何志強(qiáng) 李棟 田慶華 郭學(xué)益 張磊
摘要:濕法提金技術(shù)由于具有工藝成熟、適應(yīng)性強(qiáng)、相對于火法能耗低等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于黃金生產(chǎn)中。介紹了氰化法、硫脲法、氯化法、硫代硫酸鹽法、多硫化物法及石硫合劑法等濕法提金技術(shù)的原理,分析了其優(yōu)缺點(diǎn),總結(jié)了濕法提金技術(shù)的發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀,展望了濕法提金技術(shù)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:濕法提金;氰化法;硫脲法;氯化法;硫代硫酸鹽法;多硫化物法;石硫合劑法
中圖分類號:TD953
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號:1001-1277(2022)02-0065-10
doi:10.11792/hj20220212
引 言
黃金作為一種貴金屬在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用,其生產(chǎn)與儲備是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志[1]。截至2019年,中國黃金產(chǎn)量連續(xù)13年位居全球第一,而隨著黃金資源的逐年開采,優(yōu)質(zhì)易處理金礦資源不斷減少,低品位、難處理金礦石成為今后黃金工業(yè)生產(chǎn)主要原料[2]。濕法提金技術(shù)因具有效率高、能耗低、金回收率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于黃金生產(chǎn)中,其主要包括氰化法、硫脲法、硫代硫酸鹽法、氯化法、多硫化物法及石硫合劑法等。
氰化法已有近200年歷史,應(yīng)用最為廣泛,全世界80 %以上的黃金冶煉廠均采用氰化法提金[3-7]。硫脲法具有提金效率高、無毒和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),深受研究人員青睞[8-9]。近年來,硫脲法結(jié)合生物、物理等預(yù)處理技術(shù)提金,取得了較好的研究成果。硫代硫酸鹽法[10-11]被認(rèn)為是最有前途的非氰提金方法,但其浸金條件苛刻,試劑消耗量大,工業(yè)應(yīng)用困難。氯化法[12]具有工藝流程短、污染小、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),可實現(xiàn)難處理金礦石中金的高效浸出,適合處理含碳、砷的金礦石及酸性含金物料。多硫化物法[13]在20世紀(jì)60年代被提出,其利用多硫螯合離子S2-2、S2-3、S2-4、S2-5對金的絡(luò)合能力,在氧化劑的配合下,可有效溶解金。石硫合劑(LSSS)法[14-15]是中國首先提出的非氰提金新方法,LSSS是以較便宜的石灰和硫磺為原料合成的,該方法發(fā)展迅速。
自20世紀(jì)90年代以來,隨著國際社會環(huán)保觀念的普及,氰化提金帶來的環(huán)境污染問題受到人們廣泛關(guān)注,清潔提金技術(shù)蓬勃發(fā)展,取得了令人矚目的成就[16]。本文對前人研究成果進(jìn)行了全面總結(jié)、分析,詳細(xì)闡述了近年來濕法提金技術(shù)的發(fā)展歷程及工業(yè)應(yīng)用情況,并對黃金提取技術(shù)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了討論和展望。
1 濕法提金技術(shù)
1.1 氰化提金技術(shù)
1.1.1 原 理
金在氰化物溶液中的溶解分2個階段[17]完成:
第一階段為金溶解,同時產(chǎn)生過氧化氫:
第二階段為過氧化氫協(xié)同氰化物再溶解金:
綜合上述2個化學(xué)反應(yīng)式,即一步溶解反應(yīng)為:
氰化法是一種適應(yīng)性廣、成本低、浸出率高的浸金方法,但氰化物劇毒,環(huán)境污染嚴(yán)重。此外,該方法浸金速度較慢、易受雜質(zhì)元素影響,對細(xì)粒包裹金、高砷、高硫的難處理金礦石處理效果較差。
