含砷难处理金矿的细菌氧化预处理研究现状
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2010年 2月 第 31卷第 1期
贵金属 Precious M etals
Feb. 2010 Vol. 31, No. 1
含砷难处理金矿的细菌氧化预处理研究现状 3
朱长亮 1 , 杨洪英 2 , 汤兴光 1 , 范有静 2 , 佟琳琳 2
( 1. 河北邯邢矿冶设计院有限公Leabharlann Baidu , 河北 邯郸 056001; 2. 东北大学 材料与冶金学院 , 辽宁 沈阳 110004 )
细菌氧化预处理工艺只是作为含砷难处理金矿 氰化浸出前的一种预处理方法 , 其工艺 流程 包括 B iox工艺 、B actech工艺 、M inbac工艺 、Newmont公司 的细菌氧化堆浸工艺 。图 1给出某细菌氧化提金厂 含砷难浸金精矿的细菌氧化预处理提金工艺 。该含 砷难处理金矿石 ,生产中细菌氧化预处理工艺为 4 段氧化 、3段洗涤 、2段中和的流程 ;含砷金精矿经除 屑浆化后 ,用泵送至旋流器进行分级 ;分级的底流给 入磨机进一步细磨 ,分级的溢流流入浓缩机浓缩 ;浓 缩机的溢流进入回水池 ,浓缩机的底流在加入营养 基后用泵送到一段生物氧化槽 ;经过连续 4 段生物 氧化后的矿浆给入 —高效浓缩机进行浓缩 ;浓缩后 的底流给入压滤机 ,溢流入中和系统 ;经 2段连续压 滤后 ,滤渣经碱性预处理后送到氰化回路浸出 ,提金 滤液返回高效浓缩机 ;高效浓缩机的溢流在中和系 统经 2段中和 ,中和后的液体给入压滤机压滤 ,滤饼 即为中和渣 ,送往堆场堆存 ,滤液给入回水池 ,循环 使用 [ 11 ] 。
Abstract: This article has summarized the leaching mechanism and influential factors of bacterial oxidation and p re - disposal of refractory gold ores. Industrial app lication and current status of studies at hom e and overseas were also introduced. Key words: metallurgy; refractory gold ores; bio - oxidation; oxidation m echanism; current situations of re sea rch
( 1. Hebei Han - Xing Institute of M ine & M etallurgy Design Co. L td. , Handan, Hebei 056001, China; 2. School of M aterials & M etallurgy, Northeastern University, Shenyang, L iaoning 110004, China )
4FeA sS + 4Fe2 ( SO4 ) 3 + 5O2 ( g) + 6H2 O = 12FeSO4 + 4H3 A sO4 + 4S 4FeSO4 + 2H2 SO4 + O2 = 2Fe2 ( SO4 ) 3 + 2H2 O
2S + 3O2 + 2H2 O
bac
2H2 SO4
t- 1 ,矿石粒度为 80%小于 19 mm ,细菌氧化周期为 80～100 d,金回收率在 60% ～70% ,每吨矿石的加 工成本为 5美元左右 [ 9 ] 。据资料介绍 ,美国纽蒙特 黄金公司已经完成 225万吨含砷原生金矿细菌氧化 预处 理 堆 浸 生 产 试 验 , , 生 产 总 费 用 8. 6 美 元 / 吨 [ 18 ] 。20 世 纪 90 年 代 初 美 国 内 华 达 州 Tonkin Sp rings金矿在未进行中试及细菌氧化作业的工程研 究就仓促建成了处理量为 20 t/ d 精矿的细菌氧化 厂 ,结果投产运行失败 [ 9 ] 。 2. 2 国内研究现状及进展
