張 勛 王國強(qiáng) 陳 周 王云偉 羅思崗

(1.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，昆明 650299；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司 礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628)

目前，不完全統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全球近70%的金礦屬于復(fù)雜難處理礦，而全球黃金總產(chǎn)量的30%產(chǎn)自這部分金礦[1-3]。難處理金礦的金浸出率低，原因主要是：1)金礦物嵌布粒度細(xì)(小于1 μm)，呈微細(xì)、次顯微粒狀包裹或浸染在硫化物和硅酸鹽礦物中，通常的磨礦細(xì)度很難使金裸露，致使金無法與氰化物接觸，影響浸出效果；2)礦石中含有與金競(jìng)爭(zhēng)的氧化劑或是對(duì)氰化物有害的雜質(zhì)，主要是銅、鐵、鉛、鋅等金屬的硫化物和氧化物；3)金與其他金屬形成難溶或不溶的金屬合金[4-7]。

氧化焙燒因處理能力大、技術(shù)成熟、效果好等優(yōu)勢(shì)，是最早應(yīng)用于復(fù)雜難處理金礦石的預(yù)處理方法，已成為目前我國產(chǎn)能最大的難處理金礦石的預(yù)處理工藝。但在焙燒過程中，由于局部的高溫和過燒，容易造成鐵氧化物對(duì)金的二次包裹，影響金的浸出，而且，焙砂中所含銅、鐵、鋅等金屬也會(huì)對(duì)后續(xù)的浸出產(chǎn)生不利影響[8-10]。本文針對(duì)云南某礦山的硫精礦焙砂(焙燒溫度800 ℃)中鐵氧化物包裹和銅、鋅含量高的問題，進(jìn)行了硫精礦焙砂常規(guī)氰化浸出和酸浸—氰化浸出兩種不同方案的對(duì)比試驗(yàn)研究，研究結(jié)果可對(duì)硫精礦焙砂浸出提金并回收銅鋅提供參考。

1 礦石性質(zhì)及提金方案

1.1 礦石組成

硫精礦焙砂的主要化學(xué)成分見表1，主要物質(zhì)組成分布特征如圖1所示。由表1和圖1可知，試驗(yàn)用焙砂的物質(zhì)組成主要為氧化鐵相，其中絕大部分為Fe2O3相，另有少量的Fe3O4相；主要氧化鐵礦物呈不規(guī)則狀，表面孔隙發(fā)育，主要呈單體分布，部分與石英、硅鋁鎂相、磁黃鐵礦、黃鐵礦等共生；礦石含少量的石英、硅鋁鎂相等，另有微量的磁黃鐵礦、黃鐵礦、銅鐵氧化物相等。

表1 焙砂的主要化學(xué)成分Table 1 Main chemical composition of sulfur concentrate calcine /%

圖1 焙砂中Fe2O3相和Fe3O4相的分布特征Fig.1 Distribution characteristics of Fe2O3 and Fe3O4 phases in sulfur concentrate calcine

1.2 硫精礦焙砂中金、銅、鋅的化學(xué)物相分析

對(duì)細(xì)度-0.038 mm占98%的硫精礦焙砂中的金、銅、鋅進(jìn)行了化學(xué)物相分析，結(jié)果見表2～ 4。

表2 金的化學(xué)物相Table 2 Chemical phase of gold

表3 銅的化學(xué)物相Table 3 Chemical phase of copper /%

表4 鋅的化學(xué)物相Table 4 Chemical phase of zinc /%

由表2～4可知，硫精礦焙砂中的金主要以裸露金形式存在，占有率為85.24%；銅主要以鐵礦物中銅、水溶銅和氧化銅為主，占有率分別為42.22%、23.87%和21.75%；焙砂中水溶鋅和氧化鋅的占有率分別為20.11%和19.54%。焙砂中主要回收元素為金，但銅、鋅的含量分別達(dá)到了0.38%和0.17%，可溶性的銅和鋅將會(huì)對(duì)氰化浸出產(chǎn)生不利影響[8-10]，因此確立了兩個(gè)技術(shù)路線：1)焙砂常規(guī)氰化浸出工藝，重點(diǎn)考察金的浸出率以及銅、鋅對(duì)氰化浸出的影響；2)焙砂酸浸—氰化浸出工藝，重點(diǎn)研究酸浸預(yù)處理對(duì)脫除焙砂中可溶性銅、鋅的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)氰化浸出試驗(yàn)

