中国西北部西昆仑马尔卡苏成矿带东段木呼锰矿床地球化学特征与成矿作用

《Minerals》：Geochemical Characteristics and Ore Genesis of the Muhu Manganese Deposit in the Eastern Segment of Markansu Metallogenic Zone, Western Kunlun Mountains, Northwest China

　　

直接氰化浸出高碳金矿石通常因碳质物质的"劫金"效应而导致金浸出率低下。本研究以老挝一处难选高碳金矿石为研究对象，在详细工艺矿物学分析查明金赋存状态及有害杂质分布的基础上，开发了由浮选预富集、氧化焙烧和磨矿-浸出协同（Mill–Leach Coordination, MCL）工艺组成的联合流程。MCL工艺通过同步磨矿与浸出，持续更新颗粒表面并消除产物层扩散阻力，从而显著提升金溶解效率。动力学研究表明，浸出反应遵循Avrami模型，受内部扩散控制，并推导出了相应的半经验动力学方程。本研究为高碳金矿石的处理提供了一条新颖高效的技术路线，并为工业化放大提供了理论指导。

## 一、研究背景与问题提出

金作为全球性战略资源，兼具商品与金融双重属性。近年来，受全球地缘政治不稳定因素影响，金价飙升，进一步凸显其战略意义。然而，高需求驱动下易提取金资源的大量消耗，使得难选金矿石日益成为不可或缺的资源来源，约占世界黄金总储量的三分之二。其中，高碳金矿石因含有大量碳质物质（有机碳和石墨碳），在氰化浸出过程中表现出强吸附能力，致使已溶解金重新返回浸渣，造成严重"劫金"效应，导致金浸出率大幅降低。研究表明，当矿石中有机碳含量超过0.2%时，金浸出率即显著下降。此外，矿石中黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等硫化物在氰化过程中因氧化消耗氧气和氰化物，进一步抑制金溶解。针对这一难题，预处理成为必要手段，包括焙烧、化学氧化、生物氧化、覆盖抑制、浮选等方法。

目前，焙烧氧化是处理碳质金矿石最成熟、技术可靠且应用最广的方法，但其适宜温度为650–700 °C，焙烧时间需1.5–2 h方能获得较高金浸出率。化学氧化法则存在经济成本高和环境问题等挑战。近年来，研究人员探索了多种碳质金矿石预处理与浸出工艺，金浸出率一般在85%–92%之间。相比之下，本研究采用的浮选预富集—氧化焙烧—MCL联合工艺在650 °C焙烧1 h、MCL浸出16 h、"金蝉"（Jincan）用量3 kg/t条件下，金浸出率达到97.12%，在试剂消耗和浸出时间方面具有优势。尽管浮选—焙烧—氰化工艺已较为成熟，但将 originally 针对氧化锌矿开发的MCL工艺应用于高碳金矿石焙砂的强化浸出以提高金回收率，并推导同步磨矿浸出条件下的经验动力学方程，具有原创性意义。

本研究发表于《Minerals》期刊，旨在为老挝某高碳金矿石开发高效处理技术路线，并通过动力学分析为工业应用提供定量指导。

## 二、关键技术方法

研究样本取自老挝某金矿床。研究人员采集了总计1吨代表性矿石样品，经破碎、筛分、混匀和缩分后制备成?2 mm的试验样品。工艺矿物学分析采用X射线衍射（XRD)、矿物解离分析(MLA)和电子探针显微分析(EPMA)等手段，查明了金的赋存状态和矿物组成。浮选试验采用一粗两精两扫的闭路流程，系统考察了磨矿细度、活化剂种类、捕收剂种类和分散剂种类等参数。MCL浸出试验采用自行设计的反应装置，以锆英石圆柱（Φ2 mm）为研磨介质，考察了浸出时间、浸出剂浓度、反应pH和搅拌转速等因素，并与常规搅拌浸出(CSL)进行对比。动力学研究基于Avrami方程，结合Arrhenius方程计算表观活化能，建立了半经验动力学方程。

## 三、研究结果

### 3.1 矿石工艺矿物学研究

**化学元素分析**：原矿Au品位6.31 g/t、Ag品位15.68 g/t，具有回收价值。有害元素C含量5.27%、S含量1.43%，属难选高碳金矿石。金化学物相分析表明，Au包裹率高达83.68%，仅16.32%为裸露金；有机碳和石墨碳含量分别为1.76%和2.87%，直接浸出将产生严重"劫金"效应。

**矿物组成分析**：MLA分析确定矿石含18种矿物，金属矿物以黄铁矿为主，含少量毒砂、黄铜矿和闪锌矿；脉石矿物主要为石英、斜长石、绢云母（白云母）和铁白云石，占比约93%。唯一独立金矿物为自然金。

**金嵌布粒度特征**：11颗自然金颗粒的X射线能谱(EDS)分析显示其含金99.28%。130颗自然金颗粒的粒度测量表明，金主要分布于?19+9时也显示坚韧。

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…+9.5 μm和?9.5+4.75 μm两个粒级，分布率分别为65.42%和28.93%，属微细粒金，难以通过尼尔森重选有效富集。镜下观察显示，自然金呈不规则状、浑圆状、鳞片状、树枝状等他形晶形态，主要被包裹于方解石和石英中，少量包裹于黄铁矿中，偶见于石英裂隙或与雌黄、萤石连生。

