36
黄 金
GOLD
2008年第10期/第29卷
生物冶金技术在黄金工业生产中的应用现状及发展趋势
高金昌
(长春黄金研究院)
摘要:生物冶金技术在黄金生产工业中的应用, 是作为生物预氧化技术处理难选冶金矿石, 与焙烧氧化和压热氧化共同作为三大基本预处理工艺, 被成功地应于工业生产。文中综述了该项技术的特点、国内外的应用现状与发展趋势。
关键词:生物冶金技术; 难处理金矿石; 预处理; 应用
中图分类号:TF11113 文献标识码:A 文章编号:1001-1277(2008) 10-0036-05
0 生物冶金技术与生物氧化提金技术的特点
生物冶金是指在相关微生物存在时, 利用微生物
中加以回收, 法。目前, 铜、镍、, 、、脱硅。, 即生物氧化提金技术。
该技术是利用自然界中的微生物, 优选出嗜硫、铁的浸矿菌株, 经过适应性培养、驯化, 在适宜的环境下, 利用这些微生物新陈代谢的直接作用或代谢产物
的间接作用, 将、, 使金充, 。同时, 在氧化过程中, 矿石中, 砷、硫等分解成相对稳定的无害盐类物质, 经中和沉淀后堆存, 对环境不产生污染。
生物氧化与焙烧氧化、加压氧化一同成为难处理金矿资源的三大预处理技术。根据对难处理资源的特性调查、工艺研究的初步统计, 中国难处理金矿资源中的50%以上, 可以适于用生物氧化提金技术处理
。经生物氧化处理前后的矿石表面对比见图1。
图1 生物氧化前后矿石表面照片
1 生物氧化提金技术的特点
①
生物氧化提金技术的主要优点包括以下6个方面:
(1) 该工艺在生产过程中不会产生烟尘, 不向大
气排放有害气体, 也不产出硫酸、砒霜等难以向外运输的产品。矿石中对环境有害的元素砷被氧化、中和后, 以相对稳定的碱式砷酸铁沉淀物形式进入尾矿库, 可以达到国家环保排放的标准要求。因此, 与传
收稿日期:2008-06-15
作者简介:高金昌(1966—) , 男, 吉林临江人, 高级工程师, 主要从事黄金选矿、冶炼科研管理工作; 长春市南湖大路6760号, 130012
①高金昌1我国生物氧化提金工艺技术应用现状. 2005年全国黄金矿山技术交流会. 20051
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2008年第10期/第29卷
选矿与冶炼 37
统的焙烧工艺相比, 其对环境更加友好, 有利于环境
保护。
(2) 生产工艺大部分采用常规的矿物处理设备, 不需要高压、高温、纯氧, 设备制造国产化比较容易。因此, 其比压热氧化提金工艺更适合于中国的国情。与国外同类的酸性(或碱性) 热压氧化提金工艺相比, 在常压下使用的不锈钢生物氧化搅拌反应设备制造投资可以大幅度减少, 基建投资不仅明显比国外同规模的压热氧化工艺低, 而且与国内已经建成投产的几种预处理工艺方案相比较, 除化学氧化法之外, 生物氧化提金技术方案的基建投资是最低的。
(3) 生物氧化技术的生产工艺运行更稳定可靠, 操作更容易, 在生产中能较快地掌握它的特性, 从而可进一步降低生产成本, 改善操作。
(4) 可通过控制氧化作业参数或条件, 氧化目的矿物, 物彻底氧化, 离, , 、高硫、微细包裹型含金矿石, 其针对性更强, 资源的利用率更高。
(5) 建设规模可大可小。它非常适合中国新建的黄金矿山, 地处边远山区, 规模不大, 但在某些地区又相对集中的特点。只要每天能生产或收购几十吨金精矿就可以建厂。
(6) 耗材料容易供应。生物氧化工厂直接生产成本中基本是电和石灰的消耗和人工费用, 还有少量化肥(氮、磷、钾) , 一般在当地都能解决。生物氧化提金技术的主要缺点有以下几个方面:
(1) 氧化作业时间长, 一般设计时间需要6d 左右。氧化作业的矿浆浓度低, 一般设计在18%以下, 因此, 工艺的核心设备氧化反应器的容积大(单槽容
3
积达400～900m ) 。氧化过程的能耗所占比例高, 约占生产直接成本的45%左右(目前每吨精矿的充气动力消耗约为120k W ・h, 氧化槽搅拌动力消耗约为45k W ・h ) 。由于氧化过程是在酸性溶液中进行, 氧化反应槽需要防腐或采用不锈钢材质。
(2) 不能综合回收伴生的有价元素。矿石经过生物氧化后, 其中伴生的硫、砷、铁等元素将进入氧化液中。由于目前氧化液的环保处理工艺是中和法, 这些元素大部分进入中和渣而被废弃。另外, 氧化液的环保处理成本也较高, 会产生大量废渣(氧化1t 金精矿将产生1t 左右的中和渣) 。
(3) 工程菌放大周期长, 工艺生产要求的连续性强。如果在生产的“误操作”导致菌种大量死亡, 则需要几个星期才能恢复正常生产。
(4) 生物氧化渣中的细菌代谢物的起泡性影响
氰化浸出作业。生物氧化渣中含有大量细菌及其代谢物, 从而在氰化浸出作业中生成大量泡沫, 易发生冒槽现象。目前, 生产中用大量消泡剂抑制泡沫, 因消泡剂的价格高、用量大, 对生产成本影响较大。
