金礦石堆浸前預(yù)處理工藝
采用制粒技術(shù)可以有效克服礦石泥質(zhì)成分對(duì)浸堆滲透性的影響，生物預(yù)氧化技術(shù)的采用可以使硫化礦物(黃鐵礦、砷黃鐵礦等)包裹金礦物類(lèi)型的低品位礦石用堆浸方法處理。焙燒或氯化則可使礦石中的“劫金”碳質(zhì)物得到鈍化，從而消除碳對(duì)金浸出率的影響。采用氨氧浸出、酸浸等方法可消除礦石中消耗氰化物的銅、鋅等賤金屬，從而提高堆浸金浸出率。
? 20世紀(jì)80代之初，當(dāng)堆浸技術(shù)引進(jìn)我國(guó)之時(shí)，便對(duì)其所適于處理的礦石類(lèi)型范圍劃定了“五條戒律”。堆浸礦石應(yīng)該是氧化礦石而不是原生礦石；礦石中泥質(zhì)成分不能過(guò)高；不含“劫金”碳質(zhì)物；礦石中不含大量消耗氰化物的其他金屬成分(Cu、Zn、Sb等)；礦石中不含過(guò)量酸性物質(zhì)。在堆浸技術(shù)應(yīng)用30年后，現(xiàn)有的氧化礦石資源基本上已被開(kāi)發(fā)枯竭，更難處理、品位更低資源的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)成為堆浸技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，與堆浸技術(shù)相關(guān)的礦石預(yù)處理技術(shù)便被人們所重視，并迅速擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。首先，采用制粒技術(shù)克服了因礦石中含泥質(zhì)成分影響浸堆滲透的問(wèn)題，進(jìn)一步采用生物氧化預(yù)處理技術(shù)使低品位難浸原生礦石可采用堆浸方法開(kāi)發(fā)利用。采用焙燒或氯化鈍化技術(shù)使個(gè)別含碳金礦石得到開(kāi)發(fā)，相繼又采用化學(xué)預(yù)處理方法，或分步浸出方法使含銅等賤金屬的礦石得到開(kāi)發(fā)利用。對(duì)于酸性礦石的開(kāi)發(fā)利用隨著堆浸技術(shù)的成熟已很容易地克服酸性給生產(chǎn)帶來(lái)的影響，可以說(shuō)目前堆浸技術(shù)已經(jīng)觸及到了被發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)類(lèi)型金礦石。
1 制粒堆浸
礦石中含有泥質(zhì)成分將直接影響金的浸出速度和浸出率，制粒技術(shù)是解決礦石含泥高的最有效手段。從20世紀(jì)80年代起，美國(guó)黃金礦山便大量采用制粒預(yù)處理技術(shù)，甚至也將其用到那些含泥并不十分高礦石，其主要目的是通過(guò)制?？s短浸出周期，提高生產(chǎn)效率。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，并取得了可喜的效果。目前，這項(xiàng)技術(shù)已被應(yīng)用在紅土型、蝕變巖型、泥化角礫巖型、鐵帽型礦石及尾礦堆浸之中。
蛇屋山金礦是國(guó)內(nèi)目前最大的紅土型金礦，該礦1994年開(kāi)始采用制粒堆浸工藝。目前，年處理礦石量百萬(wàn)噸以上，年產(chǎn)黃金1t以上，金的浸出率為81.2%，回收率達(dá)到76%。與蛇屋山金礦相同的還有貴州晴隆縣老萬(wàn)場(chǎng)紅土型金礦、云南勐海紅土型金礦等都采用了制粒堆浸工藝。
