含铜金矿石氰化法中抑制铜浸出的药剂

介绍

氰化法是一种广泛使用且有效的从含金矿石中提取金的方法，尤其是含铜金矿石。该方法基于 氰化物离子s 与金形成稳定的络合物，从而使金从矿石基质中溶解。金的氰化工艺的基本化学反应是 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH。由于该工艺效率相对较高且技术易于理解，一个多世纪以来一直是金矿开采行业的基石。

然而，在处理含铜金矿石时， 铜矿s 带来了重大挑战。与金伴生的常见铜矿物，如黄铜矿 (CuFeS_2)、辉铜矿 (Cu_2S)、孔雀石 (Cu_2(OH)_2CO_3) 和蓝铜矿 (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2)，在氰化物溶液中反应性很强。例如，在含氰化物介质中，辉铜矿可发生如下反应：Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S。这些反应导致大量氰化物的消耗。氰化物的过量消耗不仅增加了生产成本，而且由于氰化物的毒性，还会产生环境影响。

此外，铜的溶解可能会干扰后续的 黄金回收. 氰化物溶液中铜含量过高会降低金-氰化物络合物的形成效率，从而降低金的含量 浸出率这是因为铜与金争夺溶液中的氰化物离子和氧气，破坏了有效溶解金所需的化学平衡。在某些情况下，铜的存在还会导致下游工艺（如锌胶结或炭浆法 (CIP)）出现问题，导致金回收率降低和产品质量下降。

因此，寻找有效的药剂抑制含铜金矿石氰化过程中铜的浸出具有重要意义。此类药剂有助于优化氰化工艺，降低 氰化物消耗量并提高金矿开采的整体效率，使采矿作业更具经济可行性和环保性。在以下章节中，我们将探讨已研究并用于此目的的各种试剂。

铜在氰化物溶液中的浸出特性

在氰化物溶液中，与金伴生的铜矿物表现出不同的浸出行为。常见的原生铜矿物如黄铜矿（CuFeS_2）和辉铜矿（Cu_2S），以及孔雀石（Cu_2(OH)_2CO_3）、蓝铜矿（Cu_3(OH)_2(CO_3)_2）、斑铜矿（Cu_5FeS_4）、赤铜矿（Cu_2O）和自然铜，都具有相对可溶性。

这些铜矿物在常温（25℃）下即可浸出，铜的浸出率差异很大，从5～10%到90%以上。例如，孔雀石和蓝铜矿都是含铜碳酸盐矿物，在氰化物溶液中反应性相当强，孔雀石与氰化物的化学反应可表示为Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN+H_2O=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3+2NaOH。这说明在氰化物的作用下，孔雀石中的铜能被有效溶解。

当处理高铜金精矿时，氰化浸出过程会出现一些“临床”症状。氰化物的消耗量变得非常高。一般来说，对于不同的铜矿物，溶解1克铜需要消耗2.3-3.4克 氰化钠同时，铜的溶解也消耗溶液中的氧，如在辉铜矿的浸出过程中，发生反应2Cu_2S+8NaCN+O_2+2H_2O=4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S+4NaOH，不仅消耗大量氰化物，而且消耗大量的氧气。

而且浸出效果会变得相对较差。氰化物溶液中铜含量过高会降低金-氰化物络合物形成的效率。铜与金争夺溶液中的氰离子和氧气。结果，有效溶解金所需的化学平衡被破坏。这导致金浸出率下降，还会给后续的金回收工艺（如锌置换或炭浆法）带来问题，最终导致金回收率降低和产品质量下降。

抑制铜浸出的常用药剂

铅盐

在含铜金矿石的氰化提炼过程中，经常使用铅盐作为抑制铜浸出的试剂。常用的铅盐有硝酸铅（Pb(NO_3)_2）、醋酸铅（C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O）、氧化铅（PbO）。