1.1.2 發(fā)展歷程及工業(yè)應(yīng)用
18世紀(jì)西方的研究人員首次發(fā)現(xiàn)金可溶于氰化物溶液,1846年Elsner通過試驗提出了金的氰化反應(yīng)原理,1887年該方法開始應(yīng)用于從礦石中提取金[18]。F.W.和W.弗雷斯特兄弟采用濃氰化鉀溶液浸出礦石中的金,并用鋅塊從浸出液中置換沉淀金[19]。1890年,Mac Arthur 提出稀氰化物溶解—鋅屑置換提金的氰化工藝,并于同年在非洲建立了第一座氰化廠。中國在20世紀(jì)初開始應(yīng)用氰化法提取金。1901年,在威海范家埠首建2 t/d試驗廠,第一次使用氰化法提金。但是,由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制,只能采用滲濾氰化和槽浸等工藝,其勞動強(qiáng)度大、金浸出率低。
新中國成立后,氰化提金技術(shù)得到了較快發(fā)展。1963年,山東招遠(yuǎn)靈山金礦首次開展了間歇攪拌氰化試驗,并于1965年獲得較好試驗效果;翌年實現(xiàn)了采用機(jī)械連續(xù)攪拌氰化工藝生產(chǎn)黃金,并在國內(nèi)各大金礦推廣應(yīng)用,至此中國氰化提金工藝進(jìn)入了一個新的階段。
20世紀(jì)60年代初期,氰化炭漿法逐步發(fā)展,進(jìn)一步提高了氰化法對金礦石的適應(yīng)性和金浸出率。1961年,美國科羅拉多州的卡林金礦首次將氰化炭漿工藝用于小規(guī)模生產(chǎn),其完善的工藝于1973年應(yīng)用于美國南達(dá)科州霍姆斯特克金礦選礦廠,處理量為2 250 t/d[20]。此后,在美國、南非、菲律賓、澳大利亞、津巴布韋等國相繼建立了幾十座氰化炭漿提金廠。中國于20世紀(jì)70年代末開始研究氰化炭漿法,自吉林赤衛(wèi)溝金礦100 t/d全泥氰化廠建成后,1983年建成了烏拉嘎500 t/d全泥氰化廠。1984年8月,河南靈湖金礦建成了第一座50 t/d全泥氰化炭漿提金廠,此后十幾座炭漿提金廠相繼投產(chǎn)[21]。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期,中國已有氰化炭漿提金廠百余座[22]。
繼氰化炭漿法之后,1971年世界上第一家工業(yè)規(guī)模的金堆浸場在美國內(nèi)華達(dá)州投產(chǎn),用于處理低品位金礦石,黃金生產(chǎn)工藝取得重大突破[23]。1980年,美國將制粒技術(shù)應(yīng)用于堆浸工藝提取金,標(biāo)志著氰化堆浸提金技術(shù)的完善和成熟。之后,Wade 公司將滴淋布液系統(tǒng)應(yīng)用于羅切斯特(Rochester) 金礦的堆浸工藝,進(jìn)一步完善了氰化堆浸提金技術(shù)[24]。中國低品位金礦堆浸技術(shù)研究始于1979年,1981年通過生產(chǎn)鑒定,隨后在河南、河北、湖南等省推廣。1991年,新疆薩爾布拉克金礦11 t/d原礦堆浸試生產(chǎn)成功,為中國大規(guī)模堆浸設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)管理提供了經(jīng)驗。近年來,國內(nèi)氰化堆浸提金工藝發(fā)展迅速,以內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司和紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司應(yīng)用為代表[25]。
20世紀(jì)50年代,有報道提出利用純氧代替空氣通入氰化浸金液中,可提高金的浸出速率,降低氰化物消耗量。1983年,南非Murchison 金銻礦首次采用管式氰化槽通氧浸金,1991年中國山東乳山金礦進(jìn)行了充入純氧的氰化提金工業(yè)試驗,均顯著提高了金的浸出速率[26]。
1987年,Degussa公司提出了PAL(Peroxide Assistant Leaching) 法,其是在氰化浸金液中加入一定濃度的H2O2,可有效縮短浸出時間,提高金的浸出效率[27]。中國黑龍江老柞山金礦于1995年采用H2O2助浸取得了較好效果,可有效降低氰化物消耗量,顯著提高金浸出率;1997年,該金礦開發(fā)應(yīng)用了氨氰浸金技術(shù),改善了浸金效果[28]。此后,廣西龍頭山金礦應(yīng)用H2O2富氧浸出技術(shù),顯著提高了金浸出率和生產(chǎn)效益[29]。
