含砷锑金精矿的生物预氧化-氰化浸金研究.pdf

第3 l 卷第5 期 2 0 1 1 年l O 月 矿冶 工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 I №5 O c t o h e r2 0 l l 含砷锑金精矿的生物预氧化- 氰化浸金研究① 邓琼，李骞，白云汉，蔡峰鹏，许斌，姜涛 中南大学资源加工与生物3 - 程学院，湖南长沙4 1 0 0 s 3 摘要采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌对含砷锑金精矿的生物预氧化．氰化浸金进行了研究。预氧化结果表明最佳生物氧化工艺参 数为初始p H 值范围为1 ．8 2 ．0 ，矿石粒径- 0 ．0 7 4m m ，氧化温度为2 5 ～3 0 ℃，摇床转速为1 4 0r ／r a i n ，细菌接种量为2 0 ％，液固比 1 0 0 2 ，矿浆浓度1 ％一2 ％，氧化时间1 2d 。浸出结果表明，含砷、锑分别为1 0 ．3 7 ％和3 6 ．8 l ％的金精矿如不经生物预氧化处理，金 浸出率仅4 1 ％左右；而经过1 2d 的生物氧化预处理，金浸出率可达7 6 ．5 5 ％左右，提高了3 5 ．6 2 个百分点。生物预氧化可以脱除金 精矿中的砷，金的浸出率与砷的氧化率成正相关关系。研究结果能为生物预氧化含砷难处理金矿氰化浸金提供理论和技术指导。 关键词金矿；生物预氧化；生物浸出；嗜酸性氧化亚铁硫杆菌 中图分类号T D 9 2 5文献标识码A文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 1 0 5 0 0 8 4 一0 4 S t u d yo nL e a c h i n go fG o l dC o n c e n t r a t eB e a r i n gA r s e n i ca n dA n t i m o n yb y B i o - p r e o x i d a t i o na n dC y a n i d a t i o n D E N GQ i o n g ，L IQ i a n ，B A IY u n h a n ，C A IF e n g p e n g ，X UB i n ，J I A N GT a o S c h o o lo fM i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n w e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t S t u d i e sw e r ec a r r i e do u to nl e a c h i n go fg o l dc o n c e n t r a t eb e a r i n ga r s e n i ca n da n t i m o n yw i t l la c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n sb yb i o - p r e o x i d a t i o na n dc y a n i d a t i o n ．R e s u l t so fp r e o x i d a t i o ns h o w e dt h a tt h eo p t i m u mb i o - o x i d a t i o nt e c h n i - c a lp a r a m e t e r sw e r ea sf o l l o w s ，t h ei n i t i a lp Hv a l u eW a gi nt h er a n g eo f1 ．8 - 2 ．0 ，t h ep a r t i c l es i z e so fo r ew a s - 0 ．0 7 4 r n n l ，o x i d a t i o nt e m p e r a t u r ew a g2 5 - 3 0 ℃，r o t a t i n gs p e e do ft h es h a k i n gt a b l eW S g1 4 0r ／m i n ，t h eb a c t e r i a ll o a dw a s 2 0 ％，t h el i q u i d s o l i dr a t i ow a s1 0 0 2 ，t h ep u l pd e n s i t yW 8 8l ％一2 ％a n do x i d a t i o nt i m eW a g1 2d ．