用硫氰酸銨從金精礦生物氧化渣中浸出金

黃彪林，黃李金鴻，曾祥榮，王澤凱，劉觀發，姚小輝，包亞晴，黃萬撫

(1.江西理工大學 資源與環境工程學院，江西贛州 341000；2.江西理工大學 建筑與設計學院，江西贛州 341000；3.江西理工大學 土木與測繪工程學院，江西贛州 341000)

難處理金礦石大多為硫化礦[1]，工業上通常先通過浮選富集得到金精礦，再對金精礦進行氧化預處理，之后氰化浸出金。工業上常用的預處理方法主要有生物氧化法、焙燒氧化法和化學氧化法。

氰化物有劇毒，氰化浸金工藝對環境危害極大[2]，因此，尋找可替代氰化物的無毒或毒性較低的浸出劑一直是黃金生產中的課題之一。

硫脲易溶于水，還原性較強，對金有很強的配合性[3-4]；但易受礦石中的雜質和溫度影響，耗量較大，成本較高。硫代硫酸鹽毒性低，易與金反應，不受雜質干擾，但其自身很易被氧化，生產成本較高[5]。硫氰酸鹽有較好的浸金效果，且毒性小得多，對環境更友好，穩定性較好，因此，近年來用于提取金的工藝和機制研究受到關注；但目前，硫氰酸鹽浸金多用在堿性、高溫高壓等特定條件下[6]，反應條件嚴苛，距離工業應用尚遠。難處理金礦石在生物氧化預處理后多呈酸性，所以，研究酸性環境下實現非氰化浸金，對簡化流程，降低生產成本有重要意義。

試驗研究了用硫氰酸銨從焙燒預處理的金精礦生物氧化渣中浸出金，探討酸性環境下浸出金的可行性，為低品位金礦的合理開發提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與試劑

礦樣取自某冶煉廠經兩段生物氧化的金精礦生物氧化渣。化學多元素(表1)和XRD(圖1)分析結果表明：氧化渣中金屬硫化物絕大部分為黃鐵礦，少量為毒砂和黃銅礦；主要脈石礦物為石英、綠泥石、滑石、重晶石及硅酸鹽；有價金屬主要是金(90.27 g/t)和銀(10.4 g/t)，銀品位較低，回收價值不高；存在一定量有害元素砷。自然金粒度(表2)大部分小于20 μm；小于10 μm的超過50%，粒度非常微細。

表1 金精礦生物氧化渣的化學成分 %

圖1 金精礦生物氧化渣的XRD圖譜

表2 金精礦生物氧化渣中自然金粒度分布

主要試劑：硫氰酸銨，濃硫酸，30%過氧化氫，硫酸鐵，西隴科學股份有限公司；高錳酸鉀，天津科密歐化學試劑有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 試驗設備

主要設備：馬弗爐，六聯攪拌器(JJ-4)，磁力攪拌器(DF-101S)，電熱鼓風干燥箱(XMA-2000)。

2 試驗原理與方法

金精礦生物氧化渣焙燒預處理：稱取一定量金精礦生物氧化渣，于馬弗爐中在750 ℃下恒溫焙燒2 h，自然冷卻后得到焙砂。

金精礦生物氧化渣中，金主要包裹于黃鐵礦和毒砂內部，浸出劑很難浸潤金粒并發生反應；金精礦生物氧化渣中硫含量較高：這不利于硫氰酸銨浸出金。通過焙燒可將黃鐵礦和毒砂氧化，使金粒暴露出來，同時去除大部分硫。主要反應如下[7-8]：

在高溫有氧條件下，黃鐵礦被氧化成赤鐵礦，毒砂中的砷被氧化成三氧化二砷，硫以二氧化硫氣體形式逸出，其他雜質元素被氧化成相應氧化物[9]。

焙砂氧化浸出：取一定量焙砂加入到500 mL玻璃燒杯中，按一定液固體積質量比加入氧化劑和硫氰酸銨，用硫酸溶液調體系pH，在一定溫度下攪拌浸出一定時間后，用布氏漏斗抽濾礦漿，得到浸出液和浸出渣。用適量清水沖洗浸出渣2～3次，烘干后分析其中金質量分數，計算金浸出率。

