張文杰，趙 瑜，童 雄，張勝東，謝 賢

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南省金屬尾礦資源二次利用工程研究中心，昆明 650093)

黃金作為重要的戰(zhàn)略性資源在材料、貨幣、首飾等領域有著廣泛應用，同時在社會的發(fā)展中有重要地位[1-2]。金礦作為不可再生資源，隨著全球?qū)S金需求的不斷增加，資源日益枯竭，易處理加工的金礦資源日漸貧瘠，難處理金礦已成為主要資源來源[3-4]。提高難處理金礦的選別工藝，對黃金產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

高硫高砷金礦是一種常見難處理金礦，由于含有大量毒砂、硫化礦等物質(zhì)，將金包裹其中，導致裸露在外金大幅減少，直接浸出往往效果較差，達不到預期[5-7]。在處理這類金礦時，往往需要進行預處理，抑制或消除砷硫物質(zhì)對浸出過程的干擾和影響。其中，焙燒氧化法由于操作簡便、工藝成熟而被廣泛應用[8]。在高溫條件下，使金包裹體被打開，金能暴露出來，為浸出奠定基礎。孫聰?shù)萚9]采用兩段焙燒工藝處理高硫高砷金礦，先在550℃條件下焙燒1 h，再提高溫度至700℃焙燒1 h，有效破壞包裹金結(jié)構(gòu)，再在氰化鈉用量6 kg/t 的條件下浸出48 h，金浸出率超過90%。楊永斌等[10]將經(jīng)過硫酸熟化預處理的高硫砷金礦進行焙燒氧化，在250℃條件下熟化1 h，能有效降低金礦中Fe 的含量，金浸出率97.5%。雖然焙燒氧化法對高硫高砷金礦的適應性強，但也存在過燒現(xiàn)象，金容易被氧化物二次包裹，降低后續(xù)的浸出率，同時焙燒會產(chǎn)生大量SO2和As2O3等有毒氣體，污染環(huán)境，回收利用難度大[11-12]。除了焙燒氧化法，還有濕法氧化法、浮選法、電積法等[13-16]。雖然這些預處理手段能提高金浸出率，但存在工藝不夠成熟、成本較高等弊端。田樹國[17]在常溫常壓下堿浸預處理高砷金礦，以雙氧水和高錳酸鉀作助劑能有效提高砷的脫除率，預處理后的金礦金浸出率達到84%，也為后續(xù)類似金礦預處理提供參考。

緬甸某金礦經(jīng)浮選選硫后金精礦的初步工藝礦物學分析表明，硫和砷質(zhì)量分數(shù)均超過25%，屬于典型高硫高砷金礦，傳統(tǒng)焙燒氧化法會產(chǎn)生大量SO2和As2O3等有毒氣體，不僅使生產(chǎn)操作環(huán)境惡劣，還污染環(huán)境。因此，急需新的預處理工藝來處理該金礦。本文采用堿浸預處理工藝，提高該金礦金的浸出率，為類似高硫高砷金礦預處理提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗用試劑均為工業(yè)級試劑。實驗所用金礦來源于緬甸某地區(qū)，經(jīng)過浮選選硫后的金精礦，其化學成分列于表1。根據(jù)元素含量推測精礦中主要金屬礦物有毒砂(FeAsS)和黃鐵礦(FeS2)。試料金品位較高，達到28 g/t，此外，砷、硫含量均很高，屬于典型高硫高砷型難處理金礦。

表1 金礦的化學成分Tab.1 Chemical composition of gold ore

在此基礎上，對金精礦進行掃描電鏡(SEM)分析，探究金礦物的嵌布特征，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 金礦的SEM 圖像 Fig.1 SEM images of gold mine

由圖1 可見，自然金、銀金礦與毒砂、黃鐵礦的共生關系極為緊密，多數(shù)以包裹體形式包裹于毒砂和黃鐵礦顆粒中或沿毒砂、黃鐵礦裂隙分布；部分與毒砂、黃鐵礦連生；少量以單體顆粒形式存在。

1.2 實驗方法

稱取100 g 混合均勻礦樣至球磨機中，同時向磨機中加入5 g 氫氧化鈉(pH=13)，一定量催化劑(ZNT)和氧化劑，磨至粒度?38 μm 的占比超過90%以上。再向磨好的礦漿中加入一定量水在不同固液比條件下充分反應浸出，待浸出結(jié)束后，將濾渣洗滌3 次至中性，置于恒溫干燥箱中干燥，烘干后制樣，測定渣中金含量，計算金的浸出率。實驗流程如圖2 所示。

