高砷难处理金精矿细菌氧化Word下载.docx
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生物提金工艺利用氧化亚铁硫杆菌,氧化黄铁矿和毒砂等金属矿物,使被矿物包裹的金颗粒裸露,能充分与浸金溶剂接触而有利于浸出,可使金的回收率大幅提高,但影响生物提金的因素很多,归结起来主要有3类:
生物因素、矿物因素和工艺因素[8]。
在矿物因素中,矿物含砷量的大小直接影响细菌氧化的效果(目前金精矿含砷的高低并没有统一划分标准,本文作者结合国内外主要金精矿的细菌氧化处理厂生产实际,界定含砷量在8%以上的为高砷金精矿),对于含砷量高的原料,细菌氧化也有其局限性,因此,有关际,界定含砷量在8%以上的为高砷金精矿),对于含
砷量高的原料,细菌氧化也有其局限性,因此,有关学者针对高砷金精矿的细菌氧化−氰化提金开展大量的研究工作,包括浸矿机理、菌种筛选驯化、核心反应器及工艺条件等方面。
如金世斌等[9]对金精矿生物氧化过程中砷的氧化行为研究后指出,生物氧化过程中毒砂中砷主要被Fe3+氧化,是间接作用的生物氧化过程,氧化液中As3+含量与试样的砷含量有关;
杨洪英等研究氧化亚铁硫杆菌SH-2T氧化毒砂的机理,并采用HQ20211嗜热菌对含砷11.78%金精矿的氧化预处理,金的回收率大大提高;
罗志雄等度嗜热嗜酸铁氧化菌MLY和嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillusferrooxidans,At.f)氧化处理含砷金精矿的机理及浸矿效果进行了研究;
戴红光研究用中温菌预氧化−氰化浸出湖北某难浸高砷高硫金精矿;
柳建设等[14]设计了实验室规模的气升式生物反应器,用于高砷难处理金精矿的细菌氧化预处理;
崔日成等研究了pH值对浸矿细菌的活化以及金精矿脱砷的影响;
佟琳琳等通过不同矿浆浓度的细菌氧化预处理实验,发现含砷金精矿细菌氧化渣的金浸出率随着矿浆浓度的增大而降低;
李万全等和李育研究了含砷难处理金精矿在不同磨矿细度、细菌接种量、氧化时间、氧化温度及通气量工艺条件下的预氧化效果,但目前尚未见通过改变给料中各种矿物成分的配比来提高难处理高砷金精矿细菌氧化−氰化浸出效果的系统研究。
本文作者根据原料中硫、砷及铁等主要成分和黄铁矿及毒砂等主要矿物的不同,考察给矿及溶液中的砷铁摩尔比对河北某高砷金精矿的细菌预氧化及氰化浸出过程的影响,为指导生产实践提供操作依据。
1实验
1.1矿样
试验用矿样取自河北某高砷矿,该矿石中金属矿物主要为黄铁矿、毒砂、方铅矿、磁黄铁矿及少量的黄铜矿、闪锌矿、黑钨矿、辉锑矿等。
脉石矿物主要为石英,其次为绿泥石、斜长石、云母、方解石和磷灰石等。
主要载金矿物为黄铁矿、毒砂和石英,金粒的嵌存状态主要为赋存于黄铁矿及石英中的包裹金和赋存于黄铁矿、毒矿及石英的晶隙间的晶隙金,且多与毒砂连生。
矿样的主要元素化学成分分析结果如表1所列。
从化学分析可以看出,该矿砷、铁、硫的含量比较高,占87.31%,其中硫化物含量近30%,属于典型的高砷高硫金精矿。
表1高砷金精矿化学成分分析
1.2菌种
试验用菌种TCJ采自山东某黄金冶炼企业,该组合菌种开始最高耐砷浓度为12g/L,在生产中要求进料矿浆浓度为20%,含砷最好不超过6%,经过企业几年来的运行及驯化,该菌种的耐砷能力可以达到15g/L。
1.3试验方法
