某含金原生礦石沸騰焙燒—氰化提金工藝試驗(yàn)研究

李健 王鵬 趙國惠 蔣雨侖 張世鏢 王秀美 張修超

摘要：某含金原生礦石直接氰化浸出金浸出率很低，僅為2.68 %。針對礦石性質(zhì)，進(jìn)行了沸騰焙燒工藝研究。結(jié)果表明：在沸騰焙燒溫度600 ℃、物料停留時間1.0～1.5 h、氣料比1.10 m3/kg（工況）、空氣氣氛條件下，獲得的煙塵產(chǎn)率為7.10 %，焙砂產(chǎn)率為90.80 %，總產(chǎn)率為97.90 %，鐵、硫、碳氧化率分別為95.14 %、96.08 %、74.88 %;混合砂（煙塵與溢流焙砂混合）氰化浸出金浸出率為83.12 %。試驗(yàn)獲得的沸騰焙燒工藝參數(shù)可為工業(yè)應(yīng)用提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：沸騰焙燒;含金原生礦石;沸騰爐;氰化;金浸出率

中圖分類號：TD953文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）08-0071-05doi：10.11792/hj20210815

引 言

隨著黃金工業(yè)的發(fā)展，易于直接氰化提取的金礦資源日漸枯竭，難處理金礦資源逐漸成為黃金工業(yè)生產(chǎn)的主要原料[1-3]。這些難處理金礦資源的顯著特點(diǎn)是金微細(xì)且包裹于黃鐵礦或砷黃鐵礦中，并含有有機(jī)碳或其他吸附金氰絡(luò)合物的黏土類礦物，采用傳統(tǒng)氰化浸出金浸出率一般為10 %～50 %[4];采用焙燒工藝處理可使包裹金暴露，消除硫、砷及“劫金”物質(zhì)對氰化浸出的影響[5]。

本文采用國外某含金原生礦石作為試驗(yàn)對象。該礦石中金粒度微細(xì)，同時受“劫金”物質(zhì)及硫化物包裹的影響，采用直接氰化浸出、浮選—氰化等常規(guī)工藝難以有效處理。因此，試驗(yàn)采用沸騰焙燒工藝對其進(jìn)行處理，考察了沸騰焙燒工藝控制參數(shù)及金浸出指標(biāo)，旨在為其工業(yè)化應(yīng)用設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)原料

國外某含金原生礦石中主要金屬硫化物為黃鐵礦，其次為閃鋅礦、方鉛礦，少量黃銅礦、黝銅礦、車輪礦、硫銻鉛礦，微量碲汞礦等;脈石礦物以石英、碳酸鹽類、云母類為主，其他脈石礦物含量較少。礦石氧化率為5.16 %，礦石工藝類型為中等硫化物含金礦石。

礦石中金為唯一有價元素，主要為自然金，平均金品位為4.11 g/t（見表1），金粒度微細(xì)，其中57.28 %的金分布在0.01 mm以下。黃鐵礦為主要的載金礦物。礦石中金嵌布狀態(tài)分析結(jié)果見表2。

包裹金是影響礦石中金回收的主要因素。由表2可知：包裹金占58.53 %，其中硫化物包裹金占40.31 %，打開硫化物包裹是本次研究解決問題的關(guān)鍵;脈石礦物包裹金占18.22 %，由于金粒度微細(xì)，目前濕法工藝中還未有有效手段回收這部分金。此外，礦石中含有“劫金”物質(zhì)，其是影響金回收的另一個不利因素。硫、碳、鐵物相分析結(jié)果見表3～5。

2 試驗(yàn)原理及裝備

2.1 試驗(yàn)原理

礦石中金的粒度主要為微細(xì)粒，且金屬硫化物包裹金占40.31 %，同時礦石中存在“劫金”物質(zhì)。焙燒的氧化作用可使礦石中載金硫化物氧化分解，礦物中形成微小孔隙，這種孔隙結(jié)構(gòu)的氧化礦物為金的氰化浸出創(chuàng)造了有利條件，使礦物中的金得到有效回收;同時，焙燒能夠消除“劫金”物質(zhì)的影響，進(jìn)一步提高金回收率。焙燒過程可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，

