鄭 曄

（1.東北大學，遼寧 沈陽 110004；2.長春黃金研究院，吉林 長春 130012）

生物氧化提金技術(shù)在進入21世紀之后得到了迅猛的發(fā)展，國內(nèi)外針對難處理金礦資源紛紛開始了生物氧化提金技術(shù)的研究與應(yīng)用，目前生物氧化提金技術(shù)的應(yīng)用已十分普遍。但是，由于生物氧化作業(yè)的最佳溫度在32℃以上，因此目前國內(nèi)外建成的生物氧化廠均建在溫度較高、無霜期較長的中高溫地區(qū)，而在緯度較高冬季氣溫極低的地區(qū)獲得成功應(yīng)用的生物氧化提金工藝十分罕見。這主要是因為這些地區(qū)冬季溫度極低（－44～－47℃），巨大的內(nèi)外溫差導(dǎo)致氧化過程中熱損失非常嚴重，對生物氧化提金工藝的菌種投放及正常生產(chǎn)作業(yè)的溫度保證提出了巨大挑戰(zhàn)。若不能保證正常的溫度環(huán)境，在如此環(huán)境條件下實施生物氧化提金工藝，將會產(chǎn)生毀滅性的后果；同時，這些地區(qū)夏季個別月份溫度同樣達到36～38℃，因此在這種地區(qū)進行生物氧化提金工藝的建設(shè)，既要考慮冬季生產(chǎn)的保溫又要考慮到夏季生產(chǎn)的冷卻，為生物氧化提金工藝的生產(chǎn)實踐提出了新的挑戰(zhàn)。

應(yīng)用此技術(shù)的黑龍江某礦業(yè)公司位于東經(jīng)129.17，北緯48.5，該地區(qū)緯度偏高，太陽高度角較小，屬寒濕帶大陸性氣候，全年平均溫度－0.6℃，極端最低溫度為－47℃，極端最高溫38℃。無霜期107d左右，結(jié)冰期6個月，陸地冰層最深2.6m。該公司含金礦石大部分為微細粒浸染型難選難浸含金礦石，經(jīng)過化學元素分析和工藝礦物學研究發(fā)現(xiàn)，這部分礦石具有的顯著特點是：一部分金以微細粒及包裹的形式存在于黃鐵礦或砷黃鐵礦晶格中，并含有較多的干擾浸出的元素，用傳統(tǒng)的氰化浸出不能有效地回收其中的金，2007年原礦浮選－精礦氰化選冶總回收率僅為61%。因此，只能采用聯(lián)合流程才能最大化地回收利用這種難處理金礦資源。該公司現(xiàn)有浮選廠處理規(guī)模為1600t/d。若外銷金精礦，一方面由于精礦含雜高，廠家無意收購，另一方面運距遙遠，運費昂貴，大大增加了其生產(chǎn)成本。因此，在企業(yè)原有工藝中加入預(yù)處理工序，自行對金精礦進行預(yù)處理，實現(xiàn)就地產(chǎn)金，是完善整個工藝、降低生產(chǎn)成本提高企業(yè)效益的最佳途徑。

本項目主要研究內(nèi)容，即在其傳統(tǒng)金精礦直接氰化工藝流程中，加入生物氧化預(yù)處理工序，以最終提高金的總回收率。

1 試驗研究

1.1 金精礦多元素分析

金精礦化學多元素分析結(jié)果見表1。

表1 精礦化學多元素分析結(jié)果

1.2 精礦中金的賦存狀態(tài)

通過磨制團礦片檢測及選擇性溶金綜合分析，該樣品中金的賦存狀態(tài)分析結(jié)果見表2。

表2 金的賦存狀態(tài)綜合分析檢測結(jié)果

通過金的賦存狀態(tài)檢測分析結(jié)果可以看出，單體裸露金占65.54%，硫化物中金占30.76%，脈石中金僅占3.70%。如果對硫化物進行分解，使硫化物中的金充分地裸露出來，金的浸出率可達90%以上。

