某含金原生礦石沸騰焙燒—氰化提金工藝試驗研究

李健 王鵬 趙國惠 蔣雨侖 張世鏢 王秀美 張修超

摘要：某含金原生礦石直接氰化浸出金浸出率很低，僅為2.68 %。針對礦石性質，進行了沸騰焙燒工藝研究。結果表明：在沸騰焙燒溫度600 ℃、物料停留時間1.0～1.5 h、氣料比1.10 m3/kg（工況）、空氣氣氛條件下，獲得的煙塵產率為7.10 %，焙砂產率為90.80 %，總產率為97.90 %，鐵、硫、碳氧化率分別為95.14 %、96.08 %、74.88 %;混合砂（煙塵與溢流焙砂混合）氰化浸出金浸出率為83.12 %。試驗獲得的沸騰焙燒工藝參數可為工業應用提供指導。

關鍵詞：沸騰焙燒;含金原生礦石;沸騰爐;氰化;金浸出率

中圖分類號：TD953文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）08-0071-05doi：10.11792/hj20210815

引 言

隨著黃金工業的發展，易于直接氰化提取的金礦資源日漸枯竭，難處理金礦資源逐漸成為黃金工業生產的主要原料[1-3]。這些難處理金礦資源的顯著特點是金微細且包裹于黃鐵礦或砷黃鐵礦中，并含有有機碳或其他吸附金氰絡合物的黏土類礦物，采用傳統氰化浸出金浸出率一般為10 %～50 %[4];采用焙燒工藝處理可使包裹金暴露，消除硫、砷及“劫金”物質對氰化浸出的影響[5]。

本文采用國外某含金原生礦石作為試驗對象。該礦石中金粒度微細，同時受“劫金”物質及硫化物包裹的影響，采用直接氰化浸出、浮選—氰化等常規工藝難以有效處理。因此，試驗采用沸騰焙燒工藝對其進行處理，考察了沸騰焙燒工藝控制參數及金浸出指標，旨在為其工業化應用設計提供可靠的數據依據。

1 試驗原料

國外某含金原生礦石中主要金屬硫化物為黃鐵礦，其次為閃鋅礦、方鉛礦，少量黃銅礦、黝銅礦、車輪礦、硫銻鉛礦，微量碲汞礦等;脈石礦物以石英、碳酸鹽類、云母類為主，其他脈石礦物含量較少。礦石氧化率為5.16 %，礦石工藝類型為中等硫化物含金礦石。

礦石中金為唯一有價元素，主要為自然金，平均金品位為4.11 g/t（見表1），金粒度微細，其中57.28 %的金分布在0.01 mm以下。黃鐵礦為主要的載金礦物。礦石中金嵌布狀態分析結果見表2。

包裹金是影響礦石中金回收的主要因素。由表2可知：包裹金占58.53 %，其中硫化物包裹金占40.31 %，打開硫化物包裹是本次研究解決問題的關鍵;脈石礦物包裹金占18.22 %，由于金粒度微細，目前濕法工藝中還未有有效手段回收這部分金。此外，礦石中含有“劫金”物質，其是影響金回收的另一個不利因素。硫、碳、鐵物相分析結果見表3～5。

2 試驗原理及裝備

2.1 試驗原理

礦石中金的粒度主要為微細粒，且金屬硫化物包裹金占40.31 %，同時礦石中存在“劫金”物質。焙燒的氧化作用可使礦石中載金硫化物氧化分解，礦物中形成微小孔隙，這種孔隙結構的氧化礦物為金的氰化浸出創造了有利條件，使礦物中的金得到有效回收;同時，焙燒能夠消除“劫金”物質的影響，進一步提高金回收率。焙燒過程可能發生的化學反應如下：

4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，

2FeAsS+5O2Fe2O3+As2O3+2SO2，

C+O2CO2，

CaCO3/MgCO3CaO/MgO+CO2，

2CaO+2SO2+O22CaSO4，

3CaCO3+As2O3+O2Ca3（AsO4）2+3CO2。

2.2 試驗裝備

沸騰焙燒裝備由長春黃金研究院有限公司自主設計，裝備形象聯系圖見圖1。該裝備采用螺旋給料機給料，羅茨鼓風機鼓風，外置加熱裝置。焙燒過程中產生的粉塵經重力收塵器、旋風收塵器、布袋收塵器回收;焙燒煙氣采用堿液循環噴淋吸收。

3 結果與討論

3.1 原礦氰化浸出

將礦石進行直接氰化浸出和炭浸，考察活性炭對氰化結果的影響。試驗條件為：磨礦細度-0.074 mm占90 %、礦漿濃度33 %、礦漿pH值11、堿處理時間2 h、氰化鈉用量2 kg/t、炭密度20 kg/m3、浸出時間24 h。試驗結果見表6。