2FeAsS+5O2Fe2O3+As2O3+2SO2，

C+O2CO2，

CaCO3/MgCO3CaO/MgO+CO2，

2CaO+2SO2+O22CaSO4，

3CaCO3+As2O3+O2Ca3（AsO4）2+3CO2。

2.2 試驗(yàn)裝備

沸騰焙燒裝備由長春黃金研究院有限公司自主設(shè)計(jì)，裝備形象聯(lián)系圖見圖1。該裝備采用螺旋給料機(jī)給料，羅茨鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，外置加熱裝置。焙燒過程中產(chǎn)生的粉塵經(jīng)重力收塵器、旋風(fēng)收塵器、布袋收塵器回收;焙燒煙氣采用堿液循環(huán)噴淋吸收。

3 結(jié)果與討論

3.1 原礦氰化浸出

將礦石進(jìn)行直接氰化浸出和炭浸，考察活性炭對氰化結(jié)果的影響。試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm占90 %、礦漿濃度33 %、礦漿pH值11、堿處理時間2 h、氰化鈉用量2 kg/t、炭密度20 kg/m3、浸出時間24 h。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

由表6可知：礦石直接氰化浸出，金浸出率很低，僅為2.68 %。分析主要原因是礦石中金被包裹，直接氰化浸出很難打開包裹;其次是礦石中含有大量的 “劫金”物質(zhì)，在氰化浸出過程中反應(yīng)生成的金氰絡(luò)合物被“劫金”物質(zhì)吸附。礦石采用炭浸（CIL）工藝浸出，金浸出率提高至19.71 %;說明采用炭競爭吸附的浸出方式能夠提高金浸出率，但金浸出率依然較低;也證明了礦石中存在“劫金”物質(zhì)。

3.2 沸騰焙燒

由于礦石直接氰化浸出金浸出率很低，因此根據(jù)礦石性質(zhì)，進(jìn)行了沸騰焙燒工藝條件研究。焙砂氰化條件為：礦漿濃度33 %、礦漿pH值11.0～11.5、預(yù)處理時間2 h、氰化鈉用量2 kg/t（以焙砂質(zhì)量計(jì)）、浸出時間24 h。

3.2.1 沸騰焙燒溫度

沸騰焙燒溫度試驗(yàn)采用單爐進(jìn)行，試驗(yàn)前將熱風(fēng)、爐膛及爐頂加熱到設(shè)定溫度。試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm占90 %，充氣量（工況）1.5 m3/h，沸騰焙燒溫度575 ℃、600 ℃、625 ℃、650 ℃，沸騰焙燒時間45 min。沸騰焙燒溫度與金浸出率的關(guān)系見圖2。

由圖2可知：沸騰焙燒溫度為575 ℃時，金浸出率為77.50 %。提高沸騰焙燒溫度到600 ℃時，金浸出率達(dá)到最高;繼續(xù)提高沸騰焙燒溫度，金浸出率降低。原因是沸騰焙燒溫度較低時，黃鐵礦氧化不充分;沸騰焙燒溫度較高時，黃鐵礦氧化較好，但較高的溫度會生成較多的致密氧化鐵，重新包裹了微細(xì)粒金，導(dǎo)致金浸出率降低。因此，試驗(yàn)確定沸騰焙燒溫度最佳為600 ℃。

3.2.2 沸騰焙燒時間

單爐沸騰焙燒時間試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm占90 %，充氣量（工況）1.5 m3/h，沸騰焙燒溫度600 ℃，沸騰焙燒時間0.25 h、0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h。沸騰焙燒時間與金浸出率的關(guān)系見圖3。

