王振銀,王 懷,段帥康,張玉帥,劉 威,王政華,徐 鵬

(北方礦業(yè)有限責(zé)任公司)

引 言

中國(guó)金礦資源以中、小型礦山為主,早期建設(shè)的礦山經(jīng)長(zhǎng)期開(kāi)采后,金礦資源儲(chǔ)量難以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)日益發(fā)展需求[1],投資開(kāi)發(fā)海外金礦資源對(duì)于保障中國(guó)礦產(chǎn)資源安全具有重要意義。

蘇丹某金礦床位于蘇丹共和國(guó)北部,該地氣候干燥,降雨量較少,水資源匱乏,地勢(shì)開(kāi)闊平坦。針對(duì)該金礦床礦石的開(kāi)發(fā)生產(chǎn),應(yīng)當(dāng)選擇節(jié)水、易于操作和運(yùn)營(yíng)維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的工藝。黃金生產(chǎn)工藝中,氰化鈉作為浸出劑具有成本低廉和反應(yīng)效率高等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用100余年,但存在產(chǎn)出的含氰尾礦、尾水等對(duì)環(huán)境危害性較高、處理困難、處理成本高等問(wèn)題[2-4]。近年來(lái),中國(guó)開(kāi)發(fā)了多種新型無(wú)氰或低氰環(huán)保浸金劑,與氰化鈉相比具有溶金效率相近、低毒環(huán)保、便于運(yùn)輸儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)[5]。試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明:環(huán)保浸金劑可以一定程度上替代氰化鈉應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)[6-7]。本文在對(duì)蘇丹某金礦床礦石進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上,使用某環(huán)保浸金劑開(kāi)展了攪拌浸出試驗(yàn)、滾瓶浸出試驗(yàn)和柱浸試驗(yàn),以期探索該礦石的浸出特性,并確定適宜的生產(chǎn)工藝。

1 工藝礦物學(xué)研究

1.1 礦樣來(lái)源及物質(zhì)組成

礦樣為蘇丹某金礦床不同深度的巖芯樣品,礦樣編號(hào)分別為 W1(0～30 m)、W2(30～70 m)、W3(70～120 m)和W4(>120 m)。礦樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。表1說(shuō)明:礦樣W1～W4的金品位分別為1.13 g/t、1.51 g/t、2.47 g/t和2.03 g/t,影響金浸出的有害元素Cu、Pb、Zn和As等含量較低。

表1 礦樣化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Analysis results of chemical multi-element

借助礦物參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)(MLA)對(duì)礦樣W1～W4的具體礦物組成進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)圖1。圖1說(shuō)明:礦樣W1～W4主要礦物組成為長(zhǎng)石、黑云母、石英等硅酸鹽礦物,共計(jì)占比均在80 %以上。此外,礦樣W1～W4還含有少量鐵氧化物和黃鐵礦等,礦樣W1～W4的鐵氧化物和黃鐵礦占比分別為0.5 %～3.6 %和0.5 %～0.8 %。

圖1 MLA分析結(jié)果Fig.1 MLA results

1.2 礦樣金賦存狀態(tài)

使用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)礦樣W1～W4進(jìn)行分析,考察了含金礦物顆粒形貌和尺寸,結(jié)果見(jiàn)圖2。圖2說(shuō)明:礦樣W1～W4中的金大部分以裸露金形式存在。其中,礦樣W1的金顆粒尺寸可達(dá)250 μm,礦樣W2和W3的金顆粒尺寸為30～70 μm,礦樣W4可觀(guān)察到部分金被黃鐵礦包裹,金顆粒平均尺寸為20 μm。

a-礦樣W1 b-礦樣W2 c-礦樣W3 d-礦樣W4圖2 礦樣W1～W4 SEM圖像Fig.2 SEM image of ore samples W1-W4

對(duì)礦樣W1～W4進(jìn)行金診斷浸出,以確定包裹金狀態(tài),結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)礦樣W1～W4中的硫和碳物相組成進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表2 金診斷浸出結(jié)果Table 2 Diagnostic leaching results of gold