2 国外生物氧化提金技术的开发和应用现状
由于生物氧化与焙烧、压热和化学氧化工艺相比, 具有环境友好, 对复杂的含砷、含硫、微细包裹型金精矿(或含金矿石) 的适应性强, 而且生产工艺运行稳定可靠, 操作易于掌握, 等优点。近年来, 。
, 特别是工艺的工程。最早开发应用的南非Gencor 公司于1988年将其开发的生物氧化工程化技术注册为BO I X 工艺, 并向10家生产厂进行了技术转让。南非国家矿冶研究院(M intek ) 开发并注册了M I N BAC 生物氧化技术。澳大利亚Bac Tech 有限公司开发了Bac Tech 生物工程技术。另外,M intek 还与Bac Tech 共同合作, 将其开发的生物氧化技术用高额的技术转让费向发展中国家进行推广。因此, 在20世纪以前, 生物氧化提金技术在工程化应用方面基本上由国外保持领先水平。国外从1986年以来投产的生物提金生产厂统计见表1。
3 国内生物氧化技术的开发过程和应用现状
中国对生物氧化提金技术的应用研究起步于国家的“九五”科技攻关计划。1996年原国家发展计划委员会将生物氧化提金工艺研究列入“九五”重大科技攻关计划, 长春黄金研究院独立承担了该项课题。通过10多年的攻关, 顺利完成了从菌种选育、驯化、工艺技术研究开发到成果产业化推广应用的全过程。
长春黄金研究院所完成的生物氧化提金关键技术研发包括两大方面:一是浸矿菌种的采集、培养、驯化及氧化工艺条件、参数试验研究; 二是围绕生物氧化提金工艺进行的工程化技术开发。
在试验室内进行的系统研究中, 重点针对国内难处理金矿石的特点, 在浸矿菌种的采集、培养和驯化方面开展了研究工作。通过长期采集、鉴别、分离和培养, 获得了具有不同浸矿特性的优良浸矿菌种, 再经过科学地驯化, 优选出了多种活性高、适应性强、氧化速度快的复合型工程菌。其中, 经过多年试验室和工程化培养、驯化的HYK 系列菌种, 不仅对氧化矿浆体系中高浓度砷离子耐受能力强, 而且氧化过程的温
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
38
表1 国外采用生物氧化提金技术的工业生产厂①
黄 金
序号
[**************]
工厂名称(采用的工艺)
Fairvew (B I O X )
Sao Bento (B I O X ) HarbourL ight (B I O X ) W iluna (B I O X ) Ashanti 2Sansu (B I O X ) Youanm i (Bacox ) Tamboraque (B I O X ) Tas mania (Bacox ) Suzdal (B I O X ) Fosterville (B I O X ) Bogoso (B I O X ) Newnont (生物堆浸氧化工艺)
国家南非巴西澳大利亚澳大利亚加纳澳大利亚秘鲁澳大利亚哈萨克斯坦澳大利亚加纳美国
现生产能力
/(t ・d -1) [***********][**************]0
投产时间
[***********][***********][1**********]9
氧化槽容积
/m[***********][***********]05400
原料来源自产自产自产自产自产自产自产自产自产自产自产自产原矿
改扩建及目前状况
由最初的14t/d规模, 经两次扩产达到现在规模, 现在生产
经过两次扩建, 现在生产
1994年停产
1996年进行过一次扩建, 现在生产
由最初建的720t/d规模, 经过一次扩产, 现在生产
2000年停产2000年停产现在生产现在生产现在生产氰化提金
度适应范围宽。另外, 专门针对高砷、矿石培养、驯化出的HY35能力强、, 钝化”作用。, 砷、。为了获得更多、更系统的氧化工艺条件和工程化设计参数, 长春黄金研究院利用自已培养、驯化的菌种, 先后对国内外几十家难处理金矿的含砷金精矿进行过生物氧化提金工艺的小型、扩大连续试验研究, 大部分工艺试验均取得了较好的技术指标。
例如:某难处理含砷金精矿, 金、银品位分别为54. 25g/t 、217. 00g/t; 有害元素砷、锑的含量分别为3. 15%、0. 3%; 金的嵌布粒度极细, 有92%呈次显微金(不可见金) 的形式存在, 并且金矿物的赋存状态以包裹金为主, 占94. 40%; 常规氰化的金浸出率仅为3. 41%。经过系统地试验表明, 经过6d 的生物氧化后, 该金精矿金浸出率可达到95. 02%, 比常规氰化
②
浸出提高了91. 61%。
某国外的碳质微细粒浸染型难处理金精矿中的有害元素砷、碳、锑分别达到4. 16%、10. 77%和0. 32%(其中石墨碳和有机碳分别占75. 12%和14. 02%) 。精矿中的碳质矿物对金有较强的吸附能力, 吸附率高达38. 20%, 属于典型的含碳、含砷“双重难处理”金精矿。金常规氰化浸出率仅为3. 07%。针对该精矿, 长春黄金研究院采用了可在氧化过程中有效“钝化”碳劫金能力的菌种进行氧化, 经过8d (192h ) 的氧化后, 金的浸吸率达到了92. 32%③。与