硫氰酸鹽溶解金過程發生的是電化學反應[10]。金粒作為陽極失去電子，與硫氰酸根離子結合形成配合物[11]：

不添加其他氧化劑時，O2在陰極得到電子：

但常溫常壓條件下，浸出體系中溶解氧濃度較低，氧化金時間較長；為加快浸出速率，可添加電極電勢更高的氧化劑Fe3+，此時陰極區發生反應：

以Fe3+作氧化劑，浸出周期短，浸出率高，因為Fe3+的電極電勢高于金的氧化電勢、低于硫氰酸根離子的被氧化電勢；在pH=2的酸性環境中，Fe3+的氧化性較高，能夠氧化金[12]；同時，Fe2O3的溶解可進一步使金裸露出來，增大金粒與浸出劑的接觸面積，提高金浸出率[13]。

3 試驗結果與討論

3.1 金精礦生物氧化渣焙燒預處理

對金精礦生物氧化渣的焙燒浸出金試驗結果見表3。可以看出：經氧化焙燒后，渣中的砷、硫大部分被去除，用硫氰酸銨浸出時，金浸出率達78.90%，較直接浸出時有大幅提高。

表3 直接浸出金與焙燒預處理浸出金的試驗結果

3.2 金精礦生物氧化渣焙砂的硫氰酸銨浸出

3.2.1 硫氰酸銨濃度對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，水160 mL，硫酸鐵濃度0.4 mol/L， 用50%硫酸調體系pH=2，溫度25 ℃，浸出時間4 h，攪拌速度500 r/min，硫氰酸銨濃度對金浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 硫氰酸銨濃度對金浸出率的影響

由圖2看出：隨硫氰酸銨濃度增大，金浸出率提高；硫氰酸銨濃度增至0.8 mol/L后，金浸出率變化不大。SCN-濃度增大，有利于配合反應正向進行。綜合考慮，確定硫氰酸銨濃度以1.0 mol/L為宜。

3.2.2 硫酸鐵濃度對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，水160 mL，用50%硫酸調體系pH=2，硫氰酸銨濃度1.0 mol/L，溫度25 ℃，浸出時間4 h，攪拌速度500 r/min，硫酸鐵濃度對金浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 硫酸鐵濃度對金浸出率的影響

由圖3看出：隨硫酸鐵濃度增大，金浸出率迅速提高；但硫酸鐵濃度超過0.6 mol/L后，金浸出率又急劇下降。適量加入硫酸鐵，體系氧化還原電位發生改變[10]，有利于金的浸出；但過多的硫酸鐵會同時氧化硫氰酸銨，使硫酸鐵被過量消耗，從而影響金的浸出。綜合考慮，確定硫酸鐵濃度以0.6 mol/L為宜。

3.2.3 浸出時間對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，水160 mL，用50%硫酸調體系pH=2，硫氰酸銨濃度1.0 mol/L，硫酸鐵濃度0.6 mol/L， 溫度25 ℃，攪拌速度500 r/min，浸出時間對金浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對金浸出率的影響

由圖4看出：隨浸出進行，金浸出率迅速升高；浸出4 h后，金浸出率不再變化。綜合考慮，確定浸出時間以4 h為宜。

3.2.4 溫度對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，水160 mL，用50%硫酸調體系pH=2，硫氰酸銨濃度1.0 mol/L，硫酸鐵濃度0.6 mol/L， 浸出時間4 h，攪拌速度500 r/min，溫度對金浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 溫度對金浸出率的影響

由圖5看出：在15～55 ℃范圍內，溫度對硫氰酸銨浸出金的影響并不大，金浸出率穩定在94%左右。綜合考慮，確定浸出在室溫下進行即可。

3.2.5 體系pH對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，水160 mL，溫度25 ℃，硫氰酸銨濃度1.0 mol/L，硫酸鐵濃度0.6 mol/L，浸出時間4 h，攪拌速度500 r/min，用50%硫酸調體系pH，體系pH對金浸出率的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 體系pH對金浸出率的影響