T h el e a c h i n g r e s u l t ss h o w e dt h a tt h el e a c h i n gr a t eo fg o l df r o mc o n c e n t r a t eb e a r i n g1 0 ．7 ％a r s e n i ca n d3 6 ．8 1 ％a n t i m o n yw a so n l y a b o u t4 1 ％w i t h o u tb i o p r e o x i d a t i o nt r e a t m e n t ．T h el e a c h i n gr a t eo fg o l dc a nr e a c ha b o u t7 6 ．5 5 ％w i t hb i o p r e o x i d a t i o n s t a g ef o r1 2d a y s ，u p3 5 ．6 2p e r c e n t a g ep o i n t s ．B i o p r e o x i d a t i o nC a nr e m o v ea r s e n i cf r o mg o l dc o n c e n t r a t e ，w i t hg o l d l e a c h i n gr a t eb e i n g ap o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t ha r s e n i co x i d a t i o nr a t e ．T h er e s u l t sc a np r o v i d et h e o r e t i c a la n dt e c h n o l o g i c a l s u p p o r t sf o rl e a c h i n gr e f r a c t o r ya r s e n i c - b e a r i n gg o l do r e sb yb i o p r e o x i d a t i o na n dc y m f i d a t i o n ． K e yw o r d s g o l do r e ；b i o p r e o x i d a t i o n ；b i o l e a c h i n g ；a c i d i t h i o b a e i l l u sf e r r o o x i d a n s 难处理金矿中金常与硫、锑、碲等硫化矿物及其氧 化矿物共生 如复杂多金属硫化矿型金矿 ，或者当金 矿中含有一定数量的有机碳及无机碳时，这类金矿如 果直接氰化浸出，其金的浸出效果差。因此，在氰化浸 出前要进行预处理以J 。含砷锑金矿是一种典型的含 金硫化矿物，金以浸染状形式存在于硫化物矿物 中。4J 。如果砷黄铁矿中的铁、砷和硫能被生物预氧 化，金就会暴露出来而得以回收利用”“J 。 本文以含砷锑金精矿为研究对象，对含砷锑金精 矿展开了生物预氧化的研究。研究了p H 值、矿浆初 始浓度、矿石粒度、温度和搅拌速度等对含砷锑金精矿 脱除砷的影响，并研究了砷脱除率与金浸出率之间的 相关关系，以期通过对含砷锑金精矿的生物预氧化- 氰 化浸出技术的研究为含砷难处金矿的生物氧化处理提 供理论指导。 1 原料及研究方法 1 ．1 原料及试剂 含砷锑金精矿化学成分及自然金的分布分别见表 l 和表2 。由表1 可知，金、砷、锑和硫的含量比较高。 ①收稿日期2 0 1 1 旬3 彤 基金项目国家“9 7 3 ”项目 2 0 1 0 C B 6 3 0 9 0 3 ；杰出青年基金 5 0 3 2 1 4 0 2 ；国家大学生创新试验计划 L A 0 9 0 1 1 作者简介邓琼 1 9 8 8 一 ，女，湖南益阳人，硕士，主要从事矿物加丁研究。 通讯作者李骞 1 9 7 5 一 ，男，甘肃静宁人，博士，讲师，主要从事矿物加工研究。 万方数据 第5 期邓琼等含砷锑金精矿的生物预氧化．氰化浸金研究 另外，铜含量也较高，这将影响金的氰化浸出。 表1含锑砷金精矿的主要化学成分 质量分数 ／％ A u ” S bSA s S i 0 2A 1 2 0 3C a OM s o F eC u 4 4 ．23 6 ．8 l2 4 ．7 91 0 ．3 77 ．3 21 ．60 ．3 6 0 ．4 31 6 ．8 61 ．4 5 1 单位为g ／t 。 表2 自然金在矿物中的分布 矿物名称分布率／％ 辉锑矿 黄铁矿 毒砂 脉石矿物 矿物边界 总计 3 8 ．2 0 1 5 ．1 0 2 0 ．7 0 5 ．7 0 2 0 ．3 0 1 0 0 ．0 0 从表2 可知，黄铁矿和毒砂中含金量占3 5 ．8 0 ％， 包裹在辉锑矿中的金达到3 8 ．2 ％。 