川北高砷高碳微細(xì)粒難處理金礦石焙燒工藝研究

曹欣 雷力 王智偉 楊勁松 袁源

摘要：針對(duì)川北平武縣胡家溝高砷高碳微細(xì)粒金礦石性質(zhì)，在探索試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了固化焙燒—氰化浸出工藝研究。結(jié)果表明：在第一段焙燒溫度510 ℃、焙燒時(shí)間60 min，第二段焙燒溫度710 ℃、焙燒時(shí)間90 min的最佳條件下進(jìn)行兩段焙燒，砷固定率為98.65 %、硫固定率為97.32 %;焙砂磨礦擦洗后氰化浸出，金浸出率達(dá)到88.96 %。研究結(jié)果為川北同類型難處理金礦石的開發(fā)利用提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：難處理金礦;固化焙燒;砷;碳;微細(xì)粒;兩段焙燒;氰化

中圖分類號(hào)：TD953文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-1277（2021）05-0052-04?? doi：10.11792/hj20210511

目前難處理金礦資源在中國(guó)已探明黃金儲(chǔ)量中的比例為30 %左右[1]，且隨著深部資源的不斷探明，其所占比例呈增大趨勢(shì)。難處理金礦石中金主要以微細(xì)?；虼物@微狀包裹或浸染于硫化物、硅酸鹽等礦物中，金未得到有效裸露，即使通過磨礦也難以充分解離，導(dǎo)致在浸出過程中不能與浸出試劑發(fā)生有效的化學(xué)反應(yīng)，故采用傳統(tǒng)氰化法直接提金，金回收率極低。川北以雪山斷裂為中心的岷江—虎牙—白馬斷裂成礦帶金礦資源豐富，該地區(qū)金礦以高砷高碳微細(xì)粒金礦為主，是十分典型的難處理金礦。常規(guī)提金工藝均不能有效地從此類金礦中提取金，導(dǎo)致這些金礦資源未得到開發(fā)利用，嚴(yán)重阻礙川北黃金工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，該類型金礦選冶技術(shù)的研究與開發(fā)越來(lái)越受到關(guān)注與重視。為此，本文以川北平武縣胡家溝高砷高碳微細(xì)粒金礦石為研究對(duì)象，開展了提金工藝研究，為此類金礦資源的開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 礦石性質(zhì)

1.1 化學(xué)成分及礦物組成

平武縣胡家溝金礦礦石金品位為3.56 g/t，主要以游離微細(xì)粒金（13.69 %）和黃鐵礦、毒砂及雄黃包裹金（84.07 %）存在，未見游離明金;砷和碳含量較高，碳品位3.26 %、砷品位0.96 %。礦石中金屬礦物主要有黃鐵礦、褐鐵礦、毒砂等;脈石礦物主要有硅質(zhì)巖屑、石英、白云母、方解石等。制樣后在掃描電鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)金主要以<1 μm的超微細(xì)粒金賦存于載金礦物中。工藝礦物學(xué)研究表明，該礦石性質(zhì)復(fù)雜，屬于高砷高碳微細(xì)粒難處理金礦石。礦石化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，主要元素物相分析結(jié)果見表2～5。

1.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及主要礦物嵌布特征

礦石結(jié)構(gòu)主要有細(xì)砂結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)、中細(xì)粒砂結(jié)構(gòu)、自形晶—半自形晶結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、星散浸染狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、層紋狀構(gòu)造等。

黃鐵礦：淺黃色，均質(zhì)性。半自形等軸粒狀，常見正方形切面，粒徑0.005～0.110 mm，星散浸染分布在巖石中，局部可見大小為0.01～0.05 mm草莓狀聚集。

褐鐵礦：灰色，內(nèi)反射褐黃色，分布在脈石礦物中，零星少見，粒徑主要為0.01～0.05 mm，呈顯微塵點(diǎn)狀和脈狀，極少見網(wǎng)狀，有少部分交代黃鐵礦呈黃鐵礦粒狀假象。

