王家奇 李艷軍 余建文 徐海龍 張小龍

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110819;2.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧 沈陽(yáng) 110819)

黃金作為重要的貴金屬,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。黃金既是人們?nèi)粘Ｖ匾难b飾品,還是一種重要的金融工具,黃金儲(chǔ)備是一個(gè)國(guó)家貨幣具有流通價(jià)值的重要支撐,對(duì)國(guó)家的金融穩(wěn)定具有重要作用[1]。同時(shí),黃金具有高傳導(dǎo)性、高抗氧化、抗環(huán)境侵蝕等特性,廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)等領(lǐng)域[2-3]。近年來,隨著我國(guó)金礦資源的大量開發(fā),國(guó)內(nèi)礦山金礦資源稟賦越來越差[4]。目前,我國(guó)金礦資源金品位較低,微細(xì)浸染型等難處理金礦資源占比多。由于金礦中的金多包裹于伴生硫化礦等礦物中,單體解離困難,導(dǎo)致金浸出率低[5-6]。此外,金礦中普遍存在的硫鐵礦物和磨礦過程中低碳鋼磨礦介質(zhì)的使用,均會(huì)導(dǎo)致氧化鐵和氫氧化鐵膠體的產(chǎn)生。研究表明,硫化礦物表面可觀察到不同厚度的羥基氧化鐵膠粒、鐵絮狀物和氧化鐵/氫氧化物層,氧化鐵/氫氧化物在礦物表面吸附形成的吸附膜會(huì)對(duì)浸出過程產(chǎn)生不利影響[8-9]。因此,有必要探究不同磨礦介質(zhì)對(duì)金礦后續(xù)浸出過程的影響規(guī)律,以便尋求一種替代鑄鐵球的研磨介質(zhì)。

本研究以中國(guó)黃金集團(tuán)三和金業(yè)有限公司的金精礦氰化尾渣為試驗(yàn)原料,系統(tǒng)考察并對(duì)比了陶瓷介質(zhì)和鑄鐵介質(zhì)攪拌磨礦對(duì)氰化尾渣中金浸出效果的影響規(guī)律,以期為金礦磨礦介質(zhì)的選擇及其高效浸出提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用原料為中國(guó)黃金集團(tuán)三和金業(yè)有限公司金精礦氰化尾渣,粒度較細(xì),其中-1μm粒級(jí)含量為50%,1～26μm粒級(jí)含量為30%,26～74 μm粒級(jí)含量為15.1%,+74μm粒級(jí)含量為4.9%。

對(duì)氰化尾渣進(jìn)行了化學(xué)成分及礦物組成分析,結(jié)果如表1與表2所示。

表1 氰化尾渣的化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of the chemical composition of the cyanide residue %

表2 氰化尾渣的礦物組成分析結(jié)果Table 2 Analysis results of mineral composition of the cyanide residue %

由表1可知,氰化尾渣中Au的含量為2.7 g/t,Ag的含量為6.1 g/t,具有很高的回收價(jià)值;有害元素C、S和 As的含量較高,分別為 1.42%、5.13%和1.92%;SiO2、CaO和Al2O3等成分含量較高,說明尾渣中含有一定量的石英、方解石和鋁硅酸鹽礦物。

由表2可知,氰化尾渣中黃鐵礦和毒砂的含量分別為4.78%和4.12%,二者常與Au伴生,并形成對(duì)金粒的包裹,極難解離。

對(duì)氰化尾渣進(jìn)行SEM-EDS微區(qū)能譜分析,結(jié)果如圖1與表3所示。

圖1 氰化尾渣SEM-EDS能譜分析Fig.1 SEM-EDS energy spectrum analysis of cyanide residue

表3 氰化尾渣檢測(cè)點(diǎn)各元素含量Table 3 Content of each element in cyanide tailings detection point %

