某金浸渣氧化焙烧—浸出提金工艺试验研究

徐海龙 李艳军 王绍兴 刘 杰

（1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819；2.辽宁东大矿冶工程技术有限公司，辽宁沈阳110819）

随着世界金矿资源勘探水平和开采能力的提高以及选冶技术的发展，黄金产量快速增长，据世界黄金协会统计，2019 年全年黄金产量达到了 3 463 t［1］。由于黄金资源的大量开采，全球黄金富矿几乎被开发殆尽。而近年新发现的矿藏大多为低品位的小型矿藏，金矿资源禀赋差，金矿的平均开采品位由1998年的5 g/t下降到了2016年的1 g/t［2］。同时易处理金矿资源越来越少，难处理金矿资源占比越来越多，金矿资源的稀缺性问题越来越突出。

随着金矿产量的增加，大量金矿浸出尾渣堆积。据统计，我国黄金冶炼企业的氰化浸渣每年排放量达到2 450万t，而这部分氰化尾渣中Au品位大多在1.50 g/t以上，有的甚至 Au 品位高达 6 g/t［3］。将黄金氰化浸渣直接送至尾矿库堆存不但浪费资源，还会造成严重的安全隐患［4-5］，因此，亟需对这部分资源进行有效的回收利用。但是黄金氰化浸渣中Au的赋存状态通常比较复杂，常规的提金工艺难以有效回收其中的有价元素［6］。因此这部分金矿通常需要预处理后才能实现Au的有效回收。目前常用的预处理工艺有焙烧法、加压氧化法、生物氧化法、化学氧化法等。加压氧化法需要在高温高压下进行，对设备要求很高，因此大规模应用受到一定限制。生物氧化法氧化周期长，对氧化环境（如酸碱度和温度等）要求很高。而化学氧化法目前还停留在试验室研究和半工业试验阶段［7］。

氧化焙烧工艺是一种较为成熟的难处理金矿预处理技术，能够有效地解决黄铁矿和毒砂等对金颗粒的包裹问题［8］。金矿在焙烧过程中由外而内逐渐发生物理和化学变化，在微观上表现为矿物表面形态的改变和内部孔隙结构的改变。韩跃新等［9］通过扫描电镜对金矿在焙烧过程中表面形态的变化进行研究，发现金矿在焙烧过程中，矿物中的碳元素、黄铁矿及毒砂等被氧化后放出CO2和SO2等气体，气体的放出使得矿物中形成孔隙，并且高温氧化过程中矿物产生裂纹，有利于金的浸出。矿物内部孔隙的变化是随着温度和通气量的变化而变化的，通过控制温度的变化来控制孔隙的变化，从而使其有利于金矿浸出。相比其它的处理方法，焙烧法工艺成熟、设备简单、投资小，能够处理各种含有害杂质的金矿，同时可以综合回收其它伴生元素［10］。

本研究以江西某金冶炼厂的金矿浸出尾渣为研究对象，采用卧式管式炉进行氧化焙烧，焙烧产物经磨矿、浸出等工艺处理，通过热重分析、物相分析、化学多元素分析等手段研究浸出尾渣氧化焙烧—浸出的最佳条件，焙烧各因素影响焙烧—浸出的规律，焙烧过程的物相转化、元素迁移、矿物微结构的改变及其对浸出效果的影响，以期为同类型金尾矿的综合利用提供参考。

1 试样及试验方法

1.1 试样

本研究的试样为江西某金矿冶炼厂的金精矿浸出尾渣，经烘干、混合、缩分得到试验样品。对试样进行化学多元素分析，结果见表1。

注：Au和Ag的含量单位为g/t。

由表1可知，试样中有价元素Au的含量为2.70 g/t，有害杂质Fe、S、As的含量分别为8.50%、7.54%和1.98%，其存在形式对试样浸出指标有重要的影响。试样中脉石成分为SiO2、Al2O3和CaO，含量分别为49.49%、12.22%和2.06%。

