随着黄金工业的发展,难处理金矿资源在黄金生产原料中的比例逐渐升高,开发高效、环境友好型难处理金矿石的预处理与加工技术日益迫切。在此背景下,含砷金精矿的生物氧化技术应运而生。与其他预处理技术相比,生物氧化预处理技术具有工艺环保、生产稳定、规模灵活等独特优势,已成为最具发展潜力的黄金绿色提取技术。鉴于此,本文对含砷金精矿生物氧化过程中的氧化热力学和氧化作用机理、氧化过程中砷的溶解行为等进行了深入研究,并设计、实施了高砷金精矿的两段氧化工艺,以期提高该类矿产资源的利用效率。工艺矿物学研究结果表明,研究中所用含砷金精矿中的金属硫化矿物主要为黄铁矿和砷黄铁矿,两者占矿石矿物总量的66.30%;脉石矿物主要是石英和长石。金精矿中的金以微粒金为主,占88.7%(含次显微金);次为细粒金,占9.60%;0.037mm以上的金颗粒仅占1.70%;被金属硫化物矿物包裹的金占60.25%,被脉石矿物包裹的金占4.06%,单体及裸露的金占35.69%。通过热力学计算绘制出的黄铁矿、砷黄铁矿在水溶液中的电位-pH图表明,在常压、313.15K 条件下,砷、铁、硫分别以 H3AsO3、H3AsO4、H2AsO4-、Fe2+,HSO4-、SO42-等形式稳定存在于溶液中。在生物氧化体系中,氧化还原电位和pH值升高,有利于As5+和砷酸铁的生成,但矿物中硫的氧化产生酸,使溶液pH值逐渐降低,不利于两者生成。因此,适当提高矿浆的氧化还原电位和pH值能减少其中的有害离子含量,进而减轻有害离子对细菌生长和活性的抑制。含砷金精矿的生物氧化机理及砷的氧化行为研究结果表明,砷黄铁矿的生物氧化过程以间接氧化作用为主。在生物氧化过程中,砷黄铁矿首先被溶液中的Fe3+氧化生成As3+和Fe2+,溶液中的As3+再被溶液中剩余的Fe3+氧化为As5+;而氧化过程中生成的Fe2+被细菌氧化成Fe3+,溶液中As5+与Fe3+在一定条件下能够生成砷酸铁。当原料中砷黄铁矿的含量较高时,砷黄铁矿会消耗溶液中大量的Fe3+,导致Fe3+浓度降低,难以氧化As3+,从而造成溶液中As3+积累,使细菌的氧化活性受到抑制,使生物氧化速度减慢甚至停止。对含砷为8.31%的金精矿开展了一段生物氧化试验,结果表明,矿浆的氧化还原电位随固体质量分数的升高而降低;不同矿浆浓度下,随着氧化过程的进行,溶液中Fe2+的浓度逐渐降低,而As3+的浓度与矿浆浓度成正比;氧化时间一定时,精矿中砷、铁、硫的氧化率随着矿浆浓度的上升而不断降低,从矿浆浓度为14%时的83.96%、77.21%、79.96%分别降低到矿浆浓度为20%时的77.76%、69.11%、70.21%;相应的氧化渣中金的氰化浸出率也从93.54%下降至87.18%。对砷含量为13.84%的金精矿开展了两段生物氧化试验,结果表明,第一段生物氧化的矿浆浓度影响较大,经过第一段氧化后金精矿中的大部分砷被除去,使第二段生物氧化可以在比较高的矿浆浓度下进行;第一段和第二段的氧化时间分别为4d和6d、第一段的矿浆浓度(固体质量分数)为9%、第二段的矿浆浓度(固体质量分数)分别为14%、16%、18%、20%时,氧化渣中金的氰化浸出率分别为93.77%、94.87%、91.71%、90.54%。含砷金精矿两段生物氧化工艺的工业应用实践表明,两段生物氧化工艺的运行过程可控性好、生产技术指标稳定。对于砷含量为16.09%的金精矿,经过3d的一段生物氧化,氧化渣中的砷含量降到4.26%,经过两段生物氧化处理后,金精矿中的砷、铁、硫的氧化率分别达到93.20%、81.27%、79.46%,氧化渣经炭浸工艺处理98.05h后,金的浸出率可达96.37%。