某高砷金精礦預處理后焙砂硫代硫酸鹽浸出研究

潘志剛，謝 鋒，鄭鐘偉，陳俊南，王 偉

(1.安徽超威電源有限公司； 2.東北大學冶金學院)

引 言

氰化法作為黃金工業生產主要的礦石提金方法，目前仍占據主導地位[1-2]。近年來，隨著環保法律法規的不斷出臺與完善，以及人們環保意識和公共安全意識的不斷增強，氰化法的工業應用正面臨著前所未有的阻礙與挑戰[3]。硫代硫酸鹽因價格便宜、安全無毒、浸出速率快，被公認為是最有可能取代氰化物的浸金試劑之一[4-10]。常見的硫代硫酸鹽浸金體系為銅-氨-硫代硫酸鹽體系，該體系的浸金化學反應式為：

已有的研究認為，浸金過程中氨會吸附在金的表面形成[Au(NH3)2]+，使金不被鈍化，然后再與硫代硫酸根離子反應生成[Au(S2O3)2]3-[11-13]：

。

[Cu(NH3)4]2+在浸金過程中發揮氧化劑的作用，Cu2+氧化Au后變成Cu+，生成的Cu+絡合物[Cu(S2O3)3]5-或[Cu(NH3)2]+可以再被氧氣氧化為[Cu(NH3)4]2+：

硫代硫酸鹽體系適用于浸出易處理金礦及氰化法難以處理的含銅金礦和碳質金礦等[14]。易處理金礦中的金大多以游離金形式存在，當與硫代硫酸鹽溶液接觸時，會形成[Au(S2O3)2]3-絡合物進入溶液。然而，隨著易處理金礦資源的逐漸減少，難處理金礦資源成為中國黃金工業生產的主要來源。難處理金礦石是指采用常規選冶方法難以有效提取金的金礦石，其中一種典型的難處理金礦石是礦石中的金被砷黃鐵礦或黃鐵礦包裹，導致金不能與浸出劑有效接觸而難以獲得理想的金浸出率。國內某黃金企業所生產的高砷金精礦是典型的難處理含砷金礦。該高砷金精礦直接氰化浸出金浸出率小于10 %。這主要是由于該金精礦中約90 %的金包裹于砷黃鐵礦和黃鐵礦中，嚴重阻礙了氰化浸出過程中金與浸出劑的接觸。為了使被砷黃鐵礦包裹的金有效暴露，目前該企業采用“兩段焙燒—氰化浸出”生產工藝，金浸出率為80 %～85 %。但是，由于國家和地方環保政策日趨嚴格，氰化工藝的環保成本顯著提高，企業經營面臨較大壓力，因此尋找合適的非氰替代工藝已成為該企業亟需解決的重大和關鍵的難題。本文針對該企業高砷難處理金精礦兩段焙燒預處理后的焙砂開展了硫代硫酸鹽浸出試驗研究，以確定利用銅-氨-硫代硫酸鹽體系處理該焙砂的工藝可行性。

1 試驗原料與方法

1.1 試驗原料

試驗原料取自某黃金企業高砷難處理金精礦兩段焙燒預處理后的焙砂。焙砂X射線衍射分析結果見圖1。焙砂主要礦物組成為赤鐵礦和石英。對焙砂的化學成分分析表明，金品位為104 g/t，砷品位為0.74 %，硫品位為0.87 %。焙砂表觀形貌見圖2。由圖2可以看到，顆粒表面有明顯的裂紋。

圖1 焙砂X射線衍射分析結果

圖2 焙砂表觀形貌

1.2 試驗方法

浸出試驗在容積為500 mL的玻璃反應器內進行，加熱方式為水浴加熱。浸出劑由硫酸銅、氨水、硫代硫酸鈉和去離子水精準配制而成，pH采用1.0 mol/L的氫氧化鈉溶液進行調節。浸出試驗的攪拌方式為機械攪拌。在前期預試驗的基礎上開展條件試驗，如無特殊說明，浸出試驗過程中各因素的基礎條件見表1。試驗結束后，立即使用抽濾機、布氏漏斗、抽濾瓶和定性濾紙將礦漿分離為浸出液和浸出渣，浸出液的體積由量筒進行測量，浸出渣在60 ℃烘箱內烘干24 h后進行稱量和分析。