2.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度分別為-0.074 mm占86%(未再磨)，常規(guī)球磨細(xì)度-0.025 mm分別占68%、79%、87%和94%，超細(xì)磨礦細(xì)度-0.010 mm分別占74%、88%、95%。氰化浸出條件為：采用機(jī)械攪拌浸出，礦漿濃度40%，添加石灰9 kg/t(單位中的七指的是噸礦，下同)、礦漿pH值12.0、氰化鈉用量為4.0 kg/t，浸出時(shí)間為48 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)金浸出率的影響Fig.2 Effects of grinding fineness test on Au leaching rate

從圖2可以看出，當(dāng)磨礦細(xì)度從-0.074 mm占86%逐漸提高至-0.010 mm占88%，相應(yīng)地，金的浸出率從50.76%提高至83.76%，金的浸出率提高幅度相對(duì)較大，繼續(xù)提高磨礦細(xì)度，金浸出率提高幅度較小。綜合考慮，暫以磨礦細(xì)度為-0.010 mm占88%開展后續(xù)條件優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.2 氰化鈉用量試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.010 mm占88%、礦漿濃度40%、添加石灰9 kg/t、調(diào)節(jié)礦漿pH值至12.0條件下，采用機(jī)械攪拌浸出，浸出時(shí)間為48 h，考察氰化鈉用量對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 金浸出率、氰化鈉消耗量與氰化鈉用量關(guān)系曲線Fig.3 Relationships of Au leaching rate，sodium cyanide consumption and sodium cyanide dosage

從圖3可以看出，金的浸出率隨氰化鈉用量的增加而提高，當(dāng)氰化鈉用量為4.0 kg/t時(shí)，金浸出率為82.23%，繼續(xù)增加氰化鈉用量，金浸出率增加不明顯，而氰化鈉消耗量則繼續(xù)增加。綜合考慮，氰化鈉添加量定為4.0 kg/t，此時(shí)的氰化鈉消耗量為2.9 kg/t。

2.1.3 浸出時(shí)間試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度為-0.010 mm占88%、礦漿濃度40%、氰化鈉用量4.0 kg/t，添加石灰9 kg/t、礦漿pH值12.0條件下，采用機(jī)械攪拌浸出，考察浸出時(shí)間對(duì)金浸出率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 金浸出率、氰化鈉消耗量與浸出時(shí)間關(guān)系Fig.4 Relationships of gold leaching rate，sodium cyanide consumption and leaching time

從圖4可以看出，金的浸出率隨浸出時(shí)間的延長而提高，同時(shí)氰化鈉的消耗量也在增加，當(dāng)浸出時(shí)間為24 h時(shí)，金的浸出率可達(dá)到84.52%，氰化鈉的實(shí)際消耗量為2.3 kg/t，繼續(xù)延長浸出時(shí)間，氰化鈉的實(shí)際消耗量會(huì)增加，但金的浸出率提高幅度較小，因此，浸出時(shí)間以24 h為宜。

2.1.4 浸出液回用影響試驗(yàn)

將上一個(gè)浸出液返回下一個(gè)焙砂調(diào)漿后繼續(xù)浸出，反復(fù)循環(huán)5次，考察浸出液回用對(duì)金浸出的影響。試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度-0.010 mm占88%、礦漿濃度40%、石灰初始加入量9 kg/t、氰化鈉初始加入量4.0 kg/t、機(jī)械攪拌浸出的浸出時(shí)間24 h，試驗(yàn)結(jié)果見表5，其中第1次和第5次浸出液中主要金屬離子含量見表6。