由圖3可知：隨著沸騰焙燒時間的增加，金浸出率先升高后降低;當(dāng)沸騰焙燒時間達(dá)到1.0 h時，金浸出率達(dá)到最高;增加沸騰焙燒時間至1.5 h時，金浸出率基本不變;繼續(xù)增加沸騰焙燒時間，金浸出率逐漸降低。原因是沸騰焙燒時間小于1.0 h時，氧化反應(yīng)未能完全;沸騰焙燒時間大于1.5 h時，氧化反應(yīng)基本完成，但長時間加熱增加了致密氧化鐵的生成比例。因此，試驗(yàn)確定沸騰焙燒時間為1.0～1.5 h。

3.2.3 沸騰焙燒氣氛

空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)約為21 %，物料沸騰焙燒過程中主要消耗空氣中的氧氣。本次試驗(yàn)考察空氣中不同氧氣體積分?jǐn)?shù)對焙燒效果的影響。試驗(yàn)采用氮?dú)?、空氣、氧氣混合成氧氣體積分?jǐn)?shù)為10 %、30 %的氣體，供給沸騰焙燒試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm占90 %，沸騰焙燒氣氛（氧氣體積分?jǐn)?shù)）10 %、21 %、30 %，充氣量（工況）1.5 m3/h，沸騰焙燒溫度600 ℃，沸騰焙燒時間1.0 h。沸騰焙燒氣氛與金浸出率的關(guān)系見圖4。

由圖4可知：氧氣體積分?jǐn)?shù)由10 %提高至30 %，金浸出率未有明顯變化;原因是礦石中耗氧物質(zhì)少，提供較少的氧氣足以滿足氧化反應(yīng)。因此，確定連續(xù)沸騰焙燒采用氧氣體積分?jǐn)?shù)21 %的空氣氣氛。

3.2.4 沸騰焙燒氣料比

氣料比為空氣給入量與物料給入速度的比值，是沸騰焙燒的關(guān)鍵參數(shù)。氣料比試驗(yàn)須在連續(xù)出料狀態(tài)下進(jìn)行。根據(jù)沸騰爐的尺寸及物料的物理特性，設(shè)計(jì)的氣料比對應(yīng)的供氣量及給料速度見表7。

其他試驗(yàn)條件為：沸騰焙燒溫度600 ℃，氣料比變量（工況），停留時間1.0～1.5 h，原料加入量6 000.00 g（連續(xù)焙燒時間3.7～4.7 h）。取溢流焙砂（最后60 min收集）及煙塵分別作為單獨(dú)浸出試驗(yàn)對象。不同氣料比試驗(yàn)結(jié)果見表8。

由表8可知：溢流焙砂產(chǎn)率遠(yuǎn)大于煙塵;氣料比為1.10 m3/kg時，溢流焙砂金浸出率最大。煙塵金浸出率隨著氣料比的增加而降低;原因是根據(jù)表7可知，氣料比增加，氣流速度增大，煙塵在沸騰爐中停留時間縮短，導(dǎo)致煙塵焙燒效果變差。試驗(yàn)確定連續(xù)沸騰焙燒氣料比為1.10 m3/kg。

3.2.5 連續(xù)沸騰焙燒

開展連續(xù)沸騰焙燒試驗(yàn)，控制條件為：磨礦細(xì)度-0.074 mm占90 %，沸騰焙燒溫度600 ℃，給料速度1.36 kg/h，供氣量1.50 m3/h，物料停留時間1.0～1.5 h，原料加入量6 000.00 g，連續(xù)焙燒時間約4.5 h。連續(xù)沸騰焙燒試驗(yàn)物料平衡結(jié)果見表9。

由表9可知：采用沸騰焙燒溫度600 ℃，氣料比1.10 m3/kg，物料停留時間1.0～1.5 h時，焙砂產(chǎn)率為90.80 %，煙塵產(chǎn)率為7.10 %。