决定了细菌预氧化成效的关键 。
细菌预氧化过程中最主要的因素有 : ① 细菌因
素 :细菌种类 、细菌的驯化 、氧化过程的 pH 值 、氧化
温度 、氧化时间 、细菌接种量等 ; ② 矿物因素 : 难处
理矿金矿类型 、矿石化学成分 、矿物组成 、硫化物表
面性质等 ; ③ 工艺因素 : 物料粒度 、矿浆浓度 、Fe3 +
> 95% [ 14 ] 。澳大利亚 W iluna矿的工业应用证明 , 细菌氧化可节省投资近 20% ,节省生产成本 10% , 而金的回收率增加 13% [ 15 ] 。世界上第一座大型细 菌处理厂是加纳的 A shanti生物氧化系统 , 1995 年 扩建设计规模为 960 t/ d[ 16～17 ] 。 Pezinok选矿厂利用 细菌氧化处理含砷金精矿 ,精矿中 Au 34 g· t- 1 、全 铁 40. 59%、A s 15. 5% ,金的回收率达 89%。 1996 年美国纽蒙特公司在内华达州的卡林金矿进行了数 百吨到百万吨级的一系列细菌氧化堆浸工业试验 , 并取得成功 ,处理的矿石品位为 Au 0. 6 ～1. 2 g·
2 国内外细菌氧化预处理工艺研究现 状及进展
2. 1 国外研究现状及进展 难浸金矿的细菌氧化预处理 ,最先是 1964年在
法国提出 ,法国人首次尝试利用细菌浸出红土矿物 中的金 ,取得了令人鼓舞的效果 ; 1977 年前苏联最 先发表了实验结果 ;北美最先用搅拌反应槽对难浸
50
贵金属
第 31 卷
氧化成硫酸盐 。 ③复合氧化作用机理 ,直接氧化作
用和间接氧化作用共同作用 [ 6 - 8 ] 。反应如下 :
2FeA sS + 7O2 ( g) + H2 SO4 + 2H2 O bac Fe2 ( SO4 ) 3 + 2H3 A sO4 该反应产生的硫酸高铁是一种强氧化剂 ,又与
含砷硫化物金矿反应 。
据统计 ,目前世界上约 2 /3 的金矿资源属于难 处理矿 ,而世界黄金总产量的 1 /3 左右是产自难处 理金矿 ,这一比例今后必将进一步增高 。在我国已 探明的黄金储量中 ,有 30%为难处理金矿 ,其中含 砷金矿是最难处理的 ,从 20世纪 70年代中期起 ,在 云南 、贵州 、广西 、四川 、陕西 、甘肃 、辽宁 、青海 、新疆 等地区陆续发现了这类金矿 。因此 ,含砷难处理金 矿的预处理工艺的研究具有极其重要的意义 。而细 菌氧化预处理工艺与其它工艺相比 ,具有以下优点 : ①常温常压下进行的硫化物的细菌氧化过程 ; ②流 程简单 、操作方便 ; ③ 投资少 、生产成本低 、预处理 后金回收率高 ,有较高的经济效益 ; ④ 对环境影响 小 ,具有较好的社会效益 。因此 ,细菌预氧化预处理
第 1期
朱长亮等 : 含砷难处理金矿的细菌氧化预处理研究现状 49
方法是处理含砷难浸金矿的最有发展前途的一种方 法 [1 - 5]。
1 细菌氧化预处理原理 、影响因素及 工艺流程
1. 1 细菌氧化预处理原理
细菌氧化是一个复杂的过程 ,化学氧化 、细菌氧
3 收稿日期 : 2009 - 03 - 25 基金项目 :国家自然科学基金项目 (50674029和 50874030) ;国家高技 术研究发展计划项目 (2006AA06Z127) ;高等学校博士学科点专项科研基金 (20060145015) 。 朱长亮 ,男 ,工程师 , 主要从事生物浸矿研究和设计及黑色 、有色金属矿选厂设计 。 E - mail: zhucl 1980@163. com
无论是直接作用还是间接作用 ,还是直接作用
与间接作用的复合作用 ,都会发生细菌氧化二价铁
的过程 ,但是目前对于细菌氧化机理还没有完全弄
清楚 。
1. 2 细菌氧化的影响因素
细菌预氧化过程中影响因素的确定取决于难浸
金矿石的矿物学特性以及对硫化物氧化程度的要
求 ,而细菌预氧化过程各因素控制的正确与否 ,直接
浓度 、充气量 、反应器结构 、表面活性剂等 。其中细
菌因素反映了主体 (细菌 )自身的生物生理和生化
特性 ;矿物因素反映了客体 (难浸金矿 )受细菌作用
