黄金生产技术现状与未来技术发展

目录

• 简介

• 主持人致辞

• 主旨报告

• 叶树峰：黄金生产技术现状与未来技术发展

• 讨论与交流

• 主要专家简介：

• 展开

【简介】

黄金产业是国民经济的重要产业。黄金是关系国家命脉的战略资源，对国家金融安全有特殊意义，被用作金融储备和投资的特殊通货。同时，除了黄金首饰大量使用之外，它也是许多高技术产品例如电子产品的重要原料。但是黄金生产工业具有提炼困难、污染严重的问题，开发绿色和高效的黄金冶炼工艺对黄金生产未来发展有重要意义。本次沙龙以“黄金生产技术的现状与未来技术发展”为主题，黄金生产工艺的科研和技术现状，并探讨其未来发展方向和面临的问题。

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【主持人致辞】

马 兵：由中科院老科协主办、过程工程所分会承办的“冶金新技术的现状与发展趋势”学术沙龙正式开始。首先对各位领导和专家到会表示衷心感谢和热烈欢迎！今天由过程工程所叶树峰研究员作主旨报告。叶树峰研究员在黄金冶炼领域不仅理论研究造诣颇深，而且在科研成果的工业应用推广上取得许多成就，多次获奖，并有诸多著述。下面首先请过程工程所副所长、老科协过程工程所分会理事长管兵致欢迎辞。然后，请叶树峰研究员作报告。

管 兵：按照所里所领导分工，我分管离退休干部工作，非常荣幸能够和老同志们一块学习，一块做一些科技事业。我首先代表过程工程所欢迎院老科协领导莅临指导！

过程工程所原先是化工冶金所，研究所的特点就是紧密地和我们的国民经济联系在一起。无论是在那个时期，我们所的立所之本都是紧紧地围绕着国家战略需求和国民经济的发展需求不断地延伸和扩展我们所的研究方向。从最早的化工冶金，实际上是炼钢炼铁，三位老科学家叶渚沛先生、陈家镛先生、郭慕孙先生从海外归来，围绕国家当时对钢铁事业发展的需求，在国家领导人的关注下，成立了化工冶金研究所。围绕包钢、攀钢、首钢的建设，我们老一代的科学家做出了很多很大的贡献，为我国钢铁事业的奠基发扬了我们中国科学院人科技报国的精神。走到今天，过程工程所除了原有的冶金学科优势以外，在新能源、新材料、废旧电池的处理、生物化工、环境治理、大气污染治理、河流污染治理等领域，都有科研成果，在全国范围内有近百余条的示范生产线，很好地支撑了国家产业升级的工作。我所的工作在国家层面不一定谈得上特别显著，但是能够紧紧地脚踏实地和国民经济的主战线结合在一起，国家、企业的需求就是我们的研究方向。

今天非常高兴，各位专家能够聚集在一起，做这个学术沙龙。希望今后在过程工程所多举办这样的活动，过程工程所老科协也特别希望院老科协给我们更多的任务。无论是在科普还是专家咨询方面，因为与工业、企业紧密地结合在一起，过程工程所有独特的优势，所以我们愿意更多地承担院老科协的活动。最后，再次表示感谢大家与会，欢迎各位领导、专家经常到过程工程所指导工作。

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【主旨报告】

叶树峰：黄金生产技术现状与未来技术发展

尊敬的各位专家，上午好！在座的很多都是我到所里时的领导、老师辈。我这里谈不上给大家作报告，仅想把这些年所做的工作向各位专家、领导、老师们做个汇报。黄金是个小产业，中美贸易战以后，黄金涨价特别厉害，金价已经突破了每克300元了，说明国际上比较动乱的时候，大家对黄金比较重视。所以就给各位老专家、老领导讲讲黄金目前的态势。

