某含金原生矿石沸腾焙烧—氰化提金工艺试验研究

李健 王鹏 赵国惠 蒋雨仑 张世镖 王秀美 张修超

摘要：某含金原生矿石直接氰化浸出金浸出率很低，仅为2.68 %。针对矿石性质，进行了沸腾焙烧工艺研究。结果表明：在沸腾焙烧温度600 ℃、物料停留时间1.0～1.5 h、气料比1.10 m3/kg（工况）、空气气氛条件下，获得的烟尘产率为7.10 %，焙砂产率为90.80 %，总产率为97.90 %，铁、硫、碳氧化率分别为95.14 %、96.08 %、74.88 %;混合砂（烟尘与溢流焙砂混合）氰化浸出金浸出率为83.12 %。试验获得的沸腾焙烧工艺参数可为工业应用提供指导。

关键词：沸腾焙烧;含金原生矿石;沸腾炉;氰化;金浸出率

中图分类号：TD953文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）08-0071-05doi：10.11792/hj20210815

引 言

随着黄金工业的发展，易于直接氰化提取的金矿资源日渐枯竭，难处理金矿资源逐渐成为黄金工业生产的主要原料[1-3]。这些难处理金矿资源的显著特点是金微细且包裹于黄铁矿或砷黄铁矿中，并含有有机碳或其他吸附金氰络合物的黏土类矿物，采用传统氰化浸出金浸出率一般为10 %～50 %[4];采用焙烧工艺处理可使包裹金暴露，消除硫、砷及“劫金”物质对氰化浸出的影响[5]。

本文采用国外某含金原生矿石作为试验对象。该矿石中金粒度微细，同时受“劫金”物质及硫化物包裹的影响，采用直接氰化浸出、浮选—氰化等常规工艺难以有效处理。因此，试验采用沸腾焙烧工艺对其进行处理，考察了沸腾焙烧工艺控制参数及金浸出指标，旨在为其工业化应用设计提供可靠的数据依据。

1 试验原料

国外某含金原生矿石中主要金属硫化物为黄铁矿，其次为闪锌矿、方铅矿，少量黄铜矿、黝铜矿、车轮矿、硫锑铅矿，微量碲汞矿等;脉石矿物以石英、碳酸盐类、云母类为主，其他脉石矿物含量较少。矿石氧化率为5.16 %，矿石工艺类型为中等硫化物含金矿石。

矿石中金为唯一有价元素，主要为自然金，平均金品位为4.11 g/t（见表1），金粒度微细，其中57.28 %的金分布在0.01 mm以下。黄铁矿为主要的载金矿物。矿石中金嵌布状态分析结果见表2。

包裹金是影响矿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 %，打开硫化物包裹是本次研究解决问题的关键;脉石矿物包裹金占18.22 %，由于金粒度微细，目前湿法工艺中还未有有效手段回收这部分金。此外，矿石中含有“劫金”物质，其是影响金回收的另一个不利因素。硫、碳、铁物相分析结果见表3～5。

2 试验原理及装备

2.1 试验原理

矿石中金的粒度主要为微细粒，且金属硫化物包裹金占40.31 %，同时矿石中存在“劫金”物质。焙烧的氧化作用可使矿石中载金硫化物氧化分解，矿物中形成微小孔隙，这种孔隙结构的氧化矿物为金的氰化浸出创造了有利条件，使矿物中的金得到有效回收;同时，焙烧能够消除“劫金”物质的影响，进一步提高金回收率。焙烧过程可能发生的化学反应如下：

4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，

2FeAsS+5O2Fe2O3+As2O3+2SO2，

C+O2CO2，

CaCO3/MgCO3CaO/MgO+CO2，

2CaO+2SO2+O22CaSO4，

3CaCO3+As2O3+O2Ca3（AsO4）2+3CO2。

2.2 試验装备

沸腾焙烧装备由长春黄金研究院有限公司自主设计，装备形象联系图见图1。该装备采用螺旋给料机给料，罗茨鼓风机鼓风，外置加热装置。焙烧过程中产生的粉尘经重力收尘器、旋风收尘器、布袋收尘器回收;焙烧烟气采用碱液循环喷淋吸收。

