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(kāi)采的黃金礦石日益減少，越來(lái)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(kāi)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(wèn)題：如環(huán)境污染、大量的資金需求、過(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(shuō)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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