金礦石中的汞在選冶過程中的走向

林鴻漢

(低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 上杭 364200)

金礦石中的汞在選冶過程中的走向

林鴻漢

(低品位難處理黃金資源綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 上杭 364200)

介紹了汞的性質(zhì)及主要礦物辰砂的特性、含汞金礦石主要處理工藝及汞在選冶過程中的走向。含汞金礦石選冶過程中，汞以Hg2+、Hg0或氣體、固體形式分布在各個工序中，需要對其走向嚴(yán)格監(jiān)控，防止污染發(fā)生。

金礦石；汞；選冶；走向

隨著易選冶金礦資源的日漸枯竭，復(fù)雜難選冶的金礦資源愈來愈受重視。礦石中含砷、銅、碳、汞、銻等已是普遍現(xiàn)象，難處理金礦資源逐步成為提取金的主要原料。汞是環(huán)境中毒性強(qiáng)的重金屬元素之一，含汞金礦的開采會給環(huán)境帶來較大污染隱患，越來越受關(guān)注。含汞金礦石處理工藝流程的選擇及汞在選冶過程中的走向監(jiān)控對開發(fā)同類礦石具有重要意義。

1 汞及其主要礦物特性

汞屬于親銅族元素，具有親銅元素特點(diǎn)。已知的汞礦物有26種，其中以汞的硫化物為主，其他則是少量的自然汞、硒化物、碲化物等。汞的硫化物主要是辰砂，存在于所有含汞礦床內(nèi)，與辰砂相伴的常見金屬礦物有黃鐵礦、輝銻礦、雄黃、雌黃、閃鋅礦等[1-2]。

辰砂是最具價值的汞礦物，其顏色鮮亮，性脆(易過磨泥化)，密度8～8.2 g/cm3，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易氧化，不溶于水、酸和堿溶液。辰砂還具有良好的天然可浮性，極易被黃藥捕收，且基本不被氰化物、重鉻酸鉀、硫化鈉、糊精、淀粉等抑制劑抑制。

辰砂顏色鮮亮且密度較大，因此在處理含汞多金屬礦石時多采用手選、重選法，其中重選設(shè)備有搖床、溜槽和螺旋選礦機(jī)等。浮選辰砂時，通常不需要活化劑，只用黃藥即可。

2 含汞金礦石的處理

對于含汞金礦石，主要采用浮選—兩段流態(tài)化焙燒預(yù)氧化[3]、浮選—金精礦加壓氧化或浮選—金精礦細(xì)菌氧化等工藝[4]進(jìn)行處理。原礦焙燒技術(shù)在20世紀(jì)80年代后期得到迅速發(fā)展。隨著循環(huán)流態(tài)化焙燒技術(shù)的出現(xiàn)，以及投資成本降低、金回收率提高(提高5%～15%)，同時防污染和固硫、固砷方面取得較好成績，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，國外相繼投產(chǎn)了至少8家原生礦石循環(huán)流態(tài)化焙燒提金廠[5]。印尼的Minabasa金礦石采用原礦焙燒技術(shù)，處理規(guī)模達(dá)2.2 kt/d，于2001年投產(chǎn)，礦石中汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)9 g/t，汞回收率為99%[6]。

中國卡林型難處理金礦石主要集中在西部各省，這些礦石中大部分含砷、碳、汞、銻等元素，國內(nèi)一般采用浮選—焙燒和浮選—細(xì)菌預(yù)氧化流程加以處理[7]。其中，應(yīng)用最廣泛和最成熟的工藝是浮選—焙燒預(yù)氧化。近年來開發(fā)的原礦焙燒技術(shù)具有金回收率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用[8]。

中國現(xiàn)有大多數(shù)沸騰焙燒冶煉廠在建設(shè)時都未考慮對精礦中汞等有害元素的治理，只關(guān)注了二氧化硫、砷及重金屬的環(huán)保治理。北京礦冶研究總院研究開發(fā)含砷、汞難處理金礦清潔生產(chǎn)工藝最早，從1990年開始研究從含砷、碳、銻、汞、銅等復(fù)雜金礦石或金精礦中提取金，其中，含砷、碳、銅型復(fù)雜金精礦沸騰焙燒提金工藝有效解決了金礦石浮選回收率低、環(huán)境污染等問題，并已在國內(nèi)多家黃金企業(yè)得到應(yīng)用[9]。

3 汞在金礦石選冶過程中的走向

含汞礦石在回收金過程中會有汞蒸汽排出。礦石采用氰化物溶液浸出金，含金氰化浸出液收集后進(jìn)一步提取金。礦石中含有汞時，在某些物理化學(xué)條件下，汞會在選冶過程中釋放到空氣中。選冶過程中控制汞排放的關(guān)鍵因素[10]如下：

1)汞在選冶過程中的化學(xué)相態(tài)。與氧化態(tài)的汞(Hg+，Hg2+)相比，單質(zhì)汞(Hg0)的蒸汽壓較高。在許多工藝過程中(包括物理和化學(xué)過程)，如焙燒、活性炭再生、電解回收金(電沉積)、鋅沉淀法回收金、蒸餾和熔煉等，汞都是以Hg0形式存在[11]。

