金氰化所需的基本藥劑是氰化物、氫氧離子和溶解氧,由于現在金和銀的浸出是處理很復雜的礦石,所以,氰化法的成功應用不僅取決于金和銀的溶解特性,也取決于被溶解礦物的特性。有關專家對存在于硫化礦物中的金和銀在氰化物溶液中的溶解特性的早期研究,顯示了不大一致的異常情況,主要問題是:重金屬成分(如銅、鐵和鋅)顯著地增加氰化物和氧的耗量。據觀察,某些重金屬(如鉛、汞和鉈)氰化期間提高了金的溶解速度,這些現象的基本原理還沒有充分被理解。

許多年來已經意識到了溶解氧對金浸出效果,在此領域中大多數研究主要涉及氧對金浸出的影響,而很少注意到過飽和的氧與存在的硫化物結合起來對金和銀溶解產生的影響。系統地探討有各種硫化礦物存在時,在空氣飽和及富氧的系統中金和銀溶解的動力學是很有必要的。

一、試驗設備和步驟

用旋轉盤技術研究氰化物溶液中金和銀溶解的動力學,因為該技術容易提供具有重現性的結果,同時旋轉盤的表面積不變,這種幾何結構可以很好地實現質量傳遞。因為金通常與銀呈合金狀態存在,所以金盤是由已知數量的純金和銀制造的(99.39%Au, 0.30%Ag,厚度1.5mm),而銀盤是由純銀箔制造的(99. 99%Ag,厚度0.27mm)。盤的直徑和表面積分別為0.925cm2和0.672cm2,盤安裝在聚四氟乙烯棒上,每次試驗后卸下,用靈敏度達0.0001mg的微量天平稱重。每次試驗前,盤的表面使用Al2O3粉末拋光并用去離子水沖洗,而每次試驗均使用一個新的銀盤。所有的試驗都是在室溫22℃±1℃下進行的。當浸出1、2、3和4h后,取中間樣品10mL測定氰化物濃度并分析金屬含量。采用硝酸銀滴定法測雖氰化物濃度,原子吸收分光光度計分析金屬含量。

樣品首先破碎排除脈石。這次試驗中所用的硫化礦物金銀含量很少,金小于1.40g/t,實際上不含銀。樣品用Baur式環形粉碎機研磨到80%-200目,貯存在冷卻器中,以防進一步氧化。經過微型磁棒的旋轉(90rpm ),保持礦物呈懸浮狀態。為保持浸出期間溶解氧的濃度達到32×10-6,使用了醫用級氧。全部試驗都在下述條件下進行:

氰化物濃度:0.25g/L NaCN ;硫化物添加量:1g/L;轉速:400rpm;pH:10.5;溶解氧濃度:8X10-6和32X10-6;浸出時問:4h;金盤:99.39%Au,0.30%Ag;銀盤:99.99%Ag。

二、結果

1.沒有硫化礦物時氰化物溶液中金和銀的溶解

首先,金和銀的溶解試驗是在沒有添加任何外來物質的標準條件下進行的。金溶解速度和時間的試驗結果指出,速度方程式有零點座標。金和銀的溶解速度分別為1.246和1.101mg/cm2·h。

試驗中也研究了1g/L情性固體顆粒對金和銀溶解速度的影響,在浸出初期3h內硅石對金溶解速度影響較小,但4h后,金的溶解速度減少到1.098mg/cm2·h。溶解速度的減少可能是由于在溶液中硅石泥部分地屏蔽了金盤表面所致。在硅石礦漿中,當溶解氧濃度從

8×10-6增加到32×10-6時,在浸出4h后,金溶解速度從1.098提高到1.146mg/cm2·h。變暗的亮褐色表面是由于金盤與氰化物溶液接觸而形成的。

硅石的存在對銀的溶解速度沒有影響,而氧對銀的溶解是有利的。當溶解氧從8×10-6增加到32×10-6時,銀的溶解速度從1.101提高到5.119mg/cm2·h,在上述兩種情況下,銀盤表面都產生變暗的亮灰白色薄膜。