由表5可知，浸出液回用對(duì)金的浸出影響較小，但氰化鈉消耗量有增加趨勢(shì)。由表6可知，總銅、總鉛、總鐵和總砷在循環(huán)過程中有一定累積，但其未對(duì)金的浸出率造成不利影響，但氰化鈉消耗量有增加趨勢(shì)。浸出液回用有利于雜質(zhì)銅、鋅、鉛、鐵、砷的脫除，且浸出液中的銅、鋅濃度較高，可回收利用。

表5 浸出液回用影響試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Influence test results of leaching solution reuse

表6 主要金屬及離子含量Table 6 Contents of main metals and ions /(mg·L-1)

2.2 硫精礦焙砂酸浸預(yù)處理—氰化浸出條件試驗(yàn)

2.2.1 酸浸溫度試驗(yàn)

設(shè)定酸浸條件為：液固比(mg/L，下同)3.0、加酸量55 kg/t，酸浸時(shí)間2 h，考察浸出溫度對(duì)銅、鋅脫除的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 酸浸溫度對(duì)銅、鋅脫除的影響Fig.5 Effects of acid leaching temperature on copper，zinc leaching rate

從圖5可以看出，升高浸出反應(yīng)溫度可以促進(jìn)銅、鋅的浸出，但當(dāng)溫度提高到80 ℃后再繼續(xù)升高溫度，銅、鋅浸出率基本穩(wěn)定，因此確定酸浸的最佳溫度為80 ℃。

2.2.2 酸浸液固比試驗(yàn)

設(shè)定酸浸條件為：酸浸溫度80 ℃、加酸量55 kg/t、酸浸時(shí)間2 h，考察液固比對(duì)銅、鋅脫除的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 液固比對(duì)銅、鋅脫除的影響Fig.6 Effects of acid leaching liquid-solid ratio on copper and zinc removal

從圖6可以看出，隨著液固比的增加，銅、鋅的脫除率呈逐漸降低趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谒嵊昧肯嗤臈l件下，降低液固比，相當(dāng)于提高酸濃度，有利于銅、鋅的浸出，從而有利于銅、鋅的脫除。綜合考慮工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)，液固比以1.5為宜。

2.2.3 酸浸時(shí)間試驗(yàn)

設(shè)定酸浸條件：酸浸溫度80 ℃、加酸量55 kg/t、液固比為1.5，考察酸浸時(shí)間對(duì)焙砂中銅、鋅脫除的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 酸浸時(shí)間對(duì)銅、鋅脫除的影響Fig.7 Effects of acid leaching time on copper and zinc removal

從圖7可以看出，隨著酸浸時(shí)間的延長，銅、鋅脫除率逐步提高，酸浸時(shí)間在2 h后的脫除率變化不大。綜合考慮，酸浸時(shí)間以不低于2 h為宜。

2.2.4 酸浸酸濃度試驗(yàn)

設(shè)定酸浸條件：酸浸溫度80 ℃、液固比為1.5、酸浸時(shí)間2 h，考察硫酸濃度對(duì)焙砂中銅、鋅脫除的影響，結(jié)果如圖8所示。

圖8 硫酸用量對(duì)銅、鋅脫除的影響Fig.8 Effects of sulfuric acid dosage on copper and zinc removal

從圖8可以看出，在不加酸條件下，焙砂中銅、鋅的浸出率可達(dá)21.44%和20.69%，加大硫酸用量會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)銅、鋅的脫除，當(dāng)硫酸用量達(dá)到36 kg/t(初始硫酸濃度24.0 g/L，終點(diǎn)pH值為0.8)時(shí)，銅、鋅浸出率分別達(dá)到40.25%和38.79%，繼續(xù)加大硫酸用量，銅、鋅浸出率提高不明顯。綜合考慮，浸出終點(diǎn)pH值選擇0.8為宜，對(duì)應(yīng)的硫酸添加量為36 kg/t，硫酸消耗量為9.1 kg/t。