表3 硫元素物相分析結(jié)果Table 3 Physical phase analysis results of sulfur

表4 碳元素物相分析結(jié)果Table 4 Physical phase analysis results of carbon

圖2、表2說(shuō)明:礦樣W1～W4中的金大部分都以裸露金形式存在,占比分別為94.38 %、93.56 %、93.88 %和94.71 %;碳酸鹽礦物及氧化礦物包裹金的比例較小,為1 %～3 %;此外,還有3 %～4 %的金包裹在硅酸鹽礦物及其他礦物中,預(yù)計(jì)這2部分包裹金較難浸出。表3、表4說(shuō)明:礦樣W1～W4中還原硫占比均低于0.5 %,有機(jī)碳占比均低于0.04 %。理論上,試驗(yàn)過(guò)程中劫金現(xiàn)象不顯著。

1.3 SMC落重試驗(yàn)

對(duì)礦樣W1～W4進(jìn)行SMC落重試驗(yàn),考察礦樣硬度特性,測(cè)定的參數(shù)見(jiàn)表5。SMC數(shù)據(jù)庫(kù)有超過(guò)25 000個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù),絕大部分樣品DWi為0.5～14.0 kW·h/m3,A×b為20～185。表5說(shuō)明:礦樣W1為中等堅(jiān)硬,礦樣W2為堅(jiān)硬,礦樣W3和W4為極堅(jiān)硬。

表5 SMC試驗(yàn)主要參數(shù)Table 5 Main parameters of SMC tests

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備與藥劑

試驗(yàn)設(shè)備:新西蘭Rocklabs生產(chǎn)的BOYD MK3型破碎機(jī),ZDM-200型振磨制樣機(jī),IKA RW20型電動(dòng)攪拌器,FEI 6500F型現(xiàn)代礦物自動(dòng)定量分析儀(MLA),安捷倫700系列ICP-OES,ZCA-1000AFG型火焰原子吸收分光光度計(jì),Thermo Orion 3 Star型pH計(jì),雷弗BT100S型蠕動(dòng)泵,260/200 DL-5C型圓盤(pán)真空抽濾機(jī),自制滾瓶試驗(yàn)裝置,玻璃鋼浸出柱。

試驗(yàn)藥劑:國(guó)產(chǎn)某環(huán)保浸金劑JC,外觀(guān)為固體白色粉末,其主要成分為聚合氰胺鈉和碳化三聚氰酸鈉;分析純級(jí)CaO,用以調(diào)節(jié)pH;溶劑為自來(lái)水。

2.2 試驗(yàn)步驟與方法

礦樣W1～W4首先通過(guò)顎式破碎機(jī)破碎至柱浸試驗(yàn)所需粒度,縮分出用于較粗粒級(jí)柱浸試驗(yàn)[8]的礦樣;縮分剩余樣品進(jìn)一步經(jīng)對(duì)輥破碎,繼續(xù)縮分出較細(xì)粒級(jí)柱浸試驗(yàn)的礦樣和滾瓶浸出試驗(yàn)[9]的礦樣;最后,剩余樣品破碎至-2 mm,縮分出化學(xué)分析樣品和攪拌浸出試驗(yàn)礦樣,再進(jìn)一步磨細(xì)后,用于化驗(yàn)分析和攪拌浸出試驗(yàn)[10]。試驗(yàn)過(guò)程中使用CaO調(diào)節(jié)pH,然后向浸出體系中加入環(huán)保浸金劑JC進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程中視情況補(bǔ)加適量CaO以維持浸出體系pH恒定,試驗(yàn)結(jié)束后檢測(cè)浸出液中CN-及金含量,并檢測(cè)浸渣中金品位。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 攪拌浸出試驗(yàn)

攪拌浸出試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖3。試驗(yàn)條件為:礦石量200 g、液固比2∶1、室溫(25 ℃)、CaO調(diào)節(jié)pH值至10.5～11.0、浸出時(shí)間24 h。攪拌浸出試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

圖3 攪拌浸出試驗(yàn)裝置示意圖Fig.3 Illustration of agitation leaching test device

表6 攪拌浸出試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Agitation leaching test results