毒砂：亮白色，非均質(zhì)性，無(wú)內(nèi)反射。自形柱粒狀，可見菱形切面，粒徑0.005～0.030 mm，星點(diǎn)分布在脈石礦物中，偶與黃鐵礦共邊鑲嵌，少量與黃鐵礦伴生密切，但不呈共邊結(jié)構(gòu)。

碳質(zhì)：呈填隙物充填碎屑間，碳質(zhì)分布不均勻，局部碳質(zhì)呈線脈狀、波狀分布，并表現(xiàn)方向性排列;或呈顯微塵點(diǎn)狀以層紋狀分布為主，并有少量呈碎片狀。

雄黃：主要與方解石連生，部分方解石內(nèi)尚可見數(shù)粒呈他形晶的雄黃 （0.02～0.40 mm）。次生方解石—石英呈透鏡狀、條帶狀分布在巖石中，可見細(xì)脈狀、聚粒狀雄黃分散穿插在次生方解石—石英條帶內(nèi)，雄黃粒徑為0.05～0.50 mm。

2 選冶試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 探索試驗(yàn)

由于碳質(zhì)物具有從溶液中吸附[Au（CN）2]-的能力，使得碳質(zhì)金礦石直接氰化過程中出現(xiàn)“劫金”現(xiàn)象，碳質(zhì)物含量越高或活性越高時(shí)，“劫金”越嚴(yán)重，金浸出率也會(huì)越低[1]。原礦直接氰化浸出，金浸出率僅為12.36 %，其正是 “劫金”現(xiàn)象造成的;對(duì)原礦進(jìn)行生物氧化—氰化浸出，金浸出率為46.35 %;采用氰化炭浸、PbNO3預(yù)處理—氰化浸出、NaOH預(yù)處理—氰化浸出、過氧化氫預(yù)處理—氰化浸出和柴油預(yù)處理—氰化浸出等方法進(jìn)行探索試驗(yàn)，金浸出率均低于16 %。

對(duì)該礦石進(jìn)行浮選除碳試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：碳在各產(chǎn)品中的分布都較為均勻，產(chǎn)率與碳回收率基本呈正相關(guān)關(guān)系，碳未得到富集。對(duì)原礦進(jìn)行直接浮選試驗(yàn)，采用二次粗選、二次掃選、三次精選常規(guī)浮選工藝流程，閉路試驗(yàn)可獲得產(chǎn)率7.88 %、金品位33.12 g/t、金回收率73.34 %的金精礦;浮選尾礦金品位為1.03 g/t，將其進(jìn)行脫藥處理后采用再磨—氰化浸出、再磨—浮選等工藝處理，均未達(dá)到有效提高金綜合回收率的目的。

采用上述各工藝方法處理該高砷高碳微細(xì)粒金礦石未能取得預(yù)期效果，后續(xù)采用固化焙燒—氰化浸出工藝進(jìn)行提金試驗(yàn)。

2.2 固化焙燒—氰化浸出

對(duì)于含砷含碳金礦石，采用傳統(tǒng)焙燒法進(jìn)行脫砷脫硫，砷、硫會(huì)生成As2O3、SO2氣體，其直接排放會(huì)污染環(huán)境。采用固化焙燒法，即在焙燒料中加入固化劑，隨著溫度的上升，固化劑與SO2、As2O3 反應(yīng)生成CaSO4、Ca3（AsO4）2[2]，可以有效避免有害氣體的產(chǎn)生，常用的固化劑主要有Na2CO3 、CaO、Ca（OH）2 等。無(wú)論是將砷和硫生成氣體脫除還是固化在物料中，都可以使包裹在黃鐵礦和毒砂中的金暴露而易于浸出;同時(shí)，焙燒也可以脫碳，避免在浸出過程中碳吸附[Au（CN）2]-產(chǎn)生“劫金”效應(yīng)。通過焙燒消除砷、硫、碳對(duì)氰化浸出的影響，金浸出率可得到顯著提高。本次研究采用固化焙燒法對(duì)該礦石進(jìn)行預(yù)處理，所用固化劑選擇經(jīng)濟(jì)易得的Ca（OH）2。

