一种黄铁矿包裹型金矿富集金的方法

摘要

一种黄铁矿包裹型金矿富集金的方法，以黄铁矿包裹型金矿(包括金具有回收价值的含金硫精矿)焙烧产出的焙烧矿为原料，按配比配入焦炭、石灰和石英等，加入熔炼炉内于1450～1600℃下还原熔炼，产出富金生铁。再将富金生铁铸成阳极板，采用隔膜电解技术，于硫酸亚铁或硫酸铵水溶液电解体系中电解，产出电解纯铁和富金阳极泥。这一方法资源利用率高，环境友好。

说明书

技术领域

本发明涉及金属的生产方法，并涉及对原料的预处理以及焙烧工艺过程。

背景技术

黄铁矿包裹型金矿(包括金具有回收价值的含金硫精矿)属难处理金矿，其中，铁矿物主要为黄铁矿(FeS₂)和砷黄铁矿(毒砂，FeAsS₂)，金的赋存状态主要有两种：一是以微细粒形式被黄铁矿、砷黄铁矿等矿物包裹，这是金矿物最主要的嵌布形式，其粒度从亚微米至数十微米不等；第二种是金矿物沿黄铁矿、砷黄铁矿的微细裂隙和晶粒间隙分布，这也是金矿物的主要嵌布形式，这种金矿物粒度也在亚微米至数十微米之间。金的这两种赋存状态的共同特征为其以显微金形态被紧密包裹。

当采用氰化等湿法冶金方法从黄铁矿包裹型金矿中提取金时，由于浸出剂难以输运至金矿物颗粒表面与其接触发生发应，导致金的浸出率非常低，不能实现金的经济、高效提取。因此，为了从黄铁矿包裹型金矿中提取金，首先必须采用化学方法，使黄铁矿和砷黄铁矿分解，转化为疏松多孔的铁氧化物或氢氧化物，再用氰化等湿法冶金方法提金。分解黄铁矿和砷黄铁矿的过程，一般称之为黄铁矿包裹型金矿的预处理。

黄铁矿包裹型金矿的预处理方法，主要有以下几种：一种为焙烧，采用沸腾焙烧炉、床式炉或回转窑等设备，在控制气氛、温度和时间的条件下，通过一段或两段焙烧，使矿石中的硫、砷得到脱除，产出高砷烟尘和SO₂烟气，分别回收处理。高砷烟尘一般进一步加工为白砷产品；对含硫高的黄铁矿包裹型金矿，SO₂烟气可用于制酸；而对低硫黄铁矿包裹型金矿，由于烟气SO₂浓度较低，则要采用吸收法处理，生产成本较高。在焙烧中，黄铁矿和砷黄铁矿主要转化为赤铁矿，其量占95％～98％。也有少量以磁铁矿、硅酸铁、硫化铁、硫酸铁等形态存在。焙烧预处理工艺能实现硫、砷、金等资源的综合利用，但由于焙烧中易形成金的二次包裹，很多情况下，金的氰化率偏低，此外，氰化尾渣目前未利用，堆存造成土地资源浪费和环境污染。

第二种预处理工艺为湿法化学氧化法，可进一步分为加压氧化、细菌氧化和化学氧化等。

加压氧化浸出法是一种深度氧化法。早在1950年代中期，加拿大化建公司就曾在温度232℃、氧压2250kPa条件下，浸出含金59g/t、含砷16.7％的矿石，使金浸出率由80％提高到97％，氰化物单耗减少75％～95％。美国霍姆斯特公司在加利福利亚的麦克劳林精矿，先经加压氧化法预处理，然后采用氰化和碳浆法提金。该金矿于1985年投产，日处理原矿2700t，年产金16万盎司。我国中科院过程所对四川省东北寨金矿采用加压氧化碱浸预处理，金浸出率由35％提高至85％。广东有色金属研究院对广东莲花山花山钨矿砷钴尾矿(含As 20.20％，Co 0.96％，Au 6g/t)，采用加压氧化处理，金浸出率可达81.7％。加压氧化法的一种改进，为在浸出液中加入硝酸(或硝酸盐、亚硝酸盐等)，利用NO_x在气液相间传递氧气的作用，提高氧化反应速率，使得高压氧浸过程可在较低的温度与压力下进行。高压氧浸预处理技术成熟，效果好，浸出中砷转化为稳定的砷酸铁沉淀，硫转化为硫酸根，消除了砷、硫对环境的污染，但设备要求高、投资大，不能综合利用含金黄铁矿精矿中的铁、硫资源，是其不足。