湖南龍王山金礦蝕變巖型金礦石采用制粒堆浸工藝處理，金的浸出率為86.21%，回收率為78.92%。這與常規(guī)堆浸相比，金的浸出率提高了20%~30%，浸出周期縮短了1/2~2/3，氰化鈉單耗降低了60%；廣西鑫寶公司龍?zhí)两鸬V礦石為高黏土質(zhì)蝕變巖型金礦石，該礦采用氰化溶液制粒，水泥用量15kg/t，固化時(shí)間24h，入堆金品位0.9~1.9g/t，尾礦品位0.16~0.25g/t，金的浸出率大于85%，浸出時(shí)間40~45d，年處理礦石量數(shù)十萬(wàn)噸。較早采用制粒堆浸處理蝕變巖型金礦石的還有新疆的賽都金礦、康古爾金礦等。從20世紀(jì)90年代起，處于黔桂滇金三角的許多卡林型金礦氧化礦石在堆浸過(guò)程都因?yàn)槟嗷瘒?yán)重而采用了制粒堆浸技術(shù)，這一帶是制粒堆浸技術(shù)應(yīng)用最為普遍的地區(qū)。
鐵帽型金礦石往往因?yàn)檠趸潭雀?，含泥量大而難以堆浸。江西某鐵帽型金礦石，采用顎式破碎機(jī)破碎到-60mm，然后采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行干燥，再用圓盤(pán)制粒機(jī)制粒，皮帶輸送機(jī)筑堆,制粒后金的浸出率與不制粒相比從65.4%提高到77%，生產(chǎn)周期由原來(lái)的50d縮短到45d，氰化鈉耗量由0.84kg/t降低到0.74kg/t。
南京湯山金礦采用制粒堆浸工藝處理泥化角礫巖型金礦石，石灰用量12kg/t，水泥用量5~8kg/t，金的浸出率從原來(lái)的12%提高到91%，浸出時(shí)間縮短了近30d。
制粒技術(shù)也促進(jìn)了浮選尾礦的開(kāi)發(fā)利用，從1992年國(guó)內(nèi)先后有很多廠礦嘗試采用堆浸技術(shù)開(kāi)發(fā)含金尾礦，而尾礦的開(kāi)發(fā)首先要解決的就是浸堆滲透問(wèn)題，制粒技術(shù)則是首選的預(yù)處理技術(shù)。1996年開(kāi)始，河南靈寶焦村選礦廠浮選尾礦堆浸及樊岔金礦尾礦堆浸都采用了制粒技術(shù)，內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所曾對(duì)白乃廟金礦在尾礦進(jìn)行了萬(wàn)噸級(jí)球團(tuán)制粒堆浸工業(yè)試驗(yàn)研究。
當(dāng)然，尾礦制粒難度一般大于原礦，其主要原因就是制粒無(wú)骨架，成粒難度大，穩(wěn)定性差。目前，在尾礦處理上已經(jīng)開(kāi)始采用其它方法來(lái)取替制粒技術(shù)。
2 生物氧化預(yù)處理
生物氧化是最近一段時(shí)間研究力度比較大的一種礦石預(yù)處理技術(shù)，其最大的特點(diǎn)在于成本低和環(huán)保效果好，目前已被廣泛用于高砷硫難浸金精礦的預(yù)處理中。從1990年開(kāi)始，美國(guó)紐芒特黃金公司開(kāi)始著手將生物氧化技術(shù)用于低品位卡林型難浸礦石堆浸前預(yù)處理之中，并且建立年處理能力440萬(wàn)t的生物預(yù)氧化堆浸場(chǎng)。我國(guó)從1993年開(kāi)始著手生物氧化預(yù)處理堆浸技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究，并于1994~2000年期間進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化試驗(yàn)，取得了一定效果,目前有兩項(xiàng)相關(guān)的技術(shù)專(zhuān)利。
陜西堆浸技術(shù)中心，曾在1994年對(duì)雙王金礦西段黃鐵礦包裹型難浸金礦石進(jìn)行了2000t級(jí)生物預(yù)氧化堆浸提金試驗(yàn)，礦石經(jīng)過(guò)52d氧化預(yù)處理后，介質(zhì)轉(zhuǎn)化，氰化浸金，金的浸出率由原來(lái)的22%提高到63%。1996年在陜西安家歧金礦進(jìn)行的生物氧化堆浸試驗(yàn)，氧化時(shí)間31d，金的浸出率從41%提高到64.75%。同年在丫他金礦進(jìn)行的試驗(yàn)，氧化時(shí)間93d，金的浸出率從16.69%，提高到41.22%。在丫他金礦的生物氧化試驗(yàn)過(guò)程中，由于礦石為酸性礦石,硫酸的耗量?jī)H為7.8kg/t。