硅石礦漿中金和銀的溶解速度被用作速度的比較標準,據此可以確定某些礦物或氧的濃度對浸出過程產生消極的或積極的影響還是沒有影響。

2.黃鐵礦(FeS2)、黃銅礦(CuFeS2)和鎳黃鐵礦[(Fe,Ni)9S8]的影響

通常,這三種硫化礦物對金溶解速度的影響不同,在大氣條件下有消極影響,而在富氧條件下有積極的影響。氧對金溶解速度的影響在鎳黃鐵礦和黃銅礦礦漿中比在黃鐵礦礦漿中更明顯。在8×10-6O2的溶液中,黃銅礦和黃鐵礦使金的溶解速度減少到標準金溶解速度的50%,鎳黃鐵礦使金的溶解速度減少到標準金溶解速度的25%。在

32×10-6O2的溶液中,在黃鐵礦礦漿的情況下,金的溶解速度接近標準速度,但在黃銅礦和鎳黃鐵礦礦漿中,金的溶解速度分別比標準速度提高了75%或大于100% 。金的溶解速度隨浸出時間增加而提高,如在富氧的黃鐵礦礦漿中,金的溶解速度從0.923mg/cm2·h(浸出1h)提高列1.325mg/cm2·h(浸出4h )。還發現在黃鐵礦和黃銅礦礦漿中,氰化物和氧的耗量比在鎳黃鐵礦礦漿中低,鎳黃鐵礦存在時,氰化開始時的NaCN濃度為0.25g/L,O2濃度為8×10-6,浸出4h結束時NaCN濃度為0.165g/L,O2濃度為6.8X10-6;而在黃鐵礦和黃銅礦礦漿中相應的數據為0.220及 0.215g/L NaCN及8.3和7.1X10-6O2,在硅石礦漿中的最終濃度是0.23g/L NaCN和8.3×10-6O2

在銀的氰化中,這組硫化物對銀的溶解有消極影響,在大氣條件下銀的溶解速度稍有減少,在黃鐵礦礦漿中,從標準溶解速度1.101mg/cm2·h減少到0.893mg/cm2·h,而在黃銅礦和鎳黃鐵礦礦漿中,實際上減少到零。當溶解氧提高到32X10-6時,在黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦存在的情況下,浸出4h后,銀的溶解速度分別提高到3.103、1.176和2.548mg/cm2·h。這些速度仍然低于富氧硅石礦漿中的速度(5.119mg/cm2.h)。

與金氰化相似,當銀氰化時,在鎳黃鐵礦礦漿中氰化物和氧的耗量高于在黃鐵礦和黃銅礦礦漿中的耗量。與金系統不同,在黃鐵礦礦漿中,在銀盤上產生一層變暗淺黃色薄膜,在8X10-6O2的黃銅礦礦漿中銀盤表上出現一層黑色薄膜,而在富氧的黃銅礦礦漿中銀盤上則生成一種淺灰色的涂層。鎳黃鐵礦礦漿中的銀盤表面與硅石礦漿中銀盤表面相似。

3.磁黃鐵礦(Fe7S8) 、輝鉬礦(MoS2)和閃鋅礦(ZnS)的影響

當磁黃鐵礦、輝鉬礦和閃鋅礦存在時,金的溶解速度隨浸出時間增加而提高。在8×10-6O2的磁黃鐵礦、輝鉬礦的閃鋅礦礦漿中,最初1h金的浸出速度分別為1.399、1.295和0.997mg/cm2·h,在富氧的溶液中分別提高到1.414、1.533和1.696mg/cm2·h。據報道,磁黃鐵礦的存在有阻礙作用,其原因可能是:(1)在磁黃鐵礦中存在黃鐵礦;(2)比這次試驗中使用的磁黃鐵礦濃度較高。

在8X10-6O2的溶液中,當磁黃鐵礦和輝鉬礦存在時,浸出3h以上銀的溶解速度減少50%,而在閃鋅礦礦漿中銀的溶解速度與硅石礦漿中的速度相似。在磁黃鐵礦和輝鉬礦表面上生成的鈍化薄膜(淺黃色暗化產品),會使氰化物和氧的耗量降低。

富氧礦漿中的結果說明,當這些硫化物存在時,與8X10-6O2溶液中的速度相比銀的溶解速度提高1~2倍。在32X10-6O2的閃鋅礦礦漿中,銀的溶解速度類似于標準的溶解速度,磁黃鐵礦和輝鉬礦的存在導致銀的溶解速度隨浸出時間的增加而降低。