2.2.5 酸浸液循環(huán)試驗(yàn)

將上一個(gè)浸出溶液返回下一個(gè)焙砂調(diào)漿后繼續(xù)浸出，反復(fù)循環(huán)15次，考察酸浸液回用對(duì)銅、鋅脫除的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表7。其中，第1次和第15次浸出貧液中主要金屬離子含量見表8。

表7 酸浸液循環(huán)影響試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Influence test results of acid leaching solution circulation

表8 酸浸液中主要金屬及其離子含量Table 8 Main metals contents in acid leaching solution /(g·L-1)

由表7～8可知，隨著酸浸液循環(huán)次數(shù)的增加，酸浸液中銅、鋅的濃度增加，銅、鋅逐漸累積，雜質(zhì)銅、鋅、鉛、鐵、砷脫除效果好，經(jīng)過15次循環(huán)后，酸浸液中銅、鋅的濃度分別達(dá)到10.22 g/L和4.21 g/L，可回收利用。

2.2.6 酸浸渣磨礦細(xì)度試驗(yàn)

在酸浸溫度80 ℃、浸出液固比1.5、終點(diǎn)pH值0.8、浸出時(shí)間2 h條件下進(jìn)行焙砂酸浸渣提金試驗(yàn)。

酸浸渣磨礦細(xì)度分別為：-0.074 mm占86%(未再磨)，-0.010 mm分別占75%、88%、95%，氰化浸出條件為：礦漿濃度40%、添加石灰5 kg/t、礦漿pH值12.0、氰化鈉用量4.0 kg/t，采用機(jī)械攪拌方式浸出，浸出時(shí)間為48 h。試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

圖9 磨礦細(xì)度對(duì)酸浸渣氰化提金的影響Fig.9 Effects of acid leaching residue grinding fineness test on Au leaching rate

從圖9可以看出，當(dāng)磨礦細(xì)度從-0.074 mm占86%提高至-0.010 mm占75%，金的浸出率從80.93%提高至85.33%，金的浸出率提高幅度相對(duì)較大，但繼續(xù)提高磨礦細(xì)度，金浸出率提高幅度較小。綜合考慮，以磨礦細(xì)度為-0.010 mm占75%的條件開展后續(xù)條件優(yōu)化試驗(yàn)。

2.2.7 氰化鈉用量試驗(yàn)

氰化浸出的優(yōu)化條件：磨礦細(xì)度-0.010 mm占75%、礦漿濃度40%、添加石灰5.0 kg/t、調(diào)節(jié)礦漿pH值至12.0、機(jī)械攪拌浸出時(shí)間為48 h。金浸出率與氰化鈉用量關(guān)系曲線如圖10所示。

圖10 金浸出率、氰化鈉消耗量與氰化鈉用量關(guān)系曲線Fig.10 Relationships of gold leaching rate，sodium cyanide consumption and sodium cyanide dosage

從圖10可以看出，金的浸出率隨氰化鈉用量的增加而提高，當(dāng)氰化鈉用量為2.0 kg/t時(shí)，金浸出率為85.09%，繼續(xù)增加氰化鈉用量，金浸出率增加不明顯，而氰化鈉消耗量則繼續(xù)增加。綜合考慮，氰化鈉添加量定為2.0 kg/t，此時(shí)的氰化鈉消耗量為0.9 kg/t。

2.2.8 浸出時(shí)間試驗(yàn)

在磨礦細(xì)度-0.010 mm占75%、礦漿濃度40%、添加石灰5.0 kg/t、礦漿pH值12.0、氰化鈉用量2.0 kg/t，采用機(jī)械攪拌浸出條件下開展浸出時(shí)間對(duì)金浸出率、氰化鈉消耗量的影響，結(jié)果如圖11所示。

