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含碳金礦石選礦的最大難點是碳質(zhì)物在氰化浸出過程中對已溶解金的強(qiáng)烈吸附劫金效應(yīng)，直接氰化時金浸出率通常低于30%-50%
碳質(zhì)物分為有機(jī)碳、石墨、無煙煤三種類型，石墨型碳的劫金能力最強(qiáng)，有機(jī)碳型次之，無煙煤型相對較弱
含碳金礦石的選礦難點具體表現(xiàn)為碳質(zhì)物對金的吸附劫金、與金礦物的競爭浮選、預(yù)處理難度大以及綜合回收困難
攻克含碳金礦石選礦難點的技術(shù)路線包括浮選脫碳、焙燒氧化、化學(xué)氧化和細(xì)菌氧化，多數(shù)情況下需要組合使用
浮選-焙燒聯(lián)合工藝是目前工業(yè)上處理含碳金礦石最成熟的技術(shù)方案，金總回收率可達(dá)85%-92%
含碳金礦石是全球黃金選冶領(lǐng)域公認(rèn)的最難處理的礦石類型之一。這類礦石中的金通常與碳質(zhì)物密切共生，碳質(zhì)物在氰化浸出過程中會強(qiáng)烈吸附已溶解的金絡(luò)合物，這種現(xiàn)象被稱為劫金。在工藝礦物學(xué)上，含碳金礦石的難處理原因可以歸結(jié)為碳質(zhì)物的特殊物理化學(xué)性質(zhì)。
碳質(zhì)物在含碳金礦石中主要有三種存在形態(tài)。有機(jī)碳是沉積變質(zhì)型金礦中最常見的碳質(zhì)類型，來源于原始沉積有機(jī)質(zhì)在成巖過程中的熱演化產(chǎn)物，具有較高的比表面積和較強(qiáng)的吸附活性。石墨是碳質(zhì)物高度結(jié)晶的產(chǎn)物，晶體結(jié)構(gòu)完整，層間具有離域電子，對金氰絡(luò)離子有很強(qiáng)的化學(xué)吸附能力。無煙煤型碳是介于有機(jī)碳和石墨之間的過渡形態(tài)，結(jié)晶度低于石墨但高于有機(jī)碳，吸附活性相對較弱。
碳質(zhì)物的劫金機(jī)制由物理吸附和化學(xué)還原共同作用。物理吸附方面，碳質(zhì)物巨大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)為金氰絡(luò)離子提供了大量吸附位點。化學(xué)吸附方面，碳質(zhì)物表面的含氧官能團(tuán)和離域電子與金氰絡(luò)離子發(fā)生相互作用，形成牢固的化學(xué)鍵。在碳質(zhì)物存在的情況下，氰化浸出時已溶解的金還未離開浸出系統(tǒng)就被重新吸附回碳質(zhì)物表面，導(dǎo)致浸出液中金濃度持續(xù)偏低，浸出過程提前終止。工業(yè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)?shù)V漿中含有0.5%以上的活性碳質(zhì)物時，氰化金浸出率通常不超過50%，碳質(zhì)物含量越高對浸出效果的負(fù)面影響越顯著。
含碳金礦石選礦的難點可以歸納為四個方面，每一個方面都直接導(dǎo)致金回收率的下降和工藝復(fù)雜度的增加。
第一，碳質(zhì)物對金的吸附劫金。這是含碳金礦石選礦最核心的難點。在氰化浸出過程中，氰化物溶解金生成金氰絡(luò)離子，碳質(zhì)物幾乎同步將這些絡(luò)離子吸附回固相表面。金在溶解釋放和再吸附之間反復(fù)循環(huán)，最終大量金滯留在碳質(zhì)物上進(jìn)入尾礦。常規(guī)氰化工藝處理含碳金礦石時，金浸出率往往在30%-50%的區(qū)間徘徊，遠(yuǎn)低于常規(guī)礦石的90%以上。更棘手的是碳質(zhì)物的劫金能力具有累積效應(yīng)，當(dāng)碳質(zhì)物含量超過1%時，即使增加氰化物用量也難以突破吸附瓶頸。
第二，碳質(zhì)物與金礦物的競爭浮選。當(dāng)采用浮選工藝富集金時，碳質(zhì)物表現(xiàn)出與金相似的可浮性，會同時進(jìn)入泡沫產(chǎn)品。這不僅稀釋了金精礦品位，還使后續(xù)提金工藝面臨碳質(zhì)物的劫金干擾。浮選產(chǎn)出的碳質(zhì)金精礦中，碳含量通常為5%-15%，金含量僅為20-40克/噸，直接氰化仍受劫金制約。要將碳質(zhì)物從金精礦中分離出去又面臨兩者可浮性相近的難題，需要開發(fā)高選擇性的碳抑制劑。