此外,20世紀(jì)90年代,微生物預(yù)處理技術(shù)研究也較多。1994年,陜西雙王金礦九坪溝礦段成功進(jìn)行了硫化難浸金礦石2 000 t/d生物氧化預(yù)處理—氰化堆浸工業(yè)試驗[30]。生物氧化預(yù)處理—氰化提金技術(shù)由此發(fā)展起來。
1.1.3 后發(fā)展階段
進(jìn)入21世紀(jì),氰化提金技術(shù)已發(fā)展成熟,在對該技術(shù)的優(yōu)化及新技術(shù)的開發(fā)過程中,環(huán)保要求越來越嚴(yán)格。同時,由于易選冶金礦資源日益枯竭,難處理金礦成為今后黃金工業(yè)生產(chǎn)的重要資源,因此實現(xiàn)難處理金礦高效清潔提取成為黃金生產(chǎn)行業(yè)的關(guān)鍵問題。難處理金礦直接氰化浸出存在金浸出率低和試劑消耗量大等問題,需對其進(jìn)行預(yù)處理,充分打開原生礦物對金的包裹。目前,難處理金礦石的預(yù)處理方法有焙燒氧化法、加壓氧化法、生物氧化法等。
代淑娟等[31]對難浸浮選金精礦采用堿性常溫常壓強(qiáng)化預(yù)氧化工藝處理,充分利用超細(xì)磨塔式磨浸機(jī)的機(jī)械活化作用及攪拌的強(qiáng)化作用,達(dá)到預(yù)氧化目的,然后采用氰化和炭吸附作業(yè)高效提金。許曉陽等[32]研究了難處理金礦酸性熱壓預(yù)氧化—氰化工藝,其能有效打開金包裹,經(jīng)酸性熱壓預(yù)處理后金浸出率高于97 %。WANG等[33]研究發(fā)現(xiàn)微波焙燒預(yù)處理能使礦物顆粒表面形成裂紋,利于打開金包裹,同時能降低有機(jī)碳影響,提高氰化浸金效率。FU等[34]研究了直接還原焙燒—浸出聯(lián)合工藝從氰化尾渣中回收金和鐵,含金鐵粉金品位為8.23 g/t、金回收率為97.46 %。CAO 等[35]基于難浸金精礦焙砂和粉塵氰化浸出差異,提出了2種合適的提金工藝,焙砂和粉塵的金浸出率分別達(dá)到94.91 %和91.90 %。
難處理金礦石生物氧化預(yù)處理技術(shù)是近年來的研究熱點(diǎn)。2009年,楊洪英等[36]采用經(jīng)過馴化的HQ0211菌對高砷金礦進(jìn)行生物氧化試驗研究,氰化金浸出率由29.35 %提高到92.57 %,效果十分顯著。2015年,LUO 等[37]對含碳金精礦進(jìn)行了生物氧化—氰化試驗,鐵、砷、硫的去除率較高,且提高了金浸出率。2016年,孔德晶等[38]進(jìn)行了生物氧化—氰化提金聯(lián)合工藝試驗研究,針對大興安嶺興安難處理金銀精礦,采用常規(guī)氰化金浸出率為67.01 %,經(jīng)生物氧化后金浸出率高達(dá)97.76 %。之后,RICHMOND等[39]研究了2種難選金精礦及其生物氧化產(chǎn)物的堿性氰化浸出機(jī)理和動力學(xué),研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了復(fù)雜難浸礦石礦物學(xué)及其變異、預(yù)處理、工藝化學(xué)和應(yīng)用機(jī)械作用在控制金浸出行為和提取效率中的關(guān)鍵作用。
汪勇等[40]提出了一種炭漿提金—磁選工藝方法,對云南某金銅混合礦進(jìn)行了試驗研究,結(jié)果表明采用炭漿提金—磁選工藝處理該礦石,取得了較好經(jīng)濟(jì)效益。蘇保全[41]以石英脈型金礦石為研究對象,對已有的炭漿法提金工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究,通過采用適宜的底炭密度、補(bǔ)加炭篩等措施,進(jìn)一步提高了金回收率,有效解決了濾渣中由細(xì)粒載金炭造成的金流失問題。
科研工作者研究發(fā)現(xiàn),鉛、鉍等離子可強(qiáng)化氰化浸金效果。JEFFREY等[42]研究了鉛在堿性氰化物溶液中對金浸出的影響,結(jié)果表明加入微量鉛可顯著提高金浸出率。YANG等[43]研究了鉍離子強(qiáng)化金氰化浸出過程中金陽極溶解的電化學(xué)行為、結(jié)構(gòu)信息和表面產(chǎn)物,結(jié)果表明鉍離子的加入能加速金的溶解。HAN等[44]通過研究提出,石英能夠提高金在氰化物溶液中的溶解速率。金浸出率與浸金體系中某些物質(zhì)的存在具有一定聯(lián)系,這些研究對難處理含金物料提取金具有重要意義。
