金矿中提金技术的研究进展

闫晓慧，李桂春，孟齐

(黑龙江科技大学 矿业工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)

金具有独特的物理化学性质，如强耐腐蚀性，加工性能好，可轻松地制成箔和微米级细丝，极易在金属和陶瓷上涂层，可完全反射红外线等。长期以来，金被用于货币流通和贵重装饰品，其在航空、医疗、工业、材料等领域也有广泛的应用。我国金的储量与产量居世界前列，至2018年，我国黄金储量与产量连续12年居全球第一。我国金矿床中金的粒度粗细呈不均匀分布，不同类型矿床中金的嵌布状态有很大差异，不同金矿矿石化学成分也各不相同，对于不同类型的金矿，为提高生产效率，应选择适合的选金工艺。本文介绍了几种从金矿中提金的方法，有助于广大技术人员和研究学者进行参考。

1 重选法

重选法在选金中应用最早，其基本原理是使砂粒在流动方式不同的介质流中运动，根据密度和粒度的差异进行分选。重选法选金一般用于粗粒金和砂金的选矿中。重选法包括跳汰选矿、溜槽选矿和重介质选矿等[1]。

近年来重选设备在不断的进行研发和应用，如在线压力跳汰机、尼克尔瑟跳汰机、自动摇床、法尔肯选矿机和尼尔森选矿机等[2]。以加拿大Lee Mar工业公司研发的尼尔森选矿机最为突出，其工作原理是利用离心力场的干涉沉降原理，尤其适于回收细粒金，结果金的回收效果明显。1994年坎贝尔金矿选矿厂在原来跳汰机的基础上进行改进，研制出尼尔森选矿机，通过现场工艺试验表明金的回收率提高16%[3]。刘耀青等[4]针对元阳金矿粗金回收率较低的问题，提出在磨矿-分级回路中采用锯齿波跳汰机进行粗金的回收，金回收率达到80%以上。张桂芳等[5]研发了离心螺旋溜槽机，其结合了溜槽与螺旋选矿机的优点，将该设备应用于某尾矿的粗选抛尾试验中，并取得了较好的回收效果。江西金山矿业公司采用螺旋溜槽与摇床联合工艺对某金浮选尾矿金进行重选，2017年该工艺稳定运行后总金回收率达到23.70%[6]。

重选法的优点是设备可根据实际矿石的特点进行研制，无需添加化学药剂，作业成本低，对环境污染较小。目前跳汰机因其选别效果好、处理能力大、处理粒度级别宽等优点仍是主要的重选设备。溜槽的分选效果差，效率低，实际已不再作为单一的分选手段进行使用，近年来多被应用在辅助分选且适于溜槽分选的阶段。在实际应用中，重选法多与其他方法联合使用，重选设备的研发和改进工作也在不断的进步中。

2 浮选法

浮选法是根据矿物颗粒表面物理、化学性质的差异，从矿浆中选出目的矿物的选矿方法。20世纪初，泡沫浮选法的出现快速推进了金矿的分选进程。目前，泡沫浮选法是工业上常用的浮选法，它的原理是在一定条件下，向矿浆鼓入气体使产生气泡，矿粒选择性地附着于气泡上，并随同气泡一起浮到液面，从而实现分离。为保证浮选过程的顺利进行，需加入浮选药剂。为了提高选别指标，近年来研制出许多新型捕收剂，王培万等[7]采用HB-33新型复合捕收剂对国外某金矿进行浮选实验，结果表明，与原来使用的捕收剂丁基黄药相比，药剂成本降低，金回收率提高了5.5%。随后，实验模拟技术的发展给浮选方法提供了可靠的理论分析手段，相关学者采用GPT微扰理论，建立了分子能量分析模型，并得出黄金捕收剂分子能量设计，得出30多种理论上成立的黄金浮选捕收剂的结构，并根据可行性分析选取了六类结构式进行新型药剂合成实验和浮选实验[8]。

有些矿石中含有粗粒自然金或与多种有用矿石紧密共生，单一浮选流程不能满足生产需求。对于复杂难处理的矿石，必须采用包括浮选在内的联合流程进行处理。目前，阶段磨浮、重-浮联合流程是我国浮选工艺的主要手段。重-浮联合流程适于金与硫化矿物共生，并含有少量难浮硫化矿的矿石。龚明辉等[9]针对云南某金矿石性质采用阶段磨矿-分级-浮选工艺流程，在一段磨矿后采用MA-3与丁铵黑药组合捕收剂，在最佳条件下总金精矿的金回收率为88.64%，实现了金矿资源的高效利用。

