云南某難處理硫化金精礦加壓氧化預處理硫的最低自熱品位

樊 蕾，張春生，梁 可

（昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051）

據統計，云南某金礦資源中，易處理氧化礦僅占1．5%，其余為難處理硫化礦。易處理金礦可直接氰化浸出金，而難處理硫化礦需氧化預處理后才能氰化浸出金。難處理金礦預處理技術，目前世界上已工業或半工業應用的有常規氧化焙燒［1］、熱壓（加壓）浸出［2］、細菌氧化［3－5］等，其中，加壓氧化預處理可使金浸出率達95%以上，受銻、砷、鉛、汞等雜質的影響較小，原料適應性強，砷、銻等對環境有害的元素以穩定化合物形式沉淀入渣中，環保壓力較小，應用范圍較廣。

加壓氧化過程中，需要用蒸汽提供熱量以達到所需的反應溫度，但同時硫化金精礦在氧化反應過程中也釋放熱量。由于不同礦石中的硫的含量差別較大，反應過程中釋放的熱量也不同；對于硫含量低的礦石需要蒸汽加熱維持反應溫度，而對于硫含量高的礦石則不需加熱甚至需要冷卻來維持反應溫度：所以，通過熱量衡算研究難處理硫化礦在加壓氧化中的最低自熱品位，對于工藝優化、減小加壓釜及系統裝置規模、節約能源、降低成本、推進難處理硫化金精礦的開發利用具有重要意義。

1 計算依據

給料：礦石中的主要礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦（FeS）、砷黃鐵礦（w（As）＝1．32%）、石英、水（云南某硫化金精礦典型組成）。

礦漿中固體含量11．11%～55%，礦漿進料溫度25℃，加壓氧化反應溫度220℃，氧氣利用率50%～60%，水蒸氣蒸發量5%～10%，氧氣比熱1．05kJ／（kg·℃）。

黃鐵礦轉化分配率：50%赤鐵礦，50%硫酸鐵。

氧化反應［6］為：

2 計算方法

2．1 計算方法

1）比熱計算。根據各組分的比熱［7］及各組分在物料中的質量分數，計算礦漿的比熱和反應后料漿的比熱。

2）硫最低自熱品位的計算。采用熱量平衡法計算不同含固量礦漿的硫最低自熱品位。熱量平衡關系式為

金精礦含硫為最低自熱品位時，加壓氧化反應啟動后不需供給蒸汽，蒸汽帶入熱為0。

2．2 計算基準

金精礦處理量300t／d。設金精礦中w（S）＝17．24%，其他組成見表1。礦漿固體質量分數為25%。

表1 金精礦組成 %

2．3 物料衡算

加壓釜物料衡算結果見表2。

表2 加壓釜物料平衡計算結果

2．4 礦漿、反應料漿比熱的計算

2．4．1 礦漿比熱的計算

根據熱力學數據，25℃條件下，金精礦各組分的比熱見表3。金精礦各組分質量分數見表4。

表3 25℃條件下金精礦各組分的比熱 kJ／（kg·℃）

表4 金精礦各組分的質量分數 %

25℃條件下，金精礦的比熱為

已知礦漿固體質量分數為25%，25℃時水的比熱為4．18kJ／（kg·℃），則礦漿比熱為

2．4．2 料漿比熱的計算

根據熱力學數據，220℃時，反應料漿（干基）各組分的比熱見表5，反應料漿（干基）各組分的質量分數見表6。

表5 220℃時反應料漿（干基）各組分的比熱 kJ／（kg·℃）

表6 反應料漿（干基）各組分的質量分數 %

220℃條件下，反應料漿（干基）的比熱為

根據物料衡算結果，反應料漿固體質量分數為34．88%，220 ℃ 時 水 的 比 熱 為 4．509 kJ／（kg·℃），則料漿比熱為

2．5 熱量衡算

加壓釜熱量平衡算結果見表7。可以看出，當礦漿固體質量分數為25%，硫化金精礦硫質量分數為17．24%時，蒸汽加熱量為0，即礦漿固體質量分數為25%時，金精礦硫的最低自熱品位為17．24%。

