金矿尾矿中多金属综合回收实验研究

2022-04-19张曼殷跃刘健穆鹤丹孙明昊李雪婷

赤峰学院学报·自然科学版 2022年3期

张曼殷跃刘健穆鹤丹孙明昊李雪婷

摘要：矿产开发是当前受到粗放式理念影响最为严重的行业，并且由于生产方式以及保护措施等严重落后，使得矿产资源的利用率始终都处在较低的水平。当前，国内只有六成的尾礦库能够正常投入运用，而相当数量的尾矿库还始终处于超期运营的状态，存在较多的风险和隐患。伴随国内尾矿数量的持续增长，各种安全问题以及土地问题暴露出来，积极展开有色金属尾矿的综合利用实验研究很有现实必要。

关键词：金的浮选;微生物氧化预处理;硫脲浸金综合实验;氰化酸浸实验;综合回收

中图分类号：DT953 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2022）03-0006-04

1 前言

国外对于尾矿的处理主要是大量堆存，80年代美国的年选矿尾矿量接近11亿吨[1]。日本、俄罗斯以及加拿大等国在每年产出铜锌等金属矿物的情况下，其尾矿的排出量多达5.6亿吨[2]。赞比亚在十年的时间内，能够排出来的铜尾矿量接近1.6亿吨[3]。大规模的尾矿排出也意味着很多的土地被占据，美国因尾矿排出带来的土地占有量多达200英亩（1200万市亩），面临严重的尾矿处理工作压力[4]。

由于金矿的品位低，在选矿以及开采期间会存在很多的尾矿现象，而市场对黄金制品的大量需求无疑大幅度增加了金矿尾矿的数量[5]。大规模的金矿尾矿堆积会危害到所在地区生态环境的安全与健康，浪费较多的土地资源[6，7]。所以，解决金矿尾矿的有效存放处置问题迫在眉睫。由于采金及选冶技术限制，致使一部分金、铂、银等贵金属元素存在于尾矿中。国外相关实践明确，金矿尾矿内接近五成的金都能够实现回收处理，而且与此相关的伴生组分（如镍、钴、钒、锡等）的回收工作也被广泛关注[8]。矿产资源作为人类发展和生存的重要物质基础，同样是社会发展的前提和保障，虽然每年可以从矿产资源中开发得到丰富的物质资源，但开发的同时也会带来大量的尾矿[9]。课题组和赤峰朗晟电子科技有限公司研就发现的尾矿为金矿尾矿，主要含镍，钴，金，铂、锡，钒等稀有金属。本课题的目的是通过金的浮选—微生物氧化预处理—硫脲浸金综合试验，铂、镍、钴的加压氧化、氰化酸浸试验以及焙烧—酸浸出法提取锡和钒，将各金属分离后综合回收，达到最大化利用资源的效果，获得更高的生态、经济以及社会效益。[10，11]镍、钴分别分离后生产为硫酸镍、硫酸钴，锡生产为氧化锡，钒生产为五氧化二钒，金、铂富集后作为金精矿[12]销售给专业处理机构。

2 综合回收实验研究方法

实验方法：氧化亚铁硫杆菌对微生物氧化预处理、硫脲浸金实验、浮选法回收金。氧化酸浸预处理→加压氰化→置换富集铂。钙化焙烧—硫酸提取钒。实验仪器：高压反应釜、常压反应釜、马弗炉、过滤泵、萃取槽、高压过滤器、原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体仪等设备（能够保证对金矿尾矿的前期处理、中期提取和加工再利用）。尾矿所含成分：尾矿的粗略组成，1吨矿石中含各元素的质量分数分别为：铂3.2%，金7.7%，镍13.3%，钴6.2%，锡1.2%，五氧化二钒4.2%，其余成分为石料。粗精矿以及扫选中矿进行合并的情况下安排精选处理，整体操作实现更加便捷。浮选处理能够减少九成的尾砂，降低人员的工作难度，所得到的试验指标更加理想。在磨矿粒度为-0.074、含量是90%的情况下，尾矿金品位将会减少是0.26g，能够实现的金总回收率情况是67.60%。

2.1 研究方法和技术

金的提取：（1）微生物氧化预处理试验。试验研究了微生物氧化预处理菌种接种量、预处理时间、矿粉粒度、液固比、水质，菌种驯化等因素对微生物预处理的影响，通过后续硫脲浸金试验金的浸出率的大小来反映判断其对微生物预处理的影响效果，并确定其最优值。生物预氧化能够经由如下途径完成：第一，细菌经过氧化酶起到的酶解作用影响，能够把不溶无机物进一步氧化获得可溶无机物;第二，硫酸铁等细菌代谢物与硫化物发生的氧化还原作用。（2）超声波作用对微生物氧化预处理的影响试验。（3）硫脲浸金试验。（4）浮选—微生物氧化预处理—硫脲浸金综合试验。将浮选得到的金精矿经微生物氧化预处理后，按照酸性硫脲浸金试验最佳条件进行硫脲浸金试验。硫脲浓度、浸出时间以及电位等都会对该试验的最终结果带来影响作用。通常，金浸出率会伴随介质酸度以及硫脲浓度的增加而持续提升，然而不能够无限制的提升介质酸度;温度增加的情况下也能够提升浸出率，然而太高温度的情况下会使得浸出率减少，原因就是高温使得硫脲无法正常维持工作，出现水解现象。