, 不仅金氰化浸出率高。
长春黄金研究院在进行生物氧化提金工艺的试验研究过程中, 同时也开展了工艺工程化应用的各项技术开发。对工程菌的培养与放大技术、氧化工艺操作条件的监测与控制技术、核心设备结构参数的选择与优化、氧化后续提金工艺技术、废液和废渣达标处理排放技术等多项工程化技术开展了较为系统深入的研究, 从而为实现该技术的全面国产化、成功地推向产业化奠定了基础。
2000年12月, 由长春黄金研究院全面负责生物氧化工艺技术、生物品种转让及工业生产调试的50t/d 生物提金厂在山东烟台黄金冶炼厂建成投产, 成为国内真正意义上的首座生物提金工业生产厂。
在此基础上, 2001年5月国家批复由中国黄金集团公司主持、长春黄金研究院承担建设了黄金行业的第一项国家高技术产业化示范工程———辽宁天利生物氧化提金厂。该项目于2002年5月正式起动建设, 2003年4月完成工程建设并投入生产调试, 2002年7月正式投入生产运行, 成为中国自行研制、自行设计、自行建设、具有完全独立自主知识产权的示范工程。该厂自投产运行至今, 生产运行稳定, 各项经济技术指标均已超过设计要求。目前, 处理量为150t/d(超过原设计的50%) , 金、银回收率平均达到96. 32%和81. 31%, 生产成本控制在280元/t 左右。 通过该项示范工程的大量技术研究, 科研人员对浸矿菌种的改良、大型高效节能生物反应器的研制以及工艺流程的优化配置等方面开展了大量的科研工
①谢纪元1难处理金矿生物氧化预处理工艺//贵金属实用手册(待出版) . 2009. ②长春黄金研究院. 辽宁凤城含砷金精矿生物氧化工艺试验研究报告. 2000.
③长春黄金研究院. 哈萨克斯坦金矿浮选金精矿生物氧化提金工艺流程研究试验报告120031
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2008年第10期/第29卷
选矿与冶炼 39
作, 进而形成了一整套具有完全自主知识产权的生物
提金系列化技术。其中包括浸矿菌株的筛选、培养、驯化技术; 难浸金矿石生物氧化—氰化提金工艺的评价技术; 工业用生物氧化反应器的结构设计与优化技术; 后续氰化工艺的浸滤及黄金提取技术; 废液中和处理和稳定处理含砷固体尾矿技术等等。
通过天利生物氧化提金厂与实验室互相结合开展的工艺优化研究, 长春黄金研究院在生物氧化反应器和新型复合菌种的驯化、培养、工程应用等核心技术上取得了重大突破。在反应器设计制造中, 采用了新型的桨叶结构和参数、新型的冷却器结构和新的充气方式, 这不仅使氧化反应器的动力消耗大幅度降低(仅为国外同类设备能耗的1/3) , 而且使矿浆搅拌充分、空气弥散效果好、冷却效率高; 通过采用新的生产工艺流程, 使氧化提金的总回收率提高23点。两方面交替培养, 。通, 、适应性强新一代高活性工程菌, 并在天利氧化厂的生产中得到实践验证。最新培育、驯化的复合菌种, 在生产条件下的可适应氧化温度35～52℃(国外同类菌种的
序号
[1**********]11
一般适温范围在38～42℃) , 跨越了中等嗜温菌和中等嗜热菌的温域区间, 具有广泛的适应性; 而耐受有害砷离子质量浓度达到了22g/L(国外同类菌种的耐砷能力一般低于10g/L) , 对砷含量达到13%～15%的难处理金精矿可以进行生物氧化预处理; 浸矿菌种的氧化状态和活性显著提高, 生产中的氧化矿浆浓度提高到25%～27%(国际上认为的极限最佳浓度为20%) 。
2004年8月31日人民日报第二版头条以“中国
生物氧化技术达到国际先进水平”为题报道称:“中定, 、, 这①
”。
②
3、图4。, 使生物氧化提金技术成为近几年在国内矿产资源开发利用领域中应用速度快、成熟期短、并已进入国际先进水平的高新技术之一, 也使中国成为拥有生物氧化提金厂数量最多的国家。
中国已建成的采用生物氧化提金生产厂统计见表2。
目前状况
经扩建后达到现在生产规模
生产已停产(2004)
调试运行一段时间后, 因原料不足停产
通过提高氧化矿浆浓度等工艺措施, 由设计的100t/d规模达到现在的生产能力
现在未生产
设计规模为100t/d,现在按80、100t/d能力进行生产
经扩建后, 达到现在规模热压工艺改生物氧化
生物堆浸已投产
表2 国内已建设的采用生物氧化技术的黄金生产厂
工厂名称烟台黄金冶炼厂莱州黄金冶炼厂丹东实信黄金冶炼公司本溪东大黄金技术开发有限公司
辽宁天利公司镇安黄金冶炼厂江西三和金业有限公司新疆阿希金矿山东招金黄金集团金凤黄金有限责任公司
澳中矿公司