试验中所用试剂主要有氰化钠、硫化钠和氢氧化 钠，均为分析纯试剂。氨水 N H ，H O 为化学纯试 剂，使用时用蒸馏水稀释。实验所采用的细菌为嗜酸 性氧化亚铁硫杆菌，简称A F 菌。细菌驯化及浸出过 程中所使用的培养基为9 K 培养基，其成分见表3 。 表39 K 培养基成分／ g L 。1 1 ．2 研究方法 生物预氧化试验在2 5 0m L 锥形瓶中进行，将锥形 瓶置于空气浴振荡器中进行培养。每次实验前，在锥 形瓶中加入8 0m L9 K 培养基并加入一定量的含砷锑 金精矿，用浓硫酸调节矿浆p H 值，接种2 0m L 驯化的 氧化亚铁硫杆菌并调节p H 值。定期记录锥形瓶中矿 浆的电位，试验期间定期取2m L 溶液样品并分析砷浓 度、全铁及亚铁浓度。取出溶液用缺铁9 K 培养液基 补充。试验完成后，氧化渣用蒸馏水冲洗并烘干，然后 测量其中的砷含量。 浸出试验采用X J T 搅拌机搅拌浸出。试验前先 将经生物预处理的矿样2 0g 加入4 0 0m L 搅拌槽中并 调到适宜的矿浆浓度，用生石灰调节p H 值。经氰化 浸出及过滤后，浸出渣及浸出液中的金含量用原子光 谱进行分析。 2 含砷锑金精矿生物氧化脱砷研究 2 ．1 初始p H 值的影响 在温度3 0 ℃、接种量占矿浆总量的2 0 ％、搅拌机 转速为1 4 0r ／m i n 、液固比为1 0 0 2 、矿石粒度为 一0 ．0 7 4t o n i 占1 0 0 ％和氧化时间为1 2d 的条件下，研 究了初始p H 值对细菌氧化砷锑金精矿的影响，结果 如图1 所示。 p H 值 图1初始p it 值对含砷锑金精矿生物脱砷的影响 由图1 可以看出，含砷锑金精矿的氧化率随p H 值的增大先提高后降低。当p H 值为1 ．8 2 ．O 时，效 果最好，氧化率最高达到6 3 ．5 7 ％；当p H 为1 ．5 时，氧 化率仅为8 ．9 ％，当p H 值超过2 ．0 时，氧化率下降。 经研究发现，当p H 值为1 ．5 时，矿浆电位很低并在整 个试验过程中变化很小，且细菌在该条件下很难存活。 而当p H 值超过2 ．o 时，虽然细菌成活，但在试验中发 现渣呈黄色，该黄色物质为黄钾铁矾，覆盖在含砷锑金 精矿的表面，阻碍了含砷锑金精矿的进一步氧化。 2 ．2 矿浆浓度的影响 在初始p H 值为2 ．0 、细菌接种量为2 0 ％、温度3 0 ℃、搅拌速度为1 4 0r ／m i n 、矿石粒度为一0 ．0 7 4m m 占 1 0 0 ％和氧化时间为1 2d 的条件下，研究了矿浆浓度 对含砷锑金精矿生物氧化的影响，结果如图2 所示。 随着矿浆浓度的增大，砷氧化率显著下降。当矿浆浓 度为l ％时，砷的氧化率为6 5 ．2 3 ％，当矿浆浓度为 2 ％时，砷的氧化率为6 3 ．5 7 ％，当矿浆浓度为1 0 ％ 时，砷的氧化率仅为2 ％。 矿浆浓度／％ 圈2 矿浆浓度对含砷锑金精矿生物脱砷的影响 万方数据 矿冶工程 第3 1 卷 2 ．3 矿石粒度的影响 在初始p H 值为2 ．0 、细菌接种量为2 0 ％、温度为 3 0 ℃、搅拌速度为1 4 0r ／m i n 、氧化时间为1 2d 和液固 比为1 0 0 2 的条件下，研究了不同矿石粒度对含砷锑 金精矿生物氧化的影响，结果如表4 所示。由表4 可 以看出，随着矿物粒度的逐渐减小，含砷锑金精矿中砷 的氧化率逐渐减小。当粒度范围为0 ．1 0 6 ～0 ．1 4 8m m 时，氧化率高达7 6 ．4 8 ％。粒度过细，矿浆的粘度增 大，给空气 氧 的传递弥散增加了阻滞作用，导致细 菌氧化能力下降。但是为了保证矿石能以微细颗粒状 分散于溶液中，最大粒度不宜超过0 ．1 0 6 ～0 ．1 4 8m m ， 综合考虑，本实验选用矿石粒度为一0 ．0 7 4m l n 。 表4 矿物粒度组成对含砷锑金精矿生物脱砷的影响 粒{ 0 t ／m m氧化率／％ 0 ．1 0 6 0 ．1 4 8 0 ．0 7 4 0 ．1 0 6 0 ．0 7 4 0 ．0 4 6 7 6 ．4 8 6 5 ．8 9 6 3 ．6 5 5 6 ．2 3 2 ．4 温度的影响 在初始p H 值为2 ．0 、细菌接种量为2 0 ％、搅拌速 度为1 4 0r ／m i n 、氧化时间为1 2d 、矿石粒度为- 0 ．0 7 4 m m 占1 0 0 ％和液固比为1 0 0 2 的条件下。，研究了温度 对含砷锑金精矿生物氧化的影响，结果如图3 所示。 由图3 可知，在2 5 3 0c c 的范围内，氧化亚铁硫杆菌 生长是适应的，当温度为3 0 ℃时含砷锑金精矿的氧化 率达到最高。 温度／℃ 图3 温度对含砷锑金精矿生物脱砷的影响 2 ．5 搅拌速度的影响 在初始p H 值为2 ．0 、细菌接种量为2 0 ％、温度为 3 0 ℃、氧化时间为1 2d 和矿石粒度为一0 ．