约100年前,人们就放弃了酸法和氧化法浸出金,但现在酸处理工艺又重新引起了人们的兴趣。该工艺是从硫化矿中回收金和银的单级系统,反应速度快,不需要使用大型或昂贵的设备或特殊的加压设备,省去了焙烧和随后的化学浸出工序,是一种直接回收金的简便方法,在一些国家已获得几项专利。1)工艺发展概况英国对稀硝酸和氯化钠氧化浸出金工艺进行了初步实验研究。由于英国可供处理的难浸出金矿石并不多,因此与一家澳大利亚公司建立了联系。这家公司在西澳大利亚有一座炭制矿浆厂和一个小型实验室。在对各种类型的矿石、精矿和尾矿进行实验后发现,这种新的酸处理工艺对于易浸出的矿石并不比传统的化学法好。但在许多硫化矿上的实验结果表明这一新工艺很有前景,于是集中研究了此类硫化物矿床的处理。最初研究了稀硝酸和氯化钠对纯金样品的影响,在95~100℃的10%氯化钠溶液和35%硝酸溶液中,小金块在15min内完全溶解,而25%硝酸溶液约需30min才能溶解金。研究表明,样品表面的腐蚀速率为0.6kg/(m2·min)。这些结果可用于确定硫化物腐蚀后,溶解裸露的金所需的残余硝酸量。实际的硝酸对通常与金共存的硫化物的氧化比化学反应式所示的要复杂得多。金属硫化物与硝酸反应生成硫酸盐、NO和水。
但在氯化钠存在下,会发生副反应,如生成硝酸离子和易溶解的金。在这种强氧化性介质中,其他矿石成分(如砷和锑)也会被氧化,这使问题进一步复杂化。这一切意味着每块矿石在破碎和研磨后必须立即进行分析,每天至少要进行几次,以确保矿石的性质不发生明显变化。因此,反应所用硝酸的实际量不可能恰好等于根据原矿石或精矿中存在的硫化物而计算的化学量。需要加入过量的硝酸,但这并不意味着硝酸被浪费了。 2)实验室实验 实验所用的矿粉粒度为0.050mm,每批150g。玻璃瓶内装有搅拌器和冷凝器,配有温度计插口和细磨矿石加入口。玻璃瓶内装有电阻丝加热,冷凝器内有一组吸附装置,第一个容器有进气口,用于将逸出的氧化亚氮氧化为NO2。先将氯化钠和硝酸加热,然后搅拌机开动搅拌,随着温度的升高逐渐加入磨细的矿石。当使用高硫化物矿石和精矿时,放热反应一般在35~40℃之间开始。当瓶内温度升到95~100℃时,停止加热。从酸性溶液中提取氯化金,经实验,金与碳处理后,以金属元素的形式从溶液中析出。美国矿业局的实验结果表明:从氯化物溶液中吸附的金的量为每吨碳克,而从硝酸盐溶液中吸附的银的量为每吨碳克,碳从溶液中吸附的金的量为62200克/吨,吸附的银的量为31100克/吨。
英国帝国理工学院的研究,已阐明了酸性溶液中金盐与其它金属的分离问题。需要注意的是,细碎的黄铁矿能从酸性溶液中快速提取金,因此彻底除去硫化物非常重要。3)中间试验工厂中间试验工厂采用两组黑色聚乙烯蛇形管,一组长100m,另一组长250m。管道破裂压力为2.8MPa(工作压力在1.05~1.4MPa之间)。管径25mm,壁厚6.3mm。管道以半径0.9m缠绕,插入ф2 100mm罐内。连接处采用钛管。热交换器为蒸汽加热的钛蛇形管。系统有两台隔膜泵。试验以1kg磨至0.050mm的精矿进行(矿浆浓度为30%~60%固体,抽速为50~100L/h)。硝酸的质量分数在7%~15%之间变化,氧化物和硫化物混合精矿中金的回收率达95%。为了比较,在45℃、碱度下进行了几次实验,金的回收率约为80%。实验时,矿浆经三通阀过滤至大型陶瓷过滤器中,将过滤后的工艺残渣与含金酸液分离,然后冲洗过滤器。滤液用泵送入两个装有活性炭玻璃管的ф75mm×18 000mm吸附柱中,使金沉积在炭上。由于滤液中含有硫酸铁,也许还有盐或锑酸盐,因此不再回收利用。
