难处理金精矿焙烧预氧化工艺实践

的浸出率普遍偏低 （ 60 % 左右 ） 。 另外， 生产实践中 也存在较多问题： 喷枪更换复杂， 维护工作量大， 进料 不稳定， 焙砂性质变化幅度大， 硫酸浸出杂质金属脱
收稿日期： 2013 － 07 － 01 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 51164011 ） ； 福建省区域科技重大合作项目（ 2011H4025 ） 作者简介： 廖元杭（ 1970 —） ， 男， 福建上杭人， 高级工程师， 主要研究方向为贵金属、 有色金属的冶炼及加工； 福建省龙岩市上杭县紫金大道 1 号， 364200 紫金矿业集团股份有限公司，
12FeAsS + 29O2 4Fe3 O4 + 6As2 O3 + 12SO2 （ 4 ） 从反应 （ 1 ） ～ （ 4 ） 可知， 在低温、 缺氧焙烧条件 下， 硫化铁、 硫化亚铁、 砷黄铁矿氧化分解。 其中， 大 部分砷以易挥发的三氧化二砷气体形式逸出 ， 通过收 避免了砷的扩散， 同时降低了 砷系统得到收集利用， ； 砷转化为难挥发五氧化二砷的概率 而铁的硫化物氧 化分解时， 会部分生成三氧化二铁 （ 红棕色、 疏松、 多 致密、 空隙少） ； 部分硫通过 孔） 和四氧化三铁（ 褐色、 低温氧化焙烧得到脱除。 二段高温、 富氧焙烧： 焙砂中部分未分解的硫化 物， 进一步氧化分解； 部分一段焙烧产物， 在高温、 富 氧条件下也会发生转变。其化学反应式如下： 16Fe2 O3 + FeS2 11Fe3 O4 + 2SO2 2Fe3 O4 + 1 /2O2 3Fe2 O3 ZnS + 3 /2O2 ZnO + SO2 PbS + 3 /2O2 PbO + SO2 As2 O3 + O2 As2 O5 12CuFeS2 + 35O2 6Cu2 O + 4Fe3 O4 + 24SO2 （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） （ 10 ）
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Fe2 O3 + 3SO3 幑幐Fe2 （ SO4 ） 3 （ 17 ） 从反应（ 11 ） ～ （ 17 ） 可知： 难处理金精矿中含铜 硫化物在焙烧时， 生成部分氧化亚铜、 四氧化三铁； 在 有足够氧气时， 氧化亚铜、 四氧化三铁继续氧化， 生成 氧化 铜、 氧 化 铁。 如 果 焙 烧 气 氛 控 制 恰 当， 反应 （ 15 ） 、 （ 16 ） 、 （ 17 ） 将向右进行； 这 3 个反应为可逆反 应， 焙烧温度、 焙烧气氛对反应进行的方向影响显著 ， 富氧对反应向右进行起关键作用 。生产实践表明： 如 铁基本以疏 果焙烧产物中铜基本以硫酸铜形式存在 ， 松三氧化二铁或硫酸铁形式存在 ， 可以保证金、 银、 铜 获得较好的回收率； 而一段高温、 富氧焙烧可以实现 这个目的， 所以该工艺对于处理含铜难处理金精矿具 有明显优势。 二段焙烧预氧化含铜矿物的症结是 ： 焙烧时三氧 化硫浓度低， 铜以氧化铜或者氧化亚铜的形式进入焙 砂， 硫酸浸出困难； 且在氰化过程中， 以氧化铜、 氧化 亚铜、 硫化铜、 硫化亚铜形式存在的铜， 会消耗大量的 氰化物， 严重干扰金、 银的浸出。
2013 年第 10 期 / 第 34 卷
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难处理金精矿焙烧预氧化工艺实践
廖元杭
（ 紫金矿业集团股份有限公司）