第三，預(yù)處理難度大。無論是采用焙燒、化學(xué)氧化還是細(xì)菌氧化法預(yù)處理含碳金礦石，都面臨碳質(zhì)物干擾的問題。焙燒時碳質(zhì)物燃燒產(chǎn)生的高溫可能導(dǎo)致局部過燒，使金粒被熔融脈石包裹反而更難浸出；化學(xué)氧化時碳質(zhì)物會消耗大量氧化劑，增加處理成本；細(xì)菌氧化對碳質(zhì)物基本無效，無法解決劫金問題。含碳金礦石的預(yù)處理往往需要將碳質(zhì)物脫除與硫化物氧化兩套工序疊加，工藝流程變長，投資和運營成本成倍增加。
第四，綜合回收困難。含碳金礦石往往不是單一的碳干擾，常伴隨砷、銻、硫等多種有害元素。金不僅被碳質(zhì)物吸附，還被毒砂、輝銻礦等硫化礦物包裹。碳、砷、銻三者對氰化浸出的干擾機(jī)制不同，碳劫金、砷耗氧耗氰、銻形成鈍化膜，三種干擾疊加在一起使任何一種單一的預(yù)處理方法都難以完全奏效。處理這類復(fù)雜含碳金礦石需要設(shè)計多段組合工藝，技術(shù)難度和投資門檻都比較高。
| 礦石類型 | 碳含量 | 直接氰化金浸出率 | 浮選金回收率 | 預(yù)處理后總回收率 | 噸礦處理成本(元) |
|---|---|---|---|---|---|
| 常規(guī)不含碳金礦 | <0.1% | 90%-95% | 85%-92% | 不適用 | 60-80 |
| 低含碳金礦 | 0.1%-0.5% | 60%-80% | 75%-85% | 85%-90% | 80-120 |
| 中含碳金礦 | 0.5%-1.5% | 35%-60% | 60%-75% | 80%-88% | 120-180 |
| 高含碳金礦 | >1.5% | 20%-40% | 45%-65% | 75%-85% | 180-250 |
上表中的數(shù)據(jù)來自多個含碳金礦選廠的統(tǒng)計，碳含量以有機(jī)碳和石墨碳總和計，不包含碳酸鹽中的無機(jī)碳。
從表中可以清晰看出，碳含量超過0.5%后直接氰化已失去經(jīng)濟(jì)意義，碳含量超過1.5%后必須采用組合工藝才能實現(xiàn)有效回收。隨著碳含量升高，選礦成本呈加速上升趨勢，高含碳金礦的噸礦處理成本可達(dá)常規(guī)金礦的三倍以上。
攻克含碳金礦石選礦難點的技術(shù)路線主要有四條，各有利弊，實踐中往往需要組合使用。
浮選脫碳是最直接的思路，在氰化浸出之前先通過浮選將碳質(zhì)物分離出去。利用碳質(zhì)物的天然可浮性，在堿性條件下加入煤油、柴油等捕收劑，將碳質(zhì)物優(yōu)先浮出，實現(xiàn)碳金分離。浮選脫碳后的低碳尾礦再進(jìn)行氰化浸出，可顯著減輕劫金干擾。某含碳金礦采用一粗兩掃一精的浮選脫碳流程，在給礦碳含量1.8%的條件下，獲得碳精礦產(chǎn)率8.5%、碳含量18.2%，脫碳尾礦碳含量降至0.35%，脫碳尾礦氰化金浸出率達(dá)到87.6%，比直接氰化的42.3%提高了一倍以上。浮選脫碳的局限性在于當(dāng)碳與金嵌布關(guān)系極為緊密時，脫碳過程會同時帶走大量金，造成金在碳精礦中的損失。
焙燒氧化法是處理含碳金礦石最傳統(tǒng)也最徹底的方案。在600-800℃的高溫條件下，碳質(zhì)物完全燃燒為二氧化碳，硫化物氧化為二氧化硫，金粒充分暴露。焙砂再經(jīng)氰化浸出，金回收率可達(dá)90%-95%。某含碳金精礦含碳4.5%、硫18.2%，經(jīng)過兩段焙燒氰化后金浸出率達(dá)到92.8%。焙燒氧化法能同時解決碳劫金和硫化物包裹兩個問題，但存在煙氣處理系統(tǒng)投資大、能耗高的缺點。此外，碳燃燒釋放的熱量可能導(dǎo)致局部過燒，使焙砂致密化反而降低浸出率，因此需要精確控制焙燒溫度和供氧量。