由表6可知：礦石直接氰化浸出，金浸出率很低，僅為2.68 %。分析主要原因是礦石中金被包裹，直接氰化浸出很難打開包裹;其次是礦石中含有大量的 “劫金”物質，在氰化浸出過程中反應生成的金氰絡合物被“劫金”物質吸附。礦石采用炭浸（CIL）工藝浸出，金浸出率提高至19.71 %;說明采用炭競爭吸附的浸出方式能夠提高金浸出率，但金浸出率依然較低;也證明了礦石中存在“劫金”物質。

3.2 沸騰焙燒

由于礦石直接氰化浸出金浸出率很低，因此根據礦石性質，進行了沸騰焙燒工藝條件研究。焙砂氰化條件為：礦漿濃度33 %、礦漿pH值11.0～11.5、預處理時間2 h、氰化鈉用量2 kg/t（以焙砂質量計）、浸出時間24 h。

3.2.1 沸騰焙燒溫度

沸騰焙燒溫度試驗采用單爐進行，試驗前將熱風、爐膛及爐頂加熱到設定溫度。試驗條件為：磨礦細度-0.074 mm占90 %，充氣量（工況）1.5 m3/h，沸騰焙燒溫度575 ℃、600 ℃、625 ℃、650 ℃，沸騰焙燒時間45 min。沸騰焙燒溫度與金浸出率的關系見圖2。

由圖2可知：沸騰焙燒溫度為575 ℃時，金浸出率為77.50 %。提高沸騰焙燒溫度到600 ℃時，金浸出率達到最高;繼續提高沸騰焙燒溫度，金浸出率降低。原因是沸騰焙燒溫度較低時，黃鐵礦氧化不充分;沸騰焙燒溫度較高時，黃鐵礦氧化較好，但較高的溫度會生成較多的致密氧化鐵，重新包裹了微細粒金，導致金浸出率降低。因此，試驗確定沸騰焙燒溫度最佳為600 ℃。

3.2.2 沸騰焙燒時間

單爐沸騰焙燒時間試驗條件為：磨礦細度-0.074 mm占90 %，充氣量（工況）1.5 m3/h，沸騰焙燒溫度600 ℃，沸騰焙燒時間0.25 h、0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h。沸騰焙燒時間與金浸出率的關系見圖3。

由圖3可知：隨著沸騰焙燒時間的增加，金浸出率先升高后降低;當沸騰焙燒時間達到1.0 h時，金浸出率達到最高;增加沸騰焙燒時間至1.5 h時，金浸出率基本不變;繼續增加沸騰焙燒時間，金浸出率逐漸降低。原因是沸騰焙燒時間小于1.0 h時，氧化反應未能完全;沸騰焙燒時間大于1.5 h時，氧化反應基本完成，但長時間加熱增加了致密氧化鐵的生成比例。因此，試驗確定沸騰焙燒時間為1.0～1.5 h。

3.2.3 沸騰焙燒氣氛

空氣中氧氣體積分數約為21 %，物料沸騰焙燒過程中主要消耗空氣中的氧氣。本次試驗考察空氣中不同氧氣體積分數對焙燒效果的影響。試驗采用氮氣、空氣、氧氣混合成氧氣體積分數為10 %、30 %的氣體，供給沸騰焙燒試驗。試驗條件為：磨礦細度-0.074 mm占90 %，沸騰焙燒氣氛（氧氣體積分數）10 %、21 %、30 %，充氣量（工況）1.5 m3/h，沸騰焙燒溫度600 ℃，沸騰焙燒時間1.0 h。沸騰焙燒氣氛與金浸出率的關系見圖4。

由圖4可知：氧氣體積分數由10 %提高至30 %，金浸出率未有明顯變化;原因是礦石中耗氧物質少，提供較少的氧氣足以滿足氧化反應。因此，確定連續沸騰焙燒采用氧氣體積分數21 %的空氣氣氛。

3.2.4 沸騰焙燒氣料比

氣料比為空氣給入量與物料給入速度的比值，是沸騰焙燒的關鍵參數。氣料比試驗須在連續出料狀態下進行。根據沸騰爐的尺寸及物料的物理特性，設計的氣料比對應的供氣量及給料速度見表7。

其他試驗條件為：沸騰焙燒溫度600 ℃，氣料比變量（工況），停留時間1.0～1.5 h，原料加入量6 000.00 g（連續焙燒時間3.7～4.7 h）。取溢流焙砂（最后60 min收集）及煙塵分別作為單獨浸出試驗對象。不同氣料比試驗結果見表8。

由表8可知：溢流焙砂產率遠大于煙塵;氣料比為1.10 m3/kg時，溢流焙砂金浸出率最大。煙塵金浸出率隨著氣料比的增加而降低;原因是根據表7可知，氣料比增加，氣流速度增大，煙塵在沸騰爐中停留時間縮短，導致煙塵焙燒效果變差。試驗確定連續沸騰焙燒氣料比為1.10 m3/kg。