1.3 常規(guī)氰化浸出試驗

從金精礦常規(guī)氰化浸出試驗結(jié)果（表3）可知：該金精礦常規(guī)氰化浸出率在65%左右，屬于較難浸金礦石，需進行氧化預(yù)處理，將硫化物包裹打開，才能有效提高金的浸出率。

表3 常規(guī)氰化浸出試驗結(jié)果

1.4 生物氧化－氰化浸出試驗

生物氧化－氰化浸出綜合條件試驗流程見圖1，試驗結(jié)果見表4。試驗溫度為38～42℃，pH控制在1.2～2。

圖1 生物氧化－氰化浸出綜合條件試驗流程

表4 生物氧化－氰化浸出綜合條件試驗結(jié)果

2 設(shè)計流程

設(shè)計的工藝流程為生物氧化－氰化浸出－鋅粉置換提金工藝。主要工藝過程包括：磨礦分級、生物氧化、氧化渣逆流洗滌、固液分離、氧化液中和處理、氧化渣氰化浸出、鋅粉置換、冶煉提純、污水處理等。其中磨礦分級、氰化浸出、鋅粉置換、冶煉提純、污水處理工藝采用公司原有工藝，設(shè)計實施后流程圖見圖2。

圖2 烏拉嘎公司金精礦生物氧化－氰化提金工藝流程

正常生產(chǎn)時，在距離生物氧化車間約1.5km之外的原磨礦車間進行金精礦的磨礦及脫藥工藝，金精礦由砂泵揚送至水力旋流器進行分級，旋流器沉砂進入球磨機再磨，旋流器溢流給入濃密機進行濃縮脫藥。

濃密底流由泵送到生物氧化車間，調(diào)整礦漿濃度，再由泵經(jīng)礦漿分配器均勻地給入并聯(lián)的三臺生物氧化槽，進行一級生物氧化；三槽礦漿合并后給入后續(xù)串聯(lián)的三臺同樣規(guī)格的生物氧化槽，進行二級生物氧化。各槽內(nèi)均設(shè)有pH計、氧化還原電位、溫度測定裝置，在保證各氧化槽溫度、充氣量等工藝條件下，經(jīng)過6天生物氧化后，氧化渣進入洗滌系統(tǒng)。氧化后的礦漿給入濃密機進行逆流洗滌，壓濾后的氧化渣由泵連續(xù)均勻給入帕丘卡浸出槽進行浸出。濃密機溢流出的酸性氧化液自流至沉淀緩沖池中，再泵送給中和槽，進行兩段中和處理。

3 工程化研究

3.1 高寒環(huán)境下的菌種投放研究

本項目的菌種放大時間正好是該地區(qū)冬季最冷的月份，最低溫度在－44～－47℃左右。在菌種放大的初期，需要對氧化槽進行加溫以維系細菌生長繁殖的溫度條件。通過對單個氧化槽的收入及支出熱量計算，在菌種放大的初期，氧化槽每小時需要額外提供320.3kW 的熱功率，可采用7kg壓力的3.2t左右的鍋爐在菌種放大時對氧化槽進行單槽保溫，如此才能保證菌種放大的順利進行。通過上述計算，需要較大的鍋爐來對氧化槽進行供熱，因此采取對氧化槽進行包裹來進行保溫，氧化槽外圍采用具有良好隔熱性能的保溫材料進行包裹保溫，此時每個槽需提供的熱功率將會大為降低，包裹后需提供的熱功率為150kW左右，此時上述鍋爐只需一個即可滿足單槽加熱要求。