浮选法的适用范围广，分选效果好，多被用于含金硫化物精矿的分选，但浮选法在实际应用中也存在一定的局限性，如对于粒度>0.2 mm的矿物浮选过程中作用效果差，分选难度大。同时，浮选过程存在的主要问题是药剂耗费量大，所以目前浮选法的研究重点是研发经济高效的浮选新型药剂。

3 化学-水冶法

3.1 混汞法

混汞法提金的原理是利用金在矿浆中与汞产生选择性润湿，并形成金汞合金，而其他矿物颗粒不与汞发生润湿吸附，最终随矿浆流走，随后通过蒸馏使合金中的汞挥发从而回收金[1]。混汞法根据工艺流程中汞添加顺序不同分为内混汞和外混汞，内混汞在我国企业的实际生产中应用较少，外混汞往往结合浮选、重选与氰化法联合使用。在混汞作业中通电，可提高汞的捕收能力，国外已将电混汞投入实际生产中。

混汞法在选金流程中，主要用于捕收粗粒游离金，单一混汞法适用于处理含粗粒金的石英质原生矿石或氧化矿石，它的优点是工艺简单、投资少、廉价而快速，不足是汞挥发有毒，威胁人体生命安全，同时污染环境，目前此法在我国应用较少。

3.2 氰化法

18世纪西方的炼金术士首次发现了金可溶于氰化物溶液。1886年F.W和W.弗雷斯特兄弟发明了采用浓氰化钾液浸出矿石中的金，并用锌块从浸出液中置换沉淀金。1965年搅拌氰化法提金首次在灵山选矿厂应用，效果显著，金的浸出率比渗滤氰化提金提高30%。很快氰化法在我国华北和东北一些矿山推广，经济效益较为显著。70年代末金厂峪金矿和招远金矿相继试验推广了锌粉置换技术，推动了我国选矿技术的发展。氰化法原理为金在氰化物溶液中，在氧化物存在的条件下生成一价金的配合物而溶解。氰化法由过去的锌丝置换法发展到锌粉置换法、炭浆法、炭浸法、树脂法、生物氧化氰化法等。

3.2.1 氰化-炭浆法 氰化-炭浆法提金工艺是在全泥氰化锌粉置换提金工艺的基础上发展起来的，主要是由浸前浓密、氰化浸出与炭吸附、炭解吸电解、炭酸洗及热再生、药剂制备、污水处理、金熔炼等工序组成[1]。这种方法的主要特点是省去了全泥氰化后的固液分离部分。1973年世界上第一座炭浆法提金厂在美国霍姆斯特克矿山建成。1973年，我国自行设计建设的炭浆法提金选厂在灵湖金矿投产，从1984年以后，炭浆法提金工艺发展迅猛，炭浆法对低品位矿、氧化矿和大规模的金矿石经济效益较为显著，不适用含银高的金矿。

汪勇等[10]用炭浆提金-磁选工艺对云南某金铜混合矿进行试验研究，得出炭浆提金-磁选流程盈利21.75元/t，具有较好的经济效益。苏玉花[11]用全泥氰化-炭浆法在姚安矿区做提金实验，结果显示，浸出尾渣中金含量仅为0.17×10-6，进一步验证氰化-炭浆法提金的实用性，但存在尾矿处理难度大、含氰废水严重污染环境等问题。一些金矿选厂进行了技术升级，如黄征东[12]针对目前夹皮沟选矿厂存在的问题制定了4种选金方法并进行对比，得出采用全泥氰化-无害化处理和重选-浮选-金精矿氰化对原工艺进行改造优化效果最为明显。全泥氰化炭浆法存在效率较低的问题，研究证明活性炭再生是改善此问题的一种可行的方法。2013年初，辽宁省排山楼金矿与北京理工大学合作投资建成了国内首套在提金工艺中采用活性炭常温常压湿法的再生系统，通过几年的生产实践证明了该工艺的优越性，为该工艺在行业中进一步推广奠定了坚实基础[13]。

3.2.2 氰化-树脂矿浆法 氰化-树脂矿浆法是在氰化过程中从氰化溶液或矿浆中用离子交换树脂吸附回收金的工艺方法。世界上第一座氰化树脂矿浆提金工厂在前苏联建成，首次将氰化树脂矿浆法提金工艺应用到工业化生产。我国于1989年在安徽省霍东县金矿建成树脂矿浆选厂并投入生产。离子树脂的选型是树脂矿浆法提金的关键所在。李红球等[14]针对陕西某金矿中金的提取进行研究，分别采用树脂法(353E型)和炭浆法进行提金实验，相比而言树脂法的提取效果优于炭浆法，即353E型树脂是一种理想的提金树脂。苏秀霞[15]从某金矿氰化矿浆中提取金，矿浆特点为杂离子含量较高，提取过程会与金产生竞争吸附，针对此问题研制出一种螯合树脂，此树脂可以选择性的吸附金，单位树脂金吸附率可达77.8 mg，解吸率可达97.8%。