这种设计不再采用浸没焚烧法来回收多余的硝酸盐,但生产过程中需要对滤液进行检测,以确定硝酸盐含量。处理后的矿浆在返回工厂时,通过冷凝器下面的三通管返回到第一个容器中,使NO逸出到第一个洗涤器中,并喷入空气将NO氧化成NO2进行溶解。用燃烧木炭的方法回收金是一种经济的方法,因为这种木炭可以吸收大量的金。如果存在银,则会沉积出多余的金锭(一种金银合金)。也可以用电解或其他方法回收金,但燃烧木炭是最简单的方法,还可以回收吸附在木炭上的多余硝酸盐。英国剑桥矿业学院的实践证明,硝酸的回收率超过90%,金的回收率也比较高。剑桥矿业学院在表1中列出了部分矿物实验的结果。表1 剑桥矿业学院采用HMC工艺以硝酸和氯化钠进行的部分实验结果编号类型浸出率/%黄铁矿精矿黄铁矿尾矿浮选精矿精矿浮选精矿重选精矿 (锑)毒砂毒砂尾矿93..586.888.393.892.993.999.79080—95.897.4—97.596.392.478.5[next]HMC加工中心加工的许多矿石都来自威尔士(金矿区现在是国家公园的一部分,禁止作业)。
矿石性质:砾石丘中的矿体中,最常见的矿物是石英。绿泥石包裹体一般含有Fe2O3,也有白云母。黄铜矿和磁黄铁矿也富含金。毒砂与金和磁铁矿集合体共生。Fe与As+S的比例几乎总是1:2。典型样品含钴3.3%,镍0.1%,砷31.43%。除碲化物-金集合体外,没有其他金存在,该集合体是最难加工的矿体。据信,在HMC加工中心金银回收率达到90%之前,没有人进行过适当的化学浸出研究。矿石集合体包括辉石亚砷酸盐(CoAsS),黄铜矿(),银黄铜矿(),金红石(S3),(PbTe),碲酸盐银(AgTe)和碲酸盐金(~8)。 4)蛇形工艺的可行性以5t/h工厂为例(一年生产340天,一年处理3.4万吨矿石),若以中试工厂标准设备为依据,假设通道合适,场地平坦,包括一个9t蒸汽锅炉车间,供应发电机、空压机和加热器,投资费用为90万美元。硝酸回收系统和简易浸没式焚烧设备按英国报价单计算。若新建室外工厂计算(从采矿、破碎、磨矿设备、厂房和处理能力为5t/h的金银回收车间开始),投资不超过200万美元。
根据中试工厂的数据,规划 5 t/h 的近似成本如表 2 所示。如果包括采矿、磨矿、运输和柴油,估计这些成本在澳大利亚为 5-6 美元。表 2 蛇纹石系统的近似成本处理能力(5 t/h)每吨矿石成本/美元硝酸(20%酸损失 10%)盐(天然氯化钠)活化冷(1500 美元·t-1)石灰水(50m3)燃料碳产生的蒸汽细磨矿石或精矿购买价格其他成本:工人和管理人员(包括杂费)贷款支付加扣除(5a)4~62.50.54~75622~27157因此,对于 5 t/h 的小型工厂,该工厂处理高黄铁矿含量的矿石或精矿可获得 48-53 美元/t 的总成本。如果矿石成分比较复杂,即毒砂含量高,那么材料成本就增加了,而且砷可以用石灰处理来固定,这也涉及到硫酸过量和硫酸铁转化为氢氧化铁(或氧化铁)的问题。但需要注意的是,在实验室试验过程中没有遇到硫生成的问题。因此,如果浸出含金量为10g/t的精矿中的90%的金,在目前金锭价格为350美元/盎司的情况下,在这样一个小型蛇纹石厂中可以保证获得高额利润。最后,用碱化法处理塑料管中非硫化物或低硫化物矿石和槽矿的成功经验不容忽视。