含砷金矿石预处理技术

先给核心结论：

• 含砷金矿石预处理技术的必要源于金被毒砂或含砷黄铁矿等矿物包裹，直接氰化浸出率通常低于50%

• 目前工业上成熟的技术路线包括焙烧氧化法、加压氧化法、生物氧化法和化学氧化法，各自适用不同矿石类型

• 综合对比中焙烧氧化法技术最成熟，加压氧化法浸出率最高(97%以上)且环保性最佳，生物氧化法投资和运营成本最低，化学氧化法适合小规模和灵活处理场景

• 两段焙烧、加压氧化与固化稳定化、耐高砷复合工程菌等创新技术，已实现砷的稳定固化，将含砷金矿中的金浸出率从20%-30%提升至92%以上

• 近年来热压氧化、生物氧化等技术的工业突破，使原来不能利用的砷、锑、碳质类难处理金矿资源产生新的经济价值

一、含砷金矿石“难处理”的根本原因

含砷金矿石被业内称为“呆矿”，直观的原因是金以极微细的状态包裹于毒砂或含砷黄铁矿中，直接氰化时浸出率往往不到30%，大部分金被砷矿物包裹着出不来。在工艺矿物学上，含砷金矿石难处理的原因可以归纳为三个方面。

第一，毒砂和含砷黄铁矿等硫化矿物将金致密包裹。金颗粒通常以微细粒或次显微粒状态镶嵌在黄铁矿、砷黄铁矿的晶体结构中，即使磨至极细粒度，也无法使金颗粒完全暴露，浸出剂无法直接与金反应。第二，有害杂质砷在氰化过程中会消耗大量浸出剂，降低浸出效率，使氰化钠的耗量明显增加。第三，部分含砷金矿石还伴生有机碳等劫金物质，这些碳质物在浸出过程中会重新吸附已溶金，造成金的二次损失。

常规氰化法处理此类矿石，浸出率一般在20%-50%的区间波动，含砷量越高对浸出效果的负面影响越显著。数据显示，全球黄金储量中超过60%都是难处理金矿资源，其中含砷金矿石占据相当大的比例，而目前全球易处理的富矿资源正日渐枯竭，因此含砷金矿石的预处理技术开发已成为黄金生产中不可或缺的关键环节。

二、浮选脱砷

在含砷金矿石处理的整体流程中，浮选脱砷通常不作为最终的预处理手段，而是作为后续预氧化处理的前置工序。当矿石中的砷以毒砂、雄黄、雌黄等独立矿物存在，且金与砷具有一定可分离性时，浮选是一种低成本、高效率的选择。

抑砷浮金是最常用的浮选方案。采用石灰将矿浆pH值调节至11-12，石灰中的钙离子可以在毒砂表面形成亲水膜，有效抑制毒砂的可浮性。配合使用亚硫酸钠和腐植酸钠作为组合抑制剂，控制矿浆电位不大于-150毫伏，可进一步提高抑砷选择性。捕收剂则选用丁基黄药与丁铵黑药的组合，优先浮选金矿物。经过这种浮选处理后，金精矿中的砷含量可降至0.3%以下，脱砷率可达95%以上。含砷较低的浮选尾矿可直接进行尾矿处理，含砷较高的金精矿则送入下一阶段的预氧化系统。

对于砷含量极高或金与砷呈晶格包裹关系的矿石，单纯浮选无法将砷降至氰化工艺可接受的水平，仍然需要配合后续的预氧化处理。浮选脱砷的价值在于大幅降低进入昂贵预氧化流程的物料量，从而降低整体处理成本。

三、焙烧氧化法

焙烧氧化法是目前难处理金矿最常用的预处理手段，也是国内外多年来工业应用最成熟的方法。其原理是基于载金矿物（黄铁矿、毒砂、有机碳等）在高温条件下氧化，使砷、硫呈氧化态挥发，碳质物燃烧或失去活性，焙烧后生成疏松多孔的焙砂结构，被包裹的金充分暴露出来，氰化液得以与金接触并溶解。

根据矿石中砷含量的高低，焙烧氧化法分为一段焙烧和两段焙烧两种工艺路线。当矿石砷含量较低，砷含量不大于0.2%时，通常采用一段焙烧法，在650-750℃的温度区间焙烧数小时，可有效除去硫和碳，同时将剩余砷转化为较为稳定的砷酸盐形式。当矿石砷含量较高，砷含量大于0.3%时，则需要采用两段焙烧法。第一段在较低温度下（400-600℃，通常为450-550℃），在弱氧或缺氧条件下加热数小时，砷优先以三氧化二砷的形式挥发，脱砷率可达98%以上；第二段在较高温度下（600-800℃，通常为600-650℃），在富氧条件下进行强氧化焙烧，进一步脱除硫和碳，并稳定残余的砷，充分打开金的包裹层。工业上对高砷难处理金精矿的两段焙烧工艺进行了多项创新，例如含砷金精矿两段焙烧回收金工艺采用两段焙烧配合活化剂的方法，有效去除了砷、碳、硫有害杂质，为氰化浸出创造了有利条件，焙烧过程中杂质以气态形式排出并通过工艺装备回收实现资源再利用。