一、黄金储量、产量及消费

黄金有很强的金融属性。全球已发现确定的金矿资源共计8.9万吨，分布在88个黄金产出国境内。到2017年底，我们国家黄金探明储量位居世界第二位，仅次于南非。我们国家的金矿比较分散，金矿到处都有，大型矿比价少，现在大量的黄金公司往甘肃、新疆、青海走。我国金矿资源的主要分布在东北北部砂金矿区、燕辽金矿区、山东金矿区、东南地区金矿床、秦岭-祁连山金矿区、西南地区、台湾金矿区、新疆金矿区、西藏金矿区9个成矿区。山东矿区的矿石比较容易化学浸出，西南、西北的矿区属于难选冶金矿。探明的含砷金矿已经达到了5亿吨，但是还没有好的办法处理。根据我国实际情况，结合选矿工艺要求，可划分为贫硫化物金矿石、多硫化物金矿石、含金多金属硫化矿石、含金氧化矿石和含碲金矿石5类。

2018年国内黄金产量为401.12吨，连续12年位居全球第一。如果再加上铜、铅等有色冶炼企业的产量，黄金的年产量大概500多吨。但是与去年相比，产量下降。我们国家黄金对外的依存度很高，矿石的自给率不到60%，其余部分主要依靠从世界各地买进矿石。但由于人口众多和文化传统，我国家个黄金消费大国。2018年，全国黄金实际消费量为1151.43吨，连续6年保持全球第一位。

二、黄金生产技术现状

经过多年发展，中国的黄金行业综合技术平均水平已经达到世界首位。我国黄金生产的两条主流线代表了世界主流线。我国黄金布局非常有趣，山东招远是第一大黄金产地，主体是直接氰化工艺，这是针对容易浸出的矿。经过这些年的努力，直接氰化渣的问题已经得到了比较好的解决（图1）。河南灵宝是第二大黄金产地，金精矿经过焙烧？氰化工艺，得到黄金、白银和红渣，这是针对难选冶矿（图2）。因为红渣含氰，是危险固废。在三门峡地区，红渣已经构成最大的环保问题。

图1 招远直接氰化工艺流程

图2 灵宝焙烧-氰化工艺流程

现在国家黄金产量下降，行业受到的制约主要有两个方面：（1）国内黄金企业矿石品位下降，易处理矿石资源越来越少，难处理矿石比例越来越高，处理成本增加；（2）国家对环保和生态的重视，环保的压力，矿山的环保，氰化尾渣的危害问题等。

通常认为，使用常规浸出工艺金回收率低于80%的金矿资源即为难处理金矿。难处理的原因有工艺矿物学、化学和电化学方面等多种原因。如矿石中的金嵌布粒度极细，包裹严重，常规磨矿方法无法使金解离出来；含有与浸出药剂作用很慢或阻碍浸出药剂作用的矿物；含有有害杂质，多不稳定，氰化液中溶解度高，消耗氰化物、溶解氧和碱，生成阻碍金浸出的沉淀或氧化膜；含有导电矿物，生成一些化合物，使金的阴极溶解被钝化，致使矿石选冶处理困难。难处理金矿的主要处理方法有三类：氧化预处理、强化氰化浸出和非氰提金。

三、难处理金矿预处理

黄金提取如若有一个革命性的变化，要发展，肯定是需要预处理。预处理的主要手段是氧化。氧化预处理的目的是打开矿物对金的包裹，去除砷、锑、有机碳等妨碍浸出的有害杂质，改变矿物的理化性质，形成多孔状物料，使浸出药剂有机会与金粒接触，从而使金易于浸出。

焙烧氧化预处理是最传统的预处理方法，是一种技术可靠、操作简单、适应性强的预处理方法。根据金矿石含砷量的高低，焙烧氧化工艺可选用一段焙烧法或二段焙烧法。含砷高的矿物一般采用两段焙烧工艺。山东国大股份有限公司是我国第一家采用两段焙烧处理含砷金精矿的黄金冶炼厂，于2002年建成投产。此后，山东恒邦、福建紫金、新疆星塔等陆续采用两段焙烧工艺。我国在循环流态化煅烧难处理金矿方面进行了大量研究，国内第一家针对原矿焙烧的循环流态化焙烧工艺在新疆星塔矿业有限公司采用，由北矿院设计，于2007年开始建设，2009年投产。