4.方鉛礦(PbS)和砷黃鐵礦(FeAsS)的影響

方鉛礦和砷黃鐵礦對金和銀溶解速度的影響很大程度上有異于本次試驗中討論的其它硫化礦物。在8X10-6O2的氰化物溶液中添加方鉛礦和閃鋅礦會產生很大的加速作用,而在富氧礦漿中則會出現阻礙作用。在8X10-6O2的方鉛礦礦漿中金的溶解速度從1.503mg/cm2·h(浸出1h)提高到2.987mg/cm2·h(浸出4h)。在砷黃鐵礦礦漿中,其相應的速度從1.384mg/cm2·h提高到2.422mg/cm2·h。在富氧的方鉛礦礦漿中,金的溶解速度幾乎減少到零。在富氧的砷黃鐵礦礦漿中,金的溶解速度從1.324mg/cm2·h(浸出1h)提高到1.622mg/cm2·h(浸出4 h)。不過,在32X10-6O2時的試驗中,速度則低于8X10-6O2試驗時的速度。

方鉛礦和砷黃鐵礦對銀溶解速度的影響不同于對金的影響。一般來說,在方鉛礦礦漿中,銀的溶解速度低于砷黃鐵礦礦漿中的速度。在8X10-6O2的方鉛礦礦漿中,銀的溶解速度是1.607mg/cm2·h,而在8X10-6O2的砷黃鐵礦礦漿中,在最初的3h浸出期間,是1.939mg/cm2·h。然而,在浸出4h期間,在方鉛礦礦漿中,浸出速度提高到1.82mg/cm2·h,而在砷黃鐵礦礦漿中減少到1.745mg/cm2·h,在富氧的砷黃鐵礦礦漿中,銀的溶解速度與在硅石礦漿中前2h的浸出速度相同,但2h后,隨漫出時間的增加,曲線陡度逐漸變小。在富氧的方鉛礦礦漿中,銀的溶解速度降低到接近8X10-6O2的硅石礦漿中的速度。

這些結果說明,溶液中少量的鉛離子對金和銀的溶解速度均有加速作用。當溶解的方鉛礦超過一定量時,將顯著妨礙金和銀的溶解。據有關文獻記載,方鉛礦對溶解速度的消極作用是由于金和銀的表面生成了PbSO4、Pb(CN)2和Pb(OH)2

5.輝銅礦(Cu2S)和輝銻礦(Sb2S)的影響

在8X10-6O2的溶液中添加1g/L輝銅礦或輝銻礦時,則完全終止金和銀的溶解,由于溶解銅而消耗了氰化物和氧是輝銅礦對溶解速度產生阻止作用的基本原因。在8X10-6O2的溶液中,使用1g輝銅礦經4h浸出,大約可以溶解42%的銅。在第一個小時浸出時,氰化物濃度從0.25g/L降低到0.06g/L,而氧的濃度則從8.4X10-6降低到2.4X10-6。在富氧礦漿中,會溶解更多的銅和消耗更多的藥劑,在銀表面形成的黑色的銅硫氰酸鹽—Cu(SCN)2薄膜,阻止銀的溶解。