细菌氧化浸出法是用氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿、砷黄铁矿，将其转化为硫酸、硫酸盐和砷酸盐，然后用常规氰化法浸出金。前苏联在1960年代即开展了该技术的研究，1986年南非Faivrew矿建立了10t/d的浮选金精矿细菌氧化预处理厂，此后，在津巴布韦、美国、澳大利亚、加拿大等国，也建立了类似的半工业试验厂。我国科学院过程所等单位，也针对广西、新疆、江西、河北等地高砷金矿的处理，开展了试验研究工作，取得较好效果。细菌浸出法成本低，但反应速度慢、耗时长，浸出中砷不能转化为稳定的砷酸铁，其行为及对环境的潜在影响，尚待进一步研究。此外，细菌浸出也不能实现对矿石中铁、硫资源的综合利用。

化学氧化是采用双氧水、硝酸等强氧化剂，实现含砷黄铁矿精矿的氧化，从而提高金氰化率的一类技术，由于氧化剂消耗量大，成本高，未能广泛推广应用。

湿法氧化工艺虽然可实现高的金回收率，但硫、砷及铁资源均未利用，渣的堆存量及废水排放量大，造成资源浪费和环境污染。

发明内容

本发明的目的是，针对黄铁矿包裹型金矿(包括金具有回收价值的含金硫精矿)现行处理工艺存在的资源未能充分利用、渣量大且稳定性差、废水排放量大、金回收率偏低等不足，提出一种以黄铁矿包裹型金矿为原料富集金，以利于回收的方法。

其方案为首先采用焙烧对黄铁矿包裹型金矿进行预处理，脱除其中的硫和砷回收利用；再以产出的焙烧矿为原料，加入焦炭或焦粉，配入石灰、石英砂等熔剂，进行还原熔炼，熔炼中铁还原为生铁，金富集于生铁中；然后，对富金生铁采用电解工艺进行处理，使金进一步富集于阳极泥中，而铁在阴极析出为电解纯铁产品。

还原熔炼温度为1450～1600℃，焦炭的配比，按不低于50％的铁被还原为金属铁的量加入，石灰、石英砂的配入量按渣型加入，配比为，焙烧矿∶焦炭∶石灰∶石英砂的质量比＝10∶2～5∶4～0∶0～3；将富金生铁铸造成阳极块，在带隔膜电解槽中进行电解，电解质体系为FeCl₂与NH₄Cl水溶液，FeCl₂浓度在50～200g/L，NH₄Cl浓度在50～200g/L，电流密度控制在50～400A/m²，电解液温度控制在20～60℃；或电解质体系为FeSO₄与(NH₄)2SO₄水溶液，FeSO₄浓度为20～250g/L，(NH₄)₂SO₄浓度在50～200g/L，电流密度控制在50～500A/m²，电解液温度控制在20～70℃。

本发明方法的优点是，资源综合回收利用率高，无污染，金回收率高，熔炼渣稳定性高，可长期安全堆存，也可作为水泥等建材原料利用。

附图说明

附图1为本发明的原则流程图。

具体实施方式

以下对所发明的技术方案详细描述。

如图1所示，本发明涉及的矿石原料为黄铁矿包裹型金矿(包括金具有回收价值的含金硫精矿)，其特征为金呈显微金形态被黄铁矿、砷黄铁矿所包裹；该原料含金波动在2～200g/t，含硫20～50％，含铁20～45％，通常含有砷，其量波动在1～25％；原料一般系原矿开采后，采用浮选法分离富集得到，因此其粒度在325目左右，可直接加入焙烧炉进行焙烧预处理。焙烧预处理的作用为脱除黄铁矿包裹型金矿中的硫、砷，产出含金烧渣(焙烧矿)用于还原熔炼。焙烧可采用沸腾焙烧炉(包括循环焙烧炉)、床式炉、回转窑等设备。焙烧温度为500～800℃，一般在750℃，焙烧时间为1～4h，一般为2h左右，根据矿石原料特点，可采用一段或两段焙烧。焙烧中脱除的硫和砷从烟气中回收，可分别生产硫酸和白砷产品。产出的焙烧矿，含铁在20～55％，主要为赤铁矿，也有少量磁铁矿、硅酸铁、硫化铁和硫酸铁存在；含硫在0.1～2％，含砷在0.1～2％，还含有铜、铅、锌等杂质元素及SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等脉石成分；焙烧矿含金在2～250g/t。焙烧中，应控制条件，尽可能使硫和砷完全脱除。以下所列为一种黄铁矿包裹型金矿焙烧矿的化学成分：Fe 60.22％，Pb 0.78％，Zn 0.77％，S 0.25％，As 0.063％，Cu 0.061％，P 0.029％，SiO₂ 9.38％，Al₂O₃ 1.33％，MgO 0.094％，CaO 1.14，Au8.28g/t。