除此之外，近年來(lái)對(duì)于生物氧化預(yù)處理堆浸法處理銅金礦石的研究也在增多。筆者在對(duì)青海松樹(shù)南溝銅金礦石進(jìn)行了生物預(yù)氧化堆浸試驗(yàn)，礦石中銅主要以黃銅礦形式賦存，經(jīng)過(guò)116d預(yù)處理銅氧化浸出率為17.66%，金的氰化浸出率則從沒(méi)經(jīng)預(yù)處理的31%提高到了69%，氰化鈉耗量則由原來(lái)的3kg/t降低到1.13kg/t。
文獻(xiàn)中記載，對(duì)某銅金礦石進(jìn)行生物氧化處理后,銅的浸出率為44.62%，金的氰化浸出率由原來(lái)的51.78%提高到80.35%。
對(duì)于生物預(yù)氧化技術(shù)而言，目前遇到的最大的問(wèn)題是礦石類(lèi)型問(wèn)題。我國(guó)大多數(shù)難浸金礦石都屬于微細(xì)浸染型(卡林型)，這類(lèi)礦石一個(gè)突出的特點(diǎn)則是因含碳酸鹽類(lèi)礦物而顯偏堿性。眾所周知，生物氧化必須在酸性環(huán)境中進(jìn)行，那么礦石中過(guò)高含量的碳酸鹽礦物必然會(huì)導(dǎo)致酸耗量增加，同時(shí)生成過(guò)多硫酸鈣鹽，這樣不僅會(huì)影響生物氧化效果，同時(shí)也會(huì)降低金的浸出率。1996年在甘肅鹿兒壩金礦的生物堆浸試驗(yàn)就是因?yàn)榱蛩岷牧刻叨K止的，這也是目前生物氧化方法不能得到廣泛意義上推廣應(yīng)用的一個(gè)直接原因。
3 焙燒預(yù)處理
焙燒是一種傳統(tǒng)的、行之有效的礦石預(yù)處理技術(shù)。從20世紀(jì)80年代到2000年，這20年里由于環(huán)保的原因人們?cè)?jīng)試圖采取其他方法(加壓氧化、生物氧化及化學(xué)氧化)來(lái)代替焙燒工藝。在此期間，用于原礦焙燒的生產(chǎn)實(shí)踐相對(duì)較少，只有那些嘗試性小規(guī)模的焙燒生產(chǎn)試驗(yàn)依然進(jìn)行。早期的焙燒由于對(duì)環(huán)保問(wèn)題考慮的少，成本高，或者說(shuō)焙燒在工程技術(shù)方面沒(méi)有繼續(xù)改進(jìn)提高而導(dǎo)致了該技術(shù)應(yīng)用的停滯。
1988年甘肅舟區(qū)某含砷金礦堆浸場(chǎng)進(jìn)行待堆浸礦石現(xiàn)場(chǎng)焙燒，雖然金的回收率從1%提高到了60%，但因焙燒排氣造成附近植被大面積死亡而終止。除此之外，20世紀(jì)90年代在廣東、廣西、青海、湖南、陜西、黑龍江等省的小型堆浸場(chǎng)都經(jīng)有類(lèi)似的嘗試和失敗的教訓(xùn)。
1999年四川尖尖山金礦采用直窯焙燒的方法處理高碳金礦石，焙燒溫度800℃~900℃，焙燒時(shí)間8h，焙燒礦石粒度-50mm，堆浸金的浸出率從沒(méi)焙燒的9%提高到35%左右。室內(nèi)試驗(yàn)該類(lèi)型礦石在680℃條件下焙燒2h，柱浸試驗(yàn)金的浸出率可達(dá)到86%。現(xiàn)場(chǎng)焙燒存在的主要問(wèn)題仍在兩個(gè)方面：一是溫度難以控制，焙燒效果達(dá)不到要求，大塊礦石難以被燒透,造成金浸出率低；二是燃燒氣體不能有效處理，造成大氣污染，該試驗(yàn)在當(dāng)年被停止。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在難浸金礦石原礦焙燒工程技術(shù)有所突破的帶動(dòng)下，低品位原礦石焙燒堆浸發(fā)生了跳躍性改進(jìn)。