可循環(huán)氧化劑氧化高硫高砷難選冶金精礦.pdf

1、世界上易氰化并能開采的黃金礦石日益減少，越來越多的礦是難選冶的。難選冶金精礦不能直接用氰化法氰化浸出。這類礦在氰化浸金之前需要預(yù)處理工藝以提高金的浸出率。前人開發(fā)了預(yù)曝氣、氯化法、焙燒法、加壓氧化法、細(xì)菌氧化法、超細(xì)研磨法、化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法和高壓氰化法等難選礦預(yù)處理技術(shù)。這些預(yù)處理方法存在這樣那樣問題：如環(huán)境污染、大量的資金需求、過長(zhǎng)的操作時(shí)間、高的操作、維修費(fèi)用及高的人員培訓(xùn)費(fèi)用。
　　 為此，本論文提出了一種具有獨(dú)立

2、知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新方法。該方法是使用臭氧和硫酸鐵作為氧化劑來預(yù)處理難選冶高硫高砷金精礦以提高金的浸出率。金的包裹體黃鐵礦和毒砂的分解使得后續(xù)步驟金的浸出率提高。在酸性溶液中用臭氧和硫酸鐵預(yù)氧化高硫高砷金精礦是一種新的方法。其中制備的可循環(huán)氧化劑(氧載體)在常壓下具有較高的氧氣轉(zhuǎn)移能力。這種方法實(shí)質(zhì)上是氧氣間接氧化方法，氧載體作為氧化劑來預(yù)處理難選冶高硫高砷金精礦而且提金后的氧化渣可用來提取貴金屬及制備白炭黑；而氧化溶液除雜后可用于生產(chǎn)高純的鐵

3、氧化物。該技術(shù)的實(shí)施有利于資源綜合利用并實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
　　 首先借助X射線衍射儀、解離度分析儀、掃描電鏡和能譜儀測(cè)試手段分析實(shí)驗(yàn)所用金精礦的特征，為難選冶金精礦預(yù)氧化方法的選擇提供理論依據(jù)。所有測(cè)試結(jié)果以及直接氰化提金率表明所用高硫高砷金精礦為難選冶金精礦，金以顯微金的形式被包裹在載金礦物(黃鐵礦和毒砂)中。因此，該種金礦必須先進(jìn)行氧化預(yù)處理，變難浸金為易浸金，再氰化或其它工藝提金。
　　 其次，三種不同的氧化劑(硫酸

4、鐵、硫酸鐵和氧氣、硫酸鐵和臭氧)預(yù)氧化難選冶金精礦的對(duì)比試驗(yàn)；用田口算法來優(yōu)化三價(jià)鐵離子和臭氧難選冶金精礦的預(yù)氧化效率；3種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(前饋反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))來確定預(yù)氧化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)黃金冶煉廠的難選冶金礦的預(yù)處理步驟中鐵的氧化率；對(duì)難選冶金精礦和臭氧以及硫酸鐵在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究；在三相流化床中，基于正交試驗(yàn)的灰度相關(guān)分析研究了臭氧預(yù)氧化高硫高砷難選冶金精礦的最佳組合因素

5、。得出了以下結(jié)論：
　　 利用三種不同的氧化劑(硫酸鐵、硫酸鐵和氧氣、硫酸鐵和臭氧)預(yù)氧化難選冶金精礦，采取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，確定每種氧化劑預(yù)氧化的最佳條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明預(yù)氧化效果最佳的氧化劑為臭氧和硫酸鐵。其次，采用臭氧和硫酸鐵為氧化劑，以高硫高砷金精礦反應(yīng)過程中鐵的氧化率為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，考察了主要的各相關(guān)因素對(duì)鐵氧化率的影響。研究表明：高硫高砷金精礦反應(yīng)過程中鐵的氧化率受溫度、礦漿濃度、反應(yīng)時(shí)間、攪拌速度和臭氧濃度等因素的影響。

6、在一定范圍內(nèi)隨著攪拌速度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和臭氧濃度的增加，鐵的氧化率增加；隨著礦漿濃度的增加，鐵的氧化率減少。確定了最佳的預(yù)氧化條件：溫度為100℃，反應(yīng)時(shí)間8h，液固比20，攪拌速度869 rpm，臭氧濃度54ppm以及硫酸鐵濃度0.7 mol/L.并對(duì)最佳條件下的氧化渣進(jìn)行了各種測(cè)試手段的表征：XRD，掃描電鏡和能譜儀。研究表明：在最佳預(yù)氧化條件下，高硫高砷金精礦的鐵氧化率為90.1％。掃描電鏡的點(diǎn)掃描分析結(jié)果為：鐵的單點(diǎn)分析最