加压氧化在高温高压下进行，由于操作安全性的原因，应用受到限制。化学氧化法用的比较少，它的针对性和局限性比较强。如碱浸预处理则主要处理含锑金精矿，但不能处理含砷金矿，且金精矿锑含量低时经济性不合理。

生物氧化预处理也是比较主流的预处理方法，能处理含砷物料，适用性强，成本较低。但同样的处理量下，生物氧化的占地面积大，反应时间长。

超细磨预处理也目前常用的预处理方法，通过超细磨，使微细粒金充分解离，暴露出来，从而促进金的浸出。

四、氰化工艺及其强化

到现在为止，有关氰化物的提金机理还有争议，认识并不统一。埃尔斯纳把金浸出的化学反应式写为：

4Au+8CN-+O2+2H2O=4Au(CN)-2+4OH-

波特兰德认为金的溶解分两步进行：

2Au+4CN-+O2+2H2O=2Au(CN)-2+2OH-+H2O2

2Au+4CN-+H2O2=2Au(CN)-2+2OH-

不过，金在溶液中的存在形式和氧的重要作用达成了共识。金在氰化物溶液中的溶解本质上是个电化学腐蚀过程。理论分析结果表明，矿浆或溶液中的氰根和氧的浓度比值达6左右时，可使金的溶解速度达极限值，单一增加其中之一的浓度也不可能再增加金的溶解速度。而实验结果表明，氰根和氧的浓度比值在4.6？7.4之间时，浸出效果最佳。影响金溶解的因素包括氰化物和氧的质量浓度、温度、金粒的大小和形状、矿浆粘度、在金表面生成的薄膜、pH值、搅拌速度，可以从这些方面采取措施来强化金的浸出过程，从而提高金的回收率，以有效地回收难处理金矿石中的金。

目前，主要采用的氰化浸出方法是搅拌浸出法。经磨矿和分级的矿浆进入浓缩机脱水，造成适宜的浓度；浓缩后的矿浆在搅拌、充气和加入氰化溶液的情况下进行氰化浸出。浸出后的矿浆需要洗涤，把浸出来的金洗到贵液中。氰化矿浆的常规洗涤方法有：间歇或连续的倾斜法洗涤、流态化法洗涤、连续式或间歇式真空过滤机过滤法洗涤。含金溶液给入置换沉淀作业，用锌粉或锌丝沉淀金。当含金溶液（含金氰化溶液）通过置换沉淀设备时，金和银即自含金溶液中呈金属颗粒状沉淀出来。而脱金溶液（贫液）送往贫液池中，可作为循环溶液用于下一批物料的氰化浸出。

炭浆法一般是指在氰化浸出完成之后，再进行活性炭吸附金的工艺过程。炭浆法与常规氰化洗涤工艺相比，省去了矿浆的洗涤和固液分离，直接使用活性炭从矿浆中吸附金，以代替浸出矿浆的洗涤、固液分离和浸出液的澄清、除气等作业。现在，活性炭已经由不规则颗粒状发展成球形，它的粉碎率低，多孔多表面，吸附能力大。炭浆法涉及活性炭吸附金、载金活性炭的解吸和炭再生三个步骤。影响活性炭吸附金的主要因素包括矿浆中金浓度、活性炭的类型和粒度、矿浆浓度、活性炭与矿浆的混合程度、矿浆酸碱度、温度、氰根浓度、无机物和有机物。载金活性炭的解吸方法有常压解吸法、高温高压解吸法、酒精解吸法、水溶液解吸法和整体压力解析法。而炭再生方法包括酸洗法和加热再生两部分。活性炭的成本是炭浆法很大的问题，有的能循环上百次，有的只能使用三四次，所以活性炭的再生受到重视。

树脂矿浆法用得较少。因为环保的原因，堆浸法主要在边疆地区采用，使用受到严格限制。强化氰化浸出的方法还有助浸技术，ZQD助浸、乙二胺四乙酸铁铵和草酸铁配合物助浸、EDTA助浸和氨氰法。