的情况 ,直接影响预处理设备的规模和操作成本 ;而
工艺因素则涉及细菌氧化矿物的最佳操作条件 ,是 改善细菌氧化能力和矿物被氧化难度的中介 [ 9 - 11 ] 。 细菌氧化预处理工艺采用的细菌种类主要是 氧化亚铁硫杆菌 ( Thiobacillus ferrooxidans) 、氧化硫 硫杆菌 ( Thiobacillus thiooxidans) 、氧化亚铁钩端螺 旋菌 (Lep tosp irillum ferrooxidans) 、叶硫球菌 ( Sulfolo2 bus) 以 及 嗜 热 硫 氧 化 菌 ( Sulfobacillus thermosulfi2 dooxidans)等 ,它们属化能自养菌 、好氧 ,这些细菌的 繁殖速度较慢 ,要通过常规的技术缩短细菌氧化的 时间是很难的 [ 8 ] 。细菌氧化技术研究的内容是细菌 本身的活性 、耐砷性 、耐温性 、耐酸性 、培养基类型 、 细菌对矿石的选择性及细菌与硫化物矿物反应的机 理等 。细菌氧化技术工业应用的主要内容是反应器 的充气方式 、热交换方式 、搅拌方式 、反应器连接方 式以及细菌氧化技术与常规提金工艺的连接等 [ 12 ] 。 1. 3 细菌氧化预处理工艺流程
含砷难 处理 金 矿 是 指 金 以 显 微 或 次 显 微 甚 至 晶格金的形式被包裹于含砷的硫化物矿物之中的矿 石 ,属极难处理矿石 。在这类矿石中 ,金往往以显微 或次显微甚至晶格金的形式浸染于毒砂 、黄铁矿等 硫化矿中 。含砷含碳是这类矿石中“最顽固的 ”,属 双重极难处理矿石 ,采用常规氰化提金工艺处理 ,金 的浸出率很低 ,主要因为在这类矿石中金以极微细 粒形态被含砷硫化物包裹 ,在氰化浸出过程中 ,金很 难与浸出药剂相结合 ,而且溶液中形成的砷的硫化 物溶解度较高 ,氰化时会大量消耗溶液中的氰化物 和溶解氧 。含砷金矿的难处理性并不在于含砷量的 多少 ,而在于有多少微细粒金被包裹在含砷的硫化 矿物之中 。
Curren t Sta tus of Stud ies on Bacter ia l Pre - ox ida tion and L each ing of Refractory Gold O res w ith A s
ZHU Changliang1 , YANG Hongy ing2 , TANG X ingguang1 , FAN Y oujing2 , TO NG L in lin2
图 1 某提金厂含砷难浸金精矿的细菌氧化预处理提金工艺 Fig. 1 B acterial p re - oxidation and leaching of refractory gold ores w ith A s
金矿石及精矿进行细菌氧化 ,对于搅拌反应槽式细 菌氧化厂的投产和推广 ,具有奠基作用 ; 1984～1985 年 ,加拿大 Giant Bay微生物技术公司对北美及澳大 利亚的 30 多 种 金 精 矿 进 行 了 细 菌 氧 化 实 验 研 究 [ 13 ] 。1986年南非的 Fairview 金矿建立了世界上 第一个细菌氧化提金厂 ,实现了含砷难浸金矿细菌 氧化预处理法在世界上的首次商用 ,该厂处理的金 精矿含 Au 120 g· t- 1 、S 29%、A s 8% ,金的回收率
摘 要 :简要分析了细菌氧化预处理含砷金矿石的机理 、影响细菌浸出的因素及工艺流程 ,详细综 述了国内外含砷难处理金矿石细菌氧化预处理的研究现状 。 关键词 : 冶金技术 ; 难处理金矿 ; 细菌氧化 ; 氧化机理 ; 研究现状 中图分类号 : TF831 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 0676 (2010) 01 - 0048 - 05
化与原电池反应同时发生 。人们对细菌在浸矿中的
作用存在许多观点 ,研究认为细菌在浸矿中的作用
机理主要有 3 类 : ① 浸矿细菌直接氧化作用机理 ,
浸出过程浸矿细菌直接与矿物接触发生氧化反应 。
其中有人认为还有初级次级氧化反应机理 。 ② 浸
矿细菌间接氧化作用机理 ,浸矿细菌使 Fe2 + 重新被