细菌氧化试验在5L搅拌氧化槽中进行,采用莱宁A1000搅拌桨,通过DRZ−5型实验室细菌氧化反应罐夹套加热温度控制器进行温度控制,通过ZW−0.6/7立式空气压缩机、2M气瓶、自力式压力调节阀和LZB−10型玻璃转子流量计进行充其量的控制。
细菌氧化试验基本条件如下:
磨矿细度小于38µ
m占86%,矿浆浓度为10%,温度为40℃,充气量为0.4m3/h,搅拌速度为900r/min,用浓硫酸调矿浆pH值为2.0,当pH值稳定后加入营养物和接种物,接种物取自现场氧化槽溢流矿浆静置后的固体沉淀物,加入量为50g,营养物加入量为硫酸铵2g、磷酸氢二钾1g、硫酸镁1g。
试验中用上海精科雷磁仪器厂生产的pHB−4型便携式酸度计测量浸出体系的pH值,用甘汞参比电极和金属铂电极测定浸出体系的氧化还原电位,浸出
液中总铁的浓度用原子吸收光谱测定,Fe2+浓度用重铬酸钾滴定法测定,采用次亚磷酸盐滴定法测定液砷浓度。
氰化浸出试验在XTD−5L型搅拌浸出槽中进行,试验基本条件如下:
浸出矿浆浓度为40%,氰化钠浓度为0.7%,浸出pH值在11.5以上,浸出时间为48h。
2实验结果
2.1高砷矿直接氰化与细菌氧化试验
2.1.1高砷矿直接氰化试验
为了考察该高砷金精矿的浸出性能,对其在磨矿细度为粒度小于38µ
m的占86%时进行直接氰化试验,试验结果如表2所列。
由表2可以看出,粒度小于39µ
m的金有一半被氰化钠直接浸出来,而且氰化钠和石灰的消耗量较小,但是直接氰化浸出48h,金浸出率仅为58.96%,银的浸出率为35.63%,属于典型的高硫高砷难浸矿石。
表2高砷矿直接氰化浸出结果
2.2高砷矿细菌氧化−氰化浸出试验
对此高砷矿直接氰化回收率太低,因此,对其进行预氧化,氧化渣再进行氰化浸出,判断是否可以提高金银浸出率。
矿样细菌氧化过程中氧化还原电位、pH值、液体中铁、砷浓度及铁、砷氧化率随时间变化的曲线如图1和2所示。
由图1可知,此高砷矿的细菌氧化过程中,经过312h氧化,矿浆氧化还原电位由290mV上升到368mV,上升得非常缓慢,而且pH值几乎也没变化。
图2所示为高砷矿液体中铁砷浓度及氧化率变化曲线。
由图2可知,矿浆中液体铁由最初的558mg/L上升为2158mg/L,铁的氧化率仅为6.14%;
液体砷由最初的188.41mg/L上升为1627mg/L,砷的氧化率为7.38%,说明在这段时间内矿样几乎没有被氧化,因此,对该高砷矿直接进行细菌氧化效果不佳。
对该氧化渣进行氰化浸出试验,试验结果如下:
金浸出率64.18%,银浸出率35.93%,氰化钠消耗10kg/t,浸出率也只是略有提高,浸出效果较差。
2.2混矿降砷细菌氧化试验
由以上试验可以看出,当金精矿中砷的含量过高时,很难进行细菌氧化,因此,需要降低试样中砷的含量,这可以通过配矿来实现。
2.2.1配矿的选择
配矿种类的选择有基于两个原则:
1)含砷较低;
2)容易被细菌氧化,以实现在和高砷矿按照一定比例配入后降低原料中砷的同时,可以较快启动细菌氧化反应。
根据该原则选择了另一含砷金精矿,为便于区分,以下称之为配矿,其主要元素含量、直接氰化及细菌氧化氰化浸出情况分别如表3、表4和图3所列。
表3配矿的化学成分分析
表4配矿直接氰化浸出和细菌氧化后的浸出结果
由表3、表4及图3可知,该金精矿中含硫化物较低,不到6%,配矿的直接氰化回收率都比较低,金和银的浸出率分别只有32.74%和74.90%;
在其细菌氧化过程中,矿浆氧化还原电位及铁、砷的浓度都
一直处于上升状态,铁、砷氧化率也不断提高;