铂、镍、钴的提取：本课题选定的加压氧化酸浸工艺条件，经由湿磨作用完成浮选粗矿的处理，使其粒度维持到98%-200目，反应液与固体的比例为L：S=4：1，硫酸的量为20wt%，最高温度为200℃，时间为8h，系统氧压恒定维持到2.0MPa。镍，钴和其他金属达成的加压酸浸率超出99%。加压氰化浸出工艺要求是2.5wt%氰化钠，160℃，恒温1小时，大气压环境，2.0MPa，浆固比对应是L：S=4：1。

提取钒确及最佳熟料制备工艺条件：200目的矿物粒度，8%碳酸钙，900℃，持续作用3h。该工艺条件下，钒浸出率超出80%。

锡的提取：以盐酸作为浸取剂能有效富集锡，液固比以及温度等都会对其带来一定程度的影响作用，并且得出了不同条件下这些影响因素与富集倍数之间的规律。锡富集的适宜工艺条件为23%盐酸，80℃，持续60min，静置时间24h。通过多步富集工艺和酸循环工艺可以降低盐酸消耗量。

2.2 实验数据

为了确保物料具有代表性意义，联系尾矿呈现出来的不均匀分布特征，确定合理的取样方案。经由试验分析明确本项工艺采取300次/min、300t/d，原矿用水量6m3/t。

堆浸时间影响：尾矿堆浸氰化金时，随时间增长，金的浸出率增加，试验显示，堆浸时间延长，堆浸氰化1～2周后，浸出率为40%～50%，逐渐停止配合反应。尾矿和增浸液参与化学反应后，在pH值为10～11堆浸金时，随时间增长，浸出率增加，浸出率达到62%～80%时，金的配合反应逐渐停止，脉石矿物中金浸出量要少些，有待进一步研究，但比一般的堆浸氰化反应速度快5～10天，浸出率提高10%～30%。

pH值的影响：金与氰化物配合反应的pH值在9～12之间，试验研究了尾矿堆浸氰化选用氢氧化钠溶液调节喷淋溶液pH值为10～11较好，有利于堆浸氰化金的配合反应。

试验结果表明，在0.074mm粒度、90%含量的情况下，原尾矿在经由粗选一次以及扫选三次处理的情况下，所得到的浮选尾矿能够达到的金品位水平是0.17～0.19g/t，无须实施氰化浸出处理就能够排出接近64%的尾矿。当中矿以及粗精矿实现合并处理的情况下无须再行安排磨精选等操作处理。当-0.074mm粒度的含量90%的情况下，浮选以及氰化两项工艺操作的回收率大体相当，能够达到的金总回收率也大体相当，只是后者能够获得的浮选精矿具有更高的品位。对比原尾闭路浮选浮尾氰化处理而言，粗精矿以及中矿合并情况下再行实现的精选尾矿氰化处理更为简便，经由浮选处理的方式能够减少接近64.90%的尾矿，后续氰化工艺需要承担的任务量大幅度下降，试验指标更加合理;在-0.074mm粒度的含量90%尾矿内，其综合尾矿金品位能够减少是0.26g/t，对原尾矿总回收率可达67.60%。

2.3 工艺流程

高效、清洁的方法回收金尾矿中的金，利用矿井污水和尾矿粉筛选获得氧化亚铁硫杆菌，实现了浮选—微生物氧化预处理—硫脲浸金综合试验回收金，超声波对微生物预处理的过程可以起到强化微生物预处理效果的作用，提高后续硫脲浸金试验金的浸出率。加压氧化酸浸工艺提取铂时，镍、钴一起浸出，大大提高了尾矿的利用效率。将尾矿用来实现建筑材料的制备等资源再利用领域也可以获得很好的发展成就，具有良好的社会以及经济效益。考虑到国内金矿内共生矿以及贫矿的含量相对较多，因此选矿工作更加困难。同时，受限于长期选矿工艺落后等相关因素的影响作用，使得国内大部分的尾矿内都含有较多的残余金属，仍旧具备强大的回收与利用价值。当矿石性质以及提取工艺等呈现差异的情况下，尾渣内含有的有价金属类别以及含量等都呈现出很大的差异。如此情况下，选定的开发利用尾渣技术方案也就有所差别。