現(xiàn)場菌種放大的另一個難點是溫度控制，由于鍋爐熱量只能保證一個氧化槽的溫度，當一個生物氧化槽完成菌種放大之后，隨著生物氧化時間的延長以及供熱鍋爐的挪用，需要連續(xù)投放新礦來保證菌種的正常生長。菌種在進行正常的生物氧化作業(yè)時，將會放出大量的熱量使得整個生物氧化槽的溫度上升。當菌種數(shù)量以指數(shù)增長的方式達到穩(wěn)定期之后，整個氧化槽的放熱量將會呈現(xiàn)出一種短時間爆發(fā)的狀態(tài)，氧化槽溫度如果不經(jīng)過冷卻，將會迅速升高，超過菌種的適宜生長溫度，使菌種的生長活性受到抑制。反應(yīng)速度急劇下降，這進一步導(dǎo)致氧化槽放熱量下降，氧化槽溫度難以維持散熱平衡，溫度將會在短時間內(nèi)從不適于菌種生長的高溫環(huán)境迅速下降到不適宜菌種生長的低溫環(huán)境。此時若不能供熱，將會為菌種放大帶來致命的打擊，因此供熱鍋爐撤出后，氧化槽的升溫情況同樣需要控制。由于當時是在－40℃的低溫條件下，單個槽的溫度控制難以通過冷卻塔來進行保證（開啟冷卻塔將會使其余不進行冷卻的管路凍結(jié)，對設(shè)備造成毀滅性破壞），為避免為單個氧化槽保證放大溫度條件而使得整個生物氧化的冷卻系統(tǒng)凍結(jié)，通過嚴格控制生物氧化精礦的投放量，使生物氧化槽的溫度升高不會過于劇烈。同時，通過采用將上一槽余熱通過鍋爐循環(huán)管路為下一槽供熱的熱量利用方式，使氧化槽的多余熱量為下一槽菌種放大所利用，既避免了冷卻成本，又大大降低了鍋爐的供熱成本，從而降低整個菌種放大的綜合成本。

通過分析論證，首先采用氧化反應(yīng)器外圍包裹保溫，同時利用鍋爐供熱的方式進行溫度保證，當單槽氧化礦漿濃度達到7.3%以上時撤除鍋爐供熱，進行下一槽溫度保證。其次，將平行放大方法更改為漸進式放大方法，以降低供熱成本和設(shè)備投資。

3.2 生物氧化級數(shù)分配技術(shù)研究

國內(nèi)外建設(shè)的生物氧化廠，生物氧化工段基本上分為二級氧化，例如日處理100t的生物氧化廠，氧化槽配置方式通常是以3-1-1-1的形式進行生物氧化作業(yè)，即一級氧化三個氧化槽并聯(lián)進行初級氧化，二級氧化作業(yè)三個氧化槽串聯(lián)進行氧化作業(yè)。二級氧化作業(yè)通常是一級氧化電位較低，二級氧化電位普遍高于一級氧化，同時在二級氧化中，串聯(lián)的三個氧化槽的氧化電位依次升高，即整個氧化系統(tǒng)中最后一槽的氧化電位最高。如此配置的優(yōu)勢在于，一級氧化中首先將適合在低電位情況下氧化的礦石氧化，剩余需要在較高電位下才能氧化的礦物進入到二級氧化中逐步氧化，進而完成對整個混合礦物的氧化。因此在生物氧化中根據(jù)不同礦石的被氧化特性，從而調(diào)整一二級生物氧化槽的個數(shù)，達到生物氧化的最優(yōu)化配置，將會在一定程度上提升生物氧化的處理能力。

由工藝礦物學研究分析結(jié)果可知，精礦中金雖然以硫化物包裹金為主，但其均為較為容易氧化的硫化礦物，可在較低的氧化電位情況下得到氧化分解。較為難氧化的單體黃鐵礦包裹金較為難氧化的單體黃鐵礦數(shù)量并不是很大，因此二段氧化的串聯(lián)級數(shù)可適當降低。在通過實驗分析的基礎(chǔ)上，決定將六個氧化槽從原來的3-1-1-1配置更改為4-1-1配置，增加一級氧化的個數(shù)。