輝銻礦對金和銀溶解的阻礙作用可能主要是由于在盤的表面生成了鈍化膜。試驗表明,在金盤表面上顯示出變暗的深褐色,在銀盤表面上顯示出變暗的淡紅褐色。

三、討論

從上述試驗結果可見,在大氣和富氧的條件下,硫化礦物對金和銀溶解速度的影響,可以粗略地將硫化礦物分成4組。第1組由輝銅礦和輝銻礦組成。在8X10-6O2和32X10-6O2的溶液中,這些礦物能完全阻止金和銀的溶解,因為它們在氰化物溶液中的高溶解性會導致氰化物和氧的消耗或在盤的表面上生成鈍化薄膜。第2組由方鉛礦和砷黃鐵礦組成。其特點是,對金和銀的溶解有加速和阻止作用。在8X10-6O2的溶液中,只有少量的金屬離子被溶解,因而提高了金和銀的溶解度。當溶解氧達到32X10-6時,則有大量的方鉛礦和砷黃鐵礦被溶解,因此,金和銀的溶解速度明顯降低,有時,實際上達到零,這取決于硫化物的濃度。第3組包括磁黃鐵礦、輝鉬礦和閃鋅礦。在氧富集時,對金的溶解有加速作用,而對銀的溶解有不利的影響,在這些礦物存在時,富氧可能顯著提高銀的溶解速度。第4組由黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦組成。它們的特點是,在大氣條件下能強烈地阻止金的溶解,而在富氧礦漿中有顯著地加速作用。這類硫化礦物有8X10-6O2的溶液中,對銀的溶解速度產生抑制作用。富氧溶液能不同程度地提高銀的溶解速度,在黃鐵礦和鎳黃鐵礦存在的條件下提高得更多,而當黃銅礦存在時則提高得較少。

硫化礦物的加速和阻止作用與礦物的溶解性和氰化物的耗量有關。礦物溶解得越多,氰化物消耗得越多,金和銀溶解的速度就越低,詳見下表。

? ? 硫化物存在時氧對氰化物耗量的影響

礦物

氰化物耗量(mg/mg Au)

氰化物耗量(mg/mg Ag)

8×10-6O2

32×10-6O2

減少%

8×10-6O2

32×10-6O2

減少%

硅石

6.78

5.73

15.49

8.50

2.51

70.47

黃鐵礦

14.49

7.02

51.55

15.02

5.99

60.12

黃銅礦

14.00

4.60

67.14

163.26

9.49

94.16

鎳黃鐵礦

85.86

8.01

90.67

150.88

11.68

92.26

磁黃鐵礦

5.73

5.32

18.80

15.15

2.38

84.29

輝鉬礦

5.37

4.29

20.11

21.88

2.49

88.62

閃鋅礦

6.41

3.95

38.38

6.37

3.20

49.76

方鉛礦

4.98

88.24

-1671.89

8.18

5.19

36.55

砷黃鐵礦

5.22

8.03

-53.83

8.53

4.24

50.29

輝銅礦

15333.33

7666.67

50.00

5750.00

11500.00

-100.00

輝銻礦

6000.00

833.33

86.11

1000.00

34.56

96.54

硫化礦物還可能以其它方式影響貴金屬的溶解。例如,硫可溶解于氰化物溶液中生成硫氰酸鹽,或與氧反應生成硫化物和硫酸鹽。據文獻記載,少量的硫化物離子(0.5mg/L)就有一定的阻礙作用。記載的電化學研究結果也表明,硫化礦物的陰極反應可能阻礙或加速貴金屬的溶解。通常,少量的硫化礦物(輝銅礦和輝銻礦等)溶解在氰化物溶液中,可能加速貴金屬的溶解。相反,若有大量硫化礦物溶解在氰化物溶液中,則會阻礙貴金屬的溶解。硫化礦物溶解的程度,取決于礦物類型和溶解氧的濃度。

五、結論

從上述試驗結果可以得出結論:硫化礦物對金和銀溶解速度的影響與礦物類型和溶解氧的濃度關系十分密切。在硫化礦物存在時,金和銀的相對溶解速度歸納如下:溶解速度大于硅石礦物的能加速金和銀的溶解速度,而其它的礦物則阻礙金和銀的溶解速度。

大氣條件下的金體系:方鉛礦>砷黃鐵礦>磁黃鐵礦>閃鋅礦>輝鉬礦>硅石>黃銅礦>黃鐵礦>鎳黃鐵礦>輝銅礦>輝銻礦。

氧飽和條件下的金體系:鎳黃鐵礦>黃銅礦>磁黃鐵礦>閃鋅礦>輝鉬礦>砷黃鐵礦>黃鐵礦>硅石>方鉛礦>輝銻礦>輝銅礦。

大氣條件下的銀體系:方鉛礦>砷黃鐵礦>閃鋅礦>硅石>黃鐵礦>輝鉬礦>磁黃鐵礦>鎳黃鐵礦>黃銅礦>輝銻礦>輝銅礦。

氧飽和條件下的銀體系:硅石>閃鋅礦>輝鉬礦>砷黃鐵礦>磁黃鐵礦>黃鐵礦>鎳黃鐵礦>方鉛礦>黃銅礦>輝銻礦>輝銅礦。

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