由圖6看出：體系pH低于2條件下，金浸出率較高且較為穩定；pH高于2后，金浸出率迅速降低。體系pH高于2后，Fe3+在體系中會發生水解形成Fe(OH)3沉淀[14-15]并覆蓋在金顆粒表面，阻礙浸出反應進行；且同時消耗了Fe3+，使體系氧化還原電位發生改變，不利于金的浸出。體系酸性較強時，Fe3+氧化效果較好，同時能夠溶解Fe2O3，有利于金的浸出。綜合考慮，確定適宜體系pH為2。

3.2.6 液固體積質量比對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，硫酸鐵濃度0.6 mol/L，體系pH=2，溫度25 ℃，硫氰酸銨濃度1.0 mol/L，浸出時間4 h，攪拌速度500 r/min，液固體積質量比對金浸出率的影響試驗結果如圖7所示。

圖7 液固體積質量比對金浸出率的影響

由圖7看出：金浸出率隨液固體積質量比增大先升高后趨于穩定；液固體積質量比為3/1時，金浸出率達最高，為93.35%。金的浸出反應受擴散控制[16]，液固體積質量比過高或過低都會影響金配合物的形成和擴散，進而影響金的浸出。綜合考慮，確定適宜液固體積質量比為3/1。

3.2.7 攪拌速度對金浸出率的影響

焙砂質量80 g，水240 mL，體系pH=2，溫度25 ℃，硫氰酸銨濃度1.0 mol/L，硫酸鐵濃度0.6 mol/L， 浸出時間4 h，攪拌速度對金浸出率的影響試驗結果如圖8示。

圖8 攪拌速度對金浸出率的影響

由圖8看出：隨著攪拌速度增大，金浸出率僅略有提高。攪拌速度一定程度上能夠影響體系中氧的傳質速率和金配合物的擴散速率，適當攪拌是必要的；但攪拌速度過大，反而徒耗能量。綜合考慮，確定適宜攪拌速度為600 r/min。

3.3 焙砂及浸出渣的性質分析

金精礦生物氧化渣焙燒后，其元素組成和結構都發生變化，進而影響金的浸出。焙砂的化學多元素分析和X射線衍射分析結果見表4、5和圖9。

表4 焙砂的多元素分析結果 %

表5 焙砂與浸出渣的XRF分析結果

圖9 金精礦生物氧化渣、焙砂和浸出渣的XRD圖譜

由表4、5和圖9看出：與焙燒前相比，750 ℃下焙燒2 h后，焙砂中不再有FeS，取而代之的是Fe2O3；而SiO2等其他物質的衍射峰仍然存在，表明經過焙燒后，黃鐵礦全部被氧化分解成了赤鐵礦，但石英和云母等并不會被氧化；焙燒后，硫化礦物含量顯著減少，S質量分數僅剩余0.91%，表明S脫除效果顯著；其他元素,如Al、Si、Cu等含量并沒有明顯變化，說明硫化礦物的存在是影響硫氰酸銨在酸性條件下金浸出率低的重要原因；焙砂浸出后，浸出渣中僅金含量顯著降低，其他元素的礦物組成和含量均沒有發生明顯變化，表明該體系只有金發生了溶解，而石英、云母等幾乎不發生反應，也不干擾金的浸出。

4 結論

難處理硫化金精礦生物氧化渣經焙燒處理后，以硫氰酸銨為浸出劑、硫酸鐵為氧化劑，在酸性條件下可以實現金的浸出，適宜條件下，金浸出率可達94%，且浸出時間大大縮短。浸出過程中，除金以外，其他元素都穩定于渣中，不干擾金的浸出也不溶解進入浸出液。該方法簡單方便，硫氰酸鹽毒性低，安全可靠，可望替代氰化法用于金的提取。