地址山东烟台山东莱州辽宁丹东辽宁本溪辽宁凤城陕西镇安江西德兴新疆山东招远辽宁丹东贵州烂泥沟
规模
80t/d100t/d30t/d50t/d150t/d50t/d80t/d80t/d100t/d5000t/堆750t/d
技术支持
CCGR I BACOX
国内技术
CCGR I CCGR I
国内技术
CCGR I
国内技术
CCGR I CCGR I B I O X
4 国内生物氧化工艺的技术优势
(1) 中国自主培育的菌种对温度适应范围宽。
任何一种细菌都有其最适宜的氧化反应温度, 到目前
为止, 国外以金精矿为原料的生物氧化提金厂的反应温度都严格控制在一个恒定的数值上, 每个厂都有庞大的冷却系统来调节因气候变化和原料性质变化而引发的温度波动。中国天利厂地处寒冷地区, 大气温度变化从高于30℃到低于-30℃, 使用自主培育的菌种, 氧化厂的反应温度在35℃～50℃的范围内仍能高效地完成氧化反应。这证明浸矿菌种跨跃了两
类细菌的适应范围。这一成果使氧化厂的基建投资和生产成本大为降低。
(2) 中国培育的菌种氧化活性更强。所谓氧化活性强, 就是菌种能在包裹金的硫化矿物上形成更多的腐蚀坑, 使金暴露而不是把载金矿物全部溶解, 在获得相同回收率的情况下, 砷、铁、硫的氧化率更低。因此, 国内菌种消耗的氧气更少, 生产成本更低。
①中国黄金协会. 含砷金精矿生物氧化提金新工艺研究与应用鉴定证书. 2004.
②中国科学院微生物研究所. 长春黄金研究院菌种现状考查报告. 2004.
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
40
(3) 中国自行设计的氧化反应器的能耗更低。
黄 金
同规格的氧化槽的安装功率仅为国外设计的1/2～2/3左右。
(4) 流程更加合理, 更有利用降低生产成本。在
该技术作为国内黄金行业的一项高新技术已经进入到了工程化应用的快速发展时期, 因此, 围绕着该项技术进行更加深入的工艺研究, 改变工艺的不合理技术环节, 使得该项技术在工业应用中更合理、更先进, 以获得更经济、高效和环保的效果, 将具有更深远的意义。这既可使国家的重点科技攻关成果得到更大范围的推广应用, 带动黄金工业的快速发展, 同时, 还可使具有国内自主知识产权工艺从整体上提升技术的先进性, 进而达到国际领先水平, 抵御国外技术对国内黄金技术市场的冲击。
:(1) 缩短生物; 选育、、高效和节能。通过开发新型合理的搅拌叶轮、充气器和冷却器结构, 可以提高矿浆搅拌循环强度, 提高充气氧的利用率、氧化过程的传质效率, 同时节约能耗。
(3) 进一步研发氧化液的综合回收及环保处理的新工艺, 将从氧化液中获得易于产出和销售的硫、砷、铁等产品; 经过提取有价元素后的废液, 返回氧化流程使用; 需外排的部分废液, 实现环保达标处理和排放。
(4) 开发出更加有效控制技术, 控制生物氧化渣浸出过程的泡沫影响。
(5) 系统化地集成或优化生物氧化及提金工艺流程, 扩大生物氧化提金的应用范围。实现大规模的生物堆浸氧化生产, 清洁、高效地利用低品位难处理金矿资源。
(6) 开发出生物氧化提金工艺的全系统在线检测和计算机控制系统, 建立起能在生产条件下长期可靠工作的传感器和控制系统的数学模型。
总之, 依托国内的技术力量, 预计将在5年内使生物氧化工艺完成一次突破性的技术升级。使生物技术在难处理金矿资源的有效开发中得到更为广泛应用; 使中国的难处理金精矿生物氧化技术在氧化速
工艺流程设计上, 国外多采用多段浓密机逆流洗涤, 而中国采用了浓密机加过滤机洗涤。这种流程为在
氰化工序中实现贫液返回使用创造了极好条件。
5 未来生物提金技术的发展趋势
从目前国内生物氧化提金技术的发展趋势分析,
度、动力消耗、资源回收利用、自动化等方面都达到国
际先进水平, 以至领先水平。
Appli ca tion practi ce and develop i n g trend of b iolog i ca l m eta llurgy technology i n gold i n dustry
Abstract:Together with r oasting oxidati on and hot 2p ress oxidati on technol ogy, bi ol ogical metallurgy is one of the three basic p retreat m ent technol ogies f or refract ory gold ore p r ocessing . The paper intr oduces the characteristics of the technol ogy and its app licati on p ractice and devel op ing trend at home and br oad .
