四川某含砷难处理金精矿细菌氧化—无氰提金试验

傅开彬 董发勤 谌 书 王新峰(1.固体废弃物处理与资源化教育部重点实验室，四川 绵阳 621010；2.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010)

四川某含砷难处理金精矿细菌氧化—无氰提金试验

傅开彬1,2董发勤1,2谌 书1,2王新峰1,2(1.固体废弃物处理与资源化教育部重点实验室，四川 绵阳 621010；2.西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010)

四川某高硫高砷金精矿中的金主要以银金矿的形式存在，主要载体矿物为黄铁矿和毒砂，金矿物以极微细粒包裹在硫化矿物中，常规碳浆法氰化浸金效果极不理想。为高效、低毒浸出该精矿中的金，以经驯化的Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferrooxidans混合菌群为氧化预处理微生物，采用细菌氧化—无氰浸金工艺研究了浸矿条件。结果表明，对金品位为46.87 g/t、含砷8.56%、含硫15.08%的金精矿，在试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%情况下细菌氧化预处理12 d，再在无氰浸金新药剂用量为4 kg/t的情况下浸出4 h，金浸出率可达81.67%，高于常规碳浆法氰化浸金效率约60个百分点，浸金效果良好。

含砷难处理金矿 细菌氧化 无氰浸金

世界上约1/3的黄金提取自难处理金矿石。高砷金矿是公认的难处理矿石之一，其中的金绝大部分包裹在黄铁矿和毒砂中，难以直接与氰化物接触，因此，在浸金前必须对矿石通过氧化预处理，使被包裹的金暴露出来[1]。目前研究及应用最普遍的预处理方法有焙烧法[2-3]、加压氧化法[4-5]及细菌氧化法[6-11]。由于细菌氧化法具有生产成本低、投资少、工艺流程短、设备简单、环境友好、能处理复杂多金属矿物等优点，因而显示了巨大的市场前景[12]。

四川省某金矿表层氧化矿已开采完，而深部原生矿含砷硫，经过浮选富集，金精矿含砷硫较高，由于技术和经济方面的原因，目前处于停产状态。为了充分利用资源，恢复该资源的开发利用，把“呆矿”变为“宝藏”，试验将以现场浮选金精矿为试样，采用细菌氧化法预处理+无氰药剂浸金工艺进行提金工艺研究。

1 试验材料及方法

1.1 矿石中主要矿物及金的赋存特点

原矿石中的金属矿物主要为黄铁矿、毒砂，非金属矿物主要有石英。黄铁矿和毒砂粒度较细，-74 μm分别占40.2%和35.6%；毒砂多呈浸染状产出，主要分布于脉石裂隙或粒间，少量与黄铁矿构成紧密连晶；黄铁矿也多呈浸染状产出，主要分布于脉石中；矿石中的金矿物主要为银金矿，次为自然金，金的赋存状态以硫化物包裹金为主，占81.2%。由于矿石中金颗粒极其微细，-5 μm的金占总金的84.10%，显微镜下所见金粒极少，可见的主要为脉石中的金、脉石粒间金和硫化物与脉石粒间金，镜下未见硫化物中金，说明硫化物中金是镜下难以分辨的微粒金和次显微金，经选择性溶金和单矿物含金分析，测得毒砂中金占13.2%，黄铁矿中金占68.0%。

1.2 试样成分分析

试验用矿样为矿石一段磨矿(-74 μm占65%)、1粗2精3扫闭路浮选精矿，金精矿金品位为46.87 g/t，回收率为87.98%。试样主要化学成分分析结果见表1，主要矿物含量见表2。

表1 试样主要化学成分分析结果
Table 1 Main chemical components of the sample %

成 分含 量成 分含 量Au46.87CaO0.35Ag32.44C0.09S15.08MgO0.22As8.56Al2O30.13SiO226.05K2O0.18Fe2O323.74Na2O0.20

注：Au、Ag的含量单位为g/t。

表2 试样主要矿物含量
Table 2 Content of main minerals %

矿 物含 量矿 物含 量黄铁矿31.86方铅矿少 量毒 砂27.65闪锌矿少 量石 英38.78方解石少 量白云石1.71长 石少 量黄铜矿少量绢云母少 量

从表1可以看出，试样中的硫和主要有害元素砷含量分别为15.08%、8.56%。

从表2可以看出，试样中的主要硫化矿物是黄铁矿和毒砂，它们是金的主要载体矿物。

1.3 菌种及其培养基

试验菌种采自四川某矿山酸性矿坑水，经富集培养，含砷金精矿长时间驯化获得。细菌群落组成分析表明其主要菌种为Acidithiobacillusferrooxidans、Leptospirillumferrooxidans等。菌种保存于西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室。