7、高量?jī)H為0.96％，硫和砷的單點(diǎn)含量為0。線掃描和面掃描的結(jié)果為：砷含量為0，鐵和硫的含量很低。這些測(cè)試結(jié)果說明高硫高砷金精礦在最佳預(yù)氧化條件下處理后，主要的載金礦物(黃鐵礦和毒砂)基本被氧化完全，實(shí)現(xiàn)了金的解離。
　　 本研究瞄準(zhǔn)使用三價(jià)鐵離子和臭氧來優(yōu)化難選冶金精礦的預(yù)氧化效率。根據(jù)田口算法，各種因素對(duì)于性能參數(shù)的影響進(jìn)行了分析。分析信噪比被成功的應(yīng)用到尋找相對(duì)貢獻(xiàn)率及對(duì)最大鐵浸出率的最佳因素組合。方差分析的結(jié)果表明溫度是最

8、重要的決定因素。對(duì)最佳氧化條件(溫度為100℃，時(shí)間為16h，液固比8:1，最初的硫酸鐵濃度為1.05mol/L)下的氧化渣進(jìn)行氰化浸金實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明金的浸提率為96.5％，比未進(jìn)行預(yù)氧化的難選冶金精礦提高了77％。既然在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中由田口方法確定的最佳條件與實(shí)際生產(chǎn)中確定的最佳條件相一致，那么實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究對(duì)于工業(yè)級(jí)的用臭氧和三價(jià)鐵離子預(yù)處理也有指導(dǎo)意義。
　　 在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本論文運(yùn)用三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(前饋反向傳播神

9、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))預(yù)測(cè)難選冶金精礦在臭氧和三價(jià)鐵氧化條件下的鐵浸出率。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)是6個(gè)操作參數(shù)：臭氧濃度，硫酸鐵濃度，液固比，氧氣量，氧化時(shí)間，反應(yīng)溫度；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點(diǎn)是鐵的氧化率?；谡`差反向傳播算法的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用33組實(shí)驗(yàn)值，采用6-11-1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練得到一個(gè)良好模型，其相關(guān)系數(shù)R2為0.966.三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的對(duì)照結(jié)果表明前饋反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)地更為準(zhǔn)確，

10、而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。并且，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重矩陣可用來評(píng)價(jià)輸入?yún)?shù)對(duì)輸出參數(shù)的相對(duì)重要性。前饋反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的權(quán)重計(jì)算結(jié)果表明：在所有操作參數(shù)中，溫度是最重要的影響因素，臭氧濃度為第二重要的影響因素，它們所占的比重分別為23.9％和21.6％。進(jìn)一步地，對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與常規(guī)的多元線性回歸兩種模型進(jìn)行對(duì)比：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的決定系數(shù)高于多元線性回歸，對(duì)鐵浸出率預(yù)測(cè)值更準(zhǔn)確，更接近于測(cè)定值。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)黃金冶煉

11、廠的難選冶金礦的預(yù)處理步驟中鐵的氧化率，并可用來優(yōu)化工藝參數(shù)。
　　 本論文還研究了在間歇式反應(yīng)器中難選冶金精礦與臭氧和硫酸鐵在酸性介質(zhì)中的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。研究結(jié)果表明反應(yīng)速率隨著臭氧濃度和反應(yīng)溫度的提高而提高，隨著固相液相比和粒徑的下降而提高。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用不同的動(dòng)力學(xué)模型分析后表明預(yù)氧化過程遵循縮核模型，而且表觀化學(xué)反應(yīng)是速?zèng)Q步。計(jì)算得到的活化能是40.35KJ/moL。這一活化能與化學(xué)反應(yīng)控制相吻合。該反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型由方程式

12、：1-(1-α)1/3=22303.97e-40.35/RTt表示。
　　 在三相流化床中，基于L25(55)正交試驗(yàn)的灰度相關(guān)分析研究了臭氧預(yù)氧化高硫高砷難選冶金精礦的最佳組合因素，為溫度為25℃，時(shí)間為3h，礦漿濃度為6 g/L，最初的硫酸體積為25ml，臭氧濃度為15 g/L。就難選冶金精礦的預(yù)氧化而言，對(duì)于性能參數(shù)--鐵的氧化率而言，數(shù)值越大越好；而對(duì)于性能參數(shù)--臭氧的消耗量而言，數(shù)值越小越好。基于正交試驗(yàn)的灰度相關(guān)分