許曉陽[45]在研究高硫、高砷、高有機(jī)碳卡林型難處理金礦石時采用加壓氧化—氰化提金技術(shù),提高了金浸出率。YU 等[46]研究了超聲對氰化提金的影響,結(jié)果表明超聲能剝離礦石顆粒表面,破壞鈍化膜,降低反應(yīng)阻力,且超聲輔助氰化技術(shù)能顯著提高金浸出率,縮短提取時間。物理預(yù)處理方式能活化金礦石表面,有助于打開金包裹,從而提高金浸出率。
氰化法提金工業(yè)化應(yīng)用已有100多年的歷史,其具有工藝成熟、浸出率高、礦石適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是黃金冶煉的主流方法。新中國成立后,國內(nèi)氰化提金技術(shù)得到了較快發(fā)展。20世紀(jì)70年代,氰化炭漿提金法得到了大規(guī)模的應(yīng)用和快速發(fā)展,70年代末金廠峪金礦和招遠(yuǎn)金礦相繼試驗推廣了鋅粉置換技術(shù),推動了中國提金技術(shù)的發(fā)展;至20世紀(jì)90年代前后,過氧化氫等助浸技術(shù)被廣泛開發(fā)應(yīng)用;步入21世紀(jì)以來,難處理金礦成為黃金工業(yè)生產(chǎn)主要原料來源,由于氰化提金藥劑氰化鈉劇毒,環(huán)保問題嚴(yán)重[47-50],如何高效清潔提取難處理金礦石中的金成為主要研究方向,由此興起了多種預(yù)處理技術(shù)和非氰提金技術(shù)。國內(nèi)外氰化提金技術(shù)發(fā)展歷程見圖1。
1.2 硫脲提金技術(shù)
1.2.1 原 理
在溶液中,硫脲與亞金離子形成較為穩(wěn)定的Au[SC(NH2)2]+2,化學(xué)反應(yīng)式如下:
其中,Au[SC(NH2)2]+2/Au 的氧化還原電位為0.352 V(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極),形成的絡(luò)合物離子降低了金溶解的氧化還原電位,使金易被氧化劑氧化提取。
1.2.2 發(fā)展歷程及應(yīng)用
1937年,羅斯等首次采用硫脲溶液從金礦石中浸出金。1941年,蘇聯(lián)學(xué)者提出硫脲提金方法,但未能引起足夠的重視[51]。直到20世紀(jì)60年代后期,尤其是到七八十年代,世界各國才開始對硫脲提金理論及工藝開展廣泛的研究,由于硫脲具有環(huán)保、高效、受干擾小等優(yōu)點(diǎn),在世界范圍內(nèi)掀起了空前的研究熱潮。進(jìn)入90年代,由于環(huán)保要求及技術(shù)進(jìn)步等,硫脲提金進(jìn)入了工業(yè)實踐階段。蘇聯(lián)、美國、澳大利亞和加拿大等國都進(jìn)行了工業(yè)試驗,并投入小規(guī)模應(yīng)用。法國從1977年開始用硫脲從鋅熔砂中提取金、銀,墨西哥科羅拉多礦從1982年起采用硫脲法處理含金尾礦[52]。新英格蘭銻公司于1982年3月在澳大利亞新南威爾士州北部建設(shè)了一座含銻金精礦硫脲提金廠,規(guī)模為129 t/d[53]。愛爾蘭Minmet 公司改進(jìn)回收工藝,循環(huán)利用回收液,減少了硫脲用量。美國Jamestown 金礦開發(fā)應(yīng)用兩段硫脲提金工藝,金浸出率達(dá)到95 %[54]。
1978年,中國長春黃金研究所在峪耳崖金礦建成小型硫脲提金試驗廠。1984年,龍水金礦建成規(guī)模10 t/d的硫脲提金廠,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。薩本嘉等[55]研究了堿性硫脲浸金體系特性;其后,CHAI等[56]提出堿性硫脲浸金體系中添加Na2SO3能提高硫脲的穩(wěn)定性,降低硫脲用量;鄭粟等[57]通過控制電位,研究了高穩(wěn)定條件下堿性硫脲浸金機(jī)理;之后,白安平等[58]進(jìn)行了增氧條件下堿性硫脲浸金試驗,結(jié)果表明通氧量越高金浸出率越高,但總體效果不佳。