3 结果与讨论

3.1 原矿氰化浸出

将矿石进行直接氰化浸出和炭浸，考察活性炭对氰化结果的影响。试验条件为：磨矿细度-0.074 mm占90 %、矿浆浓度33 %、矿浆pH值11、碱处理时间2 h、氰化钠用量2 kg/t、炭密度20 kg/m3、浸出时间24 h。试验结果见表6。

由表6可知：矿石直接氰化浸出，金浸出率很低，仅为2.68 %。分析主要原因是矿石中金被包裹，直接氰化浸出很难打开包裹;其次是矿石中含有大量的 “劫金”物质，在氰化浸出过程中反应生成的金氰络合物被“劫金”物质吸附。矿石采用炭浸（CIL）工艺浸出，金浸出率提高至19.71 %;说明采用炭竞争吸附的浸出方式能够提高金浸出率，但金浸出率依然较低;也证明了矿石中存在“劫金”物质。

3.2 沸腾焙烧

由于矿石直接氰化浸出金浸出率很低，因此根据矿石性质，进行了沸腾焙烧工艺条件研究。焙砂氰化条件为：矿浆浓度33 %、矿浆pH值11.0～11.5、预处理时间2 h、氰化钠用量2 kg/t（以焙砂质量计）、浸出时间24 h。

3.2.1 沸腾焙烧温度

沸腾焙烧温度试验采用单炉进行，试验前将热风、炉膛及炉顶加热到设定温度。试验条件为：磨矿细度-0.074 mm占90 %，充气量（工况）1.5 m3/h，沸腾焙烧温度575 ℃、600 ℃、625 ℃、650 ℃，沸腾焙烧时间45 min。沸腾焙烧温度与金浸出率的关系见图2。

由图2可知：沸腾焙烧温度为575 ℃时，金浸出率为77.50 %。提高沸腾焙烧温度到600 ℃时，金浸出率达到最高;继续提高沸腾焙烧温度，金浸出率降低。原因是沸腾焙烧温度较低时，黄铁矿氧化不充分;沸腾焙烧温度较高时，黄铁矿氧化较好，但较高的温度会生成较多的致密氧化铁，重新包裹了微细粒金，导致金浸出率降低。因此，试验确定沸腾焙烧温度最佳为600 ℃。

3.2.2 沸腾焙烧时间

单炉沸腾焙烧时间试验条件为：磨矿细度-0.074 mm占90 %，充气量（工况）1.5 m3/h，沸腾焙烧温度600 ℃，沸腾焙烧时间0.25 h、0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h。沸腾焙烧时间与金浸出率的关系见图3。

由图3可知：随着沸腾焙烧时间的增加，金浸出率先升高后降低;当沸腾焙烧时间达到1.0 h时，金浸出率达到最高;增加沸腾焙烧时间至1.5 h时，金浸出率基本不变;继续增加沸腾焙烧时间，金浸出率逐渐降低。原因是沸腾焙烧时间小于1.0 h时，氧化反应未能完全;沸腾焙烧时间大于1.5 h时，氧化反应基本完成，但长时间加热增加了致密氧化铁的生成比例。因此，试验确定沸腾焙烧时间为1.0～1.5 h。

3.2.3 沸腾焙烧气氛

空气中氧气体积分数约为21 %，物料沸腾焙烧过程中主要消耗空气中的氧气。本次试验考察空气中不同氧气体积分数对焙烧效果的影响。试验采用氮气、空气、氧气混合成氧气体积分数为10 %、30 %的气体，供给沸腾焙烧试验。试验条件为：磨矿细度-0.074 mm占90 %，沸腾焙烧气氛（氧气体积分数）10 %、21 %、30 %，充气量（工况）1.5 m3/h，沸腾焙烧温度600 ℃，沸腾焙烧时间1.0 h。沸腾焙烧气氛与金浸出率的关系见图4。

由图4可知：氧气体积分数由10 %提高至30 %，金浸出率未有明显变化;原因是矿石中耗氧物质少，提供较少的氧气足以满足氧化反应。因此，确定连续沸腾焙烧采用氧气体积分数21 %的空气气氛。

3.2.4 沸腾焙烧气料比

气料比为空气给入量与物料给入速度的比值，是沸腾焙烧的关键参数。气料比试验须在连续出料状态下进行。根据沸腾炉的尺寸及物料的物理特性，设计的气料比对应的供气量及给料速度见表7。

