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硫品位对难处理金精矿热压预氧化工艺的影响 ① 黄怀国 （厦门紫金矿冶技术有限公司，福建 厦门 ３６１１０１） 摘 要 通过配矿对不同硫品位的金矿进行热压预氧化⁃氰化试验研究，从而获得硫品位与砷、铁、金浸出率的相互关系。 结果表 明砷、铁的溶出率以及氧化渣的石灰耗量均随着硫品位的提高有升高趋势，而金的浸出率则与硫品位呈反比关系。 关键词 高压氧化； 难处理金矿； 硫品位； 氰化浸金 中图分类号 ＴＦ１１１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０２．０２２ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０２－００８４－０３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｕｌｆｕｒ Ｇｒａｄｅ ｏｎ Ｈｏｔ⁃ｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｐｒｅ⁃ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｇｏｌｄ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ ＨＵＡＮＧ Ｈｕａｉ⁃ｇｕｏ （Ｘｉａｍｅｎ Ｚｉｊｉｎ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｘｉａｍｅｎ ３６１１０１， Ｆｕｊｉａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｏｔ⁃ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｐｒｅ⁃ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｃｙａｎｉｄａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｇｏｌｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｌｆｕｒ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｂｙ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｕｌｐｈｕｒ ｇｒａｄｅ ａｎｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ ａｒｓｅｎｉｃ， ｉｒｏｎ ａｎｄ ｇｏｌｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ａｒｓｅｎｉｃ ａｎｄ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｌｉｍｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｓｌａｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｌｆｕｒ ｇｒａｄｅ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｇｏｌｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｓｈｏｗｅｄ ａｎ ｉｎｖｅｒｓｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｌｆｕｒ ｇｒａｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ； ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｇｏｌｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ； ｓｕｌｆｕｒ ｇｒａｄｅ； ｃｙａｎｉｄｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｇｏｌｄ 随着世界上金矿资源总量的逐年减少，富金矿和 易处理金矿石资源逐渐枯竭，难处理金矿的开发利用 显得越来越重要。 