以醋酸铅为例，研究表明，在氰化浸出前添加醋酸铅，可以有效抑制铜的浸出，提高金、银的浸出率，降低硫酸盐的消耗。 氰化钠某铜含量为4.92%的金精矿，在浸出前直接加入150g/t醋酸铅，在磨矿细度-0.037mm粒度占95%、浸出时间48h、氰化钠浓度0.5%、pH=12、矿浆浓度40%的条件下，浸出渣中金品位可降至1.20g/t，金浸出率达97.55%，银回收率为60.28%，氰化钠消耗为14.37kg/t，充分体现了醋酸铅在此工艺中的积极作用。

铅盐的抑制机理可能与难溶性化合物的生成有关。例如，铅可以与矿石中的含硫物质发生反应，生成难溶的硫化铅。该反应减少了能与铜矿物发生反应的含硫物质的数量，从而抑制了铜矿物的溶解。此外，铅盐还可能影响铜矿物的表面性质，降低其在氰化物溶液中的反应性。

螯合剂（例如柠檬酸）

柠檬酸等螯合剂在氰化过程中也能起到抑制铜浸出的作用。柠檬酸等螯合型助浸剂的作用机理独特，柠檬酸中含有羧基和羟基，可以与矿浆中的Cu^{2+}、Zn^{2+}、Fe^{2+}、Fe^{3+}等有害离子螯合，形成稳定的螯合物。

例如柠檬酸中的羧基可以通过氧原子的孤对电子与金属离子配位，形成环状结构。通过螯合这些金属离子，柠檬酸可以消除它们对氰化浸出过程的负面影响，如减少它们对溶液中氧的消耗。此外，柠檬酸还能抑制含钙、镁等脉石矿物的溶解。它能与这些脉石矿物的表面发生作用，改变它们的表面电荷和亲疏水性质，使它们更难溶解在氰化溶液中。这种对脉石矿物的抑制作用，还可以提高矿浆中的“有效活性氧”。脉石矿物不易溶解，消耗的氧就少，可供金的氰化浸出所需的氧就多，有利于金的浸出。总的来说，柠檬酸的加入有利于为金的氰化反应创造更有利的化学环境，减少其他金属离子的干扰，提高金的提取效率。

其他（简介）

除上述药剂外，控制氰化物离子浓度也是减弱铜溶解的有效方法。当氰化物离子浓度在一定范围内控制得当，可以降低铜矿物与氰化物的反应速度。例如，对于一些易溶铜矿物含量较高的金矿石，通过保持游离CN^-离子浓度在一个较低的水平（如0.05%～0.10%），可以明显减缓铜矿物的溶解速度，而金矿物的溶解速度仍然较高，使氰化物主要作用于金矿物的溶解。

另一种方法是采用氨-氰化物体系。在氨-氰化物体系中，氨可以与铜离子形成络合物，在一定程度上抑制铜的浸出。但由于氨的挥发性较大，在工业生产过程中难以保持稳定的浓度，限制了其大规模的工业应用。此方法虽然具有降低铜浸出的优势，但在实际操作和成本效益方面的挑战有待进一步解决。

影响试剂效果的因素

在含铜金矿石的氰化法提纯过程中，用于抑制铜浸出的试剂的有效性受多种因素的影响，了解这些因素对于优化氰化法提纯工艺至关重要。

矿石性质

1. 铜矿物类型

1. 不同的铜矿物在氰化物溶液中具有不同的反应性。例如，铜碳酸盐矿物，如孔雀石（Cu_2(OH)_2CO_3）和蓝铜矿（Cu_3(OH)_2(CO_3)_2）与一些原生硫化铜矿物（如黄铜矿（CuFeS_2））相比，反应性相对较高。孔雀石很容易与氰化物发生反应，反应式为 Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH。这种高反应性意味着，当使用试剂抑制铜浸出时，对于富含此类反应性铜矿物的矿石，可能需要更高的剂量。

2. 相比之下，黄铜矿的结构更复杂，需要更多的能量和特定的反应条件才能溶解在氰化物溶液中。然而，在某些条件下，它仍然会导致大量氰化物消耗。了解矿石中主要的铜矿物类型是确定合适试剂及其剂量的第一步。