(编辑:李玉敏) Keywords:bi ol ogical metallurgy technique; refract ory gold ore; p retreat m ent; app licati on
(Changchun Gold R esea rch Institute )
Gao J inchang
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
36
黄 金
GOLD
2008年第10期/第29卷
生物冶金技术在黄金工业生产中的应用现状及发展趋势
高金昌
(长春黄金研究院)
摘要:生物冶金技术在黄金生产工业中的应用, 是作为生物预氧化技术处理难选冶金矿石, 与焙烧氧化和压热氧化共同作为三大基本预处理工艺, 被成功地应于工业生产。文中综述了该项技术的特点、国内外的应用现状与发展趋势。
关键词:生物冶金技术; 难处理金矿石; 预处理; 应用
中图分类号:TF11113 文献标识码:A 文章编号:1001-1277(2008) 10-0036-05
0 生物冶金技术与生物氧化提金技术的特点
生物冶金是指在相关微生物存在时, 利用微生物
中加以回收, 法。目前, 铜、镍、, 、、脱硅。, 即生物氧化提金技术。
该技术是利用自然界中的微生物, 优选出嗜硫、铁的浸矿菌株, 经过适应性培养、驯化, 在适宜的环境下, 利用这些微生物新陈代谢的直接作用或代谢产物
的间接作用, 将、, 使金充, 。同时, 在氧化过程中, 矿石中, 砷、硫等分解成相对稳定的无害盐类物质, 经中和沉淀后堆存, 对环境不产生污染。
生物氧化与焙烧氧化、加压氧化一同成为难处理金矿资源的三大预处理技术。根据对难处理资源的特性调查、工艺研究的初步统计, 中国难处理金矿资源中的50%以上, 可以适于用生物氧化提金技术处理
。经生物氧化处理前后的矿石表面对比见图1。
图1 生物氧化前后矿石表面照片
1 生物氧化提金技术的特点
①
生物氧化提金技术的主要优点包括以下6个方面:
(1) 该工艺在生产过程中不会产生烟尘, 不向大
气排放有害气体, 也不产出硫酸、砒霜等难以向外运输的产品。矿石中对环境有害的元素砷被氧化、中和后, 以相对稳定的碱式砷酸铁沉淀物形式进入尾矿库, 可以达到国家环保排放的标准要求。因此, 与传
收稿日期:2008-06-15
作者简介:高金昌(1966—) , 男, 吉林临江人, 高级工程师, 主要从事黄金选矿、冶炼科研管理工作; 长春市南湖大路6760号, 130012
①高金昌1我国生物氧化提金工艺技术应用现状. 2005年全国黄金矿山技术交流会. 20051
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2008年第10期/第29卷
选矿与冶炼 37
统的焙烧工艺相比, 其对环境更加友好, 有利于环境
保护。
(2) 生产工艺大部分采用常规的矿物处理设备, 不需要高压、高温、纯氧, 设备制造国产化比较容易。因此, 其比压热氧化提金工艺更适合于中国的国情。与国外同类的酸性(或碱性) 热压氧化提金工艺相比, 在常压下使用的不锈钢生物氧化搅拌反应设备制造投资可以大幅度减少, 基建投资不仅明显比国外同规模的压热氧化工艺低, 而且与国内已经建成投产的几种预处理工艺方案相比较, 除化学氧化法之外, 生物氧化提金技术方案的基建投资是最低的。
(3) 生物氧化技术的生产工艺运行更稳定可靠, 操作更容易, 在生产中能较快地掌握它的特性, 从而可进一步降低生产成本, 改善操作。
(4) 可通过控制氧化作业参数或条件, 氧化目的矿物, 物彻底氧化, 离, , 、高硫、微细包裹型含金矿石, 其针对性更强, 资源的利用率更高。
(5) 建设规模可大可小。它非常适合中国新建的黄金矿山, 地处边远山区, 规模不大, 但在某些地区又相对集中的特点。只要每天能生产或收购几十吨金精矿就可以建厂。
(6) 耗材料容易供应。生物氧化工厂直接生产成本中基本是电和石灰的消耗和人工费用, 还有少量化肥(氮、磷、钾) , 一般在当地都能解决。生物氧化提金技术的主要缺点有以下几个方面:
(1) 氧化作业时间长, 一般设计时间需要6d 左右。氧化作业的矿浆浓度低, 一般设计在18%以下, 因此, 工艺的核心设备氧化反应器的容积大(单槽容
3
积达400～900m ) 。氧化过程的能耗所占比例高, 约占生产直接成本的45%左右(目前每吨精矿的充气动力消耗约为120k W ・h, 氧化槽搅拌动力消耗约为45k W ・h ) 。由于氧化过程是在酸性溶液中进行, 氧化反应槽需要防腐或采用不锈钢材质。
(2) 不能综合回收伴生的有价元素。矿石经过生物氧化后, 其中伴生的硫、砷、铁等元素将进入氧化液中。由于目前氧化液的环保处理工艺是中和法, 这些元素大部分进入中和渣而被废弃。另外, 氧化液的环保处理成本也较高, 会产生大量废渣(氧化1t 金精矿将产生1t 左右的中和渣) 。
(3) 工程菌放大周期长, 工艺生产要求的连续性强。如果在生产的“误操作”导致菌种大量死亡, 则需要几个星期才能恢复正常生产。