1994年,郭觀發(fā)等[59]研究發(fā)現(xiàn),SO2在酸性硫脲體系提金過程中具有催化作用,能提高金的溶解速率。1995年,胡岳華等[60]提出,金在硫脲體系溶解過程中隨pH的升高有明顯鈍化現(xiàn)象。2001年,DENG等[61-62]開展了酸性亞硫酸鈉-硫脲體系從生物氧化殘渣中提取金的研究,結(jié)果表明添加適量亞硫酸鈉能顯著降低生產(chǎn)成本;提出了生物氧化—酸性硫脲浸出提金法,其可有效降低硫脲用量。龍懷中[63]研究表明,SO2-3在金的氧化過程中可提高硫脲穩(wěn)定性,降低硫脲用量。
1995年,林星等[64]采用硫脲炭浸工藝對湖南七寶山微細(xì)粒低品位難浸鐵帽金礦進(jìn)行了提金試驗研究,獲得了較好的金浸出指標(biāo);1996年,TREMBLAY等[65]研究了硫脲滲透浸出法從硫化礦中提取金,能有效降低硫脲用量。
進(jìn)入21世紀(jì),物理強(qiáng)化技術(shù)被應(yīng)用于硫脲提金,取得了較好的效果。羅仙平等[66]提出磁場強(qiáng)化硫脲提金方法,可有效提高金浸出率和浸出速度;念保義等[67]研究發(fā)現(xiàn),超聲波可強(qiáng)化硫脲提金,降低硫脲用量;許世偉等[68]將超聲波強(qiáng)化硫脲提金技術(shù)應(yīng)用于泉山金礦氰化尾礦試驗研究,可有效縮短浸出時間,提高硫脲浸金效率;MURTHY等[69]提出浮選精礦壓濾—預(yù)氧化—硫脲提金工藝,可有效提高金浸出率;CHOI等[70]研究了微波預(yù)處理—硫脲提金技術(shù),增加微波預(yù)處理時間能顯著提高金浸出率。研究證明,物理強(qiáng)化技術(shù)能提高硫脲浸金效率。
此外,科研工作者研究發(fā)現(xiàn),硫脲與一些輔助試劑混合能提高浸金效率。YANG等[71]以硫酸鐵為氧化劑,采用旋轉(zhuǎn)盤法研究了金在硫脲-硫氰酸鹽溶液中的浸出規(guī)律,結(jié)果表明二者存在協(xié)同效應(yīng);楊喜云等[72]研究提出,硫脲與硫氰酸鈉混合體系金浸出率大于單一體系浸出率之和;OLYAEI等[73]研究了硫脲-硫酸鐵酸性浸金機(jī)理,利用HDD建模分析,發(fā)現(xiàn)硫酸鐵與硫脲之間存在顯著交互作用,可為實際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
近年來,硫脲提金技術(shù)也被應(yīng)用于廢舊電子產(chǎn)品的資源化回收。CHANG等[74]將硫脲體系用于從廢舊電路板中提取金、銀,在最佳條件下金浸出率可達(dá)到96 %;RIZKI等[75]研究了電子垃圾的回收,提出了硫脲—生物浸出工藝,金浸出率可達(dá)98 %。硫脲提金技術(shù)用于從電子廢棄物中回收金取得了較好的效果。
隨后,2020年GUO 等[76]提出了一種分步硫脲提金工藝,大大提高了金浸出率;ADAMS等[77]開展了雙浸出劑(硫脲和硫氰酸鹽)浸金體系提金研究,雙浸出劑體系較單一體系有更高的浸金效率;AHMED等[78]研究了硫脲浸出鈾尾礦中金的方法,添加亞硫酸鈉能減少硫脲的分解,加速金的溶解,縮短浸出時間;LI等[79]研究了氧化亞鐵硫桿菌和氧化亞鐵鉤端螺旋菌對硫脲體系中石墨吸附金的影響,結(jié)果表明氧化亞鐵硫桿菌和氧化亞鐵鉤端螺旋菌的生物氧化作用能鈍化和腐蝕石墨,有助于減少硫脲浸出液中的石墨“劫金”現(xiàn)象。硫脲提金技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。
硫脲提金技術(shù)由于具有環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn),當(dāng)今仍是研究熱點(diǎn)。雖然在實際應(yīng)用中其穩(wěn)定性較差、消耗量較大等,與工業(yè)應(yīng)用預(yù)期有一定的差距,但硫脲提金技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間。硫脲提金技術(shù)發(fā)展歷程見圖2。
1.3 硫代硫酸鹽提金技術(shù)
1.3.1 原 理
硫代硫酸鹽法是以S2O2-3為絡(luò)合劑,以銅系氧化劑包括[Cu(NH3)4]2+、Cu-EDTA、Cu-C2H8N2(乙二胺) 或鐵系氧化劑包括 Fe(C2O4)2、Fe-EDTA 為氧化劑的浸出方法。在眾多硫代硫酸鹽浸出體系中,S2O2-3-[Cu(NH3)4]2+ 浸出體系最為常見。其浸金原理如下:
[Cu(NH3)4]2+絡(luò)合離子在體系中充當(dāng)氧化劑和催化劑,可將Au氧化為Au+,而自身則被還原為[Cu(S2O3)3]5-,再通過溶液中的O2氧化再生得到[Cu(NH3)4]2+,Au+與S2O2-3結(jié)合形成較為穩(wěn)定的絡(luò)合離子[Au(S2O3)2]3-,從而被浸出。
1.3.2 發(fā)展歷程及應(yīng)用
硫代硫酸鹽法是一種具有潛力的提金方法。早在1900年,Van Patera 就提出了采用氯化焙燒—硫代硫酸鈉浸出金銀礦石中貴金屬的方法。此后,墨西哥的Lacolorado 礦山也采用類似方法提取貴金屬。早期對S2O2-3 浸出的研究趨向于將精礦進(jìn)行高溫高壓浸出,其成本較高,工業(yè)化難度較大;20世紀(jì)70年代,Berezowsky 和Kerry 提出了采用(NH4)2S2O3 從硫化礦精礦和加壓浸出渣中回收貴金屬的方法;同時期蘇聯(lián)科研人員對(NH4)2S2O3 浸出法進(jìn)行了研究,結(jié)果表明銅離子可加速金的溶出。
1993年,馬尚文等[80]采用接觸氧化劑焙燒預(yù)處理難浸金礦,再用硫代硫酸鹽浸出,金浸出率可達(dá)97 %。1997年,楊中民等[81]以云南某含砷難浸金礦為研究對象,采用兩段富氧焙燒—硫代硫酸鹽浸出工藝,金浸出率可達(dá)91 %。2005年,鄭若鋒等[82]提出了覆膜—銅氨硫代硫酸鹽滴淋堆浸提金工藝,在實驗室擴(kuò)大試驗中取得了較好的效果。
在前人研究基礎(chǔ)上,研究人員發(fā)現(xiàn)添加劑能有效降低浸金試劑消耗量[83-87]。李汝雄等[83]研究發(fā)現(xiàn)在氨-硫代硫酸鹽體系中,Cl-與NH3有類似作用;CHANDRA等[84]利用草酸鐵作為氧化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅-氨體系,在相同的浸出條件下,草酸鐵體系對金的溶出率高于銅-氨體系;童雄等[86]研究了Cl--NH3-S2O2-3體系中金的浸出,發(fā)現(xiàn)體系中加入Cl-能促進(jìn)金的浸出,同時SO2-3能改善硫代硫酸鹽的消耗;王丹[87]研究提出,體系中保持一定量Cl-能顯著降低硫代硫酸鈉的消耗量。
此外,科研工作者研究發(fā)現(xiàn)EDTA能促進(jìn)硫代硫酸鹽的提金效率,同時也能降低硫代硫酸鹽的消耗量。2009年,F(xiàn)ENG等[88]提出引入少量EDTA可降低硫代硫酸鹽消耗量;其后,AAZAMI等[89]在研究中提出,EDTA比NH3的效果更好,能減少硫代硫酸鹽的分解,提高金浸出率;2016年,遲衡[90]研究證明,添加EDTA的體系可提高金的浸出效果,降低硫代硫酸鹽消耗量。
2018年,XU等[91]在研究硫代硫酸鹽浸金時發(fā)現(xiàn),加入腐殖酸能緩解浸出過程中金表面的鈍化現(xiàn)象,同時能減少硫代硫酸鹽的分解,從而提高金浸出率。2019年,WANG等[92]研究發(fā)現(xiàn),銅-乙二胺-硫代硫酸鹽浸出體系中,乙二胺用量遠(yuǎn)低于氨用量,且金浸出率較銅-氨體系更高,同時硫代硫酸鹽濃度要求更低,體系更環(huán)保。XU等[93-94]研究了鈷-氨-硫代硫酸鹽浸出體系,相較于銅-氨體系,其可降低硫代硫酸鹽消耗量,同時更易于從母液中回收金;并提出鎳催化氨性硫代硫酸鹽浸出-樹脂吸附回收提金法,同時通過熱力學(xué)分析,提出了NH3催化金陽極溶解,Ni3O4催化O2陰極還原的催化機(jī)理,該方法可明顯降低硫代硫酸銨消耗量。
2020年,SITANDO等[95]研究發(fā)現(xiàn),活性炭能顯著提高銅-氧-硫代硫酸鹽浸出體系金浸出率;WANG 等[96]在研究高砷難浸金礦時發(fā)現(xiàn),用強(qiáng)氧化劑預(yù)處理后,能顯著降低硫代硫酸鹽消耗量,提高金浸出率;ZHAO等[97]研究發(fā)現(xiàn),在硫代硫酸鹽-銅-氨體系中添加三乙醇胺,能顯著提升浸金效果;HE等[98]利用含鈣化合物固化焙燒氧化預(yù)處理含砷渣,再通過綠銅-氨-硫代硫酸銅浸出體系浸出焙燒渣中的金,其具有綠色高效的優(yōu)點(diǎn);GUI等[99]研究了超聲在銅-氨-硫代硫酸鹽浸出體系中的作用,發(fā)現(xiàn)超聲能在一定程度上提高金浸出率;BAE等[100]將硫代硫酸銨用于從硫化礦石中回收金和銀,金浸出率大于99 %。
硫代硫酸鹽在提金過程中消耗量大,目前工業(yè)應(yīng)用較少。硫代硫酸鹽提金技術(shù)發(fā)展歷程見圖3。