化學(xué)氧化法是在常溫常壓下利用氧化劑破壞碳質(zhì)物結(jié)構(gòu)，降低其吸附活性。常用的氧化劑包括次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀等。含碳金礦石化學(xué)氧化預(yù)處理-氰化浸出的研究中，采用次氯酸鈉為氧化劑，在pH9、藥劑用量5公斤/噸的條件下預(yù)處理2小時，碳質(zhì)物的吸附活性下降70%以上，后續(xù)氰化金浸出率從直接氰化的38.6%提升至82.3%。化學(xué)氧化法的優(yōu)點是設(shè)備簡單、操作靈活、不產(chǎn)生廢氣，缺點是大規(guī)模應(yīng)用時藥劑消耗量大，噸礦成本偏高，適合處理中小規(guī)模或碳含量不高的礦石。
生物氧化法利用微生物分解硫化物，但對碳質(zhì)物本身沒有直接去除作用，因此很少單獨用于含碳金礦石。在特定條件下，某些微生物可部分降解碳質(zhì)物的表面官能團(tuán)，降低其吸附活性。采用生物氧化結(jié)合浮選的工藝處理含碳金礦，金回收率比單一浮選提高5-8個百分點。生物氧化法在含碳金礦石處理中的定位是輔助手段，主要用于配合其他工藝共同作用。
浮選-焙燒聯(lián)合工藝是目前工業(yè)上處理含碳金礦石最成熟的技術(shù)方案。其核心邏輯是先通過浮選將碳質(zhì)物和金礦物一起富集為精礦，再對精礦進(jìn)行焙燒氧化，最后氰化提金。與原礦直接焙燒相比，精礦焙燒的處理量只有原礦的5%-15%，焙燒設(shè)備規(guī)模大幅縮小，投資和能耗顯著降低。
典型工藝流程為先進(jìn)行浮選富集，原礦經(jīng)破碎磨礦后進(jìn)入浮選系統(tǒng)，采用一粗兩掃兩精流程，捕收劑為丁基黃藥加丁銨黑藥，起泡劑為2號油。金礦物和碳質(zhì)物同步上浮，產(chǎn)出碳質(zhì)金精礦。浮選尾礦碳含量已降至氰化可接受水平，可直接氰化浸出回收其中的金。浮選產(chǎn)出的碳質(zhì)金精礦進(jìn)入焙燒系統(tǒng)，在650-750℃條件下焙燒1-2小時，使碳完全燃燒、硫化物氧化。焙砂再經(jīng)氰化浸出回收金。
浮選-焙燒聯(lián)合工藝的核心優(yōu)勢在于分段回收、規(guī)模效應(yīng)和資源化利用。浮選尾礦直接氰化時金的回收率通常可達(dá)75%-85%，焙燒精礦氰化時金的回收率可達(dá)90%-95%，兩部分金合并計算，總回收率可達(dá)85%-92%。焙燒段處理的物料量只有原礦的10%-20%，焙燒設(shè)備投資和運行成本大幅降低。焙燒產(chǎn)生的煙氣可配套制酸系統(tǒng)生產(chǎn)硫酸，碳燃燒釋放的熱量可用于余熱發(fā)電，實現(xiàn)了有害元素的資源化利用。
以某含碳金礦（碳含量1.6%，金品位3.2克/噸）為對象，對比不同工藝的處理效果。
| 工藝方案 | 碳處理方式 | 金浸出率/回收率 | 噸礦成本(元) | 投資規(guī)模(萬元/日處理百噸) |
|---|---|---|---|---|
| 直接氰化 | 無 | 38.6% | 45 | 200 |
| 浮選脫碳-尾礦氰化 | 浮選脫碳 | 72.5% | 68 | 280 |
| 原礦焙燒-氰化 | 焙燒 | 88.2% | 98 | 350 |
| 浮選-精礦焙燒-氰化 | 浮選+焙燒 | 86.5% | 82 | 300 |
表中數(shù)據(jù)表明，直接氰化對含碳金礦基本無效，浮選脫碳后氰化可使回收率達(dá)到72.5%，仍是偏低水平。原礦焙燒氰化回收率最高但投資和運行成本也最高。浮選-精礦焙燒氰化在回收率和經(jīng)濟(jì)性之間取得了較好的平衡，是當(dāng)前處理含碳金礦最值得推薦的技術(shù)路線。
含碳金礦石的處理效果受到碳質(zhì)物性質(zhì)、金與碳的關(guān)系、伴生元素種類、礦石氧化程度四個關(guān)鍵因素的影響，在工藝設(shè)計和生產(chǎn)控制中必須給予足夠重視。