菌种最佳培养条件：摇床转速170 r/min，温度30 ℃，pH=2(用体积浓度10%的稀硫酸调节)。试验用9K基本盐培养基的配方：(NH4)2SO4为3.0 g/L、KCl为0.1 g/L、K2HPO4为0.05 g/L、MgSO4·7H2O为0.5 g/L、Ca(NO3)2为0.01 g/L、FeSO4·7H2O为20 g/L、S为5 g/L。

1.4 试验方法

试验流程为试样脱药—细菌氧化预处理—洗涤—调pH值—无氰浸金。细菌氧化预处理采用500 mL三角瓶为容器，内装9K基本盐培养基溶液，然后加入一定粒度的试样，用稀硫酸调节矿浆pH至一定值后接入一定量的、驯化后的对数生长期的浸矿细菌，并调整体系的Fe2+初始浓度至一定值，称重后置于恒温空气振荡培养箱中培养一定时间，转速为170 r/min，温度为30 ℃，定期称重，每天检测浸出液的pH值和氧化还原电位，取样前用蒸馏水补足蒸发掉的水分，取样消耗的液量用相应9K培养基溶液补充，保证溶浸液总体积不变(所有试验均为双平行样)。细菌预处理后采用蒸馏水清洗，用硫酸和氢氧化钠调节浸金体系pH值(浸出过程中不控制矿浆pH值)，加一定量新型无氰低毒浸金药剂，浸金体系预处理后试样的质量浓度为10%，浸出时间为4 h。试验结束后，过滤浸出液，浸渣用1%的稀盐酸洗涤数次后烘干称重，分析浸渣中金的含量，计算金的浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 试样粒度影响试验

试样粒度是影响金单体解离度的重要因素。通常情况下，粒度越细金的解离度越高，浸出率也越高。试样粒度影响试验的矿浆浓度为100 g/L、初始pH=2、Fe2+初始浓度为0 g/L、细菌接种量为20%、细菌氧化时间为10 d，浸金药剂用量为3 kg/t，试样粒度对细菌氧化预处理—无氰浸金效果影响试验结果见表3。

表3 试样粒度影响试验结果Table 3 Effect of particle size of sample on biooxidation

由表3可以看出，试样粒度对金浸出率影响较大，粒度越细，细菌氧化—无氰浸金效果越好，金精矿中金的浸出率越高。这主要是因为试样粒度越粗，比表面积就越小，可供氧化细菌吸附的表面积也小，直接影响矿物的氧化速率，要达到理想的氧化率则需更长的时间；试样粒度越细，比表面积越大，细菌和矿物接触几率增加，砷黄铁矿和黄铁矿氧化率增大，细菌氧化脱砷效果也越好，因此，金浸出率也增大。从选矿厂生产运行成本的角度考虑，确定合适的试样粒度为45～0 μm。

2.2 细菌接种量影响试验

细菌接种量影响试验的试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为100 g/L、初始pH=2、Fe2+初始浓度为0 g/L、细菌氧化时间为10 d，浸金药剂用量为3 kg/t，细菌接种量对细菌氧化预处理—无氰浸金效果影响试验结果见图1。

图1 细菌接种量影响试验结果

由图1可以看出，随着接种量的增大，金浸出率先上升后下降，高点在接种量为20%时。细菌接种量会影响细菌停滞期的长短和矿物单位面积上细菌的吸附量，当矿物表面细菌吸附过饱和后，过多的细菌由于营养不足导致活性降低，氧化硫化矿物的能力下降，因而金浸出率也下降。因此，确定细菌接种量为20%。

2.3 Fe2+初始浓度影响试验

Fe2+是细菌Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferrooxidans重要的能源物质，Fe2+的含量与细菌的生长繁殖密切相关。Fe2+初始浓度影响试验的试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为100 g/L、初始pH=2、细菌接种量为20%、细菌氧化时间为10 d，浸金药剂用量为3 kg/t，Fe2+初始浓度对细菌氧化预处理—无氰浸金效果影响试验结果见图2。

图2 Fe2+初始浓度影响试验结果

由图2可以看出，随着Fe2+初始浓度的提高，金浸出率先小幅上升后显著下降，高点在Fe2+初始浓度为1.5 g/L时。Fe2+初始浓度过高金浸出率下降，主要是因为过多的铁离子不仅不利于细菌的生长繁殖，还会抑制细菌的活性。因此，确定Fe2+初始浓度为1.5 g/L。

2.4 细菌氧化预处理初始pH值影响试验

细菌Acidithiobacillusferrooxidans和Leptospirillumferrooxidans都是嗜酸性细菌，合适的pH值关系到细菌对砷黄铁矿和黄铁矿的氧化能力。细菌氧化预处理初始pH值影响试验的试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为100 g/L、细菌氧化时间为10 d、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%，浸金药剂用量为3 kg/t，细菌氧化预处理初始pH值对细菌氧化预处理—无氰浸金效果影响试验结果见图3。