焙烧矿与焦炭、石灰和石英砂按配比加入熔炼炉内进行还原熔炼，熔炼炉可采用炼铁高炉、交流或直流电弧炉、及各类熔池熔炼炉，以交流或直流电弧炉较为适宜。若采用高炉，则首先应对焙烧矿进行烧结或球团，并使用块状焦炭。由于当铁的还原率达50％时，金的富集率可达85％以上，所以配料中，焦炭的配入量，使铁的还原率不低于50％即可；石灰、石英砂的量应保证炉渣组成符合熔炼要求，即焙烧矿∶焦炭∶石灰∶石英砂的质量比＝10∶2～5∶4～0∶0～3；为提高金的回收率，特别是当金的含量高时，铁的还原率最好为75％及其以上，以使金的富集率达90％以上，其焙烧矿∶焦炭的质量比＝10∶1.5～5；熔炼温度控制在1400～1600℃，以1500～1550℃较好。通过熔炼，可使90～98％的金富集于生铁中，金在生铁中的富集倍率，取决于焙烧矿铁含量的高低及熔炼中铁的还原率，对含铁60％左右的焙烧矿，还原率达75％以上，金在生铁中富集1倍左右，所得生铁主要成分一例为：Fe 97.27％，C 1.38％，Si 0.29，S 0.4，P 0.052，Au 16g/t。

还原熔炼得到的富金生铁，铸造成阳极块，在带隔膜电解槽中，进行电解。电解质体系可选用，FeCl₂与NH₄Cl水溶液，FeCl₂浓度在50～200g/L，以80～100g/L较为适宜，NH₄Cl浓度在50～200g/L，以80～100g/L较为适宜，电流密度控制在50～400A/m²，以200～250A/m²较佳，电解液温度控制在20～60℃，以40～50℃较好。或选用FeSO₄加(NH₄)₂SO₄水溶液，其中，FeSO₄浓度为20～250g/L，较佳浓度控制在100～150g/L，(NH₄)₂SO₄浓度在50～200g/L，较佳浓度在80～100g/L，电流密度控制在50～500A/m²，以220～270A/m²较佳，电解液温度20～70℃，以40～55℃为好。在上述两种电解液体系中，以FeSO₄加(NH₄)₂SO₄水溶液体系对设备材质要求较低，电解纯铁质量较高。电解时，阳极套入隔膜袋中，同名极距控制在100mm左右。电解液循环速度根据电解槽容积确定，控制为1～2槽/h。电解纯铁具有良好的金属光泽，有一定的脆性，非金属杂质P为0.005％，Si为0.008％，C微量，S微量。其他杂质符合国家标准规定。其典型成分一例为：Fe大于99.95％，Zn 0.010％，As小于0.001％，Mn 0.029％，Pb 0.0040％，酸不溶物小于0.01％。阳极泥率为25％左右，阳极泥含铁45％，金富集于阳极泥中，在富铁生铁含金16g/t的条件下，阳极泥含金在64g/t左右。

以下为本发明的实例。

实例1：焙烧矿成分为Fe 60.22％，Pb 0.78％，Zn 0.77％，S 0.25％，As 0.063％，Cu 0.061％，P 0.029％，SiO₂ 9.38％，Al₂O₃ 1.33％，MgO 0.094％，CaO 1.14，Au 8.28g/t。采用直流电弧炉熔炼，在焙烧矿∶焦炭∶石灰质量比为10∶3∶1的条件下，于1500℃下熔炼，铁还原率达98％，金99％富集于生铁中，富金生铁成分为：Fe 97.27％，C 1.38％，Si 0.29％，S 0.40％，P 0.052％，Au 13.74g/t。将富金生铁铸造成阳极，在硫酸亚铁-硫酸铵为主的电解液体系中，在Fe²⁺80g/L，(NH₄)₂SO₄ 80g/L，pH＝3.5～4.5，电解液温度为50～60℃，220～275A/m²的电流密度和1.0～1.2V的槽电压，同极中心距定为110mm，采用隔膜电解时，电解稳定进行，产出含铁大于99.5％、杂质在允许范围内的纯铁，电解平均电流效率大于95％，阴极直流电耗为1100kwh/t Fe，金富集于阳极泥中，其含金达53.95g/t。