### 3.2 金浮选预富集

**不同浮选参数的影响**：磨矿细度试验表明，随着?74 μm含量增加，精矿金品位和回收率均先升后降，?74 μm占比75%–85%时指标较优，80%通过率时金品位和回收率分别为19.32 g/t和93.26%。活化剂对比试验显示效果顺序为CuSO₄ > (NH₄)₂CO₃ > Pb(NO₃)₂，CuSO₄用量100 g/t时金品位和回收率分别为19.87 g/t和94.04%，其作用是活化金矿物和黄铁矿表面以促进捕收剂吸附。捕收剂对比试验中，新型捕收剂YK表现最佳。分散剂对比试验表明，六偏磷酸钠(SHMP)对脉石矿物抑制效果最优，用量200 g/t时金品位和回收率分别为20.22 g/t和94.54%。

**闭路试验**：优化确定一粗两精两扫流程，获得最终金精矿品位21.03 g/t、回收率96.57%，碳含量达4.51%。

### 3.3 氧化焙烧

浮选精矿碳含量高，需经高温焙烧去除有机碳以消除对后续浸出的不良影响。针对精矿中砷矿物挥发砷的环境风险，焙烧前添加少量石灰(CaO)将砷固定为非挥发性砷酸钙；焙烧烟气经NaOH溶液吸收瓶和活性炭捕集后排放。焙砂在pH=11–12、"金蝉"用量2 kg/t、液固比6:1 mL/g、350 rpm、室温24 h条件下浸出。结果表明，随焙烧温度升高，金浸出率先升后趋于平稳，650 °C时最高达87.31%；随焙烧时间延长先升后降，最优时间为1 h。

### 3.4 磨矿-浸出协同(MCL)工艺

直接浸出金浸出率不足90%。MCL工艺采用篮式磨机作为机械活化设备，与CSL工艺对比考察了各因素的影响。

**浸出时间影响**："金蝉"用量2 kg/t、pH=11、350 rpm条件下，MCL工艺16 h基本达到平衡，金浸出率95.78%；而CSL工艺需约24 h才接近完全溶解，最终浸出率90.32%。

**浸出剂浓度影响**：pH=11、350 rpm、24 h条件下，金浸出率随"金蝉"浓度增加而快速上升，3 kg/t时趋于稳定，从73.45%升至96.79%。

**pH影响**：浸出剂3 kg/t、350 rpm、24 h条件下，pH=11时达最大浸出率96.82%。

**搅拌转速影响**：浸出剂3 kg/t、pH=11、24 h条件下，提高转速有助于消除外扩散阻力，但超过400 rpm后无显著改善且增加能耗，故选择400 rpm，金浸出率达97.12%。

### 3.5 浸出动力学

**浸出模型选择**：传统浸出过程遵循未反应收缩核模型，但同步磨矿浸出过程中颗粒连续减小，更接近收缩核-收缩颗粒模型，然而产物层厚度测量困难。Avrami方程作为半经验模型常用于描述金属及金属氧化物浸出动力学。通过对数变换建立ln[?ln(1?α)]与lnt的关系，线性拟合表明MCL工艺金浸出动力学符合Avrami模型；不同温度下n值相近且均小于0.5，表明该过程为扩散控制，且浸出速率随时间呈减速趋势。

**温度对金浸出的影响**：将不同温度下数据代入方程，?ln(1?α)与t^0.349呈线性关系，斜率即为表观速率常数k。根据Arrhenius方程，lnk与1000/T线性拟合，计算得表观活化能为4.27 kJ/mol，该值处于4.2–12 kJ/mol范围内，进一步证实反应受内部扩散控制。

**各因素对浸出率的影响**：建立半经验模型，通过控制变量法确定各因素反应级数。?ln(1?α)与t^0.349在不同浸出剂浓度、液固比和搅拌转速下均呈线性关系，lnk与lnC_A、ln(L/S)、ln(rpm)建立线性关系，得反应级数分别为0.712、1.78、2.62，反映各因素对金浸出率影响程度。将反应级数代入动力学方程，?ln(1?α)与综合参数的关系图中，不同条件下浸出结果均匀分布于直线两侧，斜率为0.0146，最终确定MCL工艺金浸出动力学方程为：?ln(1?α) = 0.0146·C_A ^informal

…^0.712·(L/S)^1.78·(rpm)^2.62·e^?4270/RT·t^0.349

## 四、讨论与结论

研究人员在讨论部分系统总结了上述研究结果。研究结论表明：老挝该高碳金矿石具有金粒度细、包裹率高、有机碳和石墨碳含量高的特点，是造成直接浸出性能差的主要原因；一粗两精两扫浮选流程可有效预富集金并脱除大量脉石矿物，显著减少后续焙烧和浸处理量；氧化焙烧有效去除浮选精矿中的有机碳，而MCL工艺通过同步磨矿与浸出，凭借持续表面更新和消除产物层扩散阻力，实现了比常规搅拌浸出 substantially 更高的金浸出效率；MCL工艺浸出动力学符合Avrami模型，受内部扩散控制，推导出的半经验动力学方程为工艺优化和工业放大提供了理论基础。研究所提出的浮选—焙烧—MCL联合工艺为同类难选高碳金矿石的高效利用提供了有前景且可资借鉴的技术路线。