生物氧化工藝在黃金工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展與應(yīng)用

王 健，王 芳

(巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543)

生物氧化是預(yù)處理難浸金礦的方法之一，與傳統(tǒng)的焙燒氧化和加壓氧化相比，它可以根據(jù)不同礦物氧化速度的差異而進(jìn)行選擇性氧化，例如在黃鐵礦—毒砂型的難處理金精礦的生物處理過(guò)程中，毒砂被優(yōu)先氧化，這種選擇性氧化使得有針對(duì)性地氧化某些硫化礦物，就可以得到比較好的金回收率，此外，生物氧化還具有環(huán)境污染小、設(shè)備投資少、流程簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)[1，2]。根據(jù)對(duì)難處理資源的特性調(diào)查、工藝研究的初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)難處理金礦資源中的50%以上，可以適宜于生物氧化提金技術(shù)[3]。目前，難處理金礦石的生物氧化預(yù)處理工藝主要有BIOX、BACOX、Geobiotics和CCGRI 4種工藝。其中，南非金田公司BIOX工藝開發(fā)最早，在世界推廣廠家也最多。

1 BIOX工藝

BIOX工藝的研究始于20世紀(jì)70年代末，為了解決南非Fairview金礦焙燒廠帶來(lái)的砷污染問(wèn)題，Genmin研究所開始研究采用細(xì)菌氧化預(yù)處理難浸金精礦，1984年在Fairwiew金礦進(jìn)行了半工業(yè)試驗(yàn)，隨后又在當(dāng)?shù)亟ㄔ炝耸鬃?xì)菌氧化廠[4]。如今BIOX工藝已經(jīng)在全世界推廣使用，應(yīng)用情況如表1所示[5]。

表1 BIOX工藝應(yīng)用情況

BIOX工藝的氧化過(guò)程通常分為兩段，第一段是三個(gè)并聯(lián)的氧化槽，第二段為三個(gè)串聯(lián)的氧化槽。目的是使細(xì)菌在單槽內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，保證細(xì)菌的正常繁殖，此外還能避免礦漿流的短路。為了維持細(xì)菌合適的生存及活動(dòng)溫度(40℃左右)，通常采用蛇形管水冷的方式對(duì)礦漿進(jìn)行冷卻。細(xì)菌一般在pH1～pH2的環(huán)境下生長(zhǎng)，所以應(yīng)適當(dāng)添加硫酸或石灰進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，為了提供細(xì)菌生存需要的氧氣，充氣量是生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要的控制因素，其直接影響著細(xì)菌的活性[6]。BIOX工藝早期使用的菌株種類是A.thiooxidans、A.ferrooxidans和L.ferrooxidans組成的混合物，在20世紀(jì)90年代中期，為了提高工藝性能，將反應(yīng)溫度增加到42℃～45℃，使用的菌株種類也變?yōu)锳.caldus和L.ferriphilum[7，8]。

Fairview BIOX工廠已逐步擴(kuò)大產(chǎn)能，由原來(lái)10t/d的小廠改進(jìn)為能夠處理南非Barberton地區(qū)幾個(gè)礦山的精礦，從試運(yùn)行到大規(guī)模的生產(chǎn)的工藝改進(jìn)使得工廠的反應(yīng)器都是非標(biāo)準(zhǔn)配置，現(xiàn)在工廠有著兩臺(tái)340m3的主要反應(yīng)器。

巴西的Sao Bento BIOX工廠工藝非常特別，因?yàn)樗菫榱藬U(kuò)大產(chǎn)能，在原有的熱壓氧化工藝上改進(jìn)的。原有的生物車間1991年運(yùn)行，它對(duì)部分硫化礦先進(jìn)行30%左右的氧化，然后再將氧化渣和剩余的硫化礦一起送入高壓釜中。在1994年和1998年，又增加了兩臺(tái)生物反應(yīng)器，工廠現(xiàn)處于維護(hù)保養(yǎng)階段[9]。

2 BACOX工藝

19世紀(jì)90年代后期，Mintek與Bactech公司共同合作開發(fā)了Bacox工藝，應(yīng)用于難處理金礦生物浸出，該工藝采用中等嗜高溫菌(氧化亞鐵硫桿菌和氧化鐵螺旋菌)在45℃～55℃的溫度下處理硫化礦精礦，并已經(jīng)成功應(yīng)用于幾家工廠，如表2所示[5]。

表2 BACOX工藝應(yīng)用情況

澳大利亞西部的Youanmi Deeps Bacox工廠(由于礦山枯竭已于1998年關(guān)閉)使用的細(xì)菌生長(zhǎng)溫度在45℃～47℃的嗜熱菌，而不是通常最佳溫度為35℃～42℃的中溫菌。這項(xiàng)工藝對(duì)硫化礦進(jìn)行部分氧化，優(yōu)先氧化富含金的毒砂組分，顯示了生物氧化的選擇性礦物氧化性能[10]。