2003年，筆者首次采用封閉式立窯低溫焙燒礦石獲得成功，燃?xì)獠捎脙啥纬虺龎m，用于試驗(yàn)的低品位礦石在600℃~760℃下焙燒，整窯焙燒時(shí)間12h，原礦有效焙燒時(shí)間2~3h，廢氣經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到環(huán)保排放要求，每噸礦石處理成本為17元，焙燒后堆浸金的浸出率從不焙燒的13%提高到78%。這種焙燒設(shè)施及技術(shù)首先解決了生產(chǎn)成本問(wèn)題，低投入、低成本、簡(jiǎn)單化操作使生產(chǎn)成本得到控制。另外，在原常規(guī)焙燒工藝的基礎(chǔ)上，重視了環(huán)保環(huán)節(jié)，使氣體排放達(dá)到了生產(chǎn)地區(qū)環(huán)保要求。
目前，焙燒技術(shù)與制粒技術(shù)相結(jié)合已經(jīng)用于低品位難浸尾礦的預(yù)處理之中。
4 化學(xué)氧化預(yù)處理
4.1 氯 化
對(duì)于碳質(zhì)金礦石而言，礦石中的有些碳一般會(huì)產(chǎn)生“劫金”效應(yīng)，從而使金的回收變得困難或降低金的回收率，有效氯能有效地消除這種效應(yīng)。
1992年，青海灘間山金礦率先采用氯化方法消除礦石中“劫金”碳質(zhì)影響，金的浸出率由未處理的44%提高到69%。從1994年開(kāi)始將原來(lái)的用次氯酸鈣處理改為氯氣處理，很大程度上降低了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，取得相同的預(yù)氧化效果。10多年來(lái)采用氯化預(yù)處理堆浸技術(shù)處理低品位礦石近60萬(wàn)t，目前，該礦山仍在采用氯化預(yù)處理堆浸工藝處理低品位礦石，是我國(guó)采用預(yù)處理技術(shù)堆浸處理難浸金礦石最大的礦山。
2001年，四川阿不讓金礦采用氯化熟化的方法，采用次氯酸鹽處理含碳金礦石，每噸礦石消耗次氯酸鈣6kg，氯化熟化時(shí)間9d，堆浸金的浸出率達(dá)到78%，而未經(jīng)處理的礦石金的浸出率為20%~30%，在氯化過(guò)程中浸出金量占總可浸金量的50%。除此之外，這項(xiàng)方法技術(shù)在新疆哈密地區(qū)、甘肅隴南地區(qū)、四川阿壩地區(qū)低品位碳質(zhì)金礦石堆浸中都得到了應(yīng)用。
1992年，河南省地礦局第二地質(zhì)調(diào)查隊(duì)曾進(jìn)行水氯化法堆浸礦石的嘗試，氯化法是化學(xué)法預(yù)處理技術(shù)中一種比較成熟的方法。
4.2 氨氰浸出
當(dāng)?shù)V石中含有較高的銅時(shí)金的浸出將直接受到影響，研究表明，當(dāng)?shù)V石中的氧化銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.2%時(shí)，氰化鈉耗量將增加三倍以上。如果含量特別高時(shí)，氰化鈉耗量將成指數(shù)增加，而這時(shí)金的浸出幾乎完全被抑制。筆者曾對(duì)某銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%、金品位為3.5g/t的尾礦進(jìn)行直接氰化試驗(yàn)，氰化鈉的耗量達(dá)到71kg/t，金的浸出僅為31%；采用氨氰浸出之后，氰化鈉耗量降低到1.31kg/t，金的浸出率達(dá)到81%。
目前，D-N(氨氰體系)浸出法已經(jīng)成為處理含銅難浸金礦石的首選處理方法。該方法在含銅尾礦堆浸中應(yīng)用已經(jīng)有很大的進(jìn)展，隨著工藝條件的不斷完善，將很快大規(guī)模地被用于生產(chǎn)實(shí)踐之中。
4.3 酸 浸