树脂矿浆法与炭浆法除吸附剂、载金树脂解吸不同外，其他工序大致相同。树脂易于再生，它与活性炭相比，吸附性能更强，解吸金过程更简便，但活性炭相比于树脂在金、银的回收方面具有更好的选择吸收性。

3.2.3 生物预处理-氰化法 生物氧化法是用微生物催化氧化硫化物的生物化学方法。生物预处理-氰化的原理是利用细菌的作用，使硫化物、砷化物氧化为硫酸盐和高铁，从而被硫化物包裹的金裸露在表面便于解离，再用氰化浸出，同时达到除砷的目的[1]。我国在20世纪80年代开始将生物氧化法应用到提金工艺中，并取得显著效果。孔德晶等[16]对大兴安岭兴安金矿采用生物氧化-氰化联合浸金工艺结果表明，温度为35 ℃，搅拌速度为450 r/min，矿石细度-0.044 mm占95%，电位高于550 mV，充气量为0.06 m3/(L·h)，矿浆浓度为17.5%的条件下氧化8 h，金的浸出率可从常规氰化浸出的67.01%提高至97.76%，进一步证明了生物氧化-氰化浸金的可行性。新疆阿希金矿针对自身矿物高含砷、难处理等特点采用生物氧化-氰化-树脂吸附提金，得出氰化浸出率在97%左右，经济效益明显[17]。

生物氧化法适用于含砷、含硫、微细包裹型复杂金精矿或含金矿石，具有操作简便、成本低、清洁环保等优点。为复杂难处理金矿石开辟了一条新的途径。但菌种的种类及改良培育工作难度较大且微生物生长环境要求极为苛刻，因此微生物的生产周期长和环境适应性差这两个弊端阻碍了其进一步发展。

3.2.4 堆浸法 堆浸法是把含金矿石破碎到适当粒度，筑堆后用碱性氰化液喷淋提金的方法，堆浸过程包括：浸厂的建筑、破碎、制粒、筑堆、喷淋、置换(或吸附)、冶炼等工艺[1]。堆浸法提金的工艺流程可分为矿石的预处理、堆浸与溶液提金三个部分。堆浸法历史悠久，早在1752年，西班牙里奥延罗就对风化的铜矿堆进行酸浸，从浸出液中用铁置换铜。1967年，美国矿务局开始将堆浸法应用到低品位金矿的处理，当美国的科特兹金矿用堆浸法取得良好效益后，此法取得广泛重视。

传统堆浸法存在堆浸周期长、氰化物消耗大、金回收率低等问题，一些工厂对传统堆浸法做出了改进。齐蕊霞等[18]对陇南矽卡岩型铜金矿石采用先酸浸再堆浸工艺进行实验，结果表明金浸出率为82.10%，采用堆浸法可以有效地减少氰化物的消耗量，从而提高了经济效益。内蒙巴彦哈尔金矿选矿厂[19]针对具有含泥多、渗透性差等特点的含金矿石采用了重选-炭浸-堆浸工艺，此工艺具体为将露天采场采出的矿石进行粗碎，粗碎后的矿石进行洗矿分级，洗矿筛筛下物料先经过重选溜槽进行重选，重选后的矿浆经两段分级，通过浓缩机浓缩，底流给入浸出槽进行炭浸，洗矿筛筛上矿石直接进行中碎和细碎，细碎产品返回圆振动筛进行检查筛分，形成闭路破碎，筛下矿石运往堆场进行筑堆。该项目工业化生产顺利完成预期指标，对同类型矿山的项目设计有较好的参考意义。堆浸法具有工艺简单、操作方便、基建投资少、建设速度快，可处理低品位矿石、表外矿石与含金银尾矿，但是浸出效率低，对环境造成污染且产生的浸出液处理难度大。

目前，世界上75%的黄金仍是采用氰化法提金工艺。氰化法是从矿石、精矿和尾矿中直接提金的最经济简便的方法，且氰化物消耗少、浸出率高和对矿石类型适应性广、过程便于自动化等优点，但由于氰化物有剧毒，会对人的生命健康造成严重威胁，必须找到一种合适的浸金溶剂去代替它，寻找环保安全的浸金方法已迫在眉睫。