圖2 金礦預處理浸出實驗流程圖Fig.2 Flow chart of gold ore pretreatment leaching experiment

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦時間對粒徑的影響

原礦樣100 g，在相同的條件下置于球磨機中?？疾觳煌サV時間對原礦粒級的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3 可見，隨著磨礦時間增加，?38 μm 粒級礦樣占比逐漸增加，+38～75 μm 和+75 μm 粒級礦樣逐漸減少。當磨礦時間為20 min 時，?38 μm 粒級礦樣占比超過90%，達到92.95%。因此，磨礦時間控制在20 min 最佳。

圖3 磨礦時間對粒級的影響Fig.3 The influence of grinding time on particle size

2.2 磨礦時間對金浸出率的影響

固定磨礦濃度50% (磨礦調(diào)堿用5 g NaOH)、浸出液固比6:1、催化預處理時間24 h、浸出時間24 h、催化劑用量10 kg/t(磨機加藥)、浸出劑(1#金虎提金劑)用量20 kg/t 等條件不變，不同磨礦時間對金浸出率影響，如圖4 所示。

圖4 磨礦時間對金浸出率的影響Fig.4 The influence of grinding time on gold leaching rate

由圖4 可見，隨著磨礦時間增加，金浸出率先增加再降低，在磨礦時間為20 min 時，金的浸出率達到最大值70.72%。這主要是由于隨著磨礦時間增加，使包裹金表面被充分破壞，裸露在外的金占比逐漸增加，因此浸出率會顯著提高。當磨礦時間進一步增加時，原礦粒級過細，比表面積過大，一定程度上吸附浸出藥劑，從而降低金浸出率。

2.3 固液比對金浸出率的影響

固定磨礦濃度50%(磨礦調(diào)堿5 g NaOH)、磨礦時間20 min、催化預處理時間24 h、浸出時間24 h、催化劑用量10 kg/t(磨機加藥)、浸出劑(1#金虎提金劑)用量20 kg/t、pH=13 不變。考察固液比對金浸出率的影響，結(jié)果如圖5 所示。

由圖5 可見金浸出率隨著固液比的增加而提高，當固液比為1:6 時，金浸出率達到最佳(72.56%)。

圖5 固液比對金浸出率的影響Fig.5 The effect of solid-liquid ratio on gold leaching rate

2.4 是否預處理對比實驗

在磨礦時間20 min、磨礦濃度50%(磨礦調(diào)堿5 g NaOH)、浸出液固比6:1、攪拌速度800 r/min、浸出時間24 h 等浸出條件相同情況下，對一組原礦在催化預處理時間12 h、催化劑(ZNT)用量10 kg/t 條件下進行預處理。分析預處理對原礦金浸出率的影響，結(jié)果如表2 所列。相比于不預處理直接浸出，預處理后金的浸出率提高20 個百分點以上，故該礦需進行氧化預處理。

表2 是否預處理對金浸出率的影響Tab.2 The impact of pretreatment on gold leaching rate

2.5 預處理條件優(yōu)化實驗

2.5.1 預處理pH 對金浸出的影響

維持磨礦濃度50%(磨礦調(diào)堿5 gNaOH)、磨礦時間20 min、催化預處理時間24 h、浸出時間24 h、催化劑(ZNT)用量10 kg/t (磨機加藥)、浸出劑(1#金虎提金劑)用量20 kg/t、浸出pH=13 等條件不變，分別考察氫氧化鈉和氧化鈣作預處理pH 調(diào)節(jié)劑對金和砷浸出率的影響，結(jié)果如圖6 和表3 所示。

由圖6 和表3 可見，氫氧化鈉調(diào)堿時，砷和金浸出率隨著pH 增加而增加；氧化鈣調(diào)堿時，出現(xiàn)砷和金浸出率的顯著降低，且發(fā)現(xiàn)浸出渣質(zhì)量大于最初原礦用量100 g，其原因可能在于：鈣的加入導致體系中浸出的砷形成大量砷酸鈣沉淀進入浸渣；砷酸鈣在礦石表面的吸附罩蓋鈍化了砷和金的氧化浸出，導致浸出指標下降。綜上所述，確定預處理在氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=13 的強堿條件下進行。