2. 铜矿物含量

1. 矿石中的铜矿物含量越高，铜浸出的可能性就越大，相应的氰化物消耗量也就越大。例如，在铜含量为 5% 的含金矿石中，铜浸出反应所消耗的氰化物量将比铜含量为 1% 的矿石高得多。因此，抑制铜浸出所需的试剂必须按比例调整。铜含量较高的矿石可能需要更多的铅盐或螯合剂才能有效抑制铜溶解。研究表明，矿石中易溶铜含量每增加 1%，基于铅盐的抑制剂的消耗量可能需要增加 10 - 20 克/吨，以保持相同的铜浸出抑制水平。

工艺条件

1. 氰化物浓度

1. 溶液中氰化物浓度对铜浸出和抑制剂的有效性起着双重作用。当氰化物浓度较低时，铜浸出反应的速率降低。例如，如果游离氰化物浓度（CN^-）保持在0.05％-0.10％，铜矿物的溶解速度可以显著减慢。但是，如果氰化物浓度过低，金的浸出率也可能受到负面影响。

2. 使用铅盐等试剂时，最佳氰化物浓度可能会有所不同。在某些情况下，可能需要稍高的氰化物浓度（约 0.15% - 0.20%）以确保铅盐抑制剂能够与矿石中的含硫物质形成不溶性化合物，从而有效抑制铜浸出。但如果氰化物浓度过高，尽管存在抑制剂，它也会促进铜矿物的溶解。

2. PH值

1. 氰化物溶液的pH值对于铜的浸出和抑制剂的作用都至关重要。一般来说，氰化工艺是在碱性介质中进行的，pH值通常在10-11范围内。在此pH范围内，氰离子的稳定性得以保持，氰化物的水解也降到最低。

2. 对于柠檬酸等螯合剂，溶液的pH值会影响其螯合能力。柠檬酸含有与金属离子螯合的羧基和羟基。在碱性介质中，这些功能基团的解离得到促进，从而增强了它们与铜离子的螯合能力。但是，如果pH值过高（高于12），则会引起副反应，从而降低螯合剂的有效性。例如，在强碱性溶液中，一些金属螯合物可能会分解，从而将螯合的铜离子释放回溶液中。

3. 浸出时间

1. 浸出时间会影响铜的浸出程度和抑制剂的性能。随着浸出时间的增加，如果没有得到有效的抑制，更多的铜可能会溶解。例如，在短期浸出过程中（少于 12 小时），浸出的铜量可能相对较小，抑制剂可以更容易地控制铜的浸出率。但如果浸出时间延长到 48 小时或更长时间，铜浸出反应的累积效应可能会变得更加显著。

2. 对于铅盐抑制剂，浸出时间越长，抑制剂的初始剂量就越大。这是因为随着时间的推移，形成的含铅不溶性化合物可能会逐渐消耗，或者由于氰化物溶液中持续存在活性物质，其有效性可能会下降。因此，在确定用于铜浸出抑制剂的试剂数量和类型时，需要仔细考虑浸出时间。

案例研究和实际应用

案例一：南非某金矿铅盐应用

南非某金矿正在处理一块含铜金矿石，该矿石含铜量约为3%。在使用铅盐作为抑制剂之前，氰化工艺面临诸多挑战。氰化物消耗量极高，高达15kg/t矿石，金浸出率仅为80%左右。矿石中铜含量高，导致氰化过程中铜溶解严重，不仅消耗大量氰化物，还会干扰金浸出工艺。

在以 3 g/t 矿石的剂量添加硝酸铅 (Pb(NO_2)_200) 后，观察到了显著的变化。氰化物消耗量降低至 8 kg/t 矿石，减少了约 47%。金浸出率提高到 90%。经济效益十分显著。考虑到氰化物的价格和额外回收的金的价值，该矿每处理一吨矿石可节省约 50 美元。从环境角度来看，减少氰化物消耗意味着与氰化物泄漏和处置相关的环境风险更小。含氰化物废物的数量也减少了，这对当地的生态环境有利。