表1 硫代硫酸鹽浸金試驗基礎條件

金浸出液稀釋后使用電感耦合等離子體發射光譜儀分析其中的金含量。固體樣品(金精礦、焙砂和浸出渣)中金分析流程見圖3。浸出液經王水酸化后進行紙漿-活性炭吸附，其分析流程按照固體樣品分析流程[15-16]。浸出試驗中金浸出率(μ)計算公式如下：

(1)

式中：V為浸出液體積(L)；m為浸出渣質量(g)；ρ為浸出液金質量濃度(mg/L)；β為浸出渣金品位(g/t)。

圖3 固體樣品中金分析流程

2 結果與討論

2.1 浸出時間的影響

試驗首先研究了浸出時間對焙砂金浸出率的影響，結果見圖4。由圖4可知：在浸出初期，金浸出率迅速上升，在3 h內即達到了67.2 %，表明在這段時間內，金在銅-氨-硫代硫酸鹽體系中能夠快速反應，體現了硫代硫酸鹽浸金的快速性。但是，隨后的浸出過程中，金浸出率提高緩慢，浸出7 h時達到最大值75.1 %；進一步延長浸出時間，金浸出率基本保持不變。因此，在試驗條件下，焙砂硫代硫酸鹽浸出試驗最佳浸出時間為7 h。

圖4 浸出時間對金浸出率的影響

2.2 Cu2+濃度的影響

試驗過程中控制Cu2+濃度分別為0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、0.20 mol/L，考察Cu2+濃度對金浸出率的影響，結果見圖5。由圖5可知：當Cu2+濃度為0.01 mol/L時，金浸出率即達到了44.5 %；隨著Cu2+濃度的增加，金浸出率逐漸升高；在Cu2+濃度為0.10 mol/L時，金浸出率達到了最大值75.1 %；當Cu2+濃度繼續升高時，金浸出率基本保持不變。綜合考慮，確定Cu2+濃度為0.10 mol/L。

圖5 Cu2+濃度對金浸出率的影響

2.3 氨水濃度的影響

氨水濃度分別為0.5 mol/L、1.0 mol/L、2.0 mol/L、3.0 mol/L、4.0 mol/L時，考察氨水濃度對金浸出率的影響，結果見圖6。由圖6可知：氨水濃度為0.5 mol/L時，金浸出率達到39.6 %；當氨水濃度小于2.0 mol/L，金浸出率以較快速度隨氨水濃度增加而升高；當氨水濃度為2.0 mol/L時，金浸出率達到最大；進一步提高氨水濃度，金浸出率基本保持不變。因此，選擇適宜的氨水濃度為2.0 mol/L。

圖6 氨水濃度對金浸出率的影響

2.4 硫代硫酸鈉濃度的影響

圖7 硫代硫酸鈉濃度對金浸出率的影響

2.5 pH的影響

硫代硫酸鹽浸出試驗在堿性條件下進行，為研究pH對金浸出率的影響，試驗控制pH值分別為9，10，11，12，13，結果見圖8。由圖8可知：當pH值在9～11時，金浸出率隨pH的升高而升高；進一步提高溶液pH，金浸出率基本不再改變。試驗中適宜的pH值為11左右。

圖8 pH對金浸出率的影響

2.6 溫度的影響

圖9 溫度對金浸出率的影響

2.7 優化條件試驗

通過對銅-氨-硫代硫酸鹽體系單因素試驗條件進行研究，確定了焙砂硫代硫酸鹽浸金的最佳條件，即Cu2+濃度為0.10 mol/L，NH3·H2O濃度為2.0 mol/L，Na2S2O3濃度為0.10 mol/L，浸金體系溶液pH值為11，溫度為50 ℃，浸出時間為7 h。在上述條件下，金浸出率可達75.1 %。

3 結 論

1)某黃金企業高砷金精礦兩段焙燒預處理后的焙砂主要礦物組成為赤鐵礦和石英，焙砂中金品位較高，含有少量的砷和硫，焙砂顆粒表面可見明顯的裂紋。

2)通過單因素條件試驗研究，確定了焙砂硫代硫酸鹽浸出的最佳工藝條件：Cu2+濃度為0.10 mol/L，NH3·H2O濃度為2.0 mol/L，Na2S2O3濃度為0.10 mol/L，浸金體系溶液pH值為11，溫度為50 ℃，浸出時間為7 h。在此條件下，金浸出率超過75 %。

3)硫代硫酸鹽浸出工藝金浸出率與傳統氰化工藝仍有一定差距，需要進一步優化和強化焙砂的硫代硫酸鹽浸出過程，以使其具有應用可行性。