对细菌氧化后的氧化渣进行氰化,金、银浸出率分别提高到96.34%和80.20%,充分说明配矿的细菌预氧化效果较好,配矿很适合进行细菌氧化处理。
由表4可知,配矿经细菌预氧化后,其中金的浸出率提高很多,达到96.34%,但是由于该配矿含有大量的碳酸盐,在预氧化过程中消耗大量的硫酸,耗量达320kg/t,因此,尽管其浸出率较高,从经济角度考虑,还是无法单一采用此矿进行生产。
生产实际中,在保证细菌氧化及金氰化浸出效果的前提下,尽可能减少配矿的比例,因此,按照高砷矿与混矿铵质量比为1:
2、1:
3、1:
5和1:
8的比例进行试验。
2.2.2混矿细菌氧化试验
将高砷矿与配矿分别按照质量比为1:
8进行混合后化验分析,为便于区分,简称为不同比例混矿,其主要元素的含量如表5所列。
不同比例混矿细菌氧化过程中氧化还原电位及铁、砷氧化率随时间变化的曲线如图4~6所示。
表5不同比例混矿中主要元素含量
由图4~6可知,高砷矿经配矿后,无论是矿浆电位还是铁和砷的氧化率均大幅改善,细菌氧化效果大幅度提高,其中质量比1:
5混矿的效果最佳,其氧化还原电位、铁和砷的氧化率都高于其他比例混矿的,
所用的氧化时间最短,氧化速率最快(曲线斜率最大),其次是质量比为1:
8、1:
3和1:
2的混矿矿样。
由以上试验可以看出,高砷矿、配矿及不同比例混矿时铁与砷的氧化时间是不同的,结果如表6所列。
尽管延迟期和对数期没有严格的划分依据,但还是能看出一些规律,由表6可以看出,质量比1:
5混矿对细菌活性的影响也相对最小,主要表现在这种比
表6各种矿样中铁、砷的氧化时间
例混矿细菌氧化铁的延迟期最短为144h,对数期最长为206h;
氧化砷的延迟期最短为148h,对数期相对较长,为127h;
同时由表中可以看出,TCJ菌氧化砷时对数期比氧化铁时的对数期要短。
2.2.3混矿细菌氧化后氰化浸出试验
对上述比例混矿氧化渣进行氰化浸出试验,试验结果如表7所列。
由表7可以看出,不同质量比的混矿在经过细菌氧化之后进行氰化浸出,相对单独的高砷矿或者配矿来说,浸出率提高很多,说明氧化预处理效果明显,但是不同质量比混矿中金、银的浸出率相差不大,因
此,细菌氧化速率的快慢和氧化时间的长短就显得尤为重要,另外,氰化钠作为氰化浸出的主要成本构成,其单耗相差还是比较大,综合来讲,质量比1:
5混矿的浸出率和氰化钠单耗都较为合适。
表7不同比例混矿氧化渣氰化浸出结果
3分析与讨论
在生物氧化过程中作为主要载金矿物的黄铁矿和毒砂可能会发生以下主要氧化还原反应
由以上反应可知:
1)在细菌氧化还原黄铁矿及毒砂的过程中,黄铁矿的氧化是一个产酸反应,毒砂的氧化是一个耗酸反应,并且生成As3+。
在一定条件下,Fe3+可以将As3+氧化成As5+,在这些反应过程中,关键控制因素是细菌的活性、体系的氧化还原电位和pH,直接影响反应的持续性和砷的价态及转化;
2)Fe3+与被氧化的矿物进行化学反应。
氧化产生的Fe2+由细菌氧化为Fe3+后,再进入反应中循环,维持着生物氧化过程;
3)砷先以As3+的状态进入溶液中,含砷高的精矿As3+在整个氧化过程中占主导作用,而含砷低的精矿中只是在氧化的初始阶段占主导作用,当初始阶段黄铁矿存在量较大时,As3+迅速被氧化为As5+;
4)黄铁矿是决定生物
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- 难处 精矿 细菌 氧化