氧化为 Fe3 + ,此时 Fe3 + 为氧化剂 ,可使金属硫化物
贵金属 Precious M etals
Feb. 2010 Vol. 31, No. 1
含砷难处理金矿的细菌氧化预处理研究现状 3
朱长亮 1 , 杨洪英 2 , 汤兴光 1 , 范有静 2 , 佟琳琳 2
( 1. 河北邯邢矿冶设计院有限公Leabharlann Baidu , 河北 邯郸 056001; 2. 东北大学 材料与冶金学院 , 辽宁 沈阳 110004 )
细菌氧化预处理工艺只是作为含砷难处理金矿 氰化浸出前的一种预处理方法 , 其工艺 流程 包括 B iox工艺 、B actech工艺 、M inbac工艺 、Newmont公司 的细菌氧化堆浸工艺 。图 1给出某细菌氧化提金厂 含砷难浸金精矿的细菌氧化预处理提金工艺 。该含 砷难处理金矿石 ,生产中细菌氧化预处理工艺为 4 段氧化 、3段洗涤 、2段中和的流程 ;含砷金精矿经除 屑浆化后 ,用泵送至旋流器进行分级 ;分级的底流给 入磨机进一步细磨 ,分级的溢流流入浓缩机浓缩 ;浓 缩机的溢流进入回水池 ,浓缩机的底流在加入营养 基后用泵送到一段生物氧化槽 ;经过连续 4 段生物 氧化后的矿浆给入 —高效浓缩机进行浓缩 ;浓缩后 的底流给入压滤机 ,溢流入中和系统 ;经 2段连续压 滤后 ,滤渣经碱性预处理后送到氰化回路浸出 ,提金 滤液返回高效浓缩机 ;高效浓缩机的溢流在中和系 统经 2段中和 ,中和后的液体给入压滤机压滤 ,滤饼 即为中和渣 ,送往堆场堆存 ,滤液给入回水池 ,循环 使用 [ 11 ] 。
Abstract: This article has summarized the leaching mechanism and influential factors of bacterial oxidation and p re - disposal of refractory gold ores. Industrial app lication and current status of studies at hom e and overseas were also introduced. Key words: metallurgy; refractory gold ores; bio - oxidation; oxidation m echanism; current situations of re sea rch
( 1. Hebei Han - Xing Institute of M ine & M etallurgy Design Co. L td. , Handan, Hebei 056001, China; 2. School of M aterials & M etallurgy, Northeastern University, Shenyang, L iaoning 110004, China )
4FeA sS + 4Fe2 ( SO4 ) 3 + 5O2 ( g) + 6H2 O = 12FeSO4 + 4H3 A sO4 + 4S 4FeSO4 + 2H2 SO4 + O2 = 2Fe2 ( SO4 ) 3 + 2H2 O
2S + 3O2 + 2H2 O
bac
2H2 SO4
t- 1 ,矿石粒度为 80%小于 19 mm ,细菌氧化周期为 80～100 d,金回收率在 60% ～70% ,每吨矿石的加 工成本为 5美元左右 [ 9 ] 。据资料介绍 ,美国纽蒙特 黄金公司已经完成 225万吨含砷原生金矿细菌氧化 预处 理 堆 浸 生 产 试 验 , , 生 产 总 费 用 8. 6 美 元 / 吨 [ 18 ] 。20 世 纪 90 年 代 初 美 国 内 华 达 州 Tonkin Sp rings金矿在未进行中试及细菌氧化作业的工程研 究就仓促建成了处理量为 20 t/ d 精矿的细菌氧化 厂 ,结果投产运行失败 [ 9 ] 。 2. 2 国内研究现状及进展
决定了细菌预氧化成效的关键 。
细菌预氧化过程中最主要的因素有 : ① 细菌因