将两段焙烧工艺升级为更精细的三级处理（还原焙烧—酸浸—氧化焙烧），可以获得更高的金浸出率。某含砷6.31%、硫21.50%的典型难处理金精矿，采用两段焙烧—氰化工艺处理后，金浸出率仅为86.80%。在相同原料条件下采用还原焙烧—酸浸—氧化焙烧—氰化三级工艺处理，金浸出率达93.60%，较两段焙烧工艺提高了6.80个百分点。这种三级工艺通过酸浸环节进一步溶出焙砂中残留的砷、铁等干扰元素，显著改善了氰化浸出环境。

焙烧氧化法对高砷、高硫、高碳质类金矿的处理效率已经得到充分验证，综合回收率可稳定在90%-96%的区间。通过配套烟气处理系统回收三氧化二砷和制酸，在解决环保问题的同时实现砷的资源化利用。两段焙烧工艺通过合理的温度控制，还可在焙烧过程中同步回收砷和硫产物。但焙烧氧化法的缺点也比较突出：能耗较高；烟气处理系统投资大、操作复杂，环保成本较高；部分砷可能在矿物表面形成二次覆盖，影响后续氰化浸出率；对于碳质含量较高的矿石，碳燃烧产生的高温可能导致局部过烧，使焙砂致密化反而降低浸出率。这些问题的存在推动着业内持续研发更节能、更环保的焙烧新工艺。

四、加压氧化法

加压氧化法是目前处理硫化物包裹型金矿最有效的工艺之一，它利用高温和高压条件强化氧化反应，破坏毒砂和黄铁矿的晶体结构，使包裹的金完全暴露出来。加压氧化处理具有氧化彻底、金浸出率高、环境污染小、适应面广等优点，对设备材质的要求很高。

加压氧化预处理是在加压容器（高压釜）中，往砷金矿的酸性或碱性矿浆中通入氧气，在高温（通常为170-220℃）和高压（1.5-3.0兆帕）条件下进行氧化反应。反应过程中，硫化物被氧化为硫酸盐，毒砂中的砷被氧化为可溶性砷酸盐，从而将包裹在硫化物中的金颗粒完全解离，便于氰化物对金的高效浸出。经过加压氧化预处理后再进行氰化，金浸出率可大幅提升。采用高温高压氧化的方法处理复杂难处理金精矿，在矿浆液固比4:1、反应温度200-220℃、氧气分压0.6-0.8兆帕、加压氧化4小时的条件下，可获得高达97.15%的金回收率。

根据介质的性质，加压氧化法可分为酸性加压氧化和碱性加压氧化两种类型。工业应用的介质通常为酸性，酸性热压氧化预处理技术大部分反应在氧气下进行，反应速度快、应用范围广、浸出率高。但酸性加压氧化对设备的耐腐蚀性要求极高，高压釜通常需要钛材或耐酸合金制造，投资成本显著增加。碱性加压氧化所需的温度和压力更低，对反应釜的耐腐蚀性要求也更宽松，生产成本远小于酸性加压氧化，但其工艺对原料性质的要求更高，仅能处理砷硫含量较低的金矿石，氧化渣的金浸出率也不高，因此应用受到一定限制。

加压氧化法的一大优势是无有害气体排放。含砷金矿在加压氧化过程中，砷被转化为稳定无害的砷酸铁沉淀并固定在渣中，达到了环保固砷的目标，避免了焙烧法产生的二氧化硫和三氧化二砷废气污染。含砷难处理金矿加压预氧化关键技术集成了加压预氧化工艺、环境友好型稳定固砷技术、系统酸平衡和热平衡调控关键技术以及高温高压工艺装备工程化关键技术，已在我国多个含砷、含锑、碳质类难处理金矿项目中实现产业化应用，可有效提升金回收率，提高资源利用率和企业经济效益，改善生态环境。该技术解决了直接提取回收率低、焙烧工艺污染严重的难题，具有工艺先进、自动化程度高、建设周期短、投资小、达产快等特点，在含砷、锑、碳质等难处理金矿中具有较好推广前景。

加压氧化法存在设备投资高和运行成本高的问题。进口加压氧化系统长期被少数国外企业垄断，技术和设备价格居高不下。国内大型矿业企业通过自主研发成功攻克了加压预氧化技术壁垒，紫金矿业自主研发的加压预氧化系统在贵州紫金水银洞金矿成功实现产业化，大幅提高了金综合回收率，原来不能利用的约50吨金资源产生新的经济价值，新增经济效益估值约为100亿元，标志着中国掌握了该领域的核心技术和装备制造能力，为未来技术推广和成本下降奠定了重要基础。