对于难处理金精矿，在氰化浸出前，一般需先对其 进行预处理，让包裹或浸染在硫化矿物中的微细粒金 粒和显微金粒暴露出来，便于与氰化物等溶剂接触。 已经获得工业应用的预处理方法有 ４ 种① 焙烧氧化 法；② 细菌氧化法；③ 湿法化学氧化法（Ｃｌ２、ＮａＯＨ、 ＨＮＯ３等）；④ 压力氧化法。 相比其它 ３ 种工艺，压力 氧化法有氧化彻底、金回收率高、对矿石适应性广、反 应时间短、环境友好等优点，在 １９８５ 年已率先在美国 Ｍｃｌａｕｇｈｌｉｎ 金矿获得工业上的成功应用［１－４］。 在热压预氧化工艺中硫元素是最重要的考察元素 之一，硫元素在热压反应过程中的行为除了影响整个 系统的酸平衡和热平衡外，对砷、铁等元素的形态变化 也有重要影响。 砷是对环境危害性极大的元素。 有研 究表明，加压氧化产出的废渣相当稳定，主要有害元素 砷氧化后生成稳定的砷酸盐等沉淀物，其溶解度很 低［１］。 浸出酸性废液用石灰中和后，砷酸铁与硫酸钙 以及其它金属的氢氧化物便沉淀出来，在砷酸铁中 Ｆｅ／ Ａｓ 高于 ２ 时，被认为是稳定的，美国 ＥＰＡ（环境保 护署）标准毒性试验证明这类固体废料无毒［５］。 但在 反应过程中，也有可能生成非晶形的 Ｆｅ／ Ａｓ 为 １ 的化 合物 ＦｅＡｓＯ４ｘＨ２Ｏ 是比较容易溶解的［６］。 因此 有必要对含砷难处理金矿石进行不同硫品位的热压预 氧化试验，以考察不同硫品位对预氧化工艺各项元素 浸出指标的影响，以探索硫、砷、铁等元素在热压反应 中的走向，为热压预氧化工艺的条件优化提供分析 依据。 １ 试 验 １．１ 矿石性质 实验所用金精矿及配矿用的原矿由西南某矿山提 供，精矿－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９７％，原矿破磨至－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ９８％。 两个矿样的主要元素分析结果见 表 １。 从分析结果可以看出，精矿和原矿均属于含硫 ①收稿日期 ２０１３－１１－０４ 基金项目 国家科技支撑计划课题（２０１２ＢＡＢ１０Ｂ０８） 作者简介 黄怀国（１９７４－），男，福建莆田人，高级工程师，博士，主要从事湿法冶金工艺研究工作。 第 ３４ 卷第 ２ 期 ２０１４ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１４ 含砷的炭质金矿，笔者曾对两种矿样进行直接炭浸氰 化，两种矿样金浸出率分别为 １４．２％和 ４．７％，均属于 高难处理金矿。 两种矿样通过不同配比而成不同硫品 位的物料进行热压预氧化试验，物料配比及元素品位 见表 ２。 表 １ 矿石多元素分析结果（质量分数） ／ ％ 样品Ａｕ１）ＣｕＳＡｓＣａＯＭｇＯ有机碳 金精矿２７．３６０．０７６３４．６２．０８２．１７０．７９７．１７ 原矿１２．１０．００６９２．５３０．３１１７．４２９．３００．８３ １） 单位为 ｇ／ ｔ。 表 ２ 配矿参数 编号 精矿比例 ／ ％ 矿浆浓度 ／ ％ Ｓ 含量 ／ ％ Ａｓ 含量 ／ ％ Ｓ／ Ａｓ １０．００２．４５０．２９８．４５ ２２３．２９９．８２０．６７１４．６６ ３３８．８８１４．７５０．９２１５．９６ ４４８．２４２０１７．７０１．０８１６．４５ ５５４．４７１９．６７１．１８１６．７０ ６７０．０７２４．６０１．４３１７．１８ ７１００．００３４．０７１．９２１７．７４ ８０．００２．４５０．２９８．４５ ９２３．２９９．８２０．６７１４．６６ １０３８．８８１４．７５０．９２１５．９６ １１４８．２４３０１７．７０１．０８１６．