用硫氰酸铵从金精矿生物氧化渣中浸出金

黄彪林，黄李金鸿，曾祥荣，王泽凯，刘观发，姚小辉，包亚晴，黄万抚

(1.江西理工大学 资源与环境工程学院，江西赣州 341000；2.江西理工大学 建筑与设计学院，江西赣州 341000；3.江西理工大学 土木与测绘工程学院，江西赣州 341000)

难处理金矿石大多为硫化矿[1]，工业上通常先通过浮选富集得到金精矿，再对金精矿进行氧化预处理，之后氰化浸出金。工业上常用的预处理方法主要有生物氧化法、焙烧氧化法和化学氧化法。

氰化物有剧毒，氰化浸金工艺对环境危害极大[2]，因此，寻找可替代氰化物的无毒或毒性较低的浸出剂一直是黄金生产中的课题之一。

硫脲易溶于水，还原性较强，对金有很强的配合性[3-4]；但易受矿石中的杂质和温度影响，耗量较大，成本较高。硫代硫酸盐毒性低，易与金反应，不受杂质干扰，但其自身很易被氧化，生产成本较高[5]。硫氰酸盐有较好的浸金效果，且毒性小得多，对环境更友好，稳定性较好，因此，近年来用于提取金的工艺和机制研究受到关注；但目前，硫氰酸盐浸金多用在碱性、高温高压等特定条件下[6]，反应条件严苛，距离工业应用尚远。难处理金矿石在生物氧化预处理后多呈酸性，所以，研究酸性环境下实现非氰化浸金，对简化流程，降低生产成本有重要意义。

试验研究了用硫氰酸铵从焙烧预处理的金精矿生物氧化渣中浸出金，探讨酸性环境下浸出金的可行性，为低品位金矿的合理开发提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料与试剂

矿样取自某冶炼厂经两段生物氧化的金精矿生物氧化渣。化学多元素(表1)和XRD(图1)分析结果表明：氧化渣中金属硫化物绝大部分为黄铁矿，少量为毒砂和黄铜矿；主要脉石矿物为石英、绿泥石、滑石、重晶石及硅酸盐；有价金属主要是金(90.27 g/t)和银(10.4 g/t)，银品位较低，回收价值不高；存在一定量有害元素砷。自然金粒度(表2)大部分小于20 μm；小于10 μm的超过50%，粒度非常微细。

表1 金精矿生物氧化渣的化学成分 %

图1 金精矿生物氧化渣的XRD图谱

表2 金精矿生物氧化渣中自然金粒度分布

主要试剂：硫氰酸铵，浓硫酸，30%过氧化氢，硫酸铁，西陇科学股份有限公司；高锰酸钾，天津科密欧化学试剂有限公司。所有试剂均为分析纯。

1.2 试验设备

主要设备：马弗炉，六联搅拌器(JJ-4)，磁力搅拌器(DF-101S)，电热鼓风干燥箱(XMA-2000)。

2 试验原理与方法

金精矿生物氧化渣焙烧预处理：称取一定量金精矿生物氧化渣，于马弗炉中在750 ℃下恒温焙烧2 h，自然冷却后得到焙砂。

金精矿生物氧化渣中，金主要包裹于黄铁矿和毒砂内部，浸出剂很难浸润金粒并发生反应；金精矿生物氧化渣中硫含量较高：这不利于硫氰酸铵浸出金。通过焙烧可将黄铁矿和毒砂氧化，使金粒暴露出来，同时去除大部分硫。主要反应如下[7-8]：

在高温有氧条件下，黄铁矿被氧化成赤铁矿，毒砂中的砷被氧化成三氧化二砷，硫以二氧化硫气体形式逸出，其他杂质元素被氧化成相应氧化物[9]。

焙砂氧化浸出：取一定量焙砂加入到500 mL玻璃烧杯中，按一定液固体积质量比加入氧化剂和硫氰酸铵，用硫酸溶液调体系pH，在一定温度下搅拌浸出一定时间后，用布氏漏斗抽滤矿浆，得到浸出液和浸出渣。用适量清水冲洗浸出渣2～3次，烘干后分析其中金质量分数，计算金浸出率。