(4) 生物氧化渣中的细菌代谢物的起泡性影响
氰化浸出作业。生物氧化渣中含有大量细菌及其代谢物, 从而在氰化浸出作业中生成大量泡沫, 易发生冒槽现象。目前, 生产中用大量消泡剂抑制泡沫, 因消泡剂的价格高、用量大, 对生产成本影响较大。
2 国外生物氧化提金技术的开发和应用现状
由于生物氧化与焙烧、压热和化学氧化工艺相比, 具有环境友好, 对复杂的含砷、含硫、微细包裹型金精矿(或含金矿石) 的适应性强, 而且生产工艺运行稳定可靠, 操作易于掌握, 等优点。近年来, 。
, 特别是工艺的工程。最早开发应用的南非Gencor 公司于1988年将其开发的生物氧化工程化技术注册为BO I X 工艺, 并向10家生产厂进行了技术转让。南非国家矿冶研究院(M intek ) 开发并注册了M I N BAC 生物氧化技术。澳大利亚Bac Tech 有限公司开发了Bac Tech 生物工程技术。另外,M intek 还与Bac Tech 共同合作, 将其开发的生物氧化技术用高额的技术转让费向发展中国家进行推广。因此, 在20世纪以前, 生物氧化提金技术在工程化应用方面基本上由国外保持领先水平。国外从1986年以来投产的生物提金生产厂统计见表1。
3 国内生物氧化技术的开发过程和应用现状
中国对生物氧化提金技术的应用研究起步于国家的“九五”科技攻关计划。1996年原国家发展计划委员会将生物氧化提金工艺研究列入“九五”重大科技攻关计划, 长春黄金研究院独立承担了该项课题。通过10多年的攻关, 顺利完成了从菌种选育、驯化、工艺技术研究开发到成果产业化推广应用的全过程。
长春黄金研究院所完成的生物氧化提金关键技术研发包括两大方面:一是浸矿菌种的采集、培养、驯化及氧化工艺条件、参数试验研究; 二是围绕生物氧化提金工艺进行的工程化技术开发。
在试验室内进行的系统研究中, 重点针对国内难处理金矿石的特点, 在浸矿菌种的采集、培养和驯化方面开展了研究工作。通过长期采集、鉴别、分离和培养, 获得了具有不同浸矿特性的优良浸矿菌种, 再经过科学地驯化, 优选出了多种活性高、适应性强、氧化速度快的复合型工程菌。其中, 经过多年试验室和工程化培养、驯化的HYK 系列菌种, 不仅对氧化矿浆体系中高浓度砷离子耐受能力强, 而且氧化过程的温
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
38
表1 国外采用生物氧化提金技术的工业生产厂①
黄 金
序号
[**************]
工厂名称(采用的工艺)
Fairvew (B I O X )
Sao Bento (B I O X ) HarbourL ight (B I O X ) W iluna (B I O X ) Ashanti 2Sansu (B I O X ) Youanm i (Bacox ) Tamboraque (B I O X ) Tas mania (Bacox ) Suzdal (B I O X ) Fosterville (B I O X ) Bogoso (B I O X ) Newnont (生物堆浸氧化工艺)
国家南非巴西澳大利亚澳大利亚加纳澳大利亚秘鲁澳大利亚哈萨克斯坦澳大利亚加纳美国
现生产能力
/(t ・d -1) [***********][**************]0
投产时间
[***********][***********][1**********]9
氧化槽容积
/m[***********][***********]05400
原料来源自产自产自产自产自产自产自产自产自产自产自产自产原矿
改扩建及目前状况
由最初的14t/d规模, 经两次扩产达到现在规模, 现在生产
经过两次扩建, 现在生产
1994年停产
1996年进行过一次扩建, 现在生产
由最初建的720t/d规模, 经过一次扩产, 现在生产
2000年停产2000年停产现在生产现在生产现在生产氰化提金
度适应范围宽。另外, 专门针对高砷、矿石培养、驯化出的HY35能力强、, 钝化”作用。, 砷、。为了获得更多、更系统的氧化工艺条件和工程化设计参数, 长春黄金研究院利用自已培养、驯化的菌种, 先后对国内外几十家难处理金矿的含砷金精矿进行过生物氧化提金工艺的小型、扩大连续试验研究, 大部分工艺试验均取得了较好的技术指标。
例如:某难处理含砷金精矿, 金、银品位分别为54. 25g/t 、217. 00g/t; 有害元素砷、锑的含量分别为3. 15%、0. 3%; 金的嵌布粒度极细, 有92%呈次显微金(不可见金) 的形式存在, 并且金矿物的赋存状态以包裹金为主, 占94. 40%; 常规氰化的金浸出率仅为3. 41%。经过系统地试验表明, 经过6d 的生物氧化后, 该金精矿金浸出率可达到95. 02%, 比常规氰化
②
浸出提高了91. 61%。
某国外的碳质微细粒浸染型难处理金精矿中的有害元素砷、碳、锑分别达到4. 16%、10. 77%和0. 32%(其中石墨碳和有机碳分别占75. 12%和14. 02%) 。精矿中的碳质矿物对金有较强的吸附能力, 吸附率高达38. 20%, 属于典型的含碳、含砷“双重难处理”金精矿。金常规氰化浸出率仅为3. 07%。针对该精矿, 长春黄金研究院采用了可在氧化过程中有效“钝化”碳劫金能力的菌种进行氧化, 经过8d (192h ) 的氧化后, 金的浸吸率达到了92. 32%③。与