其他试验条件为：沸腾焙烧温度600 ℃，气料比变量（工况），停留时间1.0～1.5 h，原料加入量6 000.00 g（连续焙烧时间3.7～4.7 h）。取溢流焙砂（最后60 min收集）及烟尘分别作为单独浸出试验对象。不同气料比试验结果见表8。

由表8可知：溢流焙砂产率远大于烟尘;气料比为1.10 m3/kg时，溢流焙砂金浸出率最大。烟尘金浸出率随着气料比的增加而降低;原因是根据表7可知，气料比增加，气流速度增大，烟尘在沸腾炉中停留时间缩短，导致烟尘焙烧效果变差。试验确定连续沸腾焙烧气料比为1.10 m3/kg。

3.2.5 连续沸腾焙烧

开展连续沸腾焙烧试验，控制条件为：磨矿细度-0.074 mm占90 %，沸腾焙烧温度600 ℃，给料速度1.36 kg/h，供气量1.50 m3/h，物料停留时间1.0～1.5 h，原料加入量6 000.00 g，连续焙烧时间约4.5 h。连续沸腾焙烧试验物料平衡结果见表9。

由表9可知：采用沸腾焙烧温度600 ℃，气料比1.10 m3/kg，物料停留时间1.0～1.5 h时，焙砂产率为90.80 %，烟尘产率为7.10 %。

将溢流焙砂（最后60 min收集）、烟尘及二者混合形成的混合砂（溢流焙砂与烟尘质量比为12.8∶1）开展氰化浸出试验。试验条件为：矿浆浓度33 %、矿浆pH值11.0～11.5、预处理时间2 h、氰化钠用量2 kg/t（以焙砂质量计）、浸出时间24 h。试验结果见表10。

由表10可知，原矿经连续沸腾焙烧产生的混合砂经过氰化浸出，金浸出率为83.12 %。

沸腾焙烧烟气中氧气体积分数为16.16 %，二氧化硫为2 700 mg/m3。连续沸腾焙烧过程中硫、碳、汞脱除率分析结果见表11。

沸腾焙烧过程中，硫脱除率较低，原因是原矿中氧化钙含量较高，沸腾焙烧过程中氧化钙有固硫作用;碳脱除率低的原因是沸腾焙烧温度较低，石墨碳难以完全燃烧;汞脱除率较低的原因是汞在沸腾焙烧过程中随着烟气挥发，但经过收尘装置时冷凝在烟尘中。

根据原矿及焙砂物相分析，以焙砂产率可计算硫、碳、铁在沸腾焙烧工艺中的氧化率，结果见表12。

由表12可知，碳氧化率较低，原因是原矿中石墨碳含量较高，在600 ℃的条件下，石墨碳很难完全氧化。

4 结 论

1）国外某含金原生矿石中金粒度微细，受包裹及“劫金”物质影响，直接氰化浸出金浸出率仅为2.68 %。

2）对该矿石采用沸腾焙烧，测得烟气中SO2为2 700 mg/m3，硫、碳、汞脱除率分别为5.53 %、35.78 %、23.18 %，铁、硫、碳氧化率分别为95.14 %、96.08 %、74.88 %。硫、碳的脱除率较低，但氧化率相对较高，原因是矿石中的碱性物质将氧化后的硫、碳固化。

3）采用沸腾焙烧工艺，在沸腾焙烧温度600 ℃、物料停留时间1.0～1.5 h、气料比1.10 m3/kg、空气气氛条件下，获得的烟尘产率为7.10 %，焙砂产率为90.80 %，总产率为97.90 %。混合砂金浸出率为83.12 %，指标较好。

[参 考 文 献]

[1] 李云，袁朝新，王云，等.沸腾焙烧高砷含铜金精矿的试验研究[J].矿冶，2008，17（3）：33-36.

[2] 王宝胜，张振军，刘万志，等.改善含高铜、铅金精矿浸出指标的实验研究[J].黄金科学技术，2008，16（5）：44-45.

[3] 陈庆邦，聂晓军.含铜金精矿焙烧—水浸—氰化提金工艺研究[J].黄金，1998，19（1）：39-41.

[4] 郑曄.难处理金矿石预处理技术及应用现状[J].黄金，2009，30（1）：36-41.

[5] 张勇，唐抒梅，赵松洁.原矿焙烧烟气中二氧化硫的治理研究[J].黄金，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