此種配置主要有兩個優(yōu)勢。

首先，一級氧化由于將原來的3個槽變成4個槽，增加了一級氧化的生產(chǎn)穩(wěn)定性，等體積礦漿給入4個槽中可使槽中單位時間單位體積的變化量得到緩沖，從而將濃度的波動對生物氧化的影響降低到最低，盡可能的維持一級氧化的生產(chǎn)穩(wěn)定性，使一級氧化有一個較好的氧化效果，為整個生物氧化體系的穩(wěn)定創(chuàng)造條件。

二是根據(jù)精礦的特性，采用此種配置方式配置，進一步優(yōu)化了生物氧化的氧化結(jié)構(gòu)，使生物氧化的效果得到充分發(fā)揮。工業(yè)應(yīng)用中生物氧化的作用在于將礦石中硫化物包裹打開，將里面的的金暴露出來便于浸出。將包裹打開不一定需要將整個硫化物徹底氧化，而只是需要將其中影響到浸出的部分氧化即完全足夠。這一試驗理論的差異，在工業(yè)實踐中將直接體現(xiàn)在生物氧化的氧化時間與處理量上，徹底氧化需要的氧化時間長，處理量相對較少，生產(chǎn)成本相對較高。而部分氧化則使生產(chǎn)成本有效降低，處理量得到較大提高。

3.3 精礦脫藥技術(shù)研究

經(jīng)過浮選富集后的精礦漿中含有大量的浮選藥劑，這部分藥劑需要在進入生物氧化之前進行脫除，否則將會在生物氧化中帶入大量殘留浮選藥劑，加劇氧化槽的冒槽現(xiàn)象，進一步影響下一步生產(chǎn)流程。原設(shè)計流程中，浮選金精礦首先通過濃密機進行初步濃密脫藥，濃密之后的礦漿再次進行壓濾脫藥，將金精礦中的浮選藥劑盡可能脫除。但由于該礦石中含量大量的黏土礦物，礦石粘度較大，礦石沉降困難，因此在礦石的沉降過程添加了大量的絮凝劑，這些都為后續(xù)的精礦壓濾脫藥制造了困難，使得壓濾脫藥工段壓板時間長，濾餅含水量大。由于濾餅較為粘稠進一步使得卸板時間過長，導(dǎo)致整個壓濾工段日處理量遠低于正常生產(chǎn)需求，不能滿足生物氧化的處理能力。同時，由于壓濾濾餅中含水較高，浮選藥劑殘留量進入氧化槽后，仍然引起氧化槽礦漿表面大量起泡，壓濾脫藥的效果并不理想。經(jīng)過研究決定將壓濾脫藥整個工段去除，浮選金精礦經(jīng)過濃密機的濃密脫藥之后直接通過管路輸送到生物氧化工段，其中殘余浮選藥劑產(chǎn)生的冒槽現(xiàn)象通過氧化槽消泡系統(tǒng)進行解決，此種措施的采取規(guī)避了精礦難于壓濾的難題，保證了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定、暢通。

3.4 精礦沉降技術(shù)研究

該公司浮選金精礦的難沉降問題，一直是困擾企業(yè)正常生產(chǎn)的老大難問題。生物氧化工序建成后，在實際生產(chǎn)中浮選金精礦經(jīng)濃密機濃密之后直接給入生物氧化工段。由于浮選精礦黏度較大，沉降pH值條件差、絮凝劑種類及添加量不當，造成濃密機經(jīng)常跑渾、大量精礦外流，同時底流濃度較低，只有5%～20%左右。以此種礦漿濃度給入生物氧化，難以達到均勻穩(wěn)定的給礦條件，在保證處理量的前提下，必然造成礦漿體積過大。同時，令生物氧化單位時間內(nèi)氧化的礦漿體積遠遠超出設(shè)計要求，令生物氧化時間嚴重不足，直接影響后續(xù)的氰化浸出率，礦石沉降問題的解決將直接關(guān)系到生產(chǎn)的達產(chǎn)達標。