图3 浸矿初始pH值影响试验结果

由图3可以看出，初始pH值对金浸出率的影响较大，金浸出率随pH值的提高先上升后下降。初始pH=2时，金浸出率最高。因此，确定细菌氧化预处理金精矿的最佳pH值为2。

2.5 细菌氧化预处理矿浆浓度试验

细菌氧化预处理矿浆浓度试验的试样粒度为45～0 μm、初始pH=2、细菌氧化时间为10 d、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%，浸金药剂用量为3 kg/t，细菌氧化预处理矿浆浓度对细菌氧化预处理—无氰浸金效果影响试验结果见图4。

图4 细菌氧化预处理矿浆浓度试验结果

由图4可以看出，随着矿浆浓度的提高，金浸出率呈先慢后快的下降趋势。综合考虑，确定细菌氧化矿浆浓度确定为120 g/L。矿浆浓度对金精矿细菌氧化预处理的影响主要体现在4个方面：①矿浆浓度过大，致使溶液中某些金属离子不断积累，有可能超过微生物的极限耐受浓度，从而降低细菌的活性；②在高固体浓度下进行机械搅拌会加剧矿物颗粒间的碰撞及摩擦，虽然有利于矿粒反应表面的不断更新，但其间产生的强剪切力会使得吸附于矿粒表面的细菌损伤或脱落，吸附于颗粒单位面积上细菌量降低，最终导致金属矿物氧化率下降；③在浸出液中微生物浓度一定的条件下，增大固体浓度导致吸附在矿物颗粒单位表面上细菌数目下降；④矿浆浓度较低时，氧气传输速度快，细菌得以较快地生长。

2.6 细菌氧化预处理时间试验

细菌氧化预处理时间试验的试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%、细菌氧化时间为10 d，浸金药剂用量为3 kg/t，细菌氧化预处理时间对细菌氧化预处理—无氰浸金效果影响试验结果见图5。

图5 细菌氧化时间试验结果

从图5可以看出，随着细菌预处理时间的延长，砷氧化率和金浸出率均先明显上升后升幅趋缓。综合考虑，确定细菌氧化预处理时间为12 d。

2.7 浸金药剂用量试验

浸金药剂用量试验的试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%、细菌氧化预处理时间为12 d。细菌氧化预处理后，调节矿浆pH值为9，再向浸出体系中添加不同量的新型浸金药剂，试验结果见图6。

图6 浸金药剂用量试验结果

从图6可以看出，随着浸金药剂用量的增加，金浸出率呈先快后慢的上升趋势。综合考虑，确定无氰浸金新药剂用量为4 kg/t，对应的金浸出率为81.67%。

3 结 论

(1)四川某金精矿金品位为46.87 g/t，主要有害元素砷含量高达8.56%，硫含量为15.08%，为高硫高砷金精矿，黄铁矿和毒砂是金的主要载体矿物，金矿物主要为银金矿，次为自然金，金的赋存状态以硫化物包裹金为主，占81.20%；金矿物颗粒极其微细，-5 μm的金占84.10%。该精矿常规碳浆法氰化浸金效果不理想。

(2)采用细菌预氧化—无氰浸金工艺处理该试样，在试样粒度为45～0 μm、矿浆浓度为120 g/L、初始pH=2、Fe2+初始浓度为1.5 g/L、细菌接种量为20%、细菌氧化预处理时间为12 d，无氰浸金新药剂用量为4 kg/t的情况下，金浸出率可达81.67%。

[1] 杨洪英,范 金,崔日成,等.难处理高砷金矿的细菌氧化—提金研究[J].贵金属,2009(3):1-3. Yang Hongying，Fan Jin，Cui Richeng，et al.Study on bacterial oxidation-extraction gold of refractory gold ore[J].Precious Metals,2009(3):1-3.

[2] 李 云,王 云,袁朝新,等.提高含砷金精矿两段焙烧焙砂中金浸出率的研究[J].有色金属：冶炼部分,2010(6):33-36. Li Yun，Wang Yun，Yuan Chaoxin，et al.Study on improving gold extraction of two-stage roasting calcine from arsenic-bearing gold concentrate[J].Nonferrous Metals:Extractive Metallurgy,2010(6):33-36.

[3] 袁朝新,汤集刚.含砷金精矿的焙烧和氰化浸出试验及焙砂和浸渣的矿物学研究[J].有色冶金：冶炼部分,2006(5):28-30. Yuan Chaoxin，Tang Jigang.Roasting and cyaniding test to arsenic-bearing gold concentrate and mineralogical study on calcine and residue[J].Nonferrous Metals:Extractive Metallurgy,2006(5):28-30.