硫氰酸盐溶解金过程发生的是电化学反应[10]。金粒作为阳极失去电子，与硫氰酸根离子结合形成配合物[11]：

不添加其他氧化剂时，O2在阴极得到电子：

但常温常压条件下，浸出体系中溶解氧浓度较低，氧化金时间较长；为加快浸出速率，可添加电极电势更高的氧化剂Fe3+，此时阴极区发生反应：

以Fe3+作氧化剂，浸出周期短，浸出率高，因为Fe3+的电极电势高于金的氧化电势、低于硫氰酸根离子的被氧化电势；在pH=2的酸性环境中，Fe3+的氧化性较高，能够氧化金[12]；同时，Fe2O3的溶解可进一步使金裸露出来，增大金粒与浸出剂的接触面积，提高金浸出率[13]。

3 试验结果与讨论

3.1 金精矿生物氧化渣焙烧预处理

对金精矿生物氧化渣的焙烧浸出金试验结果见表3。可以看出：经氧化焙烧后，渣中的砷、硫大部分被去除，用硫氰酸铵浸出时，金浸出率达78.90%，较直接浸出时有大幅提高。

表3 直接浸出金与焙烧预处理浸出金的试验结果

3.2 金精矿生物氧化渣焙砂的硫氰酸铵浸出

3.2.1 硫氰酸铵浓度对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，水160 mL，硫酸铁浓度0.4 mol/L， 用50%硫酸调体系pH=2，温度25 ℃，浸出时间4 h，搅拌速度500 r/min，硫氰酸铵浓度对金浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 硫氰酸铵浓度对金浸出率的影响

由图2看出：随硫氰酸铵浓度增大，金浸出率提高；硫氰酸铵浓度增至0.8 mol/L后，金浸出率变化不大。SCN-浓度增大，有利于配合反应正向进行。综合考虑，确定硫氰酸铵浓度以1.0 mol/L为宜。

3.2.2 硫酸铁浓度对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，水160 mL，用50%硫酸调体系pH=2，硫氰酸铵浓度1.0 mol/L，温度25 ℃，浸出时间4 h，搅拌速度500 r/min，硫酸铁浓度对金浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 硫酸铁浓度对金浸出率的影响

由图3看出：随硫酸铁浓度增大，金浸出率迅速提高；但硫酸铁浓度超过0.6 mol/L后，金浸出率又急剧下降。适量加入硫酸铁，体系氧化还原电位发生改变[10]，有利于金的浸出；但过多的硫酸铁会同时氧化硫氰酸铵，使硫酸铁被过量消耗，从而影响金的浸出。综合考虑，确定硫酸铁浓度以0.6 mol/L为宜。

3.2.3 浸出时间对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，水160 mL，用50%硫酸调体系pH=2，硫氰酸铵浓度1.0 mol/L，硫酸铁浓度0.6 mol/L， 温度25 ℃，搅拌速度500 r/min，浸出时间对金浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 浸出时间对金浸出率的影响

由图4看出：随浸出进行，金浸出率迅速升高；浸出4 h后，金浸出率不再变化。综合考虑，确定浸出时间以4 h为宜。

3.2.4 温度对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，水160 mL，用50%硫酸调体系pH=2，硫氰酸铵浓度1.0 mol/L，硫酸铁浓度0.6 mol/L， 浸出时间4 h，搅拌速度500 r/min，温度对金浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 温度对金浸出率的影响

由图5看出：在15～55 ℃范围内，温度对硫氰酸铵浸出金的影响并不大，金浸出率稳定在94%左右。综合考虑，确定浸出在室温下进行即可。

3.2.5 体系pH对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，水160 mL，温度25 ℃，硫氰酸铵浓度1.0 mol/L，硫酸铁浓度0.6 mol/L，浸出时间4 h，搅拌速度500 r/min，用50%硫酸调体系pH，体系pH对金浸出率的影响试验结果如图6所示。

