难处理金矿中伴生矿物对氰化浸出的影响.pdf

收稿日期 2011- 02- 25 基金项目 国家自然科学基金资助项目 50674029, 50874030 ; 国家高技术研究发展计划项目 2006AA06Z127 ; 中央高校基本科 研业务费专项资金资助项目 N090602011 作者简介 崔日成 1982- , 男 朝鲜族 , 辽宁本溪人, 东北大学博士研究生; 杨洪英 1960- , 女, 河北张家口人, 东北大学教授, 博士生导师 第32卷第9期 2011 年 9 月 东北大学 学报自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Vol132, No. 9 Sep.2 0 1 1 难处理金矿中伴生矿物对氰化浸出的影响 崔日成, 杨洪英, 陈 森, 马鹏程 东北大学 材料与冶金学院, 辽宁 沈阳 110819 摘 要 对金矿石中常见的几种伴生矿物在氰化浸出中的影响进行了分析, 同时采用化学试剂配制标准 液的方式, 考察了 Fe2, Cu2, As3对氰化物消耗的影响试验结果表明 铁矿物中, 磁黄铁矿对氰化浸出的影 响较大, 使溶金速率下降 2811 , 氰化物耗量增加 4 倍, 而黄铁矿与赤铁矿对氰化浸出的影响较小; 铜矿物 中, 黄铜矿与辉铜矿对氰化浸出都具有很大影响, 其中辉铜矿可使溶金速率下降 36181 , 氰化物耗量增加 10 倍; 砷矿物中, 雄黄与雌黄对氰化浸出极其有害, 使溶金速率分别下降 41195 和 49190 , 氰化物耗量分别增 加1318倍和 1510 倍, 相反毒砂在氰化体系中比较稳定, 对氰化浸出的影响较小离子耗氰试验中, Fe2, Cu2都会大量消耗体系中的氰化物, As3则不与氰化物反应, 不会造成氰化物消耗, 因此硫氰根的形成才是 导致砷矿物大量消耗氰化物的主要原因 关 键 词 难处理金矿; 伴生矿物; 氰化浸出; 金浸出率; 氰化物消耗量 中图分类号 TF 831 文献标志码 A 文章编号 1005 -30262011 09 -1291 -04 Effect of Associated Minerals on Cyanide Leaching Gold in Refractory Gold Ore CUI Ri-cheng,YANG Hong -ying, CHEN Sen, MA Peng -cheng School of Materials associated minerals;cyanide leaching;gold leaching rate; cyanide consumption 氰化法是目前最重要、 应用最普遍的提金方 法, 它的工业应用已有100 多年历史[1]氰化提金 工艺的优点是金回收率高、 单位成本低、 工艺成熟 简单、 对矿石的适应性强虽然氰化物存在剧毒、 污染环境等问题, 但至今仍没有找到可以替代氰 化法的有效工艺据统计, 世界上约 85 的金都 是采用氰化工艺提取的, 在各地金矿开发工艺的 选择中氰化法仍然是首选因此, 有必要深入研究 金矿氰化浸出过程中各种相关因素带来的不同影 响其中, 金矿石的矿物组成, 是决定氰化指标的 重要因素之一[2- 6]本文从工艺矿物学角度出 发, 通过人工配制矿石的方式模拟金矿石的化学 组成, 分 别 对 黄 铁 矿 pyrite 、磁 黄 铁 矿 pyrrhotite 、赤 铁 矿 hematite 、黄 铜 矿 chalcopyrite 、辉 铜 矿 chalcocite 、毒 砂 arsenopyrite 、 雄黄 realgar 、 雌黄 orpiment 等 伴生矿物在氰化浸出过程中的影响进行了分析 由于是人工模拟配制的矿石, 所以不存在金的解 离与暴露等问题, 浸出效率只与介质中气- 液- 固三相之间的反应有关 1 试验材料和方法 1. 1 试验材料 矿样 试验所使用的天然金属单矿物购于中 国地质博物馆, 经细磨后粒度为- 38 L m 80 金粉 试验所使用的金粉纯度为 9919, 粒度为 - 75 Lm 90主要试剂 FeSO47H2O2, CuSO4 5H2O2, As2O3, NaOH, 以上药品均为分析纯 1. 2 试验方法 1. 2. 1 氰化浸出条件 pH 值为 1015 11, 氰根质量分数为 0105, 充气量是 0115 m3h- 1, 温度为20 25 e , 搅拌速 度为 1 000rmin- 1, 矿浆体积是 1 L 1. 2. 2 伴生矿物对氰化浸出的影响试验 试验模拟金矿石的化学组成, 分别将金矿石中 常见的几种脉石矿物以及金粉和 15 g 的伴生单矿 物相混合, 进行氰化浸出研究, 配矿条件见表 1 表 1 模拟配矿条件 Table 1 Analog conditions of ore proportioning 名称伴生矿物金粉石英方解石伊利石 质量/ g150. 