表3 預處理pH 對砷浸出率的影響Tab.3 The influence of pretreatment pH on arsenic leaching rate

圖6 預處理pH 對金浸出率的影響Fig.6 The influence of pretreatment pH on gold leaching rate

2.5.2 預處理催化劑(ZNT)用量對金浸出的影響

在磨礦濃度50%(磨礦調(diào)堿5 gNaOH)、磨礦時間20 min、預處理24 h、浸出時間24 h、浸出劑(1#金虎提金劑)用量20 kg/t、浸出pH=13 不變的情況下，改變預處理催化劑ZNT 用量，考察其對金浸出率的影響，結(jié)果如圖7 所示。

圖7 ZNT 用量對金浸出率的影響Fig.7 The influence of ZNT dosage on gold leaching rate

ZNT 催化劑具有一定氧化性，在磨礦磨礦過程中能氧化部分包裹與金的硫和砷，使金的裸露率增加。由圖7 可見，隨著催化劑用量增加，金浸出率先顯著上升，催化劑用量超過10 kg/t 后增幅減小。綜合考慮，確定催化劑用量10 kg/t 為最佳。

2.5.3 預處理時間對金浸出率影響

保持磨礦濃度50%(磨礦調(diào)堿5 gNaOH)、磨礦時間20 min、浸出時間24 h、催化劑用量10 kg/t、浸出劑(1#金虎提金劑)用量20 kg/t、浸出pH=13 等條件不變，考察預處理時間對金浸出率的影響，結(jié)果如圖8 所示。由圖8 可見，隨著預處理時間增加，金浸出率先顯著上升，超過12 h 后基本保持不變；綜合考慮，確定預處理浸出時間為12 h。

圖8 預處理時間對金浸出率的影響Fig.8 The effect of pretreatment time on gold leaching rate

2.5.4 氧化劑對金浸出率的影響

保持磨礦濃度50%(磨礦調(diào)堿5 gNaOH)、磨礦時間20 min、浸出時間24 h、催化劑用量10 kg/t、浸出劑(1#金虎提金)用量20 kg/t、浸出pH=13 等條件不變，對比分析氧化劑雙氧水、次氯酸鈉、次氯酸鈣和高錳酸鉀用量對金浸出率的影響，實驗結(jié)果如圖9 所示。氧化劑的添加能有效提高附著與金表面硫和砷的溶解，裸露的金能與浸出劑直接結(jié)合，從而提高浸出率。

圖9 不同氧化劑用量對金浸出率影響Fig.9 The influence of different oxidant dosages on gold leaching rate

由圖9 可知，隨著氧化劑用量增加，金回收率基本均表現(xiàn)出先下降，再上升然后趨于穩(wěn)定。其中，次氯酸鈣作氧化劑時，對金浸出率提升效果較弱。比較4 種氧化劑指標發(fā)現(xiàn)，雙氧水用量40 kg/t 時可取得最好浸出率，為78.69%。

在此基礎上，進一步探究了氧化劑加藥點對金浸出率的影響。在其它條件不變的情況下，對比分析氧化劑在磨礦前和磨礦后添加對金浸出率的影響，結(jié)果見表4。由表4 可知，在磨礦前加氧化劑，可比磨礦后加氧化劑提高金浸出率約2 個百分點，這表明磨礦過程強化了雙氧水的氧化作用。實驗中將氧化劑加在磨機中。

表4 預處理氧化劑加藥點對金浸出率影響Tab.4 Effect of pretreatment oxidant dosing point on gold leaching rate

3 結(jié)論

1)緬甸高硫高砷金礦經(jīng)磨礦后直接浸出效果較差，在磨礦時間20 min、浸出液固比6:1、攪拌速度800 r/min、浸出時間24 h 的條件下直接浸出，金的浸出率僅為46.8%。

2)預處理實驗表明，在磨礦細度?38 μm 含量超過90%，固液比6:1，催化劑(ZNT) 10 kg/t，氧化劑雙氧水40 kg/t，氫氧化鈉調(diào)漿pH=13 的條件下，充分預處理12 h。再采用20 kg/t 浸出劑(1#金虎提金劑)提金，經(jīng)過24 h浸出后，金浸出率達到76.51%，增加了近30 個百分點。