min、空氣流量為500 mL/min，浸出細(xì)度為0.038 mm占98.85%的條件下，考察焙燒溫度對(duì)浸出效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著焙燒溫度的升高，浸渣中Au的品位逐漸降低，Au的浸出率逐漸升高，這是因?yàn)楸簾郎囟鹊纳叽龠M(jìn)了黃鐵礦氧化反應(yīng)的進(jìn)行，黃鐵礦內(nèi)部的包裹金裸露，充分與浸出劑接觸，從而提高了浸出效率。當(dāng)溫度達(dá)到500℃時(shí)，浸渣中Au的品位降到最低點(diǎn)1.1 g/t，浸出率達(dá)到最高64.52%，進(jìn)一步升高焙燒溫度，浸渣中Au的品位逐漸上升，Au的浸出率逐漸降低，因此確定試樣最佳的焙燒溫度為500℃。

2.2 焙燒時(shí)間對(duì)浸出效果的影響

在焙燒溫度為500℃、空氣流量為500 mL/min，浸出細(xì)度為0.038 mm占98.85%的條件下，考察焙燒時(shí)間對(duì)浸出效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著焙燒時(shí)間的增加，浸渣中Au的品位先降低后基本不變，Au的浸出率則先升高后基本不變。當(dāng)焙燒時(shí)間由10 min增加到30 min時(shí)，浸渣中Au的品位由1.7 g/t降低到1.1 g/t，Au的浸出率由41.38%提高到62.07%。繼續(xù)增加焙燒時(shí)間，浸渣中Au的品位和回收率均基本維持在1.0 g/t和62%左右，因此確定最佳的焙燒時(shí)間為30 min。

2.3 空氣流量對(duì)浸出效果的影響

在焙燒溫度為500℃、焙燒時(shí)間為30 min、浸出細(xì)度為0.038 mm占98.85%的條件下，考察空氣流量對(duì)浸出效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，當(dāng)空氣流量由450 mL/min增加到500 mL/min時(shí)，浸渣中Au的品位由1.2 g/t降低到1.1 g/t，浸出率由58.62%提高到64.52%。繼續(xù)增加空氣流量，浸渣中Au的品位開始逐漸升高，Au的浸出率則逐漸降低。因此確定最佳的空氣流量為500 mL/min。

2.4 焙燒產(chǎn)物的磨礦細(xì)度對(duì)浸出效果的影響

適宜的磨礦細(xì)度能夠打開包裹體，實(shí)現(xiàn)金顆粒與其連生體的解離，為浸出創(chuàng)造條件。在焙燒溫度為500℃、焙燒時(shí)間為30 min、空氣流量為500 mL/min的條件下，考察焙燒產(chǎn)物的磨礦細(xì)度對(duì)浸出效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖6可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，浸渣中的Au的品位逐漸降低，Au的浸出率逐漸提高，在磨礦細(xì)度為-0.038 mm占98.43%時(shí)，浸出渣中Au的品位降到了1.0 g/t，Au的浸出率增加到65.52%，繼續(xù)增加磨礦細(xì)度，Au的浸出效果并無(wú)明顯改變。因此確定焙燒產(chǎn)物最佳的磨礦細(xì)度為-0.038 mm占98.43%。

3 機(jī)理分析

3.1 焙燒過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化

為定量分析焙燒—浸出產(chǎn)品中各元素含量，對(duì)最佳條件下的浸渣進(jìn)行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果如表3所示。

注：Au和Ag的含量單位為g/t。

對(duì)比表1結(jié)果可知，試樣經(jīng)氧化焙燒—浸出工藝處理后，浸渣中Au的品位由2.70 g/t降為1.00 g/t，焙燒浸出提金效果明顯；S的含量從7.54%降至0.346%，As的含量從1.98%降至0.779%。