066052 注 伴生矿物分别为黄铁矿、 磁黄铁矿、 赤铁矿、 黄铜矿、 辉 铜矿、 毒砂、 雄黄、 雌黄 1. 2. 3 金属离子的耗氰试验 在3 个 500 mL 烧杯中分别加入一定量的 Fe2, Cu2, As3标准液与氰化钠溶液, 使它们的 质量浓 度和 质量 分数 分 别为 115 g L- 1和 0105, 然后放置在磁力搅拌器上进行搅拌反应 其中, pH 值为 1015, 温度为室温, 并每隔 24 h 测 定溶液的氰根质量分数, 使其保持在 0105搅 拌浸出 10 h 后取出适量溶液, 测定体系中的氰根 浓度, 并计算总氰化物消耗量 1. 3 分析方法 氰化浸出过程中监测体系的 pH 值和氰根浓 度变化, 使 pH 值和氰根浓度始终保持在 1015 11 和 0105氰化过程中累计氰化物的添加量, 分析每种单矿物对氰根消耗的影响, 并测定溶液 中金的浓度, 计算金的溶解率 2 试验结果与讨论 2. 1 伴生矿物对氰化溶金过程的影响 2. 1. 1 伴生铁矿物对氰化溶金过程的影响 铁矿物是金矿石中最常见的伴生金属矿物, 其中以黄铁矿 FeS2 、 磁黄铁矿 FeS 、 赤铁矿 Fe2O3 较为典型试验模拟金矿石的化学组成, 对以上 3 种铁矿物在氰化浸出中的影响进行了分 析 见 1. 2. 2 节如图 1 所示, 3 种铁矿物中磁黄 铁矿对氰化浸出的负面影响最大经过 5 h 的氰 化浸出, 空白对照的金浸出率已达到 100 , 而添 加磁黄铁矿体系的金浸出率只有 7119, 磁黄铁 矿的加入使溶金率下降了 2811同样, 由图 2 可知, 磁黄铁矿对氰化钠的消耗量最大, 约是空白 对照的 4 倍这表明磁黄铁矿在氰化体系中不稳 定, 易与氰化物溶液发生反应, 而且硫酸亚铁、 碱 式硫酸铁、 氢氧化亚铁、碳酸亚铁等中间产物也 会与氰根、 溶解氧以及保护碱发生一系列反应, 图 1 金浸出率随时间变化对比 Fig.1 Variation of gold leaching ratio along with time 图 2 氰化钠消耗量对比 Fig.2 Comparison of NaCNconsumption 1292东北大学学报 自然科学版 第 32 卷 大量消耗体系中的氰化物和氧, 使浸金效率下降 见方程式 1 式 5 相反, 赤铁矿在氰化体系 中非常稳定, 不参与任何副反应, 对氰化浸出几乎 没有影响黄铁矿则由于惰性较强, 在体系中反应 速率很慢, 所以对氰化浸出的影响也较小, 反应 5 h 时, 浸金率下降 718, 氰化物消耗量增加0113 g3 种铁矿物对氰化浸出的影响由大到小的顺序为 磁黄铁矿 黄铁矿 赤铁矿 FeS 7NaCN 1 2 O2 H2O Na4Fe CN6 NaCNS 2NaOH; 1 FeSO4 6NaCN Na4Fe CN6 Na2SO4; 2 2Fe2 SO43 3Na4Fe CN6 Fe4[ Fe CN6]3 6Na2SO4; 3 Fe OH2 2NaCN Fe CN2 2NaOH; 4 Fe CN2 4NaCN Na4Fe CN6 5 2. 1. 2 伴生铜矿物对氰化溶金过程的影响 在金矿石中, 常伴生有黄铜矿和辉铜矿如图 3所示, 氰化浸出 5 h 时, 由于黄铜矿和辉铜矿的 影响, 使金溶解率分别下降 27189 和 36181 由此可见, 黄铜矿与辉铜矿对氰化浸出具有较大 影响, 可使溶金速率明显下降, 其中辉铜矿的影响 大于黄铜矿辉铜矿在氰化体系中溶解并生成 S2-和简单的 CuCN, 然后进一步生成 CuCNS, Cu CN 2- 3, [ Cu CNS CN3] 3- 等产物而黄铜 矿溶解产生的 Cu2先会被 CN-还原成一价, 然 后再形成稳定的铜氰络合物由图 4 可以看出, 黄 铜矿与辉铜矿的存在, 使氰化物消耗量大大增加, 分别达到 1154 g 和 2115 g由此可见, 铜矿物极 易与氰化物发生反应, 115的铜矿物即可使氰化 物消耗量大大增加, 使金浸出率急剧下降铜矿物 影响金的氰化浸出, 不仅在于增加氰化物消耗和 降低溶解氧浓度, 而且还会在金粒表面形成薄膜, 图 3 金浸出率随时间变化对比 Fig. 3 Variation of gold leaching ratio along with time 图 4 氰化钠消耗量对比 Fig.4 Comparison of NaCNconsumption 降低氰化浸出效率放射性同位素的研究已经证 明, 在含铜的氰化物溶液中, 金粒表面存有铜元 素, 并且随着铜浓度的增加, 薄膜的密度也随之增 加[4]因此, 对于含铜量较高的金矿石来说, 在氰 化浸出前进行适当的氧化预处理来降低矿石中的 铜含量是十分必要的 2. 