經(jīng)過大量實驗研究，采用以下措施加強礦石的沉降：首先改變礦石的沉降環(huán)境，將弱酸性條件更改為弱堿性條件，在弱堿性條件下，礦石沉降效果將會大為改善，加入等體積的絮凝劑，其礦石的沉降速度幾乎是原礦石（弱酸性）沉降速度的1.5～2倍，沉降區(qū)濃度也有較大的提高；其次更換現(xiàn)有絮凝劑，將原來的礦制絮凝劑更改為3＃膠體絮凝劑，再次通過分段分級沉降的方式來進一步強化沉降效果。通過上述措施，從根本上解決了濃密機的跑混問題，提高了濃密機的底流濃度（從原來的5%～20%提高到25%～38%），降低了給礦體積，緩解了下游給礦不穩(wěn)定的問題。

3.5 氧化礦漿表面消泡技術(shù)研究

由于現(xiàn)場的浮選精礦在濃密機進行濃密之后，沒有經(jīng)過壓濾直接給入到下一工段，礦漿濃度一般在25%～30%左右，因此礦漿中不可避免的含有大量的浮選藥劑。進入氧化系統(tǒng)后，氧化槽內(nèi)采用充氣攪拌的方式，使得殘留的浮選藥劑重新開始了浮選作業(yè)，在氧化礦漿表面形成了大量的泡沫層，不但影響了生物氧化的效果，也給下游工段的生產(chǎn)操作帶來了困難。另外，礦漿表面所產(chǎn)生的大量泡沫中金的品位非常高，平均在300～400g/t左右，而且在氧化過程中經(jīng)常出現(xiàn)冒槽現(xiàn)象，造成了金的流失；再次，由于泡沫在氧化系統(tǒng)中大量產(chǎn)生，產(chǎn)生的泡沫進一步進入到洗滌濃密機中累積，累積到一定程度造成洗滌濃密機跑混，造成金的大量流失；同時大量泡沫漂浮于礦漿表面，難以與礦漿中的細菌接觸，因此氧化效果非常差，實驗測定泡沫中含硫15%～20%，其中的硫化物基本沒有被氧化，金難以解離。這部分礦石進入到后續(xù)的氰化浸出中，大大影響了氰化浸出的指標。

經(jīng)研究決定采用將泡沫控制在氧化槽中，令其不能進入到濃密系統(tǒng)的方法進行解決，采取在氧化槽加入消泡系統(tǒng)抑制氧化槽冒槽，進而消泡。根據(jù)實驗結(jié)果，同時綜合考慮生產(chǎn)運行實際情況，在氧化槽上加設(shè)成套噴淋系統(tǒng)，阻止泡沫溢流。通過消泡劑的作用使浮選藥劑產(chǎn)生的泡沫變小，變碎，進而恢復(fù)攪拌槳對氧化槽礦漿礦漿表面充分混勻能力，將這部分細碎泡沫帶入到氧化槽深部，對其中礦物進行充分氧化。從而避免氧化槽泡沫大量累積造成金的流失，保證生產(chǎn)的正常進行。

3.6 外冷卻系統(tǒng)技術(shù)研究

該公司地處我國高緯度地區(qū)，其氣候特點是冬季較長、夏季較短，年均氣溫較低，冬季溫度極低，夏季溫度較一般地區(qū)略低。此種溫度環(huán)境，對于氧化槽的散熱是有利因素，在設(shè)計時氧化槽的冷卻水泵設(shè)計為600m3/h，在現(xiàn)場施工的過程中考慮到烏拉嘎公司的氣候條件，選擇468m3/h的冷卻水泵進行冷卻，降低全年的冷卻運營成本。在夏季溫度較高的4周左右時間內(nèi)，采用在氧化槽外壁加設(shè)降溫系統(tǒng)輔助冷卻塔對氧化槽進行冷卻，保證氧化溫度?，F(xiàn)場運行情況表明，氣溫在30℃以下，468m3/h的冷卻水泵可以滿足冷卻溫度要求；30℃以上的氣溫條件持續(xù)幾天后，需要開啟外壁降溫系統(tǒng)來進行降溫。采用此種組合冷卻系統(tǒng)，降低了生產(chǎn)成本，進一步降低了能耗。