4 非氰浸出法

随着我国对企业环保要求的提高，关于非氰化浸金工艺的研究愈加重要。目前，非氰化浸金方法主要包括硫脲法、硫代硫酸盐法、卤素法等。其中，现已进入工业生产阶段且工艺过程逐渐完善的是硫脲法提金工艺，且相关研究都较为成熟，但此方法存在一些缺点：硫脲价格贵、药剂消耗量大、浸出矿浆为酸性、浸出设备需防腐；缺乏从硫脲溶液中有效回收金的高效方法。因此，目前此方法仅在小规模工业中应用[20]。

4.1 硫脲法

硫脲是一种强配位体，它具有较强的协同配位能，在溶液为酸性的条件下硫脲能与金属离子形成稳定的配合物，最终以络合离子的形式存在于溶液中。硫脲法提金的系统理论始于前苏联，1945年苏联科学院公布了N.H.普拉克率的研究成果，使硫脲法提金得到广泛关注。我国在1987年对河北的峪耳崖金矿进行试验，1984年在广西龙水金矿采用酸性硫脲法浸出和铁板沉淀金的工艺进一步试验，推进了硫脲法的发展。杨琳娜等[21]对贵州某微细浸染型金矿石采用氧化焙烧-硫脲浸金工艺回收氰化尾渣中的金，先对金矿石进行氧化焙烧，在温度为500 ℃的条件下焙烧1.5 h。再进行浸出试验，工艺条件为硫脲用量37.50 kg/t、FeCl3用量11.25 kg/t、pH=4、固液比为1∶4，常温常压浸出1 h，金浸出率可达93%以上。许世伟等[22]采用借助焙烧预处理-超声波强化条件下对泉山金矿氰化尾矿进行硫脲浸金试验，结果表明，该尾矿经焙烧后再通过超声波强化处理的硫脲浸出，金的浸出率比未经超声波强化的情况下提高了9.6%，浸出时间也大幅度缩短。

硫脲法提金工艺的研究为不适宜用氰化法处理、难以直接生产成品金以及浮选金精矿难于销售的复杂矿石提供了一种新方法，具有无毒、浸出速度快、浸出效果好、流程适应性强等优点，是一种很有研究价值的非氰提金法，若能解决其稳定性差、消耗量大、成本高等问题，该法还是可以应用到实际工业生产中。

4.2 硫代硫酸盐法

国内学者也对我国具体金矿进行硫代硫酸盐提取金的研究。张开永等[24]对某含金硫化矿先采用浮选法进行预处理，再采用预浮选-硫代硫酸盐法进行浸金试验。浮选采用一粗一精浮选流程，用硫代硫酸盐对浮选后的精矿进行浸出，结果表明金浸出率达86%以上。董再蒸等[25]对甘肃早子沟微粒浸染型金矿进行浸出试验，先对矿石进行成分分析，然后根据矿石物质组成特性采用硫代硫酸钠代替NaCN进行金的浸出试验。结果表明，在CuSO4为0.018 75 mol/L、NH3·H2O为1.0 mol/L、(NH4)2SO4为0.05 mol/L、Na2S2O3·5H2O为0.2 mol/L，液固比4∶1、pH=9.5，在室温25 ℃条件下浸出3 h，金浸出率为67.05%，经闭路浮选产生的尾矿经过硫代硫酸盐浸出流程处理后，金总回收率可达90.52%，根据实际矿石的特点采用合适的处理方法，可以更加快速准确地实现金的高效回收。同时，一些新型的提金剂也不断被成功应用，敏杰提金剂是将硫代硫酸盐和聚合氰胺钠等化合物通过化学合成的手段得到新的混合物。2013年广西高龙公司鸡公山金矿采用“敏杰”非氰提金剂替代NaCN进行工业试验，金的浸出率提高3%以上，并且具有药剂成本低、低毒性等优点，创造了良好的经济效益，为非氰提金剂代替NaCN浸金提供了实验数据。

4.3 卤素法

5 结束语

重选法选金不消耗化学药剂，作业成本低，不污染环境，近年来重选设备在不断地改进；浮选法浮选过程需耗费大量药剂，目前浮选法的研究重点为研发经济高效的浮选新型药剂。在实际应用中，重选法与浮选法多与其他方法联合使用，以取得更大的经济利益。混汞法因其严重污染环境已逐渐被时代所淘汰，氰化物属于剧毒化学品，为响应国家节能环保的号召，我们应该大力发展无氰浸出法，硫脲法和硫代硫酸盐法是很有潜力替代氰化法的绿色浸金工艺，但一些技术性问题尚需解决；卤素法清洁环保，但因药剂消耗大、成本高等问题仍处于实验研究阶段，选矿技术的发展还需要广大学者与企业共同努力，继续向前推进理论与实践研究。