素 :细菌种类 、细菌的驯化 、氧化过程的 pH 值 、氧化
温度 、氧化时间 、细菌接种量等 ; ② 矿物因素 : 难处
理矿金矿类型 、矿石化学成分 、矿物组成 、硫化物表
面性质等 ; ③ 工艺因素 : 物料粒度 、矿浆浓度 、Fe3 +
> 95% [ 14 ] 。澳大利亚 W iluna矿的工业应用证明 , 细菌氧化可节省投资近 20% ,节省生产成本 10% , 而金的回收率增加 13% [ 15 ] 。世界上第一座大型细 菌处理厂是加纳的 A shanti生物氧化系统 , 1995 年 扩建设计规模为 960 t/ d[ 16～17 ] 。 Pezinok选矿厂利用 细菌氧化处理含砷金精矿 ,精矿中 Au 34 g· t- 1 、全 铁 40. 59%、A s 15. 5% ,金的回收率达 89%。 1996 年美国纽蒙特公司在内华达州的卡林金矿进行了数 百吨到百万吨级的一系列细菌氧化堆浸工业试验 , 并取得成功 ,处理的矿石品位为 Au 0. 6 ～1. 2 g·
2 国内外细菌氧化预处理工艺研究现 状及进展
2. 1 国外研究现状及进展 难浸金矿的细菌氧化预处理 ,最先是 1964年在
法国提出 ,法国人首次尝试利用细菌浸出红土矿物 中的金 ,取得了令人鼓舞的效果 ; 1977 年前苏联最 先发表了实验结果 ;北美最先用搅拌反应槽对难浸
50
贵金属
第 31 卷
氧化成硫酸盐 。 ③复合氧化作用机理 ,直接氧化作
用和间接氧化作用共同作用 [ 6 - 8 ] 。反应如下 :
2FeA sS + 7O2 ( g) + H2 SO4 + 2H2 O bac Fe2 ( SO4 ) 3 + 2H3 A sO4 该反应产生的硫酸高铁是一种强氧化剂 ,又与
含砷硫化物金矿反应 。
据统计 ,目前世界上约 2 /3 的金矿资源属于难 处理矿 ,而世界黄金总产量的 1 /3 左右是产自难处 理金矿 ,这一比例今后必将进一步增高 。在我国已 探明的黄金储量中 ,有 30%为难处理金矿 ,其中含 砷金矿是最难处理的 ,从 20世纪 70年代中期起 ,在 云南 、贵州 、广西 、四川 、陕西 、甘肃 、辽宁 、青海 、新疆 等地区陆续发现了这类金矿 。因此 ,含砷难处理金 矿的预处理工艺的研究具有极其重要的意义 。而细 菌氧化预处理工艺与其它工艺相比 ,具有以下优点 : ①常温常压下进行的硫化物的细菌氧化过程 ; ②流 程简单 、操作方便 ; ③ 投资少 、生产成本低 、预处理 后金回收率高 ,有较高的经济效益 ; ④ 对环境影响 小 ,具有较好的社会效益 。因此 ,细菌预氧化预处理
第 1期
朱长亮等 : 含砷难处理金矿的细菌氧化预处理研究现状 49
方法是处理含砷难浸金矿的最有发展前途的一种方 法 [1 - 5]。
1 细菌氧化预处理原理 、影响因素及 工艺流程
1. 1 细菌氧化预处理原理
细菌氧化是一个复杂的过程 ,化学氧化 、细菌氧
3 收稿日期 : 2009 - 03 - 25 基金项目 :国家自然科学基金项目 (50674029和 50874030) ;国家高技 术研究发展计划项目 (2006AA06Z127) ;高等学校博士学科点专项科研基金 (20060145015) 。 朱长亮 ,男 ,工程师 , 主要从事生物浸矿研究和设计及黑色 、有色金属矿选厂设计 。 E - mail: zhucl 1980@163. com
无论是直接作用还是间接作用 ,还是直接作用
与间接作用的复合作用 ,都会发生细菌氧化二价铁
的过程 ,但是目前对于细菌氧化机理还没有完全弄
清楚 。
1. 2 细菌氧化的影响因素
细菌预氧化过程中影响因素的确定取决于难浸
金矿石的矿物学特性以及对硫化物氧化程度的要
求 ,而细菌预氧化过程各因素控制的正确与否 ,直接
浓度 、充气量 、反应器结构 、表面活性剂等 。其中细
菌因素反映了主体 (细菌 )自身的生物生理和生化
特性 ;矿物因素反映了客体 (难浸金矿 )受细菌作用
的情况 ,直接影响预处理设备的规模和操作成本 ;而