表6說(shuō)明:粒度為P80=75 μm時(shí),礦樣W1、W2、W3和W4的浸出率均在90 %以上;粒度為P80=150 μm時(shí),礦樣W1、W2、W3和W4的浸出率均在85 %以上。試驗(yàn)表明,礦石在P80=75 μm、P80=150 μm粒級(jí)下具有良好的氰化浸出性能。

3.2 滾瓶浸出試驗(yàn)

該礦石在較細(xì)粒級(jí)下顯示出較好的可浸性,為探索礦石在較粗粒級(jí)下的可浸性,進(jìn)行了滾瓶浸出試驗(yàn),試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖4。試驗(yàn)條件為:礦石量2 000 g、礦石粒度P80=4.5 mm、液固比1.2∶1、JC藥劑質(zhì)量濃度1.15 g/L、室溫(25 ℃)、CaO調(diào)節(jié)pH值至10.5～11.0、浸出時(shí)間7d。滾瓶浸出試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

圖4 滾瓶浸出試驗(yàn)裝置示意圖Fig.4 Illustration of roll bottle leaching test device

表7 滾瓶浸出試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Roll bottle leaching test results

表7說(shuō)明:礦樣W1浸出率為70.80 %,礦樣W2、W3和W4的浸出率分別為58.28 %、49.39 %和44.83 %。試驗(yàn)表明,該礦石在P80=4.5 mm粒級(jí)下仍具有一定的可浸性,表層礦樣W1相對(duì)于深層(>30 m)礦樣W2、W3和W4的可浸性更好。

3.3 柱浸試驗(yàn)

分別對(duì)兩種粒級(jí)(P80=6 mm、P80=10 mm)的礦樣W1、W2、W3和W4進(jìn)行了柱浸試驗(yàn),試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖5。

3.3.1 粒級(jí)P80=6 mm礦樣

試驗(yàn)條件為:礦石量10 kg,JC藥劑質(zhì)量濃度1.0 g/L,滴淋速率8 L/(m2·h),室溫(25 ℃),柱浸試驗(yàn)編號(hào)為W1-S、W2-S、W3-S、W4-S,浸出時(shí)間96 d。柱浸試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8,柱浸過(guò)程中液計(jì)浸出率見(jiàn)圖6。

圖6 粒級(jí)P80=6 mm礦樣柱浸試驗(yàn)過(guò)程中液計(jì)浸出率Fig.6 Leaching rate in terms of liquid during column test of ore samples with P80=6 mm

表8 粒級(jí)P80=6 mm礦樣柱浸試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Column test results of ore samples with P80=6 mm

表8說(shuō)明:柱浸96 d后,W1-S、W2-S、W3-S、W4-S的渣計(jì)浸出率為65.49 %、50.99 %、44.94 %和38.42 %。圖6說(shuō)明:浸出前20 d,浸出速度快,之后逐漸降低;浸出至80 d后,浸出率趨于平緩,W1-S、W2-S、W3-S和W4-S的液計(jì)浸出率分別為68.65 %、54.43 %、48.15 %和40.78 %,在可接受的誤差范圍內(nèi)與液計(jì)浸出率趨勢(shì)相符。試驗(yàn)表明,在P80=6 mm粒級(jí)下,礦樣W1～W4仍具有一定可浸性。

3.3.2 粒級(jí)P80=10 mm礦樣

試驗(yàn)條件為:礦石量15 kg,JC藥劑質(zhì)量濃度1.0 g/L,滴淋速度8 L/(m2·h),室溫(25 ℃),柱浸試驗(yàn)編號(hào)為W1-L、W2-L、W3-L、W4-L,浸出時(shí)間96 d。柱浸試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9,柱浸過(guò)程液計(jì)浸出率見(jiàn)圖7。

圖7 粒級(jí)P80=10 mm礦樣柱浸試驗(yàn)過(guò)程中液計(jì)浸出率Fig.7 Leaching rate in terms of liquid during column test of ore samples with P80=10 mm

表9 粒級(jí)P80=10 mm礦樣柱浸試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Column test results of ore samples with P80=10 mm