由表3可知:點(diǎn)1微區(qū)主要由Fe、S及O等元素組成,其中Fe含量43.43%,S含量43.65%,判斷應(yīng)為黃鐵礦顆粒;點(diǎn)2微區(qū)的O含量為56.33%,Si含量為32.76%,Al含量為10.46%,推測(cè)應(yīng)為鋁硅酸鹽礦物;點(diǎn) 3微區(qū)的 Fe含量為 33.52%,S含量為19.71%,As含量為39.82%,判斷應(yīng)為鐵的硫砷化物礦物,如毒砂或含砷黃鐵礦;點(diǎn)4微區(qū)的Fe含量為16.48%,O含量為52.58%,Si含量為20.29%,判斷應(yīng)為鐵橄欖石。

試驗(yàn)采用的磨礦介質(zhì)為鑄鐵球和陶瓷球,試驗(yàn)用藥劑主要有JC浸出劑、CaO(分析純)和FeCl3(分析純),試驗(yàn)用主要設(shè)備如表4所示。

表4 試驗(yàn)用主要設(shè)備Table 4 Main equipment used in the test

1.2 試驗(yàn)方法

磨礦試驗(yàn)中,準(zhǔn)備好50 g礦,將攪拌桿落到離罐底大約2 mm固定刻度線處,先將磨礦介質(zhì)加入到磨機(jī)中,再將準(zhǔn)備好的礦均勻加入到磨機(jī),用量筒量取50 mL水加入到磨機(jī)中蓋好磨機(jī)上蓋,啟動(dòng)磨機(jī)并計(jì)時(shí)磨礦。磨礦完成后將礦漿卸到250 mL的燒杯中,并調(diào)整礦漿濃度為20%。

浸出試驗(yàn)中,首先向礦漿中加入一定量的CaO調(diào)整pH值,然后加入浸出劑JC,啟動(dòng)攪拌并計(jì)時(shí)。浸出完成后將浸出礦漿倒入洗滌盆中加入清水至盆容積的2/3,充分?jǐn)嚢柘礈旌蠹尤刖郾０沸跄齽┹o助沉降,濾掉上層清液后再加入清水洗滌,反復(fù)操作5次后將礦漿過濾,將得到的濾餅置入烘箱進(jìn)行烘干和稱重,烘干后的礦樣化驗(yàn)金的含量,然后基于金屬量平衡原則計(jì)算金的浸出率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 磨礦細(xì)度對(duì)浸出效果的影響

分別使用陶瓷球和鑄鐵球介質(zhì)進(jìn)行攪拌磨礦,在JC浸出劑用量為40 kg/t、浸出時(shí)間為12 h及礦漿pH值為12的條件下,考察磨礦產(chǎn)品細(xì)度對(duì)浸出效果的影響,結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知:不管采用陶瓷介質(zhì)磨礦還是鑄鐵介質(zhì)磨礦,金的浸出率均隨著磨礦產(chǎn)品細(xì)度的增加而逐漸升高,浸出渣中金的品位則隨著磨礦產(chǎn)品細(xì)度的增加而降低。當(dāng)采用陶瓷介質(zhì)磨礦時(shí),在相同磨礦細(xì)度下金的浸出率均高于鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)的浸出率,浸出渣中金的含量也明顯低于鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)浸出渣中金的含量。在磨礦細(xì)度為-6μm占90%時(shí),陶瓷介質(zhì)磨礦和鑄鐵介質(zhì)磨礦浸出渣中金的含量分別降低至1.34 g/t和1.64 g/t,金浸出率分別為40.21%和34.31%。說明磨礦細(xì)度增加能夠有效提高金的單體解離,有利于浸出。因此,確定適宜的磨礦細(xì)度為-6 μm占90%。