將溢流焙砂（最后60 min收集）、煙塵及二者混合形成的混合砂（溢流焙砂與煙塵質(zhì)量比為12.8∶1）開展氰化浸出試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為：礦漿濃度33 %、礦漿pH值11.0～11.5、預(yù)處理時間2 h、氰化鈉用量2 kg/t（以焙砂質(zhì)量計(jì)）、浸出時間24 h。試驗(yàn)結(jié)果見表10。

由表10可知，原礦經(jīng)連續(xù)沸騰焙燒產(chǎn)生的混合砂經(jīng)過氰化浸出，金浸出率為83.12 %。

沸騰焙燒煙氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為16.16 %，二氧化硫?yàn)? 700 mg/m3。連續(xù)沸騰焙燒過程中硫、碳、汞脫除率分析結(jié)果見表11。

沸騰焙燒過程中，硫脫除率較低，原因是原礦中氧化鈣含量較高，沸騰焙燒過程中氧化鈣有固硫作用;碳脫除率低的原因是沸騰焙燒溫度較低，石墨碳難以完全燃燒;汞脫除率較低的原因是汞在沸騰焙燒過程中隨著煙氣揮發(fā)，但經(jīng)過收塵裝置時冷凝在煙塵中。

根據(jù)原礦及焙砂物相分析，以焙砂產(chǎn)率可計(jì)算硫、碳、鐵在沸騰焙燒工藝中的氧化率，結(jié)果見表12。

由表12可知，碳氧化率較低，原因是原礦中石墨碳含量較高，在600 ℃的條件下，石墨碳很難完全氧化。

4 結(jié) 論

1）國外某含金原生礦石中金粒度微細(xì)，受包裹及“劫金”物質(zhì)影響，直接氰化浸出金浸出率僅為2.68 %。

2）對該礦石采用沸騰焙燒，測得煙氣中SO2為2 700 mg/m3，硫、碳、汞脫除率分別為5.53 %、35.78 %、23.18 %，鐵、硫、碳氧化率分別為95.14 %、96.08 %、74.88 %。硫、碳的脫除率較低，但氧化率相對較高，原因是礦石中的堿性物質(zhì)將氧化后的硫、碳固化。

3）采用沸騰焙燒工藝，在沸騰焙燒溫度600 ℃、物料停留時間1.0～1.5 h、氣料比1.10 m3/kg、空氣氣氛條件下，獲得的煙塵產(chǎn)率為7.10 %，焙砂產(chǎn)率為90.80 %，總產(chǎn)率為97.90 %?；旌仙敖鸾雎蕿?3.12 %，指標(biāo)較好。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 李云，袁朝新，王云，等.沸騰焙燒高砷含銅金精礦的試驗(yàn)研究[J].礦冶，2008，17（3）：33-36.

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Experimental research on the boiling roasting-cyanidation

gold extraction process for a gold-bearing primary ore

Li Jian，Wang Peng，Zhao Guohui，Jiang Yulun，Zhang Shibiao，Wang Xiumei，Zhang Xiuchao

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：The gold leaching rate of direct cyanide leaching of a gold-bearing primary ore is low at only 2.68 %.According to the ore property，study of boiling roasting process is carried out.The results show that under the conditions that the boiling roasting temperature is 600 ℃，streams stay for 1.0-1.5 h and gas-solid ratio is 1.10 m3/kg（working situation） in air atmosphere，the fume productivity is 7.10 %，roasting slag productivity is 90.80 %，total productivity is 97.90 %，the oxidization rates for iron，sulfur and carbon are 95.14 %，96.08 % and 74.88 % respectively;the cyanide leaching rate of gold from mixed slags（fume and roasting slags mixed） is 83.12 %.The parameters of the boiling roasting process obtained in the test can provide guidance for industrial application.

Keywords：boiling roasting;gold-bearing primary ore;boiling furnace;cyandiation;gold leaching rate