表9說(shuō)明:柱浸96 d后,W1-L、W2-L、W3-L、W4-L的渣計(jì)浸出率分別為53.98 %、33.77 %、26.32 %和15.76 %。圖7說(shuō)明:浸出前15 d,金浸出速度較快,之后浸出速度減緩;浸出60 d后,金浸出率趨于平緩;浸出結(jié)束時(shí),W1-L、W2-L、W3-L和W4-L的液計(jì)浸出率分別為55.12 %、34.31 %、28.46 %和20.11 %,在可接受的誤差范圍內(nèi)與液計(jì)浸出率趨勢(shì)相符。

與粒級(jí)P80=6 mm礦樣柱浸試驗(yàn)相比,粒級(jí)為P80=10 mm時(shí),金的浸出速度和最終浸出率均有所下降,W1、W2、W3和W4的渣計(jì)浸出率分別下降了11.51百分點(diǎn)、17.22百分點(diǎn)、18.62百分點(diǎn)和22.66百分點(diǎn),JC藥劑耗量也由1 kg/t左右降至0.5 kg/t左右,其中W2、W3和W4藥劑耗量下降程度最為顯著,這是因?yàn)樯畈康V樣中的金以較細(xì)(20～70 μm)顆粒嵌布在礦石中,且礦石較為堅(jiān)硬致密,必須磨細(xì)至一定的粒級(jí)才能使得浸金劑與金充分接觸,從而實(shí)現(xiàn)有效浸出。上述試驗(yàn)結(jié)果表明,在柱浸過(guò)程中,較粗粒度不利于金浸出,且隨著礦體深度加大,金的浸出性能逐漸下降,表層(0～30 m)礦樣W1有較大的堆浸潛力。

4 結(jié) 論

1)蘇丹某金礦床礦石主要的礦物組成為長(zhǎng)石、黑云母、石英等硅酸鹽礦物,金大部分都以裸露金形式存在,礦樣W1～W4的裸露金分別占比94.38 %、93.56 %、93.88 %和94.71 %。礦樣W1金顆粒尺寸可達(dá)250 μm,礦樣W2和W3金顆粒尺寸為30～70 μm,礦樣W4金顆粒平均尺寸為20 μm。礦樣W1～W4含還原硫均低于0.5 %,含有機(jī)碳低于0.04 %。

2)蘇丹某金礦床表層(0～30 m)礦樣W1具有一定的堆浸潛力,粒級(jí)P80=75 μm、P80=150 μm的攪拌浸出率分別為92.92 %和86.73 %,粒級(jí)P80=4.5 mm的滾瓶浸出率為70.80 %,粒級(jí)P80=6 mm、P80=10 mm柱浸的渣計(jì)浸出率分別為65.49 %和53.98 %,下一步應(yīng)繼續(xù)開(kāi)展半工業(yè)規(guī)模堆浸驗(yàn)證試驗(yàn),明確表層礦石的堆浸可行性。另外,該表層礦石最終生產(chǎn)采用攪拌浸出工藝還是堆浸工藝,需要根據(jù)建設(shè)投資、經(jīng)濟(jì)效益、尾礦處理等綜合考慮。

3)蘇丹某金礦床深部(30～120 m)礦樣W2、W3和W4在較細(xì)粒級(jí)下的浸出性能較好,在較粗粒級(jí)下的浸出性能相對(duì)較差,且隨著礦體深度加大,金浸出性能逐漸下降。礦樣W2、W3和W4在粒級(jí)P80=75 μm、P80=150 μm的攪拌浸出率均分別高于90 %和85 %,粒級(jí)P80=4.5 mm的滾瓶浸出率分別為58.28 %、49.39 %和44.83 %,粒級(jí)P80=6 mm的柱浸渣計(jì)浸出率分別為50.99 %、44.94 %和38.42 %,粒級(jí)P80=10 mm的柱浸渣計(jì)浸出率不足35 %,其中礦樣W4不足20 %。因此,深部(30～120 m)礦樣W2、W3和W4不適宜采用堆浸工藝,更適合攪拌浸出工藝,應(yīng)通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)優(yōu)化磨礦細(xì)度、礦漿濃度和藥劑用量等工藝參數(shù)。