４５ １２５４．４７１９．６７１．１８１６．７０ １３７０．０７２４．６０１．４３１７．１８ １４１００．００３４．０７１．９２１７．７４ １．２ 试验仪器及药剂 主要仪器高压釜为威海鑫泰化工设备厂生产， ＧＳＨＡ－２ 型 ２Ｌ 釜。 主要试剂硫酸（ＡＲ，９８％）、石灰 （ＡＲ，９８％）。 １．３ 试验方法 氧化入釜物料预先用硫酸脱除碳酸盐，记录酸用 量，根据反应浓度补加清水后加入高压釜，升温至 １８０ ℃开始充氧，控制温度 ２２０ ℃，氧分压 １．１ ＭＰａ，总压 ３．３ ＭＰａ，搅拌线速度７００ ｒ／ ｍｉｎ，反应３ ｈ（№１４ 试验为 ４ ｈ），反应结束后冷却卸压，矿浆过滤。 氧化渣氰化试验石灰调 ｐＨ＝１１，记录石灰用量， 液固比为 ３，氰化钠浓度控制 １‰，活性炭 １５ ｇ／ Ｌ，搅拌 氰化 ２４ ｈ。 ２ 试验结果及讨论 ２．１ 物料硫品位对砷溶出率的影响 砷在加压氧化的初期，以砷酸形式溶解，但随后以 砷酸铁形式沉淀或以复杂的铁砷硫酸盐沉淀。 砷在压 力釜中的沉淀情况取决于原料中的含砷量、铁与砷的 比例、溶液的酸度和温度等，一般沉淀率为 ８５％ ～ ９５％［７］。 硫品位对砷浸出率的影响见图 １。 从图 １ 可 看出，砷的溶出率随着硫品位的提高而升高，物料硫品 位从约 ２．５％升至 ３４％时，砷的溶出率从 １２％提高到 ６０％左右，可见要控制砷的溶出率需要适当控制入釜 物料的硫品位。 图 １ 硫品位对砷溶出率的影响 ２．２ 物料硫品位对铁溶出率的影响 硫品位对铁溶出率的影响见图 ２。 从图 ２ 上看， 铁的溶出率随物料硫品位的提高整体呈波动升高趋 势。 对比图 １ 和图 ２ 可以发现，无论矿浆浓度是 ２０％ 还是 ３０％的曲线中，砷和铁的溶出率随物料硫品位的 变化趋势都十分相似。 这是由于在加压氧化条件下， 除了部分硫酸铁水解生成赤铁矿、铁矾等形式沉淀外， 大部分砷和铁生成砷酸铁沉淀 Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ３ＡｓＯ４→ ２ＦｅＡｓＯ４＋３Ｈ２ＳＯ４ 其它铁的沉淀化合物的性质和组成还取决于温 度、酸度、硫化矿的组成与含量、脉石组分的性质与含 量等因素。 硫品位的提高会提高反应终点体系的酸 度，而酸度对铁的沉淀形式影响较大，有文献表明，赤 铁矿是最好的沉淀形式，它有利于后续的中和及回收 金的操作，赤铁矿沉淀所容许的硫酸上限值，在 ２００ ℃ 时为 ７０ ｇ／ Ｌ，温度提高和浸出液中保持较高的盐浓度 有助于把赤铁矿的酸度上限提高［８］。 图 ２ 硫品位对铁溶出率的影响 ５８第 ２ 期黄怀国 硫品位对难处理金精矿热压预氧化工艺的影响 ２．３ 物料硫品位对酸平衡的影响 硫元素在高压反应中会生成 Ｓ０，在温度大于 １２０ ℃时成熔融状态，会包裹未反应的硫化物，妨碍其进一 步氧化，也可能包裹金颗粒，阻碍金的氰化浸出，因此， 硫化物的氧化温度一般要高于 １６０ ℃，最好是高于 １７５ ℃，此时硫化物完全氧化成硫酸盐，同时中间产物 Ｓ０转化为硫酸［８］。 硫品位对酸平衡的影响见图 ３。 从 图 ３ 可看出，热压产酸量随着物料硫品位的升高而提 高，而预处理的酸耗量随着硫品位的升高而提高，这是 因为原矿碳酸盐脉石含量高，随着配比降低而使酸用 量逐渐降低，从图 ３ 可以看出，在硫含量约 ２３％时，产 酸量和预酸化的酸耗量基本持平，如果选择此配比的 物料入釜，基本可以实现酸耗和产酸量持平。 图 ３ 硫品位对酸平衡的影响 ２．４ 物料硫品位对石灰用量的影响 硫品位对石灰用量的影响见图 ４。 从图 ４ 看出， 氰化调碱时石灰的用量随着入釜物料硫品位的提高而 增加，在硫品位接近 ３５％时，石灰用量达 ２３０ ｋｇ／ ｔ，可 见，物料的硫品位对后续氰化的石灰用量影响较大。 有研究表明，由于难处理金矿石中的硫在加压氧化中几 乎都要生成硫酸盐，生成的一些不稳定的硫酸盐很容易 在矿浆氰化之前经过调整 ｐＨ 值而转换成石膏或矾⁃石 膏形式排出，从而大大增加碱用量［７］，在调碱过程中如 加入大量的石灰会导致矿浆粘稠，大大增加操作难度。 图 ４ 硫品位对石灰用量的影响 ２．