0 7 4m m 占 1 0 0 ％的条件下，研究了摇床转速对含砷锑金精矿生物 氧化的影响，结果如图4 所示。转速太高不利于细菌 氧化砷锑金精矿，因为细菌通过细胞壁与胞质膜之间 的细胞质来获取能量完成自养，转速太高时，产生的剪 切强度超过其细胞壁的耐受限度，致使细菌的生长受 到影响，导致其氧化能力下降。由实验可知，适宜的转 速为1 4 0r ／m i n 。 转速／ r n d n 。I 图4 搅拌速度对含砷锑金精矿生物脱砷的影响 通过上述单因素实验，确定最佳生物预氧化工艺 条件为p H 值为1 ．8 2 ．0 ，矿石粒度为一0 ．0 7 4m m 占1 0 0 ％，细菌接种量为2 0 ％，搅拌速度为1 4 0r ／m i n ， 液固比1 0 0 2 ，矿浆浓度l ％一2 ％，氧化时间为1 2d 。 在此条件下，经生物预氧化后，含砷锑金精矿的脱砷率 可达6 0 ％，脱砷后金精矿进入下一步氰化浸金，其成 分如表5 所示。 表5 含锑砷金精矿生物预处理后的主要化学成分 质量分数1 ／％ A u l S bSA s S i 0 2A 1 2 0 3C a OM g O F eC u 5 4 ．5 34 5 ．4 29 ．9 24 ．1 59 ．0 31 ．9 70 ．4 4 0 ．5 36 ．7 41 ．7 9 1 单位为∥l 。 3 氰化浸金研究 不同预处理条件下浸出时间对含砷锑金精矿浸出 率的影响见图5 。其中硫化钠预处理工艺是指在硫化 钠 N a s 用量为1 0g ／L 、氰氧化钠用量为1 0 0g ／L 的 条件下对金精矿矿浆搅拌预处理2h ；通过该工艺，锑 浸出时间／h 图5不同预处理条件下浸出时间对浸出率的影响 l 未经预处理；2 经硫化钠预处理而未经生物预处理； 3 生物预氧化后再硫化钠预处理 万方数据 第5 期邓琼等含砷锑金精矿的生物预氧化．氰化浸金研究 基本被浸出，锑在预处理过程中随溶液过滤去除。氰 化浸出条件为氰化钾浓度0 ．0 1m o l ／L ，p H 值为1 1 ．5 ， 浸出温度为室温2 5 ℃。 由图5 可知，不经预处理的金浸出率非常低，经 3 6h 浸出后，其最大浸出率仅为1 3 ．1 ％。经硫化钠预 处理后氰化浸出1 2h 后，浸出率只能达到3 5 ．9 5 ％，浸 出2 4h 后也只有4 0 ．7 4 ％，即使浸出时间为3 6h ，金的 浸出率也只有4 0 ．9 3 ％。由此可以判断，经硫化钠法 预处理后，包裹在锑矿物中的金暴露出来，而铜则在氨 水 浓度为0 ．1m o l ／L 的作用下形成络合物，因此浸 出率得到了提高，因为砷的存在，金的氰化浸出率还是 维持在很低的水平。而未脱除的金、硫、砷则进入渣 中。由图5 还可知，在分别经生物预氧化1 2d 、硫化钠 法预处理2h 后，再进行浸出，金的浸出率得到了大幅 提高，浸出2 4h 后，浸出率可达7 6 ．5 5 ％。 图6 是生物预氧化时间对含砷锑金精矿氰化浸出 率的影响。由图6 可知，随着生物预氧化时间的增加， 紧 ＼ 静 丑 魈 嘲 生物氧化时间／d 图6 生物预氧化时间对金浸出率的影响 含砷锑金精矿的金浸出率首先增加，当氧化1 2d 以后 金的浸出率不再明显增加。 4 结语 1 含砷锑金精矿生物预氧化的参数为初始p H 值为1 ．8 2 ．0 ，矿物粒径为一0 ．0 7 4m m ，氧化温度为 2 5 3 0 ℃，摇床转速为1 4 0r ／m i n ，矿浆浓度为1 ％一 2 ％，细菌接种量为2 0 ％，液固比1 0 0 2 ，氧化时间1 2 d 。在此条件下金精矿中砷氧化率达到6 0 ％以上。 2 浸出结果表明，未经生物预氧化及硫化钠法预 处理，金浸出率仅为1 0 ％左右；而未经生物预氧化但 经硫化钠法预处理后，金的浸出率可达4 1 ％左右；而 在分别经生物预氧化1 2d 、硫化钠法及氨水预处理2h 后，金浸出率可达7 6 ．5 5 ％。 参考文献 K i r kDW ．As t u d yo fa n o d i cd i s s o l u t i o no f9 0 l di na q u e o u sa l k a l i n e e y a n i d e [ J ] ．JE l e c t m e h e mS e c ，1 9 7 8 。1 2 5 1 4 3 6 1 4 4 3 P e t e rD ，w ∞l e yF ，J a v i e rO ．T h e 嘲o fo x y g e ni ns o l de y a n i d a t i o n [ J 】．C a n a d i a n I n 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