含砷难处理金精矿生物氧化提金工艺试验研究

杨 鹏，王 杰，赵 娜，孙美芬，周元浩

(1.山东招金科技有限公司; 2.山东国环固废创新科技中心有限公司)

引 言

随着金矿资源的逐年大规模开采，金矿资源日趋贫化，难处理金矿成为黄金工业生产的主要资源。目前，世界金矿储量中难处理金矿占60 %～70 %；而在世界黄金总产量中，由难处理金矿产出的金占30 %左右[1]。难处理金矿是指在正常磨矿情况下，采用常规的氰化提金方法金浸出率较低的矿石和精矿，其氰化金浸出率通常小于 80 %，典型的难处理金矿金浸出率仅为10 %～30 %[2-3]。含砷硫化矿是难处理金矿中储量最大、可回收经济价值最高的金矿石类型，也是目前研究最多的矿石类型[4]。

对于难浸金矿石通常先进行氧化预处理，再进行氰化浸出提金。常用的氧化预处理工艺主要有焙烧氧化法、热压氧化法、生物氧化法、化学氧化法等。而生物氧化法由于在工业上具有效率高、综合效益好、环境友好等优点,已成为目前国内外研究最多、发展最快且广泛应用的难处理金精矿预处理方法之一[5]。

新疆某金矿选矿厂生产的金精矿含砷3.08 %、铁15.17 %、硫13.00 %，自然金嵌布粒度以微粒为主，占91.04 %，金精矿直接氰化浸出金浸出率只有29.16 %，为典型的含砷微细粒难处理金精矿。针对该金精矿的性质特点，开展了生物氧化—氰化提金工艺研究，选择了适宜的浸金菌种，考察了磨矿细度、矿浆浓度、氧化时间等对硫化物氧化率及金浸出率的影响，并在最优条件组合下开展了生物氧化连续试验和氧化渣氰化浸出试验，获得了良好的指标。

1 金精矿性质

试验所用浮选金精矿取自新疆某金矿选矿厂,经筛析可知，细度为-0.074 mm占79.50 %。该金精矿金品位37.10 g/t，含砷3.08 %、铁15.17 %、硫13.00 %，其化学成分分析结果见表1。

表1 金精矿化学成分分析结果

金精矿中金属矿物相对含量为 36.08 %，脉石矿物相对含量为 63.92 %。金精矿中金属硫化物主要为黄铁矿和毒砂，次为磁黄铁矿、辉锑矿、黄铜矿、斑铜矿及黝铜矿。金属氧化物主要为赤铁矿、褐铁矿及磁铁矿。脉石矿物主要为斜长石、透长石、石英，少量绿泥石、角闪石、白云母、方解石及白云石，萤石、石墨、金红石等其他矿物含量较少。

金精矿中自然金嵌布粒度很细，以微粒金为主，占91.04 %，细粒金占 5.92 %，中粒金占 2.20 %，粗粒金占 0.84 %。金精矿中金的嵌布状态主要为包裹金，占 74.18 %(其中金属硫化物包裹金占 68.65 %，脉石矿物包裹金占 5.53 %)，单体与连生金合计占 22.66 %，“劫金”物质影响金占3.16 %。

2 试验结果与讨论

2.1 直接氰化浸出探索试验

对金精矿分别开展直接常规氰化浸出与氰化炭浸试验，结果见表2。

表2 金精矿直接氰化浸出探索试验结果

由表 2可知：常规氰化浸出、氰化炭浸流程金浸出率分别为26.09 %、29.16 %。该金精矿直接氰化浸出金浸出率不足30 %，为典型难处理金精矿。

2.2 生物氧化—氰化提金试验

通过开展菌种选择试验、培养基种类及用量试验，确定采用长春黄金研究院有限公司培养驯化选育的优良生物菌种HYBBSX-Z1212-TL和适应性良好的9K培养基(用量5.0 kg/t)进行生物氧化—氰化提金条件试验。

2.2.1 磨矿细度

金精矿未磨时细度为-0.074 mm占79.50 %。试验前采用球磨机将金精矿磨至不同细度，开展不同磨矿细度对生物氧化效果的影响试验。磨矿细度试验流程见图1。对氧化渣进行氰化浸出，以金的浸出指标来表征该条件下金精矿生物氧化的效果，试验结果见表3。