為進(jìn)一步探究焙燒后產(chǎn)物中物相組成，對(duì)焙燒產(chǎn)品進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，焙燒產(chǎn)物中主要成分為SiO2、Fe2O3和As2O5，說明試樣中的黃鐵礦和毒砂已轉(zhuǎn)化為Fe2O3和As2O5。在焙燒過程中S元素與O元素結(jié)合形成SO2排出，As元素則與O元素結(jié)合形成As2O5固體留在了礦物中。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果可以看出，S和As含量的變化對(duì)Au的浸出有著重要的影響。有研究表明，金礦焙燒過程中S的脫除率在一定范圍內(nèi)與金的浸出率呈線性關(guān)系，但當(dāng)脫硫率超過一定范圍后，繼續(xù)提高脫硫率，Au浸出率甚至不升反降［11］。過高的脫硫率也就意味著更高的焙燒溫度、更長(zhǎng)的焙燒時(shí)間，這會(huì)造成焙燒礦物的燒結(jié)現(xiàn)象，形成對(duì)金顆粒的二次包裹［12］。這也解釋了本試驗(yàn)中，在最佳試驗(yàn)條件點(diǎn)位繼續(xù)增加焙燒溫度、氣量、焙燒時(shí)間等條件時(shí)，浸出效果不佳甚至降低的原因。同時(shí)焙燒后S和As的變化還會(huì)對(duì)后續(xù)磨礦環(huán)節(jié)的礦漿電化學(xué)環(huán)境造成影響。式（1）、式（2）為磨礦過程中黃鐵礦和砷黃鐵礦發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：

在磨礦過程中，黃鐵礦和毒砂在伽伐尼電偶作用下會(huì)加速氧化生成FeOOH，罩蓋在產(chǎn)物表面阻止其與浸出劑的接觸，同時(shí)消耗了浸出過程中的溶解氧［13-14］，而焙燒過程使得黃鐵礦與毒砂減少，進(jìn)而減小了伽伐尼電偶作用，從而有利于Au的浸出。

3.2 熱重分析

為進(jìn)一步考察試樣在焙燒過程中發(fā)生的變化，對(duì)試樣進(jìn)行了熱重分析，結(jié)果見圖8。

由圖8可知，在0～1 200℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，試樣的重量逐漸減小，當(dāng)溫度由0℃升高到500℃左右時(shí)，試樣的重量平穩(wěn)下降，無(wú)明顯的放熱或吸熱峰，推測(cè)此時(shí)主要是試樣中水分的蒸發(fā)。在500℃左右時(shí)，存在明顯的反應(yīng)峰，反應(yīng)放熱，峰值對(duì)應(yīng)溫度為506℃，此時(shí)試樣失重速率較快，結(jié)合表3和圖7，分析反應(yīng)峰為黃鐵礦等硫化礦的分解反應(yīng)。溫度繼續(xù)升高到1 200℃的過程中，雖然試樣的重量仍在下降，但失重的速度較慢，反應(yīng)較為平緩，無(wú)明顯反應(yīng)峰存在。有研究表明，黃鐵礦分解率最高時(shí)金礦內(nèi)部稀松多孔且比表面積增加明顯，這種結(jié)構(gòu)有利于金顆粒與浸出劑的接觸，進(jìn)而改善浸出效果［15］。

4 結(jié) 論

（1）試樣中Au的含量為2.7 g/t，具有較大的回收價(jià)值；有害雜質(zhì)Fe、S、As的含量分別為8.50%、7.54%和1.98%，主要以黃鐵礦、毒砂的形式存在。

（2）在焙燒溫度為500℃、焙燒時(shí)間為30 min、空氣流量為500 mL/min、磨礦細(xì)度為-0.038 mm占98.43%、水淬冷卻的條件下，采用氧化焙燒—浸出工藝處理試樣，最終可以獲得焙燒浸出渣中Au品位1.0 g/t，Au浸出率為65.52%的良好指標(biāo)。

（3）焙燒過程中黃鐵礦和毒砂被氧化，伴隨著S和As元素的轉(zhuǎn)移生成氧化物和SO2，焙燒產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，形成裂紋和孔隙，從而有利于浸出的進(jìn)行。此外，焙燒過程進(jìn)一步降低試樣中黃鐵礦和毒砂的含量，降低磨礦過程中的伽伐尼電偶作用，減少FeOOH的生成，從而有利于浸出反應(yīng)的進(jìn)行。