, 不仅金氰化浸出率高。
长春黄金研究院在进行生物氧化提金工艺的试验研究过程中, 同时也开展了工艺工程化应用的各项技术开发。对工程菌的培养与放大技术、氧化工艺操作条件的监测与控制技术、核心设备结构参数的选择与优化、氧化后续提金工艺技术、废液和废渣达标处理排放技术等多项工程化技术开展了较为系统深入的研究, 从而为实现该技术的全面国产化、成功地推向产业化奠定了基础。
2000年12月, 由长春黄金研究院全面负责生物氧化工艺技术、生物品种转让及工业生产调试的50t/d 生物提金厂在山东烟台黄金冶炼厂建成投产, 成为国内真正意义上的首座生物提金工业生产厂。
在此基础上, 2001年5月国家批复由中国黄金集团公司主持、长春黄金研究院承担建设了黄金行业的第一项国家高技术产业化示范工程———辽宁天利生物氧化提金厂。该项目于2002年5月正式起动建设, 2003年4月完成工程建设并投入生产调试, 2002年7月正式投入生产运行, 成为中国自行研制、自行设计、自行建设、具有完全独立自主知识产权的示范工程。该厂自投产运行至今, 生产运行稳定, 各项经济技术指标均已超过设计要求。目前, 处理量为150t/d(超过原设计的50%) , 金、银回收率平均达到96. 32%和81. 31%, 生产成本控制在280元/t 左右。 通过该项示范工程的大量技术研究, 科研人员对浸矿菌种的改良、大型高效节能生物反应器的研制以及工艺流程的优化配置等方面开展了大量的科研工
①谢纪元1难处理金矿生物氧化预处理工艺//贵金属实用手册(待出版) . 2009. ②长春黄金研究院. 辽宁凤城含砷金精矿生物氧化工艺试验研究报告. 2000.
③长春黄金研究院. 哈萨克斯坦金矿浮选金精矿生物氧化提金工艺流程研究试验报告120031
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2008年第10期/第29卷
选矿与冶炼 39
作, 进而形成了一整套具有完全自主知识产权的生物
提金系列化技术。其中包括浸矿菌株的筛选、培养、驯化技术; 难浸金矿石生物氧化—氰化提金工艺的评价技术; 工业用生物氧化反应器的结构设计与优化技术; 后续氰化工艺的浸滤及黄金提取技术; 废液中和处理和稳定处理含砷固体尾矿技术等等。
通过天利生物氧化提金厂与实验室互相结合开展的工艺优化研究, 长春黄金研究院在生物氧化反应器和新型复合菌种的驯化、培养、工程应用等核心技术上取得了重大突破。在反应器设计制造中, 采用了新型的桨叶结构和参数、新型的冷却器结构和新的充气方式, 这不仅使氧化反应器的动力消耗大幅度降低(仅为国外同类设备能耗的1/3) , 而且使矿浆搅拌充分、空气弥散效果好、冷却效率高; 通过采用新的生产工艺流程, 使氧化提金的总回收率提高23点。两方面交替培养, 。通, 、适应性强新一代高活性工程菌, 并在天利氧化厂的生产中得到实践验证。最新培育、驯化的复合菌种, 在生产条件下的可适应氧化温度35～52℃(国外同类菌种的
序号
[1**********]11
一般适温范围在38～42℃) , 跨越了中等嗜温菌和中等嗜热菌的温域区间, 具有广泛的适应性; 而耐受有害砷离子质量浓度达到了22g/L(国外同类菌种的耐砷能力一般低于10g/L) , 对砷含量达到13%～15%的难处理金精矿可以进行生物氧化预处理; 浸矿菌种的氧化状态和活性显著提高, 生产中的氧化矿浆浓度提高到25%～27%(国际上认为的极限最佳浓度为20%) 。
2004年8月31日人民日报第二版头条以“中国
生物氧化技术达到国际先进水平”为题报道称:“中定, 、, 这①
”。
②
3、图4。, 使生物氧化提金技术成为近几年在国内矿产资源开发利用领域中应用速度快、成熟期短、并已进入国际先进水平的高新技术之一, 也使中国成为拥有生物氧化提金厂数量最多的国家。
中国已建成的采用生物氧化提金生产厂统计见表2。
目前状况
经扩建后达到现在生产规模
生产已停产(2004)
调试运行一段时间后, 因原料不足停产
通过提高氧化矿浆浓度等工艺措施, 由设计的100t/d规模达到现在的生产能力
现在未生产
设计规模为100t/d,现在按80、100t/d能力进行生产
经扩建后, 达到现在规模热压工艺改生物氧化
生物堆浸已投产
表2 国内已建设的采用生物氧化技术的黄金生产厂
工厂名称烟台黄金冶炼厂莱州黄金冶炼厂丹东实信黄金冶炼公司本溪东大黄金技术开发有限公司
辽宁天利公司镇安黄金冶炼厂江西三和金业有限公司新疆阿希金矿山东招金黄金集团金凤黄金有限责任公司
澳中矿公司
地址山东烟台山东莱州辽宁丹东辽宁本溪辽宁凤城陕西镇安江西德兴新疆山东招远辽宁丹东贵州烂泥沟
规模
80t/d100t/d30t/d50t/d150t/d50t/d80t/d80t/d100t/d5000t/堆750t/d
技术支持
CCGR I BACOX