工艺因素则涉及细菌氧化矿物的最佳操作条件 ,是 改善细菌氧化能力和矿物被氧化难度的中介 [ 9 - 11 ] 。 细菌氧化预处理工艺采用的细菌种类主要是 氧化亚铁硫杆菌 ( Thiobacillus ferrooxidans) 、氧化硫 硫杆菌 ( Thiobacillus thiooxidans) 、氧化亚铁钩端螺 旋菌 (Lep tosp irillum ferrooxidans) 、叶硫球菌 ( Sulfolo2 bus) 以 及 嗜 热 硫 氧 化 菌 ( Sulfobacillus thermosulfi2 dooxidans)等 ,它们属化能自养菌 、好氧 ,这些细菌的 繁殖速度较慢 ,要通过常规的技术缩短细菌氧化的 时间是很难的 [ 8 ] 。细菌氧化技术研究的内容是细菌 本身的活性 、耐砷性 、耐温性 、耐酸性 、培养基类型 、 细菌对矿石的选择性及细菌与硫化物矿物反应的机 理等 。细菌氧化技术工业应用的主要内容是反应器 的充气方式 、热交换方式 、搅拌方式 、反应器连接方 式以及细菌氧化技术与常规提金工艺的连接等 [ 12 ] 。 1. 3 细菌氧化预处理工艺流程
含砷难 处理 金 矿 是 指 金 以 显 微 或 次 显 微 甚 至 晶格金的形式被包裹于含砷的硫化物矿物之中的矿 石 ,属极难处理矿石 。在这类矿石中 ,金往往以显微 或次显微甚至晶格金的形式浸染于毒砂 、黄铁矿等 硫化矿中 。含砷含碳是这类矿石中“最顽固的 ”,属 双重极难处理矿石 ,采用常规氰化提金工艺处理 ,金 的浸出率很低 ,主要因为在这类矿石中金以极微细 粒形态被含砷硫化物包裹 ,在氰化浸出过程中 ,金很 难与浸出药剂相结合 ,而且溶液中形成的砷的硫化 物溶解度较高 ,氰化时会大量消耗溶液中的氰化物 和溶解氧 。含砷金矿的难处理性并不在于含砷量的 多少 ,而在于有多少微细粒金被包裹在含砷的硫化 矿物之中 。
Curren t Sta tus of Stud ies on Bacter ia l Pre - ox ida tion and L each ing of Refractory Gold O res w ith A s
ZHU Changliang1 , YANG Hongy ing2 , TANG X ingguang1 , FAN Y oujing2 , TO NG L in lin2
图 1 某提金厂含砷难浸金精矿的细菌氧化预处理提金工艺 Fig. 1 B acterial p re - oxidation and leaching of refractory gold ores w ith A s
金矿石及精矿进行细菌氧化 ,对于搅拌反应槽式细 菌氧化厂的投产和推广 ,具有奠基作用 ; 1984～1985 年 ,加拿大 Giant Bay微生物技术公司对北美及澳大 利亚的 30 多 种 金 精 矿 进 行 了 细 菌 氧 化 实 验 研 究 [ 13 ] 。1986年南非的 Fairview 金矿建立了世界上 第一个细菌氧化提金厂 ,实现了含砷难浸金矿细菌 氧化预处理法在世界上的首次商用 ,该厂处理的金 精矿含 Au 120 g· t- 1 、S 29%、A s 8% ,金的回收率
摘 要 :简要分析了细菌氧化预处理含砷金矿石的机理 、影响细菌浸出的因素及工艺流程 ,详细综 述了国内外含砷难处理金矿石细菌氧化预处理的研究现状 。 关键词 : 冶金技术 ; 难处理金矿 ; 细菌氧化 ; 氧化机理 ; 研究现状 中图分类号 : TF831 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 0676 (2010) 01 - 0048 - 05
化与原电池反应同时发生 。人们对细菌在浸矿中的
作用存在许多观点 ,研究认为细菌在浸矿中的作用
机理主要有 3 类 : ① 浸矿细菌直接氧化作用机理 ,
浸出过程浸矿细菌直接与矿物接触发生氧化反应 。
其中有人认为还有初级次级氧化反应机理 。 ② 浸
矿细菌间接氧化作用机理 ,浸矿细菌使 Fe2 + 重新被
氧化为 Fe3 + ,此时 Fe3 + 为氧化剂 ,可使金属硫化物