摘要： 结合生产实践， 阐述了 难 处 理金 精 矿 二 段 焙烧 预 氧 化 工 艺 和 一段 焙烧 预 氧 化 工 艺 的 应 用。针对福建金山黄金冶炼有限公司二段焙烧预氧化工艺的缺陷， 对其配矿、 进料、 焙烧、 输送等技 术进行改造， 采用综合配矿、 浆式进料、 工艺切换、 集成热料输送等新技术， 取得了显著的经济效益。 关键词： 难处理金精矿; 一段焙烧; 二段焙烧; 预氧化
中图分类号： TD 953 文献标志码： B 文章编号： 1001 － 1277 （ 2013 ） 10 － 0053 － 04 doi： 10． 11792 / hj20131013
焙烧氧化法具有工艺成熟、 生产成本低、 处理量 ［1 ］ 大等优点 ， 目前已成为难处理金矿预处理技术应
［2 ］ 用最广泛的工艺之一 ， 尤其是处理含高硫、 高砷、 高碳的矿石， 可以获得较优的效果。近 10 年来， 随着
2013 年第 10 期 / 第 34 卷 （ 富含铜、 铅、 锌、 砷等矿物 ） 在焙烧过程中局部易发 生过烧、 欠烧现象， 提高有价金属回收率。 根据公司生产实践以及难处理金精矿的不同性 质， 将金精矿配制成 3 种不同类型的配矿。高铜难处 理金精矿成分： 金 ≥ 30 g / t， 铜 ≥ 2． 5 % ， 铅 + 锌≤ 1 %， 硫 26 % 左右， 砷≤0． 1 % ， 碳≤0． 4 % 。高砷难 铜 ≤0． 3 % ， 铅 + 锌≤ 处理金精矿成分： 金 ≥30 g / t， 1． 5 % ， 2． 0 % ≤ 砷 ≤ 3． 5 % ， 硫 26 % 左 右， 碳≤ 0． 4 % 。高碳难处理金精矿成分： 金 ≥ 30 g / t， 铜≤ 0． 3 % ， 铅 + 锌 ≤1 % ， 硫 26 % 左 右， 砷 ≤ 0． 1 % ， 2 % ≤碳≤7 % 。 2． 2 焙烧工艺的切换技术改造 以目前焙烧工艺的发展趋势和金山黄金公司多 研发出了一段焙烧工艺和二 年生产实践经验为依据， ［11 ］ 段焙烧工艺相互切换技术 。 在原有的二段焙烧工 艺基础上， 增加了一段高温、 富氧焙烧。 这种切换技 术的应用使得现有工艺的原料适应性大大增强 ， 能处 理多种类型（ 含砷或含铜、 碳 ） 的难处理金精矿， 且工 艺参数稳定。 该切换技术的原理是： 在一段焙烧炉和二段焙烧 炉之间的高温密闭回料器上安装一定量的焙砂切换 通道， 灵活应用切换通道来处理各种难处理金精矿 。 当处理含铜、 含碳难处理金精矿时， 进行一段焙烧， 焙 而产生的烟 砂不经过二段焙烧炉直接进入酸浸系统 ， 气在进入布袋除尘器前， 先通过烟气切换通道进入文 ， 丘里烟气净化装置 使烟气最终切换到文丘里烟道； 当处理含砷难处理金精矿时， 采用两段焙烧， 产生的 烟气直接切换到原布袋收砷系统 。该技术于 2010 年 研发成功并应用于工业生产至今， 其工艺流程简单， 金、 铜提取率较高且稳定。 其中， 一段氧化焙烧处理 含铜难处理金精矿， 铜提取率达 92 % 以上， 金提取率 达 96 % 以上； 一段高温、 富氧焙烧处理含碳难处理金 精矿， 焙 砂 中 有 机 碳 含 量 低 于 0． 05 % ， 脱除率达 97 % 以上， 金提取率达 95 % 以上； 一段低温、 缺氧焙 富氧焙烧处理含砷难处理金精矿， 焙 烧和二段高温、 砂中砷含量低于 0． 1 % ， 脱除率达 97 % 以上， 金提取 率达 94 % 以上。 2． 3 进料技术改造 传统沸腾炉浆式进料枪， 是由一根中心管端套在 矿浆直管和压缩空气直管组成的一根三通管道上 ， 并 在其外围包裹一个低压空气套管的一种进料枪 。 该 进料枪的缺点主要有： 一是喷射料浆时， 料液供给易 出现断续现象， 造成喷入到沸腾炉中的料浆供给不稳 定； 二是风压大时， 矿浆易从分配器中溢出， 中断了沸 腾炉给料。 金山黄金公司设计了沸腾炉双环式雾化进料