图1 磨矿细度试验流程

w(磨矿细度-0.045 mm)/%氧化渣产率/%氧化渣金品位/(g·t-1)氰化渣金品位/(g·t-1)金浸出率/%85.0086.7642.763.0792.8290.0086.3342.972.8593.3795.0086.1143.082.8793.3498.0085.4543.422.8893.37

由表 3可知:当磨矿细度-0.045 mm占85.00 %时，金浸出率为 92.82 %；继续提高磨矿细度至-0.045 mm 占90.00 %时，金浸出率提高至 93.37 %；再进一步提高磨矿细度，金浸出率基本不变。综合考虑生产实际，结合降低能耗和作业成本及便于固液分离等因素，确定金精矿生物氧化最佳磨矿细度为-0.045 mm占90.00 %。

2.2.2 矿浆浓度

固定磨矿细度-0.045 mm占90.00 %,在不同矿浆浓度下，采用菌种 HYBBSX-Z1212-TL单槽氧化5 d，对氧化渣进行氰化浸出试验。试验流程见图1，试验结果见表4。

表4 矿浆浓度试验结果

由表4可知:在相同氧化时间条件下，矿浆浓度为15 %～18 %时，金浸出率较高且比较稳定;当矿浆浓度为18 %时，金浸出率为93.62 %；矿浆浓度提高到21 %时，金浸出率略有下降。综合考虑技术经济指标，确定单槽生物氧化试验矿浆浓度为18 %。

2.2.3 氧化时间

固定磨矿细度-0.045 mm占90.00 %，矿浆浓度18 %，氧化时间为变量，其他条件及试验流程见图1，试验结果见表5。

表5 氧化时间试验结果

由表5可知：在相同矿浆浓度条件下，氧化5 d 时，金浸出率为93.83 %；氧化6 d时，金浸出率提高至94.15 %；继续延长氧化时间，金浸出率未有明显变化。综合考虑，确定单槽生物氧化试验氧化时间为6 d。

2.2.4 单槽生物氧化综合条件试验

固定磨矿细度-0.045 mm占90.00 %，矿浆浓度18 %，氧化时间6 d，其他条件及试验流程见图1，试验结果见表6。

表6 单槽生物氧化综合条件试验结果

由表6可知：采用菌种HYBBSX-Z1212-TL 氧化金精矿，在磨矿细度-0.045 mm占90.00 %、矿浆浓度18 %、9K培养基用量5.0 kg/t、氧化时间6 d、矿浆温度38 ℃～42 ℃、矿浆初始pH 值<2.0的条件下，氧化渣金浸出率为94.22 %。

2.2.5 生物氧化连续试验

连续试验是在生物氧化系统处于矿浆动态平衡的条件下，取样分析和验证该金精矿生物氧化预处理情况和生物氧化效果，以确定最优的流程结构、工艺参数和技术指标。在单槽生物氧化综合条件试验的基础上，进行了生物氧化连续试验。单槽生物氧化时间确定为6 d，连续生物氧化时间设计最长为8 d，目的是进一步验证不同氧化时间的氧化效果。在实际生产中，一般氧化时间控制在8 d以内，这是因为氧化时间过长一方面增加了生产成本，另一方面菌液中细菌老化死亡数量急剧增长，恶化了生物氧化体系。

本次生物氧化连续试验氧化系统由8个串联的氧化槽构成，其中矿浆在每个氧化槽中的停留时间为1 d，总氧化时间可达到8 d。在试验开始阶段根据矿浆体系的工艺参数向1#槽逐步添加矿物，增加矿浆浓度，达到试验设定的矿浆浓度后，开始向2#槽出矿，同时向1#槽补充相应量调配好的金精矿矿浆和培养基，待24 h后2#槽氧化矿浆量达到设定容积后，2#槽向3#槽出矿，同时1#槽向2#槽出矿，并向1#槽补加金精矿矿浆。如此每24 h充满1个氧化槽后，依次向后槽串联出矿，直至8个氧化槽全部充满，此时1#槽至8#槽中金精矿的氧化时间是1～8 d。试验条件及流程见图2。稳定状态时，各氧化槽氧化过程参数见表7。