硫脲法显著的特征就是毒性相对较小，能够达到更高的浸出率，熔解金属的速度更快，能够从浸出矿浆内顺利实现金银等的回收处理，整体的回收率也更有保障。

3 回收产品的应用及环境治理

3.1 回收金属的应用

金、铂富集后作为金精矿销售给专业处理厂。镍钴分别分离后生产为硫酸镍、硫酸钴，锡生产为氧化锡，钒生产为五氧化二钒。当尾矿中的多金属以最大效益的提取出后，剩余的残渣用于建筑材料，例如制造砖、瓦等。

3.2 氰化污水的处理

Helmo法：加拿大Helmo金矿开发了一個独特的除氰方法并投入运行，处理尾矿坝溢流。新方法是将在pH=6或7下先混合的硫酸铜和硫酸亚铁溶液加人氰化废液，使氰化物作为氰化亚铜沉淀除去，废液中的铜、镍、锌以及钼都随Fe（OH）3共沉淀除去，最后再加入少量过氧化氢进一步脱氰。

Cu2++Fe2++3OH-→Cu++Fe（OH）2↓

2Cu++2CN-→Cu（CN）2↓

从工业污水中筛选获得氧化亚铁硫杆菌后，使其达到排放标准，进行合理排放。

3.3 多金属硫化矿浮选分离

多金属硫化物矿是实现有色金属提取工作的重要矿产资源，浮选这一能够取得精矿的重要选别方式，也得到了较多的关注与重视。现阶段，大部分的多金属硫化物矿物还是用到的浮选法进行选矿作业，其利用了硫化物彼此间呈现出来的表面润湿性差别，经由人工施加浮选药剂的形式来实现分离处理。而多金属硫化物矿石就是含有超过两种的铁、铜等硫化物彼此致密共生状态的矿石。在多金属硫化矿内，部分物质具有极为相似的浮选性质，结构组成更为复杂，使得回收工作难以顺利展开。伴随矿产资源的持续大规模开发，矿产能源危机日益加重，贫乏、开采困难等相关问题更加显著，难以借助常规的选矿技术来获得很好的选别效果。为了处理该难题，很多专家学者投入较多的精力研发得到全新的工艺与药剂，与此相关的研究工作得到很大的关注与重视。

4 结论

利用矿井污水和尾矿粉中筛选获得氧化亚铁硫杆菌，实现了浮选—微生物氧化预处理—硫脲浸金综合试验回收金，超声波对微生物预处理过程可以起到强化微生物预处理效果的作用，提高后续硫脲浸金试验金的浸出率。尾矿堆浸氰化金时，随时间增长，金的浸出率增加，且尾矿堆浸氰化选用氢氧化钠溶液调节喷淋溶液pH值为10～11较好，有利于堆浸氰化金的配合反应。在-0.074mm粒度的含量90%尾矿内，其综合尾矿金品位能够减少是0.26g/t，对原尾矿总回收率可达67.60%。在pH=6或7下先混合的硫酸铜和硫酸亚铁溶液加人氰化废液，使氰化物作为氰化亚铜沉淀除去，废液中的铜、镍、锌以及钼都随Fe（OH）3共沉淀除去，最后再加入少量过氧化氢进一步脱氰从而使污水达到排放标准，进行合理排放。

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参考文献：

〔1〕王学娟，刘全军，王奉刚.金矿尾矿资源化的现状和进展[J].矿冶，2007，70（02）：64-67.

〔2〕刘淑杰，厉彦江，陈光辉.变频器在焦家金矿选矿厂恒压供水系统中的应用[J].黄金，2006，27（11）：35-37.

〔3〕马广坤.功率因数及其补偿[J].宿州教育学院学报，2004，7（03）：112-114.

〔4〕谢敏雄，丁辉.选矿节能降耗的途径浅析[J].国外金属矿选矿，2008，46（10）：2-5.

〔5〕张成强，张锦柱.选矿企业节能降耗的措施及其相关理论依据[C].2005年全国选矿高效节能技术及设备学术研讨与成果推广交流会论文集，2005.

〔6〕徐晓军，张文彬.国内外处理细粒矿物的离心选矿机的研究概况[J].国外金属矿选矿，1996，34（04）：1-4.

〔7〕凌竞宏，A.Laplante，胡熙庚.国外离心选矿机的发展与应用[J].国外金属矿选矿，1998（05）：2-4+17.

〔8〕李礼，谢超，冯一鸣.金尾矿综合利用技术研究与应用进展[J].资源开发与市场，2012，28（09）：816-818+776.

〔9〕苏惠民，姜仁社，顾元良.从金矿尾矿中回收金、银、硫的试验研究[J].金，2003，24（08）：31-33.

〔10〕索明武，任华杰.从库存金尾矿中回收金的试验研究[J].金属矿山，2009，45（08）：167-169.