对试样进行筛分分析，结果表明试样中-0.038 mm粒级含量为84.30%，-0.026 mm粒级含量为76.32%，说明此物料粒度较细，可直接给入焙烧系统。

进一步采用显微镜观察的方法分析试样的显微结构及矿物组成，结果见图1和表2。从图1可以看出，试样中存在着微小的自然金单体，同时还可见黄铁矿、黄铜矿、毒砂等杂质。

由表2可知，试样中主要含黄铁矿、毒砂、黄铜矿以及非金属矿物等，其中黄铁矿占23.12%，毒砂含量高达6.44%；试样中的金通常与黄铁矿、毒砂伴生，而黄铁矿及毒砂内部包裹的金颗粒在超细磨条件下也极难解离，进而影响浸出剂与Au的接触，降低Au的浸出率；试样中含有少量石墨，其存在可能会产生“劫金”现象，影响Au的浸出效果；其他矿物则对金的浸出率的影响较小。综上可知，本试样是典型的难处理金矿类型。

1.2 试验方法

结合试样性质分析，拟采用氧化焙烧—浸出的工艺处理该试样。氧化焙烧试验采用卧式管式炉焙烧系统，试验装置如图2所示。

该系统主要由供气系统、加热反应系统和控温系统组成，加热方式为电加热，冷却方式为水淬冷却。具体焙烧过程为：向OTF-1200X型焙烧炉中通入过量的N2以排空管道中气体，加入30 g试样，按照一定比例通入空气，在设定的条件下进行焙烧试验。

使用陶瓷球搅拌磨将焙烧产品磨至要求粒度，进行浸出试验。试验在XJTⅡ型浸出搅拌机中进行，浸出剂为JC（生产厂家为广西森和高科）。具体浸出过程为：将焙烧产品配置成浓度为20%的矿浆，使用氧化钙调节pH值至12，浸出剂用量为5 kg/t，搅拌浸出时间为6 h，试验结束后称量浸出渣的质量，化验浸渣中Au的品位，依据结果计算得到产率及Au的浸出率。

2 试验结果及讨论

2.1 焙烧温度对浸出效果的影响

在焙烧时间为30 min、空气流量为500 mL/min，浸出细度为0.038 mm占98.85%的条件下，考察焙烧温度对浸出效果的影响，试验结果见图3。

由图3可知，随着焙烧温度的升高，浸渣中Au的品位逐渐降低，Au的浸出率逐渐升高，这是因为焙烧温度的升高促进了黄铁矿氧化反应的进行，黄铁矿内部的包裹金裸露，充分与浸出剂接触，从而提高了浸出效率。当温度达到500℃时，浸渣中Au的品位降到最低点1.1 g/t，浸出率达到最高64.52%，进一步升高焙烧温度，浸渣中Au的品位逐渐上升，Au的浸出率逐渐降低，因此确定试样最佳的焙烧温度为500℃。

2.2 焙烧时间对浸出效果的影响

在焙烧温度为500℃、空气流量为500 mL/min，浸出细度为0.038 mm占98.85%的条件下，考察焙烧时间对浸出效果的影响，试验结果见图4。

由图4可知，随着焙烧时间的增加，浸渣中Au的品位先降低后基本不变，Au的浸出率则先升高后基本不变。当焙烧时间由10 min增加到30 min时，浸渣中Au的品位由1.7 g/t降低到1.1 g/t，Au的浸出率由41.38%提高到62.07%。继续增加焙烧时间，浸渣中Au的品位和回收率均基本维持在1.0 g/t和62%左右，因此确定最佳的焙烧时间为30 min。

2.3 空气流量对浸出效果的影响

在焙烧温度为500℃、焙烧时间为30 min、浸出细度为0.038 mm占98.85%的条件下，考察空气流量对浸出效果的影响，试验结果见图5。

由图5可知，当空气流量由450 mL/min增加到500 mL/min时，浸渣中Au的品位由1.2 g/t降低到1.1 g/t，浸出率由58.62%提高到64.52%。继续增加空气流量，浸渣中Au的品位开始逐渐升高，Au的浸出率则逐渐降低。因此确定最佳的空气流量为500 mL/min。

2.4 焙烧产物的磨矿细度对浸出效果的影响

适宜的磨矿细度能够打开包裹体，实现金颗粒与其连生体的解离，为浸出创造条件。在焙烧温度为500℃、焙烧时间为30 min、空气流量为500 mL/min的条件下，考察焙烧产物的磨矿细度对浸出效果的影响，试验结果见图6。

