生物氧化工艺在黄金工业生产中的发展与应用

王 健，王 芳

(巴彦淖尔紫金有色金属有限公司，内蒙古 巴彦淖尔 015543)

生物氧化是预处理难浸金矿的方法之一，与传统的焙烧氧化和加压氧化相比，它可以根据不同矿物氧化速度的差异而进行选择性氧化，例如在黄铁矿—毒砂型的难处理金精矿的生物处理过程中，毒砂被优先氧化，这种选择性氧化使得有针对性地氧化某些硫化矿物，就可以得到比较好的金回收率，此外，生物氧化还具有环境污染小、设备投资少、流程简单、操作方便等优点[1，2]。根据对难处理资源的特性调查、工艺研究的初步统计，我国难处理金矿资源中的50%以上，可以适宜于生物氧化提金技术[3]。目前，难处理金矿石的生物氧化预处理工艺主要有BIOX、BACOX、Geobiotics和CCGRI 4种工艺。其中，南非金田公司BIOX工艺开发最早，在世界推广厂家也最多。

1 BIOX工艺

BIOX工艺的研究始于20世纪70年代末，为了解决南非Fairview金矿焙烧厂带来的砷污染问题，Genmin研究所开始研究采用细菌氧化预处理难浸金精矿，1984年在Fairwiew金矿进行了半工业试验，随后又在当地建造了首座细菌氧化厂[4]。如今BIOX工艺已经在全世界推广使用，应用情况如表1所示[5]。

表1 BIOX工艺应用情况

BIOX工艺的氧化过程通常分为两段，第一段是三个并联的氧化槽，第二段为三个串联的氧化槽。目的是使细菌在单槽内的停留时间延长，保证细菌的正常繁殖，此外还能避免矿浆流的短路。为了维持细菌合适的生存及活动温度(40℃左右)，通常采用蛇形管水冷的方式对矿浆进行冷却。细菌一般在pH1～pH2的环境下生长，所以应适当添加硫酸或石灰进行调节。此外，为了提供细菌生存需要的氧气，充气量是生产过程中一个重要的控制因素，其直接影响着细菌的活性[6]。BIOX工艺早期使用的菌株种类是A.thiooxidans、A.ferrooxidans和L.ferrooxidans组成的混合物，在20世纪90年代中期，为了提高工艺性能，将反应温度增加到42℃～45℃，使用的菌株种类也变为A.caldus和L.ferriphilum[7，8]。

Fairview BIOX工厂已逐步扩大产能，由原来10t/d的小厂改进为能够处理南非Barberton地区几个矿山的精矿，从试运行到大规模的生产的工艺改进使得工厂的反应器都是非标准配置，现在工厂有着两台340m3的主要反应器。

巴西的Sao Bento BIOX工厂工艺非常特别，因为它是为了扩大产能，在原有的热压氧化工艺上改进的。原有的生物车间1991年运行，它对部分硫化矿先进行30%左右的氧化，然后再将氧化渣和剩余的硫化矿一起送入高压釜中。在1994年和1998年，又增加了两台生物反应器，工厂现处于维护保养阶段[9]。

2 BACOX工艺

19世纪90年代后期，Mintek与Bactech公司共同合作开发了Bacox工艺，应用于难处理金矿生物浸出，该工艺采用中等嗜高温菌(氧化亚铁硫杆菌和氧化铁螺旋菌)在45℃～55℃的温度下处理硫化矿精矿，并已经成功应用于几家工厂，如表2所示[5]。

表2 BACOX工艺应用情况

澳大利亚西部的Youanmi Deeps Bacox工厂(由于矿山枯竭已于1998年关闭)使用的细菌生长温度在45℃～47℃的嗜热菌，而不是通常最佳温度为35℃～42℃的中温菌。这项工艺对硫化矿进行部分氧化，优先氧化富含金的毒砂组分，显示了生物氧化的选择性矿物氧化性能[10]。

澳大利亚塔斯马尼亚北部是一个对环境要求非常严格的地方，Beaconsfield Bacox工厂正坐落于此，它所采用的氧化工艺与Merrill-Crowe工艺配套使用，而不是其他工厂使用活性炭吸附，这样可以减少滤液体积，降低氰化液解毒处理量[11]。

山东莱州黄金冶炼厂处理的精矿都是外购所得，主要来自中国，但也有远达希腊地区的，显示了该工艺良好的灵活适应性，能够处理各种矿物组成的矿样[12]。

3 Geobiotics工艺

Geobiotics工艺是在生物氧化技术的搅拌浸出和原矿堆浸工艺上集成发展起来的，对于低品位和难氧化的金精矿，更具经济效益。Geobiotics工艺首先是在支撑物料上包裹难处理的硫化矿金精矿，并采用层叠方式进行堆浸。堆浸一般需要30d～90d，硫化矿氧化率在50%～70%，金回收率有80%～95%。支撑物料一般使用破碎后的难处理原矿，并具有很多优点，例如，细菌氧化后产生的高浓度三价铁能够迅速氧化支撑矿物，其氧化程度要比原矿堆浸大很多；同时，支撑矿物在生物氧化过程中逐渐磨损和降解，有利于后续的氰化回收金[13]。

该工艺已经成功应用于美国Newmont公司的难处理金矿，并取得相当的经济效益[14]。其堆浸工艺流程为：将金矿石破碎至80%小于19mm；筑堆；细菌接种并渗透到整个矿堆；供给足够的氧和细菌营养基；堆浸2～6个月；拆卸浸堆，进行中和处理；重新筑堆，进行常规堆浸作业。

4 CCGRI工艺

2000年，烟台市黄金冶炼厂采用CCGRI技术建成了中国第一座自主知识产权的金精矿生物氧化预处理工厂。如今，中国已经建设了12座规模不同的难处理金精矿生物氧化预处理工厂，使中国发展成为世界上拥有生物氧化提金厂最多的国家，CCGRI工艺应用情况，如表3所示[15，16]。

表3 CCGRI工艺应用情况

辽宁天利生物氧化提金厂生物氧化槽一共9槽，前5槽并联为第一级。反应器使用4根水管作为一组冷却装置，一槽5组。2008年处理量为150吨/日(超过原设计的50%)，并通过增加反应槽，实现了年处理矿石66 000t，日处理约200t的生产能力。金精矿通过配矿得到含硫17%～19%，含金26g/t左右的原料，原料磨矿达到-320目占大于90%进行生物氧化，预氧化6d，矿浆浓度20%，预氧化温度45℃～50℃。硫氧化率在70%左右，金浸出率93%左右，尾渣品位3g/t左右(可以得到更低品位的尾渣，为了能够出售这部分尾渣减少尾矿库渣量，不进行金二次回收)，氧化后液直接中和不返回[3]。

5 发展趋势

目前，生物氧化工艺的发展方向是：①通过研究矿浆体系的氧化行为，培育适应性强、氧化效率高的菌种进一步加快生物氧化速率，缩短反应时间，综合回收有价金属，环保处理外排废液。②设计出更加大型、节能和高效的生物反应器，开发新型的搅拌叶轮、冷却器和充气器结构，开发生物氧化在线监控系统，建立长期可靠的控制系统。③生物氧化从简单的硫化矿进一步发展到其他种类复杂难处理金矿石的氧化浸出研究。

总之，生物氧化由于其独特的优势正越来越受到重视，工艺也逐渐成熟，形成了对传统工艺的必要补充和部分替代。