图6 体系pH对金浸出率的影响

由图6看出：体系pH低于2条件下，金浸出率较高且较为稳定；pH高于2后，金浸出率迅速降低。体系pH高于2后，Fe3+在体系中会发生水解形成Fe(OH)3沉淀[14-15]并覆盖在金颗粒表面，阻碍浸出反应进行；且同时消耗了Fe3+，使体系氧化还原电位发生改变，不利于金的浸出。体系酸性较强时，Fe3+氧化效果较好，同时能够溶解Fe2O3，有利于金的浸出。综合考虑，确定适宜体系pH为2。

3.2.6 液固体积质量比对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，硫酸铁浓度0.6 mol/L，体系pH=2，温度25 ℃，硫氰酸铵浓度1.0 mol/L，浸出时间4 h，搅拌速度500 r/min，液固体积质量比对金浸出率的影响试验结果如图7所示。

图7 液固体积质量比对金浸出率的影响

由图7看出：金浸出率随液固体积质量比增大先升高后趋于稳定；液固体积质量比为3/1时，金浸出率达最高，为93.35%。金的浸出反应受扩散控制[16]，液固体积质量比过高或过低都会影响金配合物的形成和扩散，进而影响金的浸出。综合考虑，确定适宜液固体积质量比为3/1。

3.2.7 搅拌速度对金浸出率的影响

焙砂质量80 g，水240 mL，体系pH=2，温度25 ℃，硫氰酸铵浓度1.0 mol/L，硫酸铁浓度0.6 mol/L， 浸出时间4 h，搅拌速度对金浸出率的影响试验结果如图8示。

图8 搅拌速度对金浸出率的影响

由图8看出：随着搅拌速度增大，金浸出率仅略有提高。搅拌速度一定程度上能够影响体系中氧的传质速率和金配合物的扩散速率，适当搅拌是必要的；但搅拌速度过大，反而徒耗能量。综合考虑，确定适宜搅拌速度为600 r/min。

3.3 焙砂及浸出渣的性质分析

金精矿生物氧化渣焙烧后，其元素组成和结构都发生变化，进而影响金的浸出。焙砂的化学多元素分析和X射线衍射分析结果见表4、5和图9。

表4 焙砂的多元素分析结果 %

表5 焙砂与浸出渣的XRF分析结果

图9 金精矿生物氧化渣、焙砂和浸出渣的XRD图谱

由表4、5和图9看出：与焙烧前相比，750 ℃下焙烧2 h后，焙砂中不再有FeS，取而代之的是Fe2O3；而SiO2等其他物质的衍射峰仍然存在，表明经过焙烧后，黄铁矿全部被氧化分解成了赤铁矿，但石英和云母等并不会被氧化；焙烧后，硫化矿物含量显著减少，S质量分数仅剩余0.91%，表明S脱除效果显著；其他元素,如Al、Si、Cu等含量并没有明显变化，说明硫化矿物的存在是影响硫氰酸铵在酸性条件下金浸出率低的重要原因；焙砂浸出后，浸出渣中仅金含量显著降低，其他元素的矿物组成和含量均没有发生明显变化，表明该体系只有金发生了溶解，而石英、云母等几乎不发生反应，也不干扰金的浸出。

4 结论

难处理硫化金精矿生物氧化渣经焙烧处理后，以硫氰酸铵为浸出剂、硫酸铁为氧化剂，在酸性条件下可以实现金的浸出，适宜条件下，金浸出率可达94%，且浸出时间大大缩短。浸出过程中，除金以外，其他元素都稳定于渣中，不干扰金的浸出也不溶解进入浸出液。该方法简单方便，硫氰酸盐毒性低，安全可靠，可望替代氰化法用于金的提取。