1. 3 伴生砷矿物对氰化溶金过程的影响 成矿原理决定了金矿石中常伴生有含砷矿 物, 它们多以硫化物形式存在, 其中毒砂、 雄黄、 雌 黄是最常见的含砷矿物如图 5 所示, 雄黄与雌黄 对金的氰化浸出极为不利, 当空白对照的浸出率 达到 100时, 添加雄黄与雌黄体系的金溶解率 只达到 58105和 50110, 与空白对照相比分别 下降 41195 和 49190当氰化浸出时间延长至 10 h 时, 添加雄黄与雌黄体系的金溶解率也只有 79117和 75123 , 仍无法取得满意的结果由 图 6看, 雄黄与雌黄在氰化浸出过程中极易与氰 化物、 溶解氧及保护碱反应, 使氰化物消耗量达到 空白对照的 1318 倍和 1510 倍这些反应使溶液 中积累了大量的砷酸盐和硫代砷酸盐, 导致金粒 表面形成钝化膜, 从而阻碍氰根和溶解氧通向金 粒, 使溶金效率急剧下降毒砂在碱性氰化体系中 则相对比较稳定, 砷很难溶解到溶液中, 对氰化浸 出的负面影响较小虽然毒砂在氰化体系中难溶、 对氰化浸出影响较小, 但毒砂是含砷金矿中的主 要载金矿物, 这就意味着必须进行氧化预处理, 将 毒砂氧化分解使微细金粒裸露, 才能获得满意的 金回收率[ 7- 8]相反, 雄黄与雌黄不是载金矿物, 但它们在碱性氰化体系中非常活泼, 不仅增加氰 化物的消耗, 而且会大大降低金的浸出率综上所 述, 含砷金矿中砷无论以何种形式存在, 都会对金 的氰化提取带来很大影响因此, 高砷金矿氰化浸 出前, 对矿石进行适当的氧化预处理是一个必不 可少的环节 1293第 9 期 崔日成等 难处理金矿中伴生矿物对氰化浸出的影响 图 5 金浸出率随时间变化对比 Fig.5 Varition of gold leaching ratio along with time 图 6 氰化钠消耗量对比 Fig.6 Comparison of NaCNconsumption 2. 2 铁、 铜、 砷离子对氰根消耗的影响 为了进一步分析铁、 铜、 砷矿物对氰化浸出的 影响, 采用化学试剂配制标准液的方式, 将 Fe2, Cu2, As3与氰化钠溶液相混合后进行了搅拌反 应 见 1. 2. 3 节试验结果如表 2 所示, 3 种离子 中 Cu2对氰化物的消耗量最大, 达到 2149 g这 表明, Cu2极易与氰化物溶液反应, 形成铜氰络 合物, 从而导致氰化物消耗量大幅度上升其次是 Fe2, 氰化物消耗量为 0192g, 可见铁氰络合物的 形成同样会消耗大量氰化物相反, As3几乎不 与氰化物反应, 体系中的氰化物浓度一直未发生 改变然而, 在本文 2. 1. 3 节中含砷矿物雄黄与雌 黄却消耗了大量氰化物, 由于 CN-无法与 As3 络合, 因此可以得出硫氰根的形成是导致砷矿物 大量消耗氰化物的主要原因在后期的试验中, 同 样印证了砷浓度的增加不会消耗体系中的氰化物 综上所述, 氰化浸出过程中, 体系中游离的 As3 不会对氰化浸出造成影响, 但对于 Fe2和 Cu2, 则应先通过预碱浸、 多段浸洗等方法来降低其浓 表 2 不同金属离子对氰化钠消耗量的影响 Table 2 Influence of different metal ionson NaCNconsumption 金属离子 Fe2Cu2As3 NaCN 消耗量/ g0. 922. 490 度, 然后再进行氰化浸出, 才能降低成本、 提高金 浸出率 3 结 论 1 金矿石中的不同伴生铁矿物对金的氰化 浸出具有不同影响, 其影响顺序由大到小为 磁黄 铁矿 黄铁矿 赤铁矿 2 伴生铜矿物在金矿氰化浸出中会消耗大 量氰化物, 使溶金效率大幅度下降, 其中辉铜矿的 影响大于黄铜矿 3 砷矿物中的雄黄与雌黄对氰化浸出极其 不利, 氰化物消耗量分别达到空白对照的 1318 倍 和 1510 倍, 而且金的溶解速率下降近 50 ; 相 反, 毒砂在氰化体系中相对比较稳定, 对氰化浸出 的影响较小 4 氰化浸出体系中, 游离的 Cu2, Fe2会大 大增加氰化物的消耗; 相反, As3不与 CN-形成 络合物, 因此不会造成氰化物的消耗, 由此可知, 硫氰根的形成才是导致砷矿物大量消耗氰化物的 主要原因 参考文献 [ 1]黎鼎鑫, 王永录贵金属提取与精炼[ M]长沙 中南大学 出版社, 2003 146- 147 Li Ding - xin, Wang Yong -lu. 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