2)工藝單元溫度。汞在高溫下有更大氣相區(qū)，更易以蒸汽形式存在[12]。礦石處理過程中，需要升溫的工序有焙燒、加壓氧化(高壓釜加壓)、活性炭再生、電沉積、干餾和熔煉。

3)工藝配置。相比于沒有氣體排放的工藝或采用容器或壓力釜時所釋放的汞量，采用有氣體排出的工序所釋放的汞量更多。會產(chǎn)生氣體排出的工序有焙燒、活性炭再生、干餾和熔煉。

3.1開采與破碎工序中汞的走向

金礦石一般采用爆破和大型土方設(shè)備從地表或地下開采出來。采出的礦石送去破碎。破碎過程中，汞排放量非常少，一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不需加熱處理，汞仍以硫化汞(辰砂)形式存在。

破碎后的礦石需要研磨，使礦石達(dá)到一定粒級，礦石中的金暴露出來，然后進(jìn)行氰化浸出或浮選富集[13]。與破碎工序相同，磨礦過程中的汞排放量很少。

3.2焙燒工序中汞的走向

焙燒可使礦石中的碳質(zhì)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳，硫轉(zhuǎn)化為二氧化硫，金屬硫化物轉(zhuǎn)化為氧化物，但單質(zhì)汞在焙燒溫度(538 ℃)下仍較穩(wěn)定，辰砂發(fā)生氧化反應(yīng)[14]：

爐膛中燃燒產(chǎn)生的單質(zhì)汞以氣態(tài)形式存在，并進(jìn)入燃燒煙氣中。煙氣中汞的去除采用可有效去除單質(zhì)汞的污染控制設(shè)備即可。

3.3熱壓工序中汞的走向

礦漿在高壓釜內(nèi)攪拌處理，在低pH、加壓有氧環(huán)境中，超過95%的硫化物被氧化轉(zhuǎn)變成硫酸鹽。礦漿中的汞在該條件下發(fā)生的反應(yīng)[15]為

渣中的硫酸汞可能發(fā)生化學(xué)溶解，也可能發(fā)生反應(yīng)生成其他含汞化合物，如氧化汞(HgO)。所有這些汞化合物在礦漿中會存在于固相和液相中。蒸汽中的汞以Hg2+形式存在，從高壓釜中以氣態(tài)形式排放，可采用濕法污染控制設(shè)備進(jìn)行有效控制[16]。

加壓反應(yīng)過程中加入鹵化物，可以抑制汞的溶解，使其主要保留在固體殘渣中，但這樣會降低金浸出率[17]。

3.4氰化浸出工序中汞的走向

氰化浸金工序中，礦石中的汞可能被浸出到氰化液中。汞的浸出量取決于氰化物濃度。M.M.Matlock等[18]用BDET2與汞形成螯合配合劑，選擇性地將浸出液中的汞質(zhì)量濃度從34.5 mg/L降至0.014 mg/L(10 min)和0.008 mg/L(15 min)，同時，金浸出率不受影響。F.Tassel[19]利用溶氣浮選法(DAF)去除稀溶液中98%的汞。這些化學(xué)添加劑必須嚴(yán)格控制并小心加入，以確保金和(或)銀的回收不受影響。氰化工藝不在高溫下進(jìn)行，汞或以固態(tài)形式存在于礦石中，或以氰化配合物形式溶解于浸出液中，因此，浸出過程中的汞排放量很小。

3.5載金炭解吸工序中汞的走向

負(fù)載于活性炭上的金、銀通過解吸進(jìn)入到溶液中，大量汞仍然留在活性炭上。通常，Zarda解吸工序中，汞在活性炭上的殘留量要比AARL工藝或有機(jī)物解吸工藝的更多[20]。有些工藝通過添加硫化鈉或硫化鈣到含金溶液中可使活性炭優(yōu)先吸附金。R.G.Sandberg等[21]研究發(fā)現(xiàn)，每t礦石添加45.36 g硫化鈣，汞吸附率可從27%降至0.4%。這是因?yàn)樵诨钚蕴课街?，先加入硫化鈉可使汞以硫化汞形式沉淀下來，通過過濾可以去除。

3.6活性炭再生工序中汞的走向

載金炭解吸之后、返回吸附金之前需要對其進(jìn)行再生處理。進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后，碳開始被加熱，汞和其他雜質(zhì)脫附進(jìn)入到爐膛氣相中。再生的活性炭從爐膛出來后進(jìn)行冷卻，而氣體隨燃燒廢氣排放出去；多數(shù)回轉(zhuǎn)窯選用天然氣或丙烷作燃料[22]。含有水蒸氣、一氧化碳和汞蒸汽的廢氣被送至污染控制系統(tǒng)。顆?？刂蒲b置，如文丘里洗滌器或靜電除塵器，對汞蒸汽的控制無效，活性炭過濾器或硒濾波器能夠?qū)⒐瘡膹U氣中有效吸附而除去[23]。

