劉 翔 王永良 韓培偉 閆敬民 葉樹(shù)峰

(1.中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所 多相復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 化工學(xué)院，北京 100049)

氰化提金法具有提金效果好、用量少、成本低、回收率高的特點(diǎn)，是黃金冶煉中普遍采用的方法[1]。但氰化提金過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含氰根的廢水和廢渣，如果處置不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重危害環(huán)境和人體健康[2]。因此，研究非氰浸金藥劑日益受到科研工作者的關(guān)注。

1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣來(lái)源于國(guó)外某含金氧化礦，屬于微細(xì)浸染型金礦，主要脈石礦物為石英、正長(zhǎng)石、云母、鋇十字沸石、鍶鈰磷灰石。礦樣用球磨機(jī)磨礦至-0.05 mm占比90%左右，取樣進(jìn)行多元素分析。采用X射線熒光光譜分析(XRF，AXIOS-MAX，PANalytical B.V.)測(cè)定礦樣的元素種類以及含量，結(jié)果見(jiàn)表1。采用X射線衍射儀(XRD，Smartlab-201307，Rigaku Corporation，日本)對(duì)礦樣進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如圖1所示。礦樣粉末的XRD定性分析結(jié)果與XRF分析分析結(jié)果一致，可知礦樣含量最多的元素依次為Si、Al、K、Fe、Ca、Mg等。采用火焰原子吸收分光光度計(jì)(AAS，WFX-130A)對(duì)礦樣測(cè)定的結(jié)果見(jiàn)表2。礦石中有價(jià)金屬元素為Au，品位2.58 g/t，其他伴生金屬如銀、銅等含量較少，對(duì)浸出有害的元素As含量也較低，說(shuō)明與金礦伴生的毒砂含量少。礦石中含少量S元素，結(jié)合Fe元素的含量可知礦石中可能含少量黃鐵礦[10，11]。

表1 礦樣的XRF分析結(jié)果

表2 礦樣的AAS分析結(jié)果

圖1 原礦的XRD圖譜

原礦的微觀形貌如圖2所示，主要為片層狀細(xì)小顆粒。少數(shù)為方形顆粒，電鏡下未觀察到金顆粒的獨(dú)立產(chǎn)出以及金包裹于脈石礦物中的現(xiàn)象，說(shuō)明礦石中的金為微細(xì)浸染型嵌布，零星分布于云母、石英和黏土礦物中，粒度極細(xì)，很難達(dá)到單體解離。從EDS能譜面掃描結(jié)果可以看出，O、Si和Al分布相似，主要分布在細(xì)小的片層顆粒中，進(jìn)一步說(shuō)明片層結(jié)構(gòu)為富含Si和Al的云母。Si和O呈正相關(guān)分布，均分布在方形顆粒中，證實(shí)較難解離的方形大顆粒為含大量石英的顆粒。脈石組分以SiO2、Al2O3不易泥化氧化物為主，易泥化的堿性脈石組分CaO和MgO含量相對(duì)較少，這對(duì)直接攪拌浸出較為有利。

圖2 (a)、(b)礦樣的SEM圖像；(c)～(f)為(b)的EDS能譜面掃描圖像

從對(duì)礦樣的分析結(jié)果看，試驗(yàn)用金礦氧化程度較高，金是主要有價(jià)元素，其他常與金伴生的元素含量較低，可能屬于易浸出類型金礦，因此可采用不進(jìn)行預(yù)處理的直接攪拌浸出工藝進(jìn)行提金。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)試劑與儀器設(shè)備

試驗(yàn)用藥劑均為分析純，市售Na2S2O3·5H2O(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，CuSO4(99%，麥克林)，氨水(氨含量25%，北京試劑)，(NH4)2SO4(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，Na2SO3(98%，安耐吉)。