對(duì)于此類含砷、硫、碳金礦石的焙燒，從升溫過程的合理性考慮，宜采用兩段焙燒工藝：第一段焙燒在450 ℃～550 ℃，弱氧化焙燒氣氛或中性氣氛中進(jìn)行，含砷礦物被氧化生成As2O3，同時(shí)硫部分被氧化;第二段焙燒升溫至650 ℃～750 ℃，在強(qiáng)氧化氣氛中氧化硫和碳[3-4]。

2.2.1 焙燒粒度

不同磨礦時(shí)間下得到的原礦，經(jīng)過濾、烘干后分別縮分取樣100 g。固化劑Ca（OH）2用量按化學(xué)計(jì)量關(guān)系計(jì)算，即1 mol硫需1 mol Ca（OH）2，1 mol砷需1.5 mol Ca（OH）2[5]，故固化劑Ca（OH）2按試樣質(zhì)量的5 %加入，后混合均勻，置于馬弗爐中升溫到650 ℃后焙燒3 h。

為了利于氰化浸出，先將焙砂在磨機(jī)里磨礦1 min，以擦洗礦物的表面，再將礦漿濃度調(diào)整為30 %，添加石灰調(diào)整pH值至10～11，氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15 %，浸出過程中分段補(bǔ)加氰化鈉，維持氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于0.10 %，浸出時(shí)間48 h;然后加入次氯酸攪拌，過濾，洗滌2次，烘干后取樣分析。后續(xù)試驗(yàn)中氰化浸出步驟相同。焙燒粒度試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

原礦經(jīng)焙燒后，燒失量在6 %左右，焙砂中金品位提高到3.77 g/t。由圖1可知：金浸出率隨焙燒粒度的增加逐漸上升;當(dāng)焙燒粒度達(dá)到-48 μm占86 %后，金浸出率不再上升，呈平穩(wěn)趨勢(shì)。因此，焙燒粒度選擇-48 μm占86 %較為合適。

2.2.2 第一段焙燒溫度

首先進(jìn)行第一段焙燒溫度試驗(yàn)，固定其他試驗(yàn)條件：第一段焙燒時(shí)間為60 min;第二段焙燒溫度為650 ℃，焙燒時(shí)間為120 min。焙燒后氰化浸出，結(jié)果見圖2。由圖2可知：隨著第一段焙燒溫度的升高，金浸出率呈增大趨勢(shì);當(dāng)其大于510 ℃后，金浸出率趨于穩(wěn)定。故第一段焙燒溫度選擇510 ℃。同時(shí)可以看出，相比焙燒粒度試驗(yàn)的一段焙燒，采用兩段焙燒金浸出率顯著提升。

2.2.3 第一段焙燒時(shí)間

在第一段焙燒溫度510 ℃基礎(chǔ)上，進(jìn)行第一段焙燒時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。由圖3可知：隨著第一段焙燒時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，金浸出率呈升高趨勢(shì);當(dāng)?shù)谝欢伪簾龝r(shí)間大于60 min后，金浸出率趨于穩(wěn)定。故第一段焙燒時(shí)間選擇60 min。

2.2.4 第二段焙燒溫度

在第一段焙燒條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行第二段焙燒溫度試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。由圖4可知：隨著第二段焙燒溫度的升高，金浸出率呈升高趨勢(shì);當(dāng)其大于710 ℃后，金浸出率趨于穩(wěn)定。故第二段焙燒溫度選擇710 ℃。

2.2.5 第二段焙燒時(shí)間

在第二段焙燒溫度710 ℃基礎(chǔ)上，進(jìn)行第二段焙燒時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果見圖5。由圖5可知：隨著第二段焙燒時(shí)間的增加，金浸出率呈升高趨勢(shì);當(dāng)其大于90 min后，金浸出率變化不大。因此，第二段焙燒時(shí)間確定為90 min，且在此條件下砷、硫固定率分別為98.65 %、97.32 %。