3.2.5 連續沸騰焙燒

開展連續沸騰焙燒試驗，控制條件為：磨礦細度-0.074 mm占90 %，沸騰焙燒溫度600 ℃，給料速度1.36 kg/h，供氣量1.50 m3/h，物料停留時間1.0～1.5 h，原料加入量6 000.00 g，連續焙燒時間約4.5 h。連續沸騰焙燒試驗物料平衡結果見表9。

由表9可知：采用沸騰焙燒溫度600 ℃，氣料比1.10 m3/kg，物料停留時間1.0～1.5 h時，焙砂產率為90.80 %，煙塵產率為7.10 %。

將溢流焙砂（最后60 min收集）、煙塵及二者混合形成的混合砂（溢流焙砂與煙塵質量比為12.8∶1）開展氰化浸出試驗。試驗條件為：礦漿濃度33 %、礦漿pH值11.0～11.5、預處理時間2 h、氰化鈉用量2 kg/t（以焙砂質量計）、浸出時間24 h。試驗結果見表10。

由表10可知，原礦經連續沸騰焙燒產生的混合砂經過氰化浸出，金浸出率為83.12 %。

沸騰焙燒煙氣中氧氣體積分數為16.16 %，二氧化硫為2 700 mg/m3。連續沸騰焙燒過程中硫、碳、汞脫除率分析結果見表11。

沸騰焙燒過程中，硫脫除率較低，原因是原礦中氧化鈣含量較高，沸騰焙燒過程中氧化鈣有固硫作用;碳脫除率低的原因是沸騰焙燒溫度較低，石墨碳難以完全燃燒;汞脫除率較低的原因是汞在沸騰焙燒過程中隨著煙氣揮發，但經過收塵裝置時冷凝在煙塵中。

根據原礦及焙砂物相分析，以焙砂產率可計算硫、碳、鐵在沸騰焙燒工藝中的氧化率，結果見表12。

由表12可知，碳氧化率較低，原因是原礦中石墨碳含量較高，在600 ℃的條件下，石墨碳很難完全氧化。

4 結 論

1）國外某含金原生礦石中金粒度微細，受包裹及“劫金”物質影響，直接氰化浸出金浸出率僅為2.68 %。

2）對該礦石采用沸騰焙燒，測得煙氣中SO2為2 700 mg/m3，硫、碳、汞脫除率分別為5.53 %、35.78 %、23.18 %，鐵、硫、碳氧化率分別為95.14 %、96.08 %、74.88 %。硫、碳的脫除率較低，但氧化率相對較高，原因是礦石中的堿性物質將氧化后的硫、碳固化。

3）采用沸騰焙燒工藝，在沸騰焙燒溫度600 ℃、物料停留時間1.0～1.5 h、氣料比1.10 m3/kg、空氣氣氛條件下，獲得的煙塵產率為7.10 %，焙砂產率為90.80 %，總產率為97.90 %。混合砂金浸出率為83.12 %，指標較好。

[參 考 文 獻]

[1] 李云，袁朝新，王云，等.沸騰焙燒高砷含銅金精礦的試驗研究[J].礦冶，2008，17（3）：33-36.

[2] 王寶勝，張振軍，劉萬志，等.改善含高銅、鉛金精礦浸出指標的實驗研究[J].黃金科學技術，2008，16（5）：44-45.

[3] 陳慶邦，聶曉軍.含銅金精礦焙燒—水浸—氰化提金工藝研究[J].黃金，1998，19（1）：39-41.

[4] 鄭曄.難處理金礦石預處理技術及應用現狀[J].黃金，2009，30（1）：36-41.

[5] 張勇，唐抒梅，趙松潔.原礦焙燒煙氣中二氧化硫的治理研究[J].黃金，2012，33（6）：54-57.

Experimental research on the boiling roasting-cyanidation

gold extraction process for a gold-bearing primary ore

Li Jian，Wang Peng，Zhao Guohui，Jiang Yulun，Zhang Shibiao，Wang Xiumei，Zhang Xiuchao

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：The gold leaching rate of direct cyanide leaching of a gold-bearing primary ore is low at only 2.68 %.According to the ore property，study of boiling roasting process is carried out.The results show that under the conditions that the boiling roasting temperature is 600 ℃，streams stay for 1.0-1.5 h and gas-solid ratio is 1.10 m3/kg（working situation） in air atmosphere，the fume productivity is 7.10 %，roasting slag productivity is 90.80 %，total productivity is 97.90 %，the oxidization rates for iron，sulfur and carbon are 95.14 %，96.08 % and 74.88 % respectively;the cyanide leaching rate of gold from mixed slags（fume and roasting slags mixed） is 83.12 %.The parameters of the boiling roasting process obtained in the test can provide guidance for industrial application.

Keywords：boiling roasting;gold-bearing primary ore;boiling furnace;cyandiation;gold leaching rate