案例二：螯合剂（柠檬酸）在澳大利亚金矿的应用

澳大利亚某金矿，矿石中含有大量的铜矿物，主要为黄铜矿和少量的铜-碳酸盐矿物，初始氰化工艺未加入螯合剂，金浸出率为75%，铜浸出率为30%，铜浸出率高，导致氰化物消耗量高，约为12kg/t矿石。

当在氰化工艺中添加柠檬酸，剂量为 1 千克/吨矿石时，情况有所改善。铜浸出率降低至 10%，金浸出率提高至 85%。氰化物消耗量降低至 6 千克/吨矿石。从经济角度来看，与氰化物消耗量的节省和金回收率的提高相比，添加柠檬酸的成本相对较低。该矿估计，每年可增加约 300,000 万美元的利润。从环境角度来看，铜浸出量的减少意味着含铜废水的减少，这些废水更易于处理，对周边地区的水资源影响也较小。

案例三：新型抑制剂（MZY）在中国某金矿的应用

某金矿处理某难浸含铜金矿石，传统氰化工艺金浸出率仅为70%，铜浸出率高，氰化物消耗量大。在加入一定剂量的新型抑制剂MZY，并优化工艺条件（加入石灰18kg/t、氰化钠1.2kg/t）后，金浸出率达到83%～84%，铜浸出率降至4%～5%。

这一新工艺不仅提高了金的浸出效率，而且显著降低了氰化物消耗。经济效益是双重的：金回收率的提高增加了生产价值，而氰化物消耗的减少则节省了成本。在环境保护方面，较低的氰化物消耗和较少的含铜废物减轻了环境负担，使采矿作业更加可持续。这些案例研究清楚地表明，在含铜金矿石的氰化物处理中使用试剂抑制铜浸出具有实际价值，无论是在经济效益方面还是在环境保护方面。

结语

在含铜金矿石的氰化工艺过程中，铜的浸出不仅导致氰化物消耗量大，而且对金的浸出率及后续的金回收工序产生不利影响，因此采用药剂抑制铜的浸出具有十分重要的意义。

硝酸铅、醋酸铅、氧化铅等铅盐能与矿石中的含硫物质形成不溶性化合物或改变铜矿物的表面性质，从而有效抑制铜的浸出；柠檬酸等螯合剂能与铜离子及其他有害金属离子发生螯合，降低其对氰化过程的负面影响；此外，控制氰化物浓度、采用氨-氰化物体系也能在一定程度上起到减弱铜溶解的作用。

这些试剂的有效性受到各种因素的影响。矿石性质，包括铜矿物的类型和含量，决定了矿石中铜的反应性，从而影响所需的试剂量。氰化物浓度、pH值和浸出时间等工艺条件也对试剂的性能有显著影响。例如，适当的氰化物浓度和pH值可以确保氰化物溶液的稳定性和试剂的有效性，而浸出时间会影响铜浸出反应的累积效应。

通过案例分析，我们看到了这些药剂的实际应用价值。在南非某金矿，使用硝酸铅降低了氰化物消耗，提高了金的浸出率，带来了显著的经济效益和环境优势。在澳大利亚某金矿，添加柠檬酸，有效降低了铜的浸出量和氰化物消耗，提高了金的浸出率，具有经济和环境两方面的效益。在中国某金矿，使用新型抑制剂MZY，结合优化的工艺条件，提高了金的浸出效率，降低了铜的浸出率，取得了良好的经济和环境效果。

总体而言，处理含铜金矿石的氰化时，需要综合考虑矿石特性和工艺要求，选择合适的试剂和操作条件。未来的研究可以重点进一步探索更高效、更环保的试剂，以及优化试剂组合和工艺参数，以实现更高效、更经济、更环保的可持续金提取工艺。