恒溫電動(dòng)攪拌器(RHDY-6S，常州市人和儀器廠)；循環(huán)水式多用真空泵(北京科偉永興儀器有限公司)；顎式破碎機(jī)(武漢探礦機(jī)械廠)；錐形球磨機(jī)(XMQ-Φ240×90，武漢探礦機(jī)械廠)；多用真空過(guò)濾機(jī)(XTLZ-Φ260/Φ200，武漢探礦機(jī)械廠)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9240A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；布氏漏斗、抽濾瓶、濾紙、燒杯等。

2.2 試驗(yàn)方法

礦樣準(zhǔn)備：用顎式破碎機(jī)破碎礦樣至-2 mm，再用球磨機(jī)磨礦至-0.05 mm粒級(jí)占92%左右，經(jīng)真空抽濾機(jī)固液分離后用鼓風(fēng)干燥箱烘干濾餅，用濾餅制樣，混樣均勻后作為浸出礦樣和分析用試樣。

浸出試驗(yàn)：每組試驗(yàn)分別取50 g礦樣放入500 mL燒杯，加水調(diào)漿至設(shè)定的液固比，加入浸出藥劑后，測(cè)試pH值并記錄，如果需要調(diào)節(jié)pH值，則用NaOH和稀硫酸調(diào)節(jié)pH值至設(shè)定值。設(shè)定機(jī)械攪拌速度和水浴鍋的溫度，開(kāi)始進(jìn)行浸出反應(yīng)并計(jì)時(shí)，保持各試驗(yàn)條件穩(wěn)定直至試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)量礦漿pH值并記錄，用循環(huán)水式真空泵以及布氏漏斗抽濾，并用清水沖洗濾餅三次以上，充分洗去濾餅中的貴液。

固液分離后，將濾餅烘干制樣，采用逆王水蒸煮—王水蒸煮—海綿吸附—高溫灼燒—稀王水溶樣—火焰原子吸收分光光度法(AAS)分析測(cè)定樣品金含量。浸出液稀釋后用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定金含量。金的浸出率根據(jù)溶液和殘?jiān)薪鸬暮勘葋?lái)計(jì)算，如式(1)所示。

XM=WS/(WS+WR)

(1)

式中，XM—金的浸出率，%；WS—浸出液金含量，g/t；WR—浸出渣金含量，g/t。

3 結(jié)果與討論

3.1 硫代硫酸鈉濃度對(duì)金浸出的影響

(2)

控制浸出液CuSO4濃度0.025 mol/L、氨濃度0.2 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.05 mol/L、Na2SO3濃度0.01 mol/L、液固比4∶1、攪拌速度400 r/min、pH值9.5、浸金時(shí)間3 h，在0～0.6 mol/L內(nèi)改變Na2S2O3·5H2O濃度，考察硫代硫酸鈉濃度對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 硫代硫酸鈉濃度變化對(duì)金浸出的影響

從圖3可以看出，金的浸出率隨著硫代硫酸鈉濃度的增加而顯著增大，當(dāng)Na2S2O3濃度為0.15 mol/L時(shí)，浸出渣中金的含量為1.22 g/t，其浸出率只有52.71%，當(dāng)其濃度增大到0.6 mol/L時(shí)，浸出后渣中金含量為0.8 g/t，浸出率為68.99%。在高濃度段，進(jìn)一步增大Na2S2O3濃度，金的浸出率仍然逐漸增大，但增速放緩?？梢?jiàn)，Na2S2O3用量對(duì)金的浸出有著非常重要的影響，要保證浸出效果則需要較高的藥劑濃度。鑒于Na2S2O3濃度從0.15 mol/L增加到0.6 mol/L時(shí)，金的浸出率增加不如低濃度段顯著，在滿足一定浸出率的條件下，為了降低藥劑使用量，本研究選擇Na2S2O3濃度為0.15 mol/L進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3.2 硫酸銅濃度對(duì)金浸出的影響

(3)