1.4 氯化提金技術(shù)
1.4.1 原 理
氯氣是強(qiáng)氧化劑,能夠氧化多種金屬。在Au-Cl-H2O體系中,氯既起氧化作用又起絡(luò)合作用。其化學(xué)反應(yīng)式為:
浸出劑有Cl2、NaClO、NaClO3及ClO2等。氯化法浸金時金表面不會被鈍化,浸出速度很快;同時氯的強(qiáng)氧化性能氧化砷黃鐵礦、黃鐵礦等包裹金的礦物,也能降低碳對金的吸附作用。因此,該方法適合處理含碳、砷的金礦石及酸性含金物料等。
1.4.2 發(fā)展歷程及應(yīng)用
早在20世紀(jì)70年代初期,美國便興起了利用氯化法、溴化法和碘化法提金的研究[101]。水氯化法更是早在1848年就被提出,19世紀(jì)后半期曾被美國、澳大利亞的一些金礦應(yīng)用,后被氰化法替代。美國Freerpert 礦業(yè)公司采用空氣氧化-氯化浸金法處理含砷碳質(zhì)金礦石,生產(chǎn)規(guī)模為1 650 t/d,利潤可觀。美國Newmont 公司于1988年4月改造建成“閃速”氯化浸出系統(tǒng),提高了金浸出率,降低了氯氣消耗量。近年來,美國出現(xiàn)了規(guī)模200~600 t/d的氯化鐵堆浸場,其工藝方法簡單,適用于處理低品位金礦,但金浸出率不高。廣西玉林地區(qū)某微細(xì)粒含銅金礦石選銅后用氯化法浸出金,金浸出率為95 %以上[102]。
1990年,石嵩高[103]提出了一種載氯體氯化提金法,之后其將該方法進(jìn)行了改進(jìn),使得該方法距離工業(yè)應(yīng)用更近一步。1997年,夏木西卡瑪爾等[104]進(jìn)行了催化氯化法浸金研究,以溴化物作為催化劑,該方法較水氯化法酸用量更少,金浸出率可達(dá)到99 %。2005年,劉春奇[105]開展了氯化法從廢載金炭中回收金的研究,通過灰化-氯化-還原過程,金浸出率可達(dá)98 %。2012年,金創(chuàng)石等[106]利用液氯化法處理金精礦加壓氧化渣,在最優(yōu)條件下金浸出率可達(dá)96.5 %。
2017年,LAMPINEN等[107]建立了氯化銅浸金過程機(jī)械動力學(xué)模型,研究了反應(yīng)過程的控制步驟,結(jié)果表明金的溶出主要處于混合控制狀態(tài)。
2018年,AHTIAINEN等[108]研究了氯化-溴化浸金過程中的“劫金”效應(yīng),結(jié)果表明在氯化-溴化浸出前進(jìn)行Cl2預(yù)處理,可在一定程度上降低該效應(yīng),提高金浸出率。此外,ALTINKAYA等[109]開發(fā)了一種將生物氧化預(yù)處理和氯化物浸出相結(jié)合從浮選尾礦中回收金屬的新方法,首先采用生物氧化工藝預(yù)處理鐵、銅、鎳、鈷和鋅等金屬,再通過氯化物提取金,取得了較好的試驗效果。
2019年,WANG等[110]提出了一種用溴酸鹽-氯化鐵溶液從高硫高砷碳質(zhì)難選金礦石中提取金的高效低毒方法,該方法無需預(yù)處理即可在短時間內(nèi)獲得高浸出率。2020年,ELOMAA等[111]研究了氯化銅浸金體系,建立了質(zhì)量和能量平衡模擬,并對環(huán)境影響進(jìn)行了評估,該體系金浸出率可達(dá)到99 %;張文岐等[112]采用氯酸鈉和鹽酸介質(zhì)進(jìn)行氯化浸出研究,該方法可完全替代氯氣法,且可提高生產(chǎn)效率。2021年,LI等[113]提出了一種用氯化法處理氰化尾渣的方法,在以硫酸作為預(yù)處理浸出液,以次氯酸鈣作為氯化劑,用電化學(xué)工作站測試電位差的條件下浸出氰化尾渣中的金,金浸出率為81 %。氯化提金技術(shù)發(fā)展歷程見圖4。
1.5 多硫化物及石硫合劑提金技術(shù)
1.5.1 原 理
多硫化物浸金原理[114]如下:
早在1962年蘇聯(lián)學(xué)者就對多硫化物浸金熱力學(xué)進(jìn)行了研究,之后南非對該浸金方法的研究較多。1987年,龍炳清等[115]研究表明,多硫化銨和多硫化鈉用作浸金試劑,均可獲得較高的金浸出率。多硫螯合離子S2-2、S2-3、S2-4、S2-5對金有很強(qiáng)的絡(luò)合能力,在合適氧化劑的配合下能有效溶解金。
石硫合劑法是中國首創(chuàng)的新型非氰提金技術(shù)[116]。石硫合劑主要成分為多硫化鈣和硫代硫酸鹽,其浸金原理是多硫化物與硫代硫酸鹽的聯(lián)合作用。