3.7從解吸液中回收金工序中汞的走向

通過電化學(xué)法或化學(xué)法從金解吸液中回收金，在金回收工藝中，其他金屬元素，如銀、汞等也會共沉淀析出，且汞的排放可能非常嚴(yán)重。解吸液中含有大量汞，采用電積法或鋅沉淀法所獲得的產(chǎn)物中有單質(zhì)汞存在[24]。電解槽中一般會放置一個鼓氣設(shè)備用于驅(qū)趕氨和陽極上產(chǎn)生的其他氣體。電解槽中的單質(zhì)汞會蒸發(fā)或與陽極產(chǎn)生的氣體一起逸出。因?yàn)殡娊獠鄣牟僮鳒囟纫话阍?2～49 ℃之間，活性炭過濾器可以通過吸附汞進(jìn)而有效控制電解槽中汞的排放[25]。鋅沉淀過程中，汞的排放量很低。以上操作應(yīng)該在有蓋容器和有通風(fēng)環(huán)境中進(jìn)行，因?yàn)樗贸练e物(或電積物)中含有單質(zhì)汞。S.A.N.Sheya等[26]研究發(fā)現(xiàn)，增大汞涂層銅陰極板活性表面，可以有效去除溶液(Hg質(zhì)量濃度1.9～2.0 mg/L，Au質(zhì)量濃度20～345 mg/L，Ag質(zhì)量濃度0.35～39.5 mg/L)中96%的汞。

3.8干餾工序中汞的走向

含有汞的固體通過干餾可回收汞。含汞固體被置于盆或托盤中送至真空室，在600～700 ℃下干餾12～24 h，可除去99%的汞[27]。爐料在局部真空環(huán)境下加熱，汞被蒸發(fā)并被冷水冷凝器收集。液態(tài)汞從冷凝器管道流入收集槽。干餾后的金和銀中汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～8 g/kg。冷凝器允許約0.4%～0.7%的汞以氣體形式排出。有些裝置將炭吸附過濾器安裝在冷凝器與真空泵之間，要求活性炭過濾器對冷凝器尾部的冷卻氣體中汞的去除率保持在95%以上[28]。

3.9精煉工序中汞的走向

干餾后的金和銀中還含有一些雜質(zhì)，如少量的有色金屬和黑色金屬，以及一些殘留汞。干餾后的金和銀在精煉爐中經(jīng)精煉和除雜得到產(chǎn)品金銀合金[29]。金與添加劑被放入到坩堝中加熱到大約1 500 ℃，添加劑先吸附金中的雜質(zhì)，而大部分殘留的汞蒸發(fā)。將熔融物倒入到容器中，雜質(zhì)漂浮在上面，固化后將其去除。除雜后的金送至精煉，精煉后可獲得純度99.5%的金塊。單質(zhì)汞以汞蒸汽形式存在。由于多數(shù)金銀爐的產(chǎn)量低于1 t/h，且以電磁感應(yīng)作為加熱源，所以可以采用通風(fēng)櫥排放產(chǎn)生的煙氣。通風(fēng)處應(yīng)安裝有文丘里洗滌器或其他顆?？刂圃O(shè)備。

4 結(jié)束語

自然界中，含汞礦物主要以辰砂形式存在于多金屬礦物中，辰砂密度大、脆性大(易泥化)、可浮性好，在與多金屬礦物分離時可采用重選、浮選、焙燒等工藝。破磨工序中，汞較為穩(wěn)定；焙燒時汞以氣態(tài)形式進(jìn)入煙氣；熱壓浸出過程中，汞主要轉(zhuǎn)化為硫酸汞進(jìn)入渣中；氰化浸金時，汞也會被轉(zhuǎn)入氰化浸出液中，易被炭吸附；含有汞的炭通過干餾回收汞。

含汞金礦石在選冶過程中，汞以Hg2+、Hg0或氣體、固體形式分布在各個工序中，需要對汞的走向嚴(yán)格監(jiān)測，以防止污染發(fā)生。

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DeportmentofMercuryDuringGoldExtractionProcess

LIN Honghan

(StateKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofLow-GradeRefractoryGoldOres，ZijinMiningGroupCo.,Ltd.,Shanghang364200,China)

This paper briefly reviewes the important properties of element mercury and major mercury bearing minerals，the processing technologies for mercury bearing gold ores，and the deportment of mercury during gold extraction process.It is notes that during gold extraction process,mercury mainly exists as Hg2+，Hg0in the form of gas or solid，which deport to all operation units，hence strict monitoring of mercury is highly needed to prevent potential pollution.

gold ores;mercury;gold extraction;deportment

TF831

A

1009-2617(2017)05-0365-04

林鴻漢(1971-)，男，福建龍巖人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)闈穹ㄒ苯鸺碍h(huán)境保護(hù)。

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.05.003

2016-09-06