五、生物氧化法

生物氧化法是利用嗜酸微生物的代谢活性氧化分解硫化矿物的预处理技术。在环境温度下（通常为25-45℃），铁硫杆菌、硫化裂片菌等微生物在酸性环境中生长繁殖，通过直接接触或间接氧化作用分解毒砂和黄铁矿等载金矿物，使硫和砷以可溶性硫酸盐和砷酸盐的形式进入溶液，从而打开金的包裹。

生物氧化法的主要优点是环境友好、投资小、生产成本较低。采用耐高砷复合工程菌可实现砷耐受浓度最高可达25克/升，可处理含砷高达17%的金精矿，金浸出率超过92%。工艺流程通过优化矿浆浓度至25%-27%、开发高效节能型生物反应器以及环流式旋风消泡器，单槽处理能力提升25%，能耗降低67%，生产能力实现了大幅提升，综合回收率最高达到94.17%。

但该技术也存在氧化周期长、矿浆浓度低、操作条件敏感的局限性。由于氧化细菌受温度和重金属离子浓度的限制，生产上氧化矿浆浓度较低（一般为8%-15%之间），氧化周期较长（一般为5-10天），导致单位设备的处理效率不高，在一定程度上限制了该方法的推广应用。目前的技术攻关方向集中在工程菌驯化、反应器设计和工艺集成上。长春黄金研究院等单位通过对菌种的定向驯化，开发了分支串流氧化逆流洗涤脱砷的三段预处理新工艺，使砷脱除率达到96%，液相砷转化为砷酸钙和砷酸铁固化，生物氧化处理含砷金精矿中砷的品位由4%-6%提高至15%以上。

生物氧化法在处理低品位、含砷量适中的矿石时具有明显的经济优势，尤其适合规模适中、环保要求高、投资预算有限的矿山项目。已建成的百吨级生物氧化提金生产线运行稳定，处理能力从100吨/日提升至200吨/日，为该项技术在更大范围内的推广应用积累了宝贵经验。

六、化学氧化法

化学氧化法是一种在常温常压下通过添加强氧化剂来氧化分解包裹矿物的预处理技术。与前述三种方法相比，它的设备投资最低、建设速度最快，操作简单灵活，尤其适合小型矿山、尾矿堆浸或老矿山资源回收等处理量不大的场景。

化学氧化法的核心在于选择合适的氧化剂体系。常用的氧化剂包括高锰酸钾、次氯酸钠、过氧化氢、臭氧等，这些氧化剂在常温条件下即可对毒砂和含砷黄铁矿产生氧化作用，破坏硫化矿物的晶体结构，从而使被包裹的金得以暴露。在最佳条件下，硫砷转化率可以达到90%以上，金浸出率从传统提金工艺的0-50%大幅提升至85%-98%，工艺流程与炭浆法基本一致，从预处理到浸出吸附可以在常规搅拌槽中连续完成。

含砷难处理金矿化学预氧化浸出提金新工艺通过加入脱砷剂TS-08进入强化搅拌槽中进行深度氧化预处理，预处理结束后矿浆直接进入浸出槽进行浸出、碳吸附等常规提金操作。该工艺的特色在于：常温常压操作，无高压危险；碱性环境对设备无腐蚀问题；脱砷剂绿色环保；操作简单，管理方便；投资低，建设速度快；运行成本低，经济效益好。这一技术路线为焙烧氧化、加压氧化、生物氧化三大主流技术之外提供了一种更轻量化的解决方案。

化学氧化法的局限性主要体现在药剂成本较高和处理规模受限两个方面。对小规模应用而言，药剂成本尚可接受；但随着处理规模的扩大，氧化剂消耗量的快速增加会使吨矿成本大幅上升，在大规模生产中难以与焙烧氧化或加压氧化竞争。因此化学氧化法的定位明确：为处理量不大、资金不充裕、或者需要灵活移动处理的小型项目提供一条可行路径。

七、预处理方案综合对比

八、工业化应用案例

紫金矿业水银洞金矿加压预氧化。贵州紫金水银洞金矿位于黔西南州，已探明黄金储量约为250吨，金矿主要以含砷、含碳的卡林型金矿为主，是典型的难处理金矿，之前由加拿大丹斯通公司拥有但因该矿难选冶无法开发利用而被放弃。紫金矿业接手后，依托自主研发的加压预氧化技术成功攻克难题，实现了产业化，投产达标后金综合回收率提高了30%，原来不能利用的约50吨金资源产生新的经济价值，新增经济效益估值约为100亿元。该项目标志着中国在该领域的技术和装备能力达到国际领先水平。

辽宁天利金业生物氧化。辽宁天利金业于2003年建成国内首条百吨级生物氧化提金生产线，采用耐高砷复合工程菌处理含砷金精矿，使砷耐受浓度达到25克/升，可处理含砷高达17%的金精矿，金浸出率超过92%。该项目首次实现了生物氧化提金技术的大规模工业生产，为国内同类难处理金矿资源开发提供了可复制的技术示范