1.5.2 發(fā)展歷程及應(yīng)用
楊天足等[114]研究了以多硫化鈉作為浸金劑直接浸出銻锍中的金,取得了較好結(jié)果;其后,朱國才等[117]研究指出,多硫化物浸金過程受化學(xué)反應(yīng)控制。楊天足等[118]采用多硫化物處理金礦石灰化焙砂,能消除硫化鈣的影響,且浸出效果與氰化物浸出相當(dāng)。李洪枚等[119]提出了一種測定溶液中多硫根離子的方法,對于多硫化物浸金研究具有重要意義。
1993年,張箭等[14]開展了石硫合劑浸金研究,金浸出率為96 %以上,與傳統(tǒng)氰化浸金相比可有效縮短浸出周期;翌年,其將石硫合劑法用于頑固金精礦的二段浸出工藝,金浸出率可達(dá)99 %,為國內(nèi)外大量頑固金礦的開發(fā)利用提供了依據(jù)和可能途徑;之后,其通過對石硫合劑體系的電化學(xué)研究,證明了浸金過程中金的溶解受擴(kuò)散步驟控制[120]。
陳江安等[121-122]研究指出,石硫合劑浸金過程中添加NaCl,能實現(xiàn)在常溫、低NH3條件下浸出金,降低成本;之后其進(jìn)一步研究了改性石硫合劑的穩(wěn)定性,體系中Cu2+的存在會增加S2O2-3的消耗量,而當(dāng)體系中存在游離氨、SO2-3及低溫時改性石硫合劑的穩(wěn)定性較好。劉有才等[123]采用添加穩(wěn)定劑、調(diào)節(jié)劑等的改性石硫合劑法浸出氰化渣中的金,金浸出率可達(dá)78.57 %。石硫合劑法浸出速度快,對頑固金礦石及印刷電路板等含金二次資源具有較高的浸出率,但該方法中有效浸金成分不穩(wěn)定。
陳怡等[124]通過焙燒氧化預(yù)處理碳質(zhì)金精礦后,采用石硫合劑處理,在最佳條件下金浸出率可達(dá)96 %。張景河[125]在研究某難浸金礦石時,通過添加助浸劑升溫的預(yù)處理方式打開硫化物包裹,再用石硫合劑處理,金浸出率可達(dá)93.51 %。石硫合劑提金技術(shù)雖取得較大進(jìn)展,但距離工業(yè)應(yīng)用仍有許多工作需要完善。WEN等[126]研究了用堿性多硫化鈉溶液從礦石中浸金的行為,采用水熱法制備多硫化鈉,結(jié)果表明制備的多硫化物具有雙重作用:作為氧化劑和絡(luò)合劑,其具有良好的從含金銻礦中提取金的能力。多硫化物及石硫合劑提金技術(shù)發(fā)展歷程見圖5。
2 結(jié) 語
濕法提金技術(shù)因具有效率高、能耗低、金回收率高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用廣泛。本文總結(jié)了氰化法、硫脲法、硫代硫酸鹽法、氯化法、多硫化物及石硫合劑法等提金技術(shù)的發(fā)展歷程及工業(yè)應(yīng)用。氰化法應(yīng)用最為廣泛,
技術(shù)最為成熟;硫脲法浸金效率高、環(huán)保;硫代硫酸鹽法被認(rèn)為是最有前途的非氰浸金方法,但其浸金條件苛刻,試劑消耗量大;氯化法工藝流程短、反應(yīng)速度快,適合處理含碳、砷的金礦石及酸性含金物料;多硫化物法利用多硫螯合離子S2-2、S2-3、S2-4、S2-5對金的絡(luò)合能力,在氧化劑的配合下,可有效溶解金;石硫合劑法是中國提出的非氰提金新方法,LSSS試劑發(fā)展迅速,其是最有可能取代氰化物的一種新型浸金試劑。
隨著黃金資源的逐年開采,高品位、易選礦石不斷減少,低品位、難處理礦石所占比例越來越高,其成為今后黃金工業(yè)生產(chǎn)主要原料。同時,隨著黃金選冶技術(shù)研究的不斷深入及相關(guān)分析技術(shù)的發(fā)展,金礦石預(yù)處理技術(shù)發(fā)展逐漸成熟,超細(xì)磨、焙燒氧化、熱壓氧化、生物氧化及化學(xué)氧化等工藝得到廣泛應(yīng)用,對難處理金礦石中金高效清潔提取起到了重要作用。
雖然氰化法提金在黃金行業(yè)仍處于主導(dǎo)地位,但隨著環(huán)保要求的愈發(fā)嚴(yán)格,無毒無害、綠色環(huán)保的黃金冶煉清潔提取技術(shù)是行業(yè)未來的發(fā)展方向,解決非氰提金工藝存在的浸出試劑消耗大、藥劑成本高、浸出體系復(fù)雜、浸出試劑性質(zhì)不穩(wěn)定等問題,推進(jìn)非氰提金工藝工業(yè)化進(jìn)程刻不容緩。
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