碳質(zhì)物的類型和含量對選礦效果有決定性影響。石墨型碳的劫金能力是有機(jī)碳的3-5倍，即使含量只有0.3%也會嚴(yán)重干擾氰化浸出。有機(jī)碳含量超過0.5%時需采取預(yù)處理措施，石墨碳含量超過0.2%時就必須處理。碳含量超過1.5%時，任何單一預(yù)處理方法都難以完全消除劫金，必須采用組合工藝。
金與碳的嵌布關(guān)系直接決定了浮選脫碳的效率。當(dāng)金以獨立顆粒存在于脈石中、與碳無密切關(guān)系時，浮選脫碳后金在碳精礦中的損失率可控制在10%以內(nèi)。當(dāng)金被碳質(zhì)物包裹或金與碳呈細(xì)粒浸染狀共生時，浮選脫碳會導(dǎo)致30%-50%的金進(jìn)入碳精礦，此時必須將碳精礦中的金與碳一起焙燒處理。
含碳金礦石常伴生砷、銻、硫等元素，這些元素各自對氰化浸出產(chǎn)生干擾。砷消耗氰化物和氧，銻在金表面形成銻酸鈉鈍化膜，硫形成硫氰酸鹽消耗氰化物。碳、砷、銻三者共存時，常規(guī)預(yù)處理工藝往往難以同時消除三種干擾，需要設(shè)計多段組合流程。
氧化程度較高的含碳金礦石中，部分碳質(zhì)物已被自然風(fēng)化降解，劫金能力減弱。氧化帶礦石的處理難度低于原生帶礦石，在工藝選擇上可以適當(dāng)簡化。對氧化帶含碳金礦，采用浮選脫碳加尾礦氰化的方案往往就能獲得可接受的回收率，無需增加焙燒工序。
貴州某含碳金礦原礦金品位3.5克/噸，有機(jī)碳含量1.2%，石墨碳含量0.3%，硫含量4.5%，金主要以微細(xì)粒形式包裹于黃鐵礦中，部分與碳質(zhì)物共生。原礦直接氰化金浸出率僅為32.6%。該礦采用浮選-精礦焙燒-氰化聯(lián)合工藝：原礦磨至-200目占75%，浮選采用一粗兩掃兩精流程，捕收劑為了基黃藥加丁銨黑藥。浮選獲得金精礦產(chǎn)率12.5%，金品位24.6克/噸，金回收率86.2%。浮選尾礦金品位0.48克/噸，直接氰化浸出金回收率72%，從尾礦中額外回收金約占總金的8%。金精礦進(jìn)入兩段焙燒爐，一段450℃脫砷，二段650℃脫硫脫碳。焙砂氰化金浸出率92.5%。全流程金總回收率88.6%。尾礦金品位0.32克/噸。
含碳金礦石選礦難點的核心在于碳質(zhì)物對已溶解金的強(qiáng)烈吸附劫金效應(yīng)，直接氰化時金浸出率通常低于30%-50%，碳質(zhì)物含量越高對浸出效果的負(fù)面影響越顯著。攻克這一難點需要根據(jù)碳的類型、含量以及金與碳的嵌布關(guān)系，合理選擇浮選脫碳、焙燒氧化、化學(xué)氧化等技術(shù)路線，多數(shù)情況下需要組合使用。浮選-焙燒聯(lián)合工藝是目前最成熟、應(yīng)用最廣的技術(shù)方案，金總回收率可達(dá)85%-92%。含碳金礦石的處理成本顯著高于常規(guī)金礦，決策時應(yīng)綜合考慮資源價值、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性。
對于含碳金礦石的處理，需要對碳質(zhì)物進(jìn)行詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究，明確碳的類型有機(jī)碳還是石墨碳、含量以及劫金活性，這是選擇預(yù)處理方案的基礎(chǔ)依據(jù)，不可省略。當(dāng)碳含量較低時，優(yōu)先考慮浮選脫碳加尾礦氰化的簡易流程，投資和運行成本較低。當(dāng)碳含量較高或碳與金密切共生時，必須采用浮選-精礦焙燒-氰化聯(lián)合工藝。對含碳、砷、銻等多種干擾元素的金礦石，設(shè)計預(yù)處理方案時必須統(tǒng)籌考慮各元素的干擾機(jī)制，單一預(yù)處理方法往往難以完全奏效，多段組合流程是必然選擇。焙燒產(chǎn)生的煙氣應(yīng)配套制酸系統(tǒng)實現(xiàn)硫的資源化，有條件時還應(yīng)回收余熱，降低綜合運營成本。如需針對您礦山的含碳金礦石定制選礦工藝方案，請將礦石樣品、碳含量、碳類型、金嵌布特征以及伴生元素數(shù)據(jù)發(fā)送給我們，選礦工程師團(tuán)隊可提供從小型試驗到全流程設(shè)計的專業(yè)技術(shù)服務(wù)。