图2 生物氧化连续试验流程

表7 各氧化槽氧化过程参数

由表7可知：随着氧化时间的延长，不同矿浆浓度下的电位均不断升高，pH均不断降低。在矿浆浓度为18 %的条件下氧化6 d，矿浆电位达到690 mV，pH值降到1.39；继续氧化，矿浆电位升高不明显，pH下降也不明显。氧化过程中，矿浆浓度为21 %时的pH低于矿浆浓度为18 %时的pH，原因是矿浆浓度高，单位体积硫含量高。而矿浆浓度为23 % 时pH最高，原因是矿浆浓度较高，矿浆电位低，虽然硫含量高，但硫氧化效果较差。

2.2.6 氧化渣氰化浸出

对不同氧化时间的氧化渣进行氰化浸出试验，试验流程见图3，试验结果见表8。

图3 氧化渣氰化浸出试验流程

由表8可知:随着氧化时间的延长，金浸出率逐渐提高。在矿浆浓度为18 %的条件下氧化6 d，金浸出率为94.11 %；继续增加氧化时间，金浸出率未有提高，说明该矿浆浓度条件下最佳氧化时间为6 d。而当氧化时间为8 d时，矿浆浓度为21 %、23 %的金浸出率分别为93.32 %和90.93 %，均未超过94.11 %。综合考虑生物氧化连续试验的工艺指标和生产成本，确定该金精矿最佳的连续生物氧化工艺条件为矿浆浓度18 %、氧化时间6 d。

表8 氧化渣氰化浸出试验结果

2.2.7 砷、铁、硫脱除率

在矿浆浓度18 %条件下连续氧化6 d时砷、铁、硫脱除率见表9。

表9 砷、铁、硫脱除率

由表9可知：矿浆浓度为 18 %时连续氧化 6 d，砷、铁、硫的脱除率分别为 74.69 %、52.45 %、64.41 %。

2.2.8 硫化物氧化率

对矿浆浓度18 %时连续氧化6 d的氧化渣进行物相分析，结果见表10～12。金精矿中硫化物氧化率计算结果见表13。

表10 氧化渣砷物相分析结果

表11 氧化渣铁物相分析结果

表12 氧化渣硫物相分析结果

表13 金精矿中硫化物氧化率计算结果

由表13可知：矿浆浓度为18 %时连续氧化6 d，砷氧化率为96.84 %，铁氧化率为 93.83 %，硫氧化率为 74.97 %。

2.2.9 氧化渣洗涤液中和

氧化渣洗涤液由菌种HYBBSX-Z1212-TL在矿浆浓度18 %下连续氧化6 d的菌液和洗水1 ∶2混合而成。中和试验使用的氧化钙为分析纯试剂。氧化渣洗涤液中和试验条件及流程见图4，试验结果见表14。

图4 氧化渣洗涤液中和试验流程

表14 氧化渣洗涤液中和试验结果

根据GB 8978—1996 《污水综合排放标准》规定,污水中总砷、总银、总铜、总锌、总铅三级排放标准分别为0.5 mg/L、0.5 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、1.0 mg/L，pH值要求为6～9。由表14可知：氧化渣洗涤液经过两段中和处理后，中和液中砷和其他重金属离子质量浓度均低于排放标准,且溶液 pH也符合排放标准要求,故中和液达到排放标准，可作为工艺水循环使用,此时氧化钙的消耗量为每吨金精矿154.1 kg。

3 结 论

1)采用长春黄金研究院有限公司培育驯化的菌种HYBBSX-Z1212-TL和9K培养基，预氧化新疆某含砷微细粒难处理金精矿，在矿浆浓度为18 %条件下连续氧化6 d，砷、铁、硫的脱除率分别为74.69 %、52.45 %、64.41 %；砷、铁、硫的氧化率分别为96.84 %、 93.83 %、74.97 %。

2)氧化渣采用氰化炭浸工艺提金，浸出最优条件为：矿浆浓度 33 %、氧化钙用量15 kg/t、碱处理时间2 h、氰化钠用量20 kg/t、氰化浸出时间48 h，金浸出率由直接氰化炭浸的29.16 %提高到94.11 %,氰化渣金品位降至2.55 g/t。

3)氧化渣洗涤液采用氧化钙进行中和处理后，中和液中砷和其他重金属离子质量浓度均远低于GB 8978—1996 《污水综合排放标准》规定,且溶液 pH也符合排放标准要求,故中和液达到排放标准，可作为工艺水循环使用，氧化钙的消耗量为每吨金精矿154.1 kg。