圖2 磨礦細(xì)度對(duì)浸出效果的影響Fig.2 Influence of grinding fineness on leaching effect

2.2 浸出劑JC用量對(duì)浸出效果的影響

在磨礦細(xì)度為-6μm占90%,浸出時(shí)間為12

h,礦漿pH值為12的條件下,考察浸出劑JC用量對(duì)陶瓷球介質(zhì)磨礦和鑄鐵介質(zhì)磨礦產(chǎn)品浸出效果的影響,結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同磨礦介質(zhì)下浸出劑用量對(duì)浸出效果的影響Fig.3 Influence of leaching agent dosage on leaching effect under different grinding media

由圖3可知:當(dāng)浸出劑JC用量為10～40 kg/t時(shí),2種不同磨礦介質(zhì)條件下金的浸出率均隨著浸出劑用量的增加而升高,浸出渣中金的含量則隨著浸出劑用量的增加而降低;當(dāng)浸出劑用量進(jìn)一步提高至50 kg/t時(shí),金的浸出率均輕微下降,浸出渣中金的品位均升高。當(dāng)采用陶瓷介質(zhì)磨礦時(shí),在相同浸出劑用量下金的浸出率均明顯高于鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)的浸出率,浸出渣中金的含量也顯著低于鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)浸出渣中金的含量。當(dāng)浸出劑用量為40 kg/t時(shí),陶瓷介質(zhì)和鑄鐵介質(zhì)磨礦浸出渣中金的含量分別下降為1.47 g/t和1.72 g/t,金浸出率均達(dá)到最大值,分別為44.94%和39.43%。因此,確定適宜的浸出劑用量為40 kg/t。

2.3 浸出時(shí)間對(duì)浸出的影響

在磨礦細(xì)度-6μm占90%,浸出劑用量為40 kg/t,礦漿pH值為12的條件下,考察浸出時(shí)間對(duì)2種不同介質(zhì)磨礦產(chǎn)品浸出效果的影響,結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同磨礦介質(zhì)下浸出時(shí)間對(duì)浸出效果的影響Fig.4 Influence of leaching time on leaching effect under different grinding media

由圖4可知:當(dāng)采用陶瓷介質(zhì)磨礦時(shí),在相同浸出時(shí)間下金的浸出率均明顯高于鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)的浸出率,浸出渣中金的含量也顯著低于鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)浸出渣中金的含量。在陶瓷介質(zhì)磨礦條件下,當(dāng)浸出時(shí)間為3～6 h時(shí),金的浸出率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高;進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)間,金浸出率幾乎保持不變;在鑄鐵介質(zhì)磨礦條件下,當(dāng)浸出時(shí)間為3～12 h時(shí),金的浸出率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高;進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)間,金浸出率幾乎保持不變。因此,采用陶瓷介質(zhì)磨礦時(shí),適宜的浸出時(shí)間為6 h;采用鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí),適宜的浸出時(shí)間為12 h。

2.4 磨礦過程中Fe3+對(duì)浸出效果的影響

為考察礦漿中Fe3+對(duì)氰化尾渣中金浸出效果的影響,在磨礦細(xì)度為-6μm占90%、浸出劑用量為40 kg/t、礦漿pH值為12及浸出時(shí)間為6 h的條件下,考察陶瓷介質(zhì)磨礦過程中不同氯化鐵用量對(duì)浸出效果的影響,結(jié)果如圖5所示。

圖5 陶瓷介質(zhì)磨礦過程氯化鐵用量對(duì)浸出效果的影響Fig.5 Influence of ferric chloride dosage on leaching effect during grinding with ceramic media

由圖5可知:在不加入氯化鐵時(shí)金浸出率最高,為56.92%,此時(shí)浸出渣中金的含量為1.09 g/t。在氯化鐵用量為0.2 g/L時(shí),浸出渣中金的含量為1.12 g/t,金浸出率為56.42%。繼續(xù)增加氯化鐵溶液用量至0.4 g/L時(shí),浸出渣中金的含量迅速升高至1.71 g/t,金浸出率急劇降低為34.98%。此后繼續(xù)提高氯化鐵的用量,浸出渣中金的含量及金浸出率變化不大。試驗(yàn)結(jié)果表明,Fe3+的加入對(duì)金的浸出有顯著的不利影響。