圖11 金浸出率、氰化鈉消耗量與浸出時(shí)間關(guān)系曲線Fig.11 Relationships of gold leaching rate，sodium cyanide consumption and cyanide leaching time

從圖11可以看出，金的浸出率隨浸出時(shí)間的延長呈先逐漸升高后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，此時(shí)氰化鈉的消耗量呈逐漸增加趨勢(shì)，在浸出時(shí)間達(dá)到24 h后，繼續(xù)延長浸出時(shí)間，氰化鈉的實(shí)際消耗量在增加，但金的浸出率提高幅度較小，因此，浸出時(shí)間以24 h為宜，金的浸出率為85.82%。

2.2.9 貧液回用影響試驗(yàn)

將上一個(gè)浸出貧液返回下一個(gè)酸浸渣調(diào)漿后繼續(xù)浸出，設(shè)定氰化浸出試驗(yàn)條件為：磨礦細(xì)度-0.010 mm占75%、石灰初始加入量5.0 kg/t、氰化鈉初始加入量2.0 kg/t、底炭密度12 g/L、機(jī)械攪拌浸浸出時(shí)間24 h。試驗(yàn)結(jié)果見表9。反復(fù)循環(huán)5次，考察貧液回用對(duì)金浸出和氰化鈉消耗的影響。其中第1次和第5次浸出貧液中主要金屬離子含量見表10。

表9 貧液回用影響試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Results of lean liquid reuse test

表10 浸出貧液中主要金屬及離子含量Table 10 Main metal and ion contents in lean leaching solution /(mg·L-1)

由表9可知，貧液回用對(duì)金的浸出未產(chǎn)生不利影響，氰化鈉消耗量先增加后降低，波動(dòng)不大，循環(huán)5次后的消耗量與循環(huán)第一次的基本相同。由表10可知，浸出液中總銅、總鋅、總鐵在貧液循環(huán)過程中有一定累積。整體來看，循環(huán)次數(shù)并未對(duì)氰化鈉的消耗以及金的浸出率造成不利影響，建議工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)貧液中銅和鋅的含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步考察循環(huán)次數(shù)對(duì)浸出過程的影響。

3 結(jié)論

1)硫精礦焙砂中金、銀、銅、鋅的品位分別為3.94 g/t、43.00 g/t、0.38%和0.17%，有害元素硫、砷的含量分別為1.00%和0.51%。焙砂中的金主要以裸露金形式存在，占有率為85.24%，銅主要以鐵礦物中銅、水溶銅和氧化銅為主，占有率分別為42.22%、23.87%和21.75%，焙砂中水溶鋅和氧化鋅的占有率分別為20.11%和19.54%。

2)與常規(guī)氰化浸出相比較，酸浸—氰化浸出工藝更優(yōu)，后者可對(duì)浸出的銅鋅進(jìn)行有效回收，酸浸渣氰化浸出中金的浸出率比常規(guī)氰化浸出的浸出率高1.54%，同時(shí)氰化鈉的消耗量降低1 kg/t以上。

3)硫精礦焙砂酸浸—氰化浸出試驗(yàn)酸浸的較佳條件為：溫度80 ℃、液固比(mL/g)1.5、浸出終點(diǎn)pH值0.8、浸出時(shí)間2 h，在該條件下的銅、鋅的浸出率分別為40.25%、38.79%；酸浸渣經(jīng)過氰化浸出可獲得85.82%的金浸出率，浸渣中金的品位可降低至0.58 g/t。其氰化浸出條件為：磨礦細(xì)度-0.010 mm占75%、石灰用量5.0 kg/t、pH值12、氰化鈉用量2.0 kg/t、機(jī)械攪拌浸出時(shí)間24 h。在一定磨礦細(xì)度條件下，酸浸預(yù)處理不僅可以提高金浸出率、降低氰化鈉用量，還可以綜合回收銅鋅，這對(duì)資源綜合回收和綠色環(huán)保具有重要意義。