4 實施效果評價

項目于7月15日啟動工藝設(shè)計，8月開始土建施工、設(shè)備招標訂貨，11月開始室內(nèi)設(shè)備安裝。這期間利用2個半月的時間，完成了室外場地的氧化槽、非標設(shè)備等加工。12月24日（－40℃）開始向室外氧化槽投放菌種，50天完成菌種二級放大，充滿6臺氧化槽。至次年2月20日，產(chǎn)出氧化渣進入氰化系統(tǒng)，3月20日，生物氧化工藝進行了第一次金泥冶煉。該項目從破土動工開始，共利用六個半月的時間，使生物氧化提金工藝的流程全部拉通。并于項目實施七個月后實現(xiàn)了第一批黃金冶煉。

該項目的成功實施，不但解決了企業(yè)難處理金精礦的氰化提金難題，結(jié)束了其自產(chǎn)金精礦只能外銷不能產(chǎn)金的被動局面，實現(xiàn)了就地產(chǎn)金；同時，采用生物氧化工藝大幅度提高了金的回收率，金的回收率由原來計價銷售的76.67%提高到92.48%，項目實施后實際生產(chǎn)能力達到120t/d，年產(chǎn)金1281.77kg，新增利稅4795萬元。

5 結(jié)語

本項目由長春高黃金研究院獨立承擔，自主設(shè)計，具有完全的知識產(chǎn)權(quán)。

項目從設(shè)計到工程實施均創(chuàng)下我國生物氧化工程的建設(shè)先例，特別是在高緯度，冬季溫度極低的氣候條件下獲得成功，其意義尤為重大。本項目的實施是世界上在高維度冬季溫度極低條件下（－44～－47℃）建設(shè)生物氧化工程的先例，成功克服了季節(jié)性變化對生物氧化工業(yè)應(yīng)用的影響，為在其他類似低溫地區(qū)建立生物氧化工程積累了經(jīng)驗，填補了國內(nèi)相關(guān)方面的技術(shù)空白。進一步充實了CGRI技術(shù)在國際上的領(lǐng)先優(yōu)勢，同時進一步拓展了生物氧化的應(yīng)用范圍，對我國的生物冶金發(fā)展具有重要意義。

該項目的成功實施，進一步延長了企業(yè)的服務(wù)年限。該項目生物氧化工程是其周圍1000km內(nèi)唯一一家具有預(yù)處理能力的提金廠，其可以通過收購其他地區(qū)金精礦的方式來維持企業(yè)的正常運營。同時，該公司的尾礦資源二次回收利用項目實施后，所生產(chǎn)的難處理金精礦也可通過該工藝一并得到解決。這對延長企業(yè)的服務(wù)年限，穩(wěn)定企業(yè)生產(chǎn)運營，解決當?shù)鼐用窬蜆I(yè)起到至關(guān)重要的作用。該“生物工程”項目被企業(yè)員工形象地稱為“生命工程”項目。該項目于2011年獲得了中國黃金協(xié)會科技進步一等獎。

［1］長春黃金研究院.黑龍江某金礦含金礦石選礦試驗研究報告［R］.2007.

［2］長春黃金研究院.金精礦預(yù)處理工藝技術(shù)改造項目設(shè)計說明書［R］.2009.

［3］長春黃金研究院.高寒地區(qū)生物氧化提金工藝研究與應(yīng)用鑒定材料匯編［R］.2010.