５ 物料硫品位对金氰化浸出率的影响 硫品位对金浸出率的影响见图 ５。 从图 ５ 看出， 热压预处理工艺对金的回收效果较好，２０％、３０％浓度 的不同硫品位的物料预处理后金氰化浸出率均在 ９３％以上，在含硫 １０％以内时金的浸出率可达 ９８％。 金浸出率随硫品位的增加整体呈下降趋势，这是由于 物料硫品位提高后，要彻底氧化硫化物的难度更高，可 能需要更长的预氧化时间。 图 ５ 硫品位对金浸出率的影响 ２．６ 硫砷比对砷、铁溶出率的影响 在硫化矿热压氧化工艺中，硫砷比也是一个较重 要的参数，从图 ６ 可以看出，砷、铁溶出率均随着硫砷 比值的增加呈波动上升趋势，可见要控制砷、铁的溶出 率，对硫砷比的控制也有必要深入研究。 图 ６ 硫砷比对砷、铁溶出率的影响 （ａ） 矿浆浓度 ２０％； （ｂ） 矿浆浓度 ３０％ （下转第 ９０ 页） ６８矿 冶 工 程第 ３４ 卷 ＭＰａ、添加 １％的 ＳＤＢ 和 ３．５％的水玻璃，制得的团块满 足生产要求。 在此条件下，将干块在 １ ３００ ℃高温下进 行耐高温性试验，试验结果见图７。 由图７ 可知，团块在 １ ３００ ℃下依然保持成块而没有粉碎。 在此温度下焙烧 ５ ｍｉｎ，０．５ ｍ 落下强度达 ２ 次；而焙烧时间超过 ２０ ｍｉｎ， 团块 ０．５ ｍ 落下强度仍有 ０．５ 次。 团块耐高温性好，高 温冶炼时依然成块，不会造成炉内气流运行不通畅。 图 ７ 块矿耐高温试验结果 ３ 结 论 １） 对于本试验的硅冶炼粉料，单一粘结剂的造块 效果差，团块强度差；ＳＤＢ＋水玻璃的复合粘结剂造块 效果好，团块强度明显提高。 ２） 复合粘结剂用量为 １％的 ＳＤＢ 和 ３．５％的水玻 璃，造块压力不低于 ３５ ＭＰａ，造块水分为 ６％～７％时， 湿块 ３ ｍ 落下强度大于 １ 次，干块 ３ ｍ 落下强度大于 １０ 次，干块抗压强度大于 ７００ Ｎ／ ｃｍ２。 干块在 １ ３００ ℃ 焙烧仍保持成块，耐高温性好，满足冶炼要求。 参考文献 ［１］ 何 凯． 硅石加工系列报道之二硅石的冶炼加工［Ｊ］． 中国非金 属矿工业导刊，２００５（３）３０－３１． ［２］ 张安福，李宗有，周开亮，等． 工业硅冶炼还原剂粉料冷压制团的 实验研究［Ｊ］． 云南冶金，２０１２，４１（３）３５－３８． ［３］ 杨先觉． Ｓｉ⁃Ｍｎ 合金粉冷压成型强度的研究［Ｊ］． 云南冶金，２００１， ３０（２）４３－４４． ［４］ 张志凌，梁 可． 我国工业硅电炉大型化的发展历程［Ｊ］． 有色金 属设计，２０１１，３８（４）４７－５０． ［５］ 李海普，钟 宏． 磁铁精矿粉造块中合成有机高分子粘结剂的研 究［Ｊ］． 金属矿山，２００１（１１）２８－３０． ［６］ Ｍｏｈａｍｅｄ Ｏ Ａ． Ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｌ⁃ ｌｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｒｉｔｅ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｅｌｌｅｔｓ［Ｊ］． Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００３， １３０（３）２７７－２８２． ［７］ 杨永斌． 有机黏结剂替代膨润土制备氧化球团［Ｊ］． 中南大学学 报（自然科学版）， ２００７，３８（５）８５１－８５７． ［８］ 张朝晖，宋世雄，巨建涛，等． 硅石粉和焦粉粘结压块试验［Ｊ］． 钢 铁研究，２００９，３７（３）１１－１２． ［９］ 郭玉华，许海川，齐渊洪，等． 含碳球团冷固结成型试验［Ｊ］． 矿冶 工程，２０１０，３０（１）６３－６４． ［１０］ 杨永斌，金勇士，姜 涛． 耐水性高强度型焦粘结剂的制备［Ｊ］． 煤炭加工与综合利用，２００６（６）３５－３８． ［１１］ 曹明明，张建良，薛 逊，等． 钒钛磁铁矿冷压含碳球团的粘结剂 选择［Ｊ］． 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