由图6可知，随着磨矿细度的增加，浸渣中的Au的品位逐渐降低，Au的浸出率逐渐提高，在磨矿细度为-0.038 mm占98.43%时，浸出渣中Au的品位降到了1.0 g/t，Au的浸出率增加到65.52%，继续增加磨矿细度，Au的浸出效果并无明显改变。因此确定焙烧产物最佳的磨矿细度为-0.038 mm占98.43%。

3 机理分析

3.1 焙烧过程中物质转化

为定量分析焙烧—浸出产品中各元素含量，对最佳条件下的浸渣进行了化学多元素分析，结果如表3所示。

注：Au和Ag的含量单位为g/t。

对比表1结果可知，试样经氧化焙烧—浸出工艺处理后，浸渣中Au的品位由2.70 g/t降为1.00 g/t，焙烧浸出提金效果明显；S的含量从7.54%降至0.346%，As的含量从1.98%降至0.779%。

为进一步探究焙烧后产物中物相组成，对焙烧产品进行X射线衍射分析，结果如图7所示。

由图7可知，焙烧产物中主要成分为SiO2、Fe2O3和As2O5，说明试样中的黄铁矿和毒砂已转化为Fe2O3和As2O5。在焙烧过程中S元素与O元素结合形成SO2排出，As元素则与O元素结合形成As2O5固体留在了矿物中。结合试验结果可以看出，S和As含量的变化对Au的浸出有着重要的影响。有研究表明，金矿焙烧过程中S的脱除率在一定范围内与金的浸出率呈线性关系，但当脱硫率超过一定范围后，继续提高脱硫率，Au浸出率甚至不升反降［11］。过高的脱硫率也就意味着更高的焙烧温度、更长的焙烧时间，这会造成焙烧矿物的烧结现象，形成对金颗粒的二次包裹［12］。这也解释了本试验中，在最佳试验条件点位继续增加焙烧温度、气量、焙烧时间等条件时，浸出效果不佳甚至降低的原因。同时焙烧后S和As的变化还会对后续磨矿环节的矿浆电化学环境造成影响。式（1）、式（2）为磨矿过程中黄铁矿和砷黄铁矿发生的化学反应：

在磨矿过程中，黄铁矿和毒砂在伽伐尼电偶作用下会加速氧化生成FeOOH，罩盖在产物表面阻止其与浸出剂的接触，同时消耗了浸出过程中的溶解氧［13-14］，而焙烧过程使得黄铁矿与毒砂减少，进而减小了伽伐尼电偶作用，从而有利于Au的浸出。

3.2 热重分析

为进一步考察试样在焙烧过程中发生的变化，对试样进行了热重分析，结果见图8。

由图8可知，在0～1 200℃范围内，随着温度的升高，试样的重量逐渐减小，当温度由0℃升高到500℃左右时，试样的重量平稳下降，无明显的放热或吸热峰，推测此时主要是试样中水分的蒸发。在500℃左右时，存在明显的反应峰，反应放热，峰值对应温度为506℃，此时试样失重速率较快，结合表3和图7，分析反应峰为黄铁矿等硫化矿的分解反应。温度继续升高到1 200℃的过程中，虽然试样的重量仍在下降，但失重的速度较慢，反应较为平缓，无明显反应峰存在。有研究表明，黄铁矿分解率最高时金矿内部稀松多孔且比表面积增加明显，这种结构有利于金颗粒与浸出剂的接触，进而改善浸出效果［15］。

4 结 论

（1）试样中Au的含量为2.7 g/t，具有较大的回收价值；有害杂质Fe、S、As的含量分别为8.50%、7.54%和1.98%，主要以黄铁矿、毒砂的形式存在。

（2）在焙烧温度为500℃、焙烧时间为30 min、空气流量为500 mL/min、磨矿细度为-0.038 mm占98.43%、水淬冷却的条件下，采用氧化焙烧—浸出工艺处理试样，最终可以获得焙烧浸出渣中Au品位1.0 g/t，Au浸出率为65.52%的良好指标。

（3）焙烧过程中黄铁矿和毒砂被氧化，伴随着S和As元素的转移生成氧化物和SO2，焙烧产品结构产生变化，形成裂纹和孔隙，从而有利于浸出的进行。此外，焙烧过程进一步降低试样中黄铁矿和毒砂的含量，降低磨矿过程中的伽伐尼电偶作用，减少FeOOH的生成，从而有利于浸出反应的进行。