2.2.6 氰化鈉用量

將兩段焙燒后的礦物磨礦擦洗，調(diào)節(jié)礦漿濃度、pH，在常溫下進(jìn)行氰化鈉用量試驗(yàn)，浸出過程中分段補(bǔ)加氰化鈉，維持氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，浸出時(shí)間48 h，結(jié)果見圖6。由圖6可知：隨著氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，金浸出率逐漸升高;當(dāng)氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.15 %時(shí)，金浸出率為88.59 %;氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.15 %后，金浸出率趨于平穩(wěn)。故氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇0.15 %較為合適。

2.2.7 浸出時(shí)間

固定氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15 %，進(jìn)行氰化浸出時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果見圖7。由圖7可知：隨著浸出時(shí)間的增加，金浸出率升高;當(dāng)浸出時(shí)間為32 h時(shí)，金浸出率達(dá)到88.96 %;繼續(xù)增加浸出時(shí)間，金浸出率變化不大。故浸出時(shí)間選擇32 h較適宜。

3 結(jié) 論

1）平武縣胡家溝金礦是川北典型的高砷高碳微細(xì)粒金礦，礦石金品位3.56 g/t、砷品位0.96 %、碳品位3.26 %、硫品位1.10 %。金主要以<1 μm的超微細(xì)粒金賦存于黃鐵礦、毒砂和雄黃等載金礦物中，嵌布粒度極細(xì)。采用直接氰化，以及生物氧化、NaOH等進(jìn)行預(yù)處理后氰化浸出，金浸出率都很低。浮選工藝也只能回收73.34 %的金，而浮選尾礦中金的綜合回收也是一個(gè)難題。

2）對(duì)原礦采用固化焙燒—氰化浸出工藝，在第一段焙燒溫度510 ℃、焙燒時(shí)間60 min，第二段焙燒溫度710 ℃、焙燒時(shí)間90 min的條件下進(jìn)行兩段焙燒后氰化浸出，砷固定率為98.65 %、硫固定率為97.32 %，金浸出率達(dá)到88.96 %。

3）固化焙燒—氰化浸出工藝對(duì)處理高砷高碳微細(xì)粒金礦石具有較好的效果，可為開發(fā)川北地區(qū)此類金礦資源提供技術(shù)依據(jù)。

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Research on the roasting process of micro-fine grain refractory

gold ore with high arsenic and high carbon content in North Sichuan

Cao Xin，Lei Li，Wang Zhiwei，Yang Jinsong，Yuan Yuan

（Sichuan Institute of Metallurgical Geology & Exploration）

Abstract：According to the ore properties of micro-fine grain gold ore with high arsenic and high carbon content at Hujiagou，Pingwu County，North Sichuan，on the basis of exploration experiment，the solidification roasting-cyanide leaching process was studied.The results show that two-stage roasting was carried out under optimal conditions that the roasting temperature is 510 ℃ and the roasting time is 60 min in the first stage，the roasting temperature is 710 ℃ and the roasting time is 90 min in the second stage.The arsenic solidification rate was 98.65 %，and the sulfur solidification rate was 97.32 %;the roasted residue is ground and scrubbed before going to cyanide leaching，and the gold leach-ing rate is 88.96 %.The research results provide a technical basis for the development of similar refractory gold ores in North Sichuan.

Keywords：refractory gold ore;solidification roasting;arsenic;carbon;micro-fine grain;two-stage roasting;cyanidation

收稿日期：2020-12-20; 修回日期：2021-03-15

基金項(xiàng)目：四川省國(guó)土資源廳科技項(xiàng)目（KJ-2011-17）

作者簡(jiǎn)介：曹 欣（1985— ），女，甘肅酒泉人，工程師，碩士，從事分析測(cè)試技術(shù)研究工作;成都市郫都區(qū)工業(yè)港北區(qū)蜀新大道356號(hào)西冶科技園，四川省冶金地質(zhì)勘查院，611743;E-mail：2456302167@qq.com