對(duì)于耗酸量比較少的含銅金礦石，采用酸浸的方法浸取其中的銅是一種比較簡(jiǎn)單易行的方法，一方面可以消除銅對(duì)金浸出過(guò)程中所產(chǎn)生的副作用，另一方面也可將銅作為有價(jià)元素來(lái)回收。當(dāng)然這種預(yù)處理方法對(duì)礦石的類(lèi)型要求很高，關(guān)鍵是原礦中的銅(尤其是氰化可浸銅)能夠很有效的被酸浸，不給后續(xù)氰化浸金造成障礙。
1996年，吉林集安銅金礦采用酸浸除銅堆浸提金工藝處理銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%、金2.3g/t低品位礦石，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硫酸浸銅18d，銅浸出率達(dá)到87.65%，介質(zhì)轉(zhuǎn)換后氰化浸金，金的浸出率達(dá)到71.07%。相比未經(jīng)預(yù)處理的礦石，金的浸出率提高了44.62%，氰化鈉耗量由原來(lái)的10.80kg/t降低到1.97kg/t。
1999年，陜西漢中桃園金礦采用酸浸銅-氰化浸金堆浸工藝處理銅金礦石(3000t/堆)，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~3%的H₂SO₄溶液浸銅26d，銅的浸出率達(dá)到74%，銅品位從1.1%降低到0.4%，然后經(jīng)過(guò)15d介質(zhì)轉(zhuǎn)換，氰化浸金36d，金的浸出率為66%，氰化鈉耗量2.23kg/t。這種處理方法存在的主要問(wèn)題是，介質(zhì)轉(zhuǎn)換難度大，氰化鈉消耗比較高。
4.4 氧化劑助浸
用于堆浸助浸的氧化劑主要有H₂O₂、CaO₂、Na₂O₂、K₂MnSO₄。助浸的主要目的是對(duì)包裹金的硫化礦物進(jìn)行氧化或增加礦堆中的含氧成分，加快金的浸出速度。
H₂O₂是一種弱酸性強(qiáng)氧化劑，他一方面可以氧化硫化砷礦物，另一方面也可以為堆浸礦石提供氧。
龐家河金礦曾對(duì)含砷礦石堆浸按0.4~0.5L/t加入H₂O₂，pH值在10.7的條件下，噴淋40d左右，尾渣品位從原來(lái)的0.97g/t降低到0.47g/t，金的浸出率提高了11%。
K₂MnSO₄作為一種氧化劑其主要作用是為礦堆增氧，從而加快金的浸出速度，提高金的浸出率。在對(duì)陜西葫蘆溝金礦石和內(nèi)蒙阿拉善盟呼倫西貝金礦石進(jìn)行高錳酸鉀預(yù)浸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：加入高錳酸鉀后，金的浸出率分別提高了7.19%和2.16%。
5 結(jié) 語(yǔ)
堆浸技術(shù)作為低品位金礦資源開(kāi)發(fā)利用的有效手段和平臺(tái)，進(jìn)入難浸金礦石領(lǐng)域后就提出了比中高品位金礦資源開(kāi)發(fā)利用更高的要求，不僅要低投資、低成本生產(chǎn)，更主要的還要符合日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。因此，只有與預(yù)處理技術(shù)緊密的結(jié)合，才能延續(xù)堆浸技術(shù)強(qiáng)盛的生命力。今后預(yù)處理堆浸技術(shù)的開(kāi)發(fā)勢(shì)必朝兩個(gè)方向發(fā)展：一是基于傳統(tǒng)理論和工藝技術(shù)的不斷挖掘和革新；二是新理論、新技術(shù)和新材料的開(kāi)發(fā)。制粒、焙燒、生物氧化隨著過(guò)程技術(shù)方面的突破，在今后還會(huì)有新的發(fā)展，并仍然要扮演預(yù)處理的主要角色。而D-N體系，3Cl體系及有機(jī)氯體系等一批在傳統(tǒng)理論上開(kāi)發(fā)出的新工藝也將得到更多的工業(yè)化的嘗試，并作為補(bǔ)充手段而發(fā)揮更大的作用。另外，各類(lèi)預(yù)處理技術(shù)的疊加組合運(yùn)用也是一個(gè)很重要的發(fā)展趨勢(shì)。