圖4 銅-氨-硫代硫酸鹽浸金機(jī)理

控制浸出液Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、氨濃度0.2 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.05 mol/L、Na2SO3濃度0.01 mol/L、液固比4∶1、攪拌速度400 r/min、pH值9.5、浸金時(shí)間3 h，在0～0.055 mol/L內(nèi)改變CuSO4濃度，考察CuSO4濃度對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 硫酸銅濃度變化對(duì)金浸出的影響

從圖5可以看出，CuSO4濃度從0增大到0.055 mol/L時(shí)，金的浸出率先增大后減小，最大金浸出率對(duì)應(yīng)的硫酸銅濃度為0.035 mol/L。由于硫酸銅濃度過(guò)大時(shí)，溶液中Cu2+過(guò)量，將硫代硫酸鹽催化分解成連四硫酸鹽，影響浸出[17]，因此，適宜的CuSO4濃度為0.035 mol/L。

3.3 氨水濃度對(duì)金浸出的影響

控制浸出液Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度為0.035 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.05 mol/L、Na2SO3濃度0.01 mol/L、液固比4∶1、攪拌速度400 r/min、pH值9.5、浸金時(shí)間3 h，在0～0.7 mol/L內(nèi)改變氨濃度，考察氨水濃度對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 氨水濃度變化對(duì)金浸出的影響

從圖6可以看出，隨著氨水濃度的增大，金的浸出率逐漸增大，在高氨水濃度段，增加氨的添加量對(duì)改善浸出效果不是很顯著，原因可能是高濃度的氨水使溶液的pH值過(guò)高，促進(jìn)了Cu2+形成Cu(OH)2、CuO和Cu2O沉淀[20]，附著在金的表面引起金表面鈍化，阻礙浸金作用。當(dāng)氨濃度為0.3 mol/L時(shí)，浸出效果最好。因此，氨濃度的增大有利于金的浸出，但要控制合理的濃度。

3.4 硫酸銨濃度對(duì)金浸出的影響

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

控制浸出液Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度為0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、Na2SO3濃度0.01 mol/L、液固比4∶1、攪拌速度400 r/min、pH值9.5、浸金時(shí)間3 h，在0～0.25 mol/L內(nèi)改變(NH4)2SO4濃度，考察(NH4)2SO4濃度對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 硫酸銨濃度變化對(duì)金浸出的影響

從圖7可以看出，金的浸出率隨硫酸銨添加量的增大而緩慢增加，但趨勢(shì)較緩。(NH4)2SO4濃度在0～0.25 mol/L內(nèi)，金的浸出緩慢提升，選擇硫酸銨濃度0.1 mol/L較為合適。

3.5 亞硫酸鈉濃度對(duì)金浸出的影響

控制浸出液Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、液固比4∶1、攪拌速度400 r/min、pH值9.5、浸金時(shí)間3 h，在0～0.2 mol/L內(nèi)改變Na2SO3濃度，考察Na2SO3濃度對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖8所示。

圖8 亞硫酸鈉濃度對(duì)金浸出的影響

從圖8可以看出，當(dāng)Na2SO3濃度為0.005 mol/L時(shí)，金的浸出率達(dá)到了峰值73.26%，當(dāng)繼續(xù)增大Na2SO3濃度時(shí)，金的浸出率顯著下降，Na2SO3濃度增大到0.2 mol/L時(shí)，金的浸出率只有46.90%。可見(jiàn)，當(dāng)Na2SO3濃度過(guò)量時(shí)，對(duì)浸出金的抑制效果是十分明顯的。由圖8可知，適宜的Na2SO3濃度為0.005 mol/L。

3.6 溶液pH值對(duì)金浸出的影響

硫代硫酸鹽浸金體系中，影響硫代硫酸鹽分解的主要因素還有溶液的pH值、溫度、紫外線等[15，16]。浸出液的pH值對(duì)于硫代硫酸鹽體系的穩(wěn)定至關(guān)重要。該體系存在復(fù)雜的酸堿平衡反應(yīng)，控制好溶液pH值可以減少副反應(yīng)的發(fā)生，降低硫代硫酸鹽的消耗，對(duì)提高浸金效果非常重要[12，15，16，20]。

在Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.1 mol/L、Na2SO3濃度0.005 mol/L、液固比4∶1、攪拌速度400 r/min、浸金時(shí)間3 h，用NaOH和稀H2SO4調(diào)節(jié)pH值在7.5～12.5(未調(diào)節(jié)時(shí)，pH值=9.6)，考察溶液pH值對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖9所示。

圖9 pH值變化對(duì)金浸出的影響

3.7 攪拌速度對(duì)金浸出的影響

攪拌速度可以防止礦物顆粒沉降，影響著藥劑以及浸出反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散，從而影響金的浸出?？刂芅a2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.1 mol/L、Na2SO3濃度0.005 mol/L、pH值為10.5、液固比4∶1，在100～800 r/min內(nèi)改變攪拌速度，考察攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖10所示。

圖10 攪拌速度變化對(duì)金浸出的影響

從圖10可以看出，攪拌速度對(duì)金的浸出率有一定影響，但影響不大。雖然攪拌速度快時(shí)，金的品位也較大，但轉(zhuǎn)速較快時(shí)，氨的逸出以及損失增加，會(huì)使工作環(huán)境變差，并且易造成礦漿迸濺，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備能耗也會(huì)增加。從圖10可知，最佳轉(zhuǎn)速可選擇為300 r/min。

3.8 液固比對(duì)金浸出的影響

礦漿液固比直接影響礦漿的黏度和流動(dòng)性，從而影響藥劑的擴(kuò)散作用，是影響浸金的重要因素之一?？刂芅a2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.1 mol/L、Na2SO3濃度0.005 mol/L、pH值10.5、攪拌速度300 r/min，改變液固比，考察液固比對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖11所示。

圖11 液固比變化對(duì)金浸出的影響

由于液固比太小時(shí)，礦漿濃度過(guò)高，攪拌不充分，礦物與浸出藥劑的接觸和反應(yīng)不充分，而液固比過(guò)大，礦漿濃度太低，會(huì)增加藥劑的消耗量，降低處理量。從圖11可以看出，最佳液固比為4∶1，該條件下的金浸出率為73.26%。

3.9 綜合性驗(yàn)證試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)單因素條件試驗(yàn)研究，確定了最優(yōu)的浸出條件為：常溫常壓、Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.1 mol/L、Na2SO3濃度0.005 mol/L、液固比4∶1、pH值10.5、攪拌速度為300 r/min、浸金時(shí)間3 h。在此條件下，進(jìn)行三組綜合性驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明，金的浸出率可維持在72%～75%，(NH4)2SO4和Na2SO3可以作為Na2S2O3的穩(wěn)定劑，在一定程度上降低其消耗量，并提高金的浸出率。

4 結(jié)論

2)提金最佳工藝參數(shù)條件為：常溫常壓、磨礦細(xì)度-0.05 mm粒級(jí)占90%、Na2S2O3·5H2O濃度0.15 mol/L、CuSO4濃度0.035 mol/L、氨濃度0.3 mol/L、(NH4)2SO4濃度0.1 mol/L、Na2SO3濃度0.005 mol/L、液固比4∶1，pH值10.5、攪拌速度為300 r/min、浸出時(shí)間3 h，在此條件下，金的浸出率可達(dá)到73.26%。

3)Na2S2O3用量對(duì)金的浸出率有著決定性影響，硫代硫酸鹽濃度越高，金的浸出效果越好；銅和氨的存在對(duì)金的浸出具有催化效果，但是需要控制合適的濃度，如果加入量過(guò)大則會(huì)使金的浸出效果變差；(NH4)2SO4和Na2SO3可以作為Na2S2O3的穩(wěn)定劑，降低硫代硫酸鹽的消耗量，(NH4)2SO4可與氨水形成緩沖體系，穩(wěn)定浸出液pH值，減少Na2S2O3的分解；適量的亞硫酸鈉在一定程度上可以有利于金的浸出，過(guò)量的亞硫酸鈉則會(huì)惡化金的浸出。