澳大利亞塔斯馬尼亞北部是一個(gè)對(duì)環(huán)境要求非常嚴(yán)格的地方，Beaconsfield Bacox工廠正坐落于此，它所采用的氧化工藝與Merrill-Crowe工藝配套使用，而不是其他工廠使用活性炭吸附，這樣可以減少濾液體積，降低氰化液解毒處理量[11]。

山東萊州黃金冶煉廠處理的精礦都是外購(gòu)所得，主要來(lái)自中國(guó)，但也有遠(yuǎn)達(dá)希臘地區(qū)的，顯示了該工藝良好的靈活適應(yīng)性，能夠處理各種礦物組成的礦樣[12]。

3 Geobiotics工藝

Geobiotics工藝是在生物氧化技術(shù)的攪拌浸出和原礦堆浸工藝上集成發(fā)展起來(lái)的，對(duì)于低品位和難氧化的金精礦，更具經(jīng)濟(jì)效益。Geobiotics工藝首先是在支撐物料上包裹難處理的硫化礦金精礦，并采用層疊方式進(jìn)行堆浸。堆浸一般需要30d～90d，硫化礦氧化率在50%～70%，金回收率有80%～95%。支撐物料一般使用破碎后的難處理原礦，并具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，細(xì)菌氧化后產(chǎn)生的高濃度三價(jià)鐵能夠迅速氧化支撐礦物，其氧化程度要比原礦堆浸大很多；同時(shí)，支撐礦物在生物氧化過(guò)程中逐漸磨損和降解，有利于后續(xù)的氰化回收金[13]。

該工藝已經(jīng)成功應(yīng)用于美國(guó)Newmont公司的難處理金礦，并取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益[14]。其堆浸工藝流程為：將金礦石破碎至80%小于19mm；筑堆；細(xì)菌接種并滲透到整個(gè)礦堆；供給足夠的氧和細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)基；堆浸2～6個(gè)月；拆卸浸堆，進(jìn)行中和處理；重新筑堆，進(jìn)行常規(guī)堆浸作業(yè)。

4 CCGRI工藝

2000年，煙臺(tái)市黃金冶煉廠采用CCGRI技術(shù)建成了中國(guó)第一座自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金精礦生物氧化預(yù)處理工廠。如今，中國(guó)已經(jīng)建設(shè)了12座規(guī)模不同的難處理金精礦生物氧化預(yù)處理工廠，使中國(guó)發(fā)展成為世界上擁有生物氧化提金廠最多的國(guó)家，CCGRI工藝應(yīng)用情況，如表3所示[15，16]。

表3 CCGRI工藝應(yīng)用情況

遼寧天利生物氧化提金廠生物氧化槽一共9槽，前5槽并聯(lián)為第一級(jí)。反應(yīng)器使用4根水管作為一組冷卻裝置，一槽5組。2008年處理量為150噸/日(超過(guò)原設(shè)計(jì)的50%)，并通過(guò)增加反應(yīng)槽，實(shí)現(xiàn)了年處理礦石66 000t，日處理約200t的生產(chǎn)能力。金精礦通過(guò)配礦得到含硫17%～19%，含金26g/t左右的原料，原料磨礦達(dá)到-320目占大于90%進(jìn)行生物氧化，預(yù)氧化6d，礦漿濃度20%，預(yù)氧化溫度45℃～50℃。硫氧化率在70%左右，金浸出率93%左右，尾渣品位3g/t左右(可以得到更低品位的尾渣，為了能夠出售這部分尾渣減少尾礦庫(kù)渣量，不進(jìn)行金二次回收)，氧化后液直接中和不返回[3]。

5 發(fā)展趨勢(shì)

目前，生物氧化工藝的發(fā)展方向是：①通過(guò)研究礦漿體系的氧化行為，培育適應(yīng)性強(qiáng)、氧化效率高的菌種進(jìn)一步加快生物氧化速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，綜合回收有價(jià)金屬，環(huán)保處理外排廢液。②設(shè)計(jì)出更加大型、節(jié)能和高效的生物反應(yīng)器，開發(fā)新型的攪拌葉輪、冷卻器和充氣器結(jié)構(gòu)，開發(fā)生物氧化在線監(jiān)控系統(tǒng)，建立長(zhǎng)期可靠的控制系統(tǒng)。③生物氧化從簡(jiǎn)單的硫化礦進(jìn)一步發(fā)展到其他種類復(fù)雜難處理金礦石的氧化浸出研究。

總之，生物氧化由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)正越來(lái)越受到重視，工藝也逐漸成熟，形成了對(duì)傳統(tǒng)工藝的必要補(bǔ)充和部分替代。