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二段焙烧预氧化工艺的改造
从反应（ 5 ） ～ （ 10 ） 可知： 在低温、 缺氧条件下， 部 分未分解的硫化铁、 硫化亚铁继续氧化分解， 致密的 四氧化三铁等中间产物氧化生成疏松多孔的三氧化 二铁， 而且硫也得到了进一步的脱除； 而在低温、 缺氧 硫化铅、 条件下未发生氧化分解的硫化物 （ 硫化锌、 黄铜矿） 在高温、 富氧条件下得到氧化分解， 使金、 银 暴露的更充分， 有利于金、 银在氰化工艺中的浸出。 若直接采用一段高温、 富氧焙烧工艺， 含砷难处理金 精矿中大部分砷会以五氧化二砷的形式存在于焙砂 中， 严重干扰氰化浸出金、 银的过程； 这是一段焙烧法 不适合处理含砷矿物的主要原因 。
由于二段焙烧预氧化工艺和一段焙烧预氧化工 艺都有矿物兼容性差的缺陷， 金山黄金公司对二段焙 烧预氧化工艺进行了改造， 以进一步提升该工艺的处 理能力和对矿物的适应性。 2． 1 配矿技术改造 对难处理金精矿， 金山黄金公司根据焙烧工艺参 、 ， 数 不同矿物性质 进行综合配矿， 使进料的性质尽量 从源头上拓展了 接近焙烧预氧化工艺最佳进料参数 ， 二段焙烧预氧化工艺的适应性。 综合配矿技术充分 利用了不同金精矿之间矿物组成 、 元素品位、 粒度、 密 度、 焙烧热 能 等 性 质 差 异， 有效避免了单一金精矿
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金
除不理想， 废水处理成本高等。由于二段沸腾焙烧法 的特点， 使该工艺处理矿物原料单一， 导致该公司原 料供应压力较大。 该公司若采用一段焙烧工艺预氧 化难处理金精矿， 金、 铜的浸出率较高， 可分别稳定在 96 % 、 95 % 左右， 但也仅对含铜、 含碳难处理矿物效 果较好， 对含砷矿物处理效果较差。 所以， 对焙烧工 扩大工艺对矿物的适应性， 是焙烧 艺进行优化改良， 工艺获得竞争优势， 提升企业经济效益的重要举措。 1． 2 含砷难处理金精矿二段焙烧预氧化工艺应用 对含高砷难处理金精矿进行二段焙烧 ： 一段 低温、 缺氧焙烧； 二段高温、 富氧焙烧。 在一段低温、 FeS、 缺氧 焙 烧 时， 含 砷 难 处 理 金 精 矿 中 的 FeS2 、 FeAsS 发生如下化学反应： 4FeS2 + 11O2 2Fe2 O3 + 8SO2 3FeS + 5O2 Fe3 O4 + 3SO2 2FeS + 7 O Fe2 O3 + 2SO2 2 2 （ 1） （ 2） （ 3）
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， 主要包括压缩空气直管、 矿浆直管、 枪管， 还包 括下压缩空气变径管、 矿浆变径管、 矿浆大直管、 压缩 枪 空气大直管、 法兰、 气孔板、 上椎体、 紧固螺母、 下锥 体。枪管上端设有法兰， 枪管下端自上而下依次设有 上椎体、 紧固螺母、 下椎体构成的气浆混合 由气孔板、 其 室。矿浆直管一端用矿浆变径管连接矿浆大直管 ， 另一端与枪管倾斜连成三通管。 压缩空气直管一端 用压缩空气变径管连接压缩空气大直管 ， 其另一端直 接套入枪管至气孔板。 