国内技术
CCGR I CCGR I
国内技术
CCGR I
国内技术
CCGR I CCGR I B I O X
4 国内生物氧化工艺的技术优势
(1) 中国自主培育的菌种对温度适应范围宽。
任何一种细菌都有其最适宜的氧化反应温度, 到目前
为止, 国外以金精矿为原料的生物氧化提金厂的反应温度都严格控制在一个恒定的数值上, 每个厂都有庞大的冷却系统来调节因气候变化和原料性质变化而引发的温度波动。中国天利厂地处寒冷地区, 大气温度变化从高于30℃到低于-30℃, 使用自主培育的菌种, 氧化厂的反应温度在35℃～50℃的范围内仍能高效地完成氧化反应。这证明浸矿菌种跨跃了两
类细菌的适应范围。这一成果使氧化厂的基建投资和生产成本大为降低。
(2) 中国培育的菌种氧化活性更强。所谓氧化活性强, 就是菌种能在包裹金的硫化矿物上形成更多的腐蚀坑, 使金暴露而不是把载金矿物全部溶解, 在获得相同回收率的情况下, 砷、铁、硫的氧化率更低。因此, 国内菌种消耗的氧气更少, 生产成本更低。
①中国黄金协会. 含砷金精矿生物氧化提金新工艺研究与应用鉴定证书. 2004.
②中国科学院微生物研究所. 长春黄金研究院菌种现状考查报告. 2004.
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
40
(3) 中国自行设计的氧化反应器的能耗更低。
黄 金
同规格的氧化槽的安装功率仅为国外设计的1/2～2/3左右。
(4) 流程更加合理, 更有利用降低生产成本。在
该技术作为国内黄金行业的一项高新技术已经进入到了工程化应用的快速发展时期, 因此, 围绕着该项技术进行更加深入的工艺研究, 改变工艺的不合理技术环节, 使得该项技术在工业应用中更合理、更先进, 以获得更经济、高效和环保的效果, 将具有更深远的意义。这既可使国家的重点科技攻关成果得到更大范围的推广应用, 带动黄金工业的快速发展, 同时, 还可使具有国内自主知识产权工艺从整体上提升技术的先进性, 进而达到国际领先水平, 抵御国外技术对国内黄金技术市场的冲击。
:(1) 缩短生物; 选育、、高效和节能。通过开发新型合理的搅拌叶轮、充气器和冷却器结构, 可以提高矿浆搅拌循环强度, 提高充气氧的利用率、氧化过程的传质效率, 同时节约能耗。
(3) 进一步研发氧化液的综合回收及环保处理的新工艺, 将从氧化液中获得易于产出和销售的硫、砷、铁等产品; 经过提取有价元素后的废液, 返回氧化流程使用; 需外排的部分废液, 实现环保达标处理和排放。
(4) 开发出更加有效控制技术, 控制生物氧化渣浸出过程的泡沫影响。
(5) 系统化地集成或优化生物氧化及提金工艺流程, 扩大生物氧化提金的应用范围。实现大规模的生物堆浸氧化生产, 清洁、高效地利用低品位难处理金矿资源。
(6) 开发出生物氧化提金工艺的全系统在线检测和计算机控制系统, 建立起能在生产条件下长期可靠工作的传感器和控制系统的数学模型。
总之, 依托国内的技术力量, 预计将在5年内使生物氧化工艺完成一次突破性的技术升级。使生物技术在难处理金矿资源的有效开发中得到更为广泛应用; 使中国的难处理金精矿生物氧化技术在氧化速
工艺流程设计上, 国外多采用多段浓密机逆流洗涤, 而中国采用了浓密机加过滤机洗涤。这种流程为在
氰化工序中实现贫液返回使用创造了极好条件。
5 未来生物提金技术的发展趋势
从目前国内生物氧化提金技术的发展趋势分析,
度、动力消耗、资源回收利用、自动化等方面都达到国
际先进水平, 以至领先水平。
Appli ca tion practi ce and develop i n g trend of b iolog i ca l m eta llurgy technology i n gold i n dustry
Abstract:Together with r oasting oxidati on and hot 2p ress oxidati on technol ogy, bi ol ogical metallurgy is one of the three basic p retreat m ent technol ogies f or refract ory gold ore p r ocessing . The paper intr oduces the characteristics of the technol ogy and its app licati on p ractice and devel op ing trend at home and br oad .
(编辑:李玉敏) Keywords:bi ol ogical metallurgy technique; refract ory gold ore; p retreat m ent; app licati on
(Changchun Gold R esea rch Institute )
Gao J inchang
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net