表7 加壓釜熱量平衡計算結果

3 計算結果

根據已知條件，計算礦漿在不同固體質量分數下礦漿的比熱、反應料漿的比熱及金精礦中硫化物最低自熱品位，計算結果見表8。可以看出：隨礦漿固體質量分數由11%提高到55%，礦漿比熱由3．776kJ／（kg·℃）下降到2．273kJ／（kg·℃），反應料漿比熱由3．75kJ／（kg·℃）下降到2．35 kJ／（kg·℃），硫化物最低自熱品位由45．45%下降到4．73%。這是因為隨礦漿固體質量分數提高，礦漿中水分減少，水的比熱是其他成分的2～9倍，從而使礦漿比熱、反應料漿比熱、硫化物最低自熱品位相應下降，反應所需的熱量也隨之下降。因此，提高礦漿固體質量分數，可降低加壓氧化工序能耗，減小加壓釜及后續處理系統的裝置規模。

表8 計算結果

4 曲線擬合、公式驗證及應用

4．1 曲線擬合

根據表1數據，采用Excel軟件，擬合礦漿固體質量分數（x）與礦漿比熱（a）、反應料漿比熱（b）、硫的最低自熱品位（c）關系如下：

4．2 公式驗證

取礦漿固體質量分數15%，采用公式（1）～（3）計算礦漿比熱、料漿比熱和硫化物最低自熱品位，驗證結果及相對偏差見表9。可以看出，擬合公式得到的計算結果相對偏差較小，具有一定的可靠性。

表9 驗證結果及相對偏差

4．3 公式應用

1）獲得比熱數據。已知礦漿固體質量分數，根據公式（1）～（2），可計算礦漿與反應料漿的比熱，為裝置設計中的熱量衡算提供獲得比熱數據的簡便方法。

2）優化加壓氧化工藝條件。已知硫化金精礦中S質量分數，根據公式（3），可計算礦漿固體質量分數，該值為系統不需外部供熱就可實現加壓氧化反應的最低值，為反應最佳工藝參數。

3）節約能源、降低投資。相對而言，礦漿固體質量分數越高，對反應的進行越不利，但由于物料量減少，反應所需熱量相應減少，加壓釜及后處理系統的裝置規模也相應減小，因此，在公式（3）及工藝條件優化研究基礎上獲得最佳礦漿固體質量分數有利于節約能源、降低投資。

5 結束語

隨著易處理金礦資源的不斷開采，可直接氰化浸出金的資源日益減少，難處理（難浸）金礦資源逐步得到開發利用。難處理硫化金精礦要獲得高的金浸出率，就需要進行加壓氧化預處理，如何降低預處理成本，是難處理硫化金精礦得以開發利用的關鍵。通過分析，根據硫化金精礦中S的質量分數，推導出礦漿固體質量分數最佳值，有助于難處理硫化金精礦加壓氧化工藝條件的優化，可以節約能源，降低成本。所以，該法的研發對難處理硫化金精礦的開發利用具有重要意義。

［1］吳智，黃中省，臧宏，等．某難處理金精礦焙燒—氰化提金工藝試驗研究［J］．黃金科學技術，2014，22（6）：77－81．

［2］張紅敏．淺議難處理金精礦的酸性熱壓預氧化工藝［J］．民營科技，2007（11）：23．

［3］崔日成，楊洪英，富瑤，等．不同含砷類型金礦的細菌氧化－氰化浸出［J］．中國有色金屬學報，2011，21（3）：694－699．

［4］楊瑋，覃文慶，劉瑞強，等．高砷難處理金精礦細菌氧化—氰化提金［J］．中國有色金屬學報，2011，21（5）：1151－1158．

［5］李育林，伍贈玲，吳在玖，等．高硫高砷金精礦細菌氧化－氰化浸金試驗研究［J］．濕法冶金，2005，24（2）：73－76．

［6］《黃金生產工藝指南》編委會．黃金生產工藝指南［M］．北京：地質出版社，2000：270－271．

［7］梁英教，車蔭昌．無機物熱力學數據手冊［M］．沈陽：東北大學出版社，2007．