实例2：焙烧矿成分为Fe 60.22％，Pb 0.78％，Zn 0.77％，S 0.25％，As 0.063％，Cu 0.061％，P 0.029％，SiO₂ 9.38％，Al₂O₃ 1.33％，MgO 0.094％，CaO 1.14，Au 8.28g/t。采用直流电弧炉熔炼，在焙烧矿∶焦炭∶石灰质量比为10∶2∶3的条件下，于1550℃下熔炼，铁还原率达95％，金98％富集于生铁中，富金生铁成分为：Fe 94.88％，C 0.44％，Si 2.52％，S 0.56％，P 0.056％，Au 13.73g/t。将富金生铁铸造成阳极，在硫酸亚铁-硫酸铵为主的电解液体系中，在Fe²⁺100g/L，(NH₄)₂SO₄100g/L，pH＝3.5～4.5，电解液温度为50～60℃，220～275A/m²的电流密度和1.0～1.2V的槽电压，同极中心距定为120mm，采用隔膜电解时，电解稳定进行，产出含铁＞99.5％、杂质在允许范围内的纯铁，电解平均电流效率大于95％，阴极直流电耗为1100kwh/tFe，金富集于阳极泥中，其含金达54.92g/t。

实例3：焙烧矿成分为Fe 61.22％，Pb 0.61％，Zn 0.32％，S 0.23％，As 0.17％，Cu 0.035％，P 0.04％，SiO₂ 8.15％，Al₂O₃ 1.36％，MgO 0.075％，CaO 0.73％，Au 30.30g/t。采用直流电弧炉熔炼，在焙烧矿∶焦炭∶石灰质量比为10∶4∶1的条件下，于1500℃下熔炼，铁还原率达99％，金99％富集于生铁中，富金生铁成分为：Fe 97.32％，C 1.44％，Si 0.52％，S 0.52％，P 0.053％，Au 49.16g/t。将富金生铁铸造成阳极，在硫酸亚铁-硫酸铵为主的电解液体系中，在Fe²⁺100g/L，(NH₄)₂SO₄100g/L，pH＝3.5～4.5，电解液温度为50～60℃，220～275A/m²的电流密度和1.0～1.2V的槽电压，同极中心距定为11mm，采用隔膜电解时，电解稳定进行，产出含铁大于99.5％、杂质在允许范围内的纯铁，电解平均电流效率大于96％，阴极直流电耗为1100kwh/tFe，金富集于阳极泥中，其含金达196.63g/t。

实例4：焙烧矿成分为Fe 61.22％，Pb 0.61％，Zn 0.32％，S 0.23％，As 0.17％，Cu 0.035％，P 0.04％，SiO₂ 8.15％，Al₂O₃ 1.36％，MgO 0.075％，CaO 0.73％，Au 30.30g/t。采用直流电弧炉熔炼，在焙烧矿∶焦炭∶石英砂∶石灰质量比为15∶3∶2∶1的条件下，于1550℃下熔炼，铁还原率达98.5％，金99.2％富集于生铁中，富金生铁成分为：Fe 97.5％，C 1.32％，Si 0.43％，S 0.51％，P 0.043％，Au 51.16g/t。将富金生铁铸造成阳极，在硫酸亚铁-硫酸铵为主的电解液体系中，在Fe²⁺150g/L，(NH₄)₂SO₄ 80g/L，pH＝3.5～4.5，电解液温度为50～60℃，220～275A/m²的电流密度和1.0～1.2V的槽电压，同极中心距定为120mm，采用隔膜电解时，电解稳定进行，产出含铁大于99.6％、杂质在允许范围内的纯铁，电解平均电流效率大于95.2％，阴极直流电耗为1100kwh/tFe，金富集于阳极泥中，其含金达198.52g/t。