该进料枪是通过不同管道将 高压空气与矿浆送至气浆室并混合后喷出 ， 故气浆混 合雾化效果好， 燃烧充分； 而枪管下端设有下椎体、 紧 固螺母、 上椎体、 气孔板， 故能防止风压大时矿浆溢 出； 且使用变径管、 大直管分别连通矿浆直管和压缩 有利于提高操作压力、 加快矿浆流速， 从而 空气直管， 能持续稳定地给料。 该料枪的特征有： 喷嘴直径为 3 26 mm、 喷射能力为 5． 5 m / h， 使用 2 个分别装好浓 度为 70 % 矿浆的喷枪在离炉口 2． 6 m 处进料， 其雾 喷射稳定。 化效果好， 2． 4 焙烧送料方式改造 传统送料系统通常采用滚筒排渣机输送焙砂。 该系统主要缺点有： 输送物料时散热快， 使酸浸温度 铜提取率低， 除杂效果差， 氰化时碳酸 低（ 约 348 K） ， 钠和氰化钠消耗量大。针对传统送料方式的缺陷， 金 山黄金公司研发了一种集成热料输送系统 ， 用高温埋 ［13 ］ 取得较好的效果。 刮板输送机替代滚筒排渣机 ， 用集成热料输送系统替代老式送料系统 ， 能合理 利用焙烧产生的热能， 炽热的焙砂通过该系统送至酸 浸系统， 从而在高温 368 K 及硫酸质量浓度为 18 ～ 20 g / L 的条件下完成浸出过程。 高温、 高酸有利于 铜的浸出， 铜的提取率得到提高； 并且， 部分铁选择性 地被浸出， 而在废水处理时砷、 铁转化为砷酸铁， 达到 以废治废， 降低废水处理成本的目的。输送系统改造 前后指标对比情况见表 1 。
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1． 3
含铜难处理金精矿一段焙烧预氧化工艺应用 对含铜难处理金精矿， 采用二段焙烧预氧化工艺
（ 一段低温、 缺氧， 二段高温、 富氧 ） ， 金、 银、 铜的浸出 率均 不 理 想。 经 生 产 实 践 发 现， 一 段 高 温、 富氧焙 ， 可以提高该类矿物的利用率， 有价金属能够得 到综合回收。含铜难处理金精矿一段高温、 富氧焙烧 烧 发生的化学反应式如下： 12CuFeS2 + 35O2 6Cu2 O + 4Fe3 O4 + 24SO2 （ 11 ） 2CuFeS2 + 13 /2O2 2CuO + Fe2 O3 + 4SO2 Cu2 O + 1 /2O2 2CuO 2Fe3 O4 + 1 /2O2 3Fe2 O3 SO2 + 1 /2O2 幑幐SO3 CuO + SO3 幑幐CuSO4 （ 12 ） （ 13 ） （ 14 ） （ 15 ） （ 16 ）
取率， 实现资源的高效综合利用， 提升企业的经济效 益。本文以福建金山黄金冶炼有限公司 （ 下称“金山 ） 焙烧氧化工艺技术改造为背景， 黄金公司” 详细介 绍了该工艺的特点， 实践中面临的问题以及技术改造 的措施， 以期为该技术的进一步完善和推广提供依 据。
在焙烧氧化技术上的突破， 尤其 是沸腾炉的设计开发、 应用， 焙烧氧化工艺处理量和 相关领域研究者 效率均得到大幅度的提高， 在黄金冶炼行业的推广步 ［8 ］ 伐不断加快 。 随着资源供应压力日益增大， 以及 焙烧氧化工艺也遇到了一些问 环境形势的日趋严峻， 题亟须解决， 以提高难处理矿物中伴生有价金属的提
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1． 1
难处理金精矿焙烧预氧化工艺
难处理金精矿焙烧预氧化工艺实践存在的问题 金山黄金公司设计采用二段焙烧工艺 （ 见图 1 ）
图1
二段焙烧工艺流程
预氧化难处理金矿石。 该工艺对含砷难处理金矿石 的处理效果较优； 但对含铜、 含碳难处理金矿石的处 理效果不理想， 金、 银、 铜的浸出率较低， 尤其是银、 铜