[4] 李 岩,周桂英,宋永胜.青海某含砷金精矿焙烧浸出试验研究[J].金属矿山,2009(8):57-59. Li Yan，Zhou Guiying，Song Yongsheng.Investigation on roasting-leaching technology for an arsenic-bearing gold concentrates in Qinghai Province[J].Metal Mine,2009(8):57-59.

[5] 郑可利,华 杰.某含砷金精矿的焙烧氰化浸出工艺研究[J].金属矿山,2003(3):26-29. Zheng Keli，Hua Jie.Investigation of the roasting-cyanidation-leaching technology for an arsenic-containing gold concentrate[J].Metal Mine,2003(3):26-29.

[6] 孙光勇,王卫亭,杨 军,等.含砷金矿细菌氧化提金废渣综合回收砷[J].有色冶金：冶炼部分,2011(12):11-14. Sun Guangyong，Wang Weiting，Yang Jun，et al.Comprehensive recovery of arsenic from bio-oxidation gold ore slag[J].Nonferrous Metals:Extractive Metallurgy，2011(12):11-14.

[7] 闫 颖,刘文斌,王铧泰,等.菌种活化条件对含砷金矿石生物预氧化的影响[J].金属矿山,2008(6):52-55. Yan Ying，Liu Wenbin，Wang Huatai，et al.Effect on bacterial activation conditions on biological pre-oxidation of arsenic-containing gold ore[J].Metal Mine,2008(6):52-55.

[8] 尚 鹤，温建康，武 彪，等.含砷碳质难处理金矿生物预氧化—氰化浸出研究[J].稀有金属，2012(6):947-952. Shang He，Wen Jiankang，Wu Biao，et al.Bio-pretreatment and cyanide leaching for arsenic carbonaceous refractory gold ores[J].Chinese Journal of Rare Metals，2012(6):947-952.

[9] 丘晓斌，温建康，武 彪，等.卡林型金矿微生物预氧化处理技术研究现状[J].稀有金属，2012(6):1002-1009. Qiu Xiaobin，Wen Jiankang，Wu Biao，et al.Research status about bacterial pretreatment method of carlin-type gold ore[J].Chinese Journal of Rare Metals，2012(6):1002-1009.

[10] 尚 鹤，温建康，武 彪.高硫含砷难处理金精矿生物预氧化及微生物种群研究[J].稀有金属，2013(6):976-983. Shang He，Wen Jiankang，Wu Biao.Bio-pretreatment and community analysis for high sulfur arsenic-bearing refractory gold concentrate[J].Chinese Journal of Rare Metals，2013(6):976-983.

[11] 丘晓斌，温建康，武 彪，等.高硫高粘土含砷含碳卡林型金精矿生物预氧化研究[J].稀有金属，2013(5):783-790. Qiu Xiaobin，Wen Jiankang，Wu Biao，et al.Biooxidation pretreatment of high sulfur high clay carlin-type gold concentrates containing arsenic and carbon[J].Chinese Journal of Rare Metals，2013(5):783-790.

[12] Batty J D,Rorke G V.Development and commercial demonstration of the BioCOPTM thermophile process[J].Hydrometallurgy,2006,83:83-89.

(责任编辑 罗主平)

Biooxidation-Cyanide-free Gold Leaching of a Refractory Gold Ore Containing Arsenic in Sichuan Province

Fu Kaibin1,2Dong Faqing1,2Chen Shu1,2Wang Xinfeng1,2
(1.KeyLaboratoryofSolidWasteTreatmentandResourceRecycle，MinistryofEducation，Mianyang621010，China;2.SchoolofEnvironmentandResource，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)

Gold in a high-As and high-S gold concentrate was mainly electrum.Gold is mainly hosted in pyrite and arsenopyrite.Au-carrier minerals are fine disseminated in sulfide minerals，hitherto regarded as difficult to be extracted with conventional CIP(Carbon in Pulp) process.Biooxidation pretreatment and cyanide-free gold leaching were investigated to extract gold by a high-effective and low toxicity method.The mixture ofAcidithiobacillusferrooxidansandLeptospirillumferrooxidanswas used as oxidation pretreatment microorganism.For gold concentrate(46.87 g/t Au，8.56% As，15.08% S) with particle size of less than 45 μm，at pH=2，pulp density of 120 g/L，initial [Fe2+] =1.5 g/L，and inoculum of 20%，bio-oxidation pretreatment for 12 d，and novel cyanide-free reagent dosage of 4 kg/t leaching for 4 h，the extraction rate of gold can reach 81.67%，higher than CIP of 60 percentage points.The gold leaching index is good.

Arsenic bearing refractory gold ore，Biooxidation，Cyanide-free gold leaching

2014-10-28

西南科技大学科研基金项目(编号：12zx7113)。

傅开彬(1975—)，男，讲师，博士。

TD925.7

A

1001-1250(2015)-01-067-05