3 機(jī)理分析

3.1 磨礦產(chǎn)品的XPS分析

為進(jìn)一步查明Fe3+對(duì)浸出過程不利影響的本質(zhì)原因,對(duì)陶瓷介質(zhì)與鑄鐵介質(zhì)磨礦產(chǎn)品分別進(jìn)行了XPS全譜及窄譜分析,結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知:2種不同介質(zhì)磨礦產(chǎn)品表面的Fe元素主要以 FeS2、FeOOH、FeSO4、CuFeS2等形式存在。陶瓷介質(zhì)磨礦產(chǎn)品表面Fe原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.26%,而鑄鐵介質(zhì)磨礦產(chǎn)品表面Fe原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)21.23%,表明鑄鐵介質(zhì)磨礦條件下礦物顆粒表面生成了更多的羥基氧化鐵膠粒、鐵絮狀物和氧化鐵/氫氧化物。這可能是由于鑄鐵介質(zhì)磨礦過程中鑄鐵介質(zhì)的磨損和腐蝕,也可能是鑄鐵介質(zhì)與礦料間電偶的作用加劇了含鐵硫化礦物如黃鐵礦的氧化溶解,從而導(dǎo)致更多的Fe3+進(jìn)入礦漿中[10-11],形成更多的FeOOH等物質(zhì)阻礙浸出劑向礦物顆粒內(nèi)部擴(kuò)散,惡化浸出環(huán)境,從而降低了金的浸出率。

圖6 陶瓷介質(zhì)與鑄鐵介質(zhì)磨礦產(chǎn)品的XPS分析Fig.6 XPS analysis of grinding products with ceramic media or cast iron media

3.2 不同介質(zhì)磨礦產(chǎn)品的SEM-EDS分析

針對(duì)2種不同介質(zhì)的磨礦產(chǎn)品分別進(jìn)行了SEME DS分析,結(jié)果如圖7和表5所示。

表5 陶瓷介質(zhì)(點(diǎn)5)與鑄鐵介質(zhì)(點(diǎn)6)磨礦產(chǎn)品的微區(qū)成分分析Table 5 Micro-area composition analysis of grinding products with ceramic media(point5)or cast iron media(point6) %

由圖7和表5可知:陶瓷介質(zhì)磨礦時(shí)磨礦產(chǎn)品表面較為光滑,礦物顆粒表面無明顯的絮狀物生成。鑄鐵介質(zhì)磨礦時(shí)磨礦產(chǎn)品表面較為粗糙,Fe元素含量更高,并有絮狀物生成。綜合XPS分析和EDS能譜分析可知,這部分鐵氧化物應(yīng)為礦漿中Fe3+生成的FeOOH。

圖7 陶瓷介質(zhì)(點(diǎn)5)與鑄鐵介質(zhì)(點(diǎn)6)磨礦產(chǎn)品的SEM-EDS分析Fig.7 SEM-EDS analysis of grinding products with ceramic media(point5)or cast iron media(point6)

4 結(jié) 論

(1)在磨礦細(xì)度為-6μm占90%,浸出劑JC用量為40 kg/t,浸出時(shí)間為12 h及礦漿pH值為12的條件下,采用陶瓷介質(zhì)磨礦可以獲得浸出渣金品位1.29 g/t、金浸出率54.45%的浸出指標(biāo),采用鑄鐵介質(zhì)磨礦可以獲得浸出渣金品位2.15 g/t、金浸出率39.45%的浸出指標(biāo)。

(2)與陶瓷介質(zhì)磨礦相比,鑄鐵介質(zhì)磨礦產(chǎn)品表面生成了更多的羥基氧化鐵膠粒、鐵絮狀物和氧化鐵/氫氧化物,并覆蓋在礦物表面形成礦物的二次包裹,不利于金的浸出。