五、非氰提金技术发展

因为氰化法发展了200多年，已经非常成熟，真的要解决环保问题，非氰提金一定是一个方向。由于氰化物有剧毒、浸出速度较慢、对某些难处理金矿的直接氰化浸出率低，所以发展了非氰提金技术。非氰提金技术包括湿法和火法两种。湿法非氰提金药剂包括含硫试剂（硫脲、硫代硫酸盐、多硫化物、石硫合剂、硫氰酸盐）、卤素系列试剂（水氯化法、碘化法、溴化法）等。主流的湿法非氰提金方法主要有金蝉法、绿金法、Sandioss法等。

火法非氰提金则主要有造锍捕金、高温氯化。造锍捕金可以将各种复杂难处理金精矿直接掺入到铜精矿或铅精矿中进行金属熔炼，利用熔融状态的铅或铜捕集金属，金捕集到金属铜（铅）锍中，实现金精矿中金和银的转移与高效富集。国内大型铜、铅冶炼厂，由于铜精矿、铅精矿中含数克吨的金和更高品位的银，所以重有色冶炼企业都是生产金、银产品的大户。造铜锍捕金流程有如下优点：铜捕集金银效果好，金银的回收率大于95%以上，渣中金银金属损失小；铜对人体的伤害小，环境友好；实现部分有价资源综合利用，成本低。造锍捕金在国内发展迅速，已有方圆、恒邦、灵宝金城冶金等企业采用

六、二次资源综合利用

黄金生产过程的固废包括浮选尾矿、氰化渣（红渣和直接氰化渣）（图3）。可对金精矿的浮选尾矿进行氰化提金或制造建材，对直接氰化渣进行浮选回收有价元素。

图3 黄金生产过程中可利用的二次资源

直接氰化渣粒度细，泥化现象严重，含有氰化物，严重抑制硫铁富集，需要进行破氰处理才能有效富集硫铁，浮选硫铁的技术难度远大于低品位硫铁矿。本课题组开发了“一次粗选、一次扫选、两次精选”的短流程选矿工艺，关键技术在于磨、浮工艺流程和浮选药剂。该技术成果已在国内大型黄金企业和化工企业得到应用，建立了十几条示范线，取得了较好的经济效益。

直接氰化渣浮选后的硫铁矿经高温焙烧，得到硫酸烧渣。硫酸烧渣由铁氧化物、脉石以及一定量的金、银、铜、铅、锌等组成，资源价值高达数百亿。但其结构疏松、组分杂、粒度细和铁氧化物的包裹导致金属回收低效，利用率不足30%。硫酸渣的堆存造成土壤和水体污染，严重危害生态环境。高温氯化工艺是实现硫酸渣全量化、高值化和无害化利用的较好方法。以回转窑为核心的传统高温氯化技术存在球团强度低、易粉化，反应器结圈、结瘤、烟气量大、腐蚀严重、有价组分挥发率低等问题。本课题组开发了新型高温氯化反应器，具有热效率高、烟气量少的特点，实现了快速、均匀传热，保证了高的传质效率，解决了高温氯化腐蚀、球团强度低和工艺集成问题，产品球团各项指标达到一级球团标准，为硫酸烧渣综合利用、金属资源增值提供了技术保证。该技术现已完成2万吨/年处理含金银等贵金属高铁硫酸烧渣的中试试验研究，正在建设15万吨级产业化示范工程。

直接氰化渣选矿后，剩下的尾矿如何处理，做个简单介绍。它的氰根是缓慢释放的，怎么能够通过反应加快它的释放，使它脱毒，变成一般固废。本课题组开展了FeS2催化H2O2氧化脱附硫铁矿表面吸附的氰化物研究，其原理可以表述为：

2FeS2+11H2O2+13CN-→2[Fe(CN)6]4-+SCN-+12H2O+3SO24-

采用不同胶凝材料固化氰化渣，固化体中氰根离子的浸出率大小顺序为：铝酸盐水泥>硫铝酸盐水泥>硅酸盐水泥>硫氧镁水泥。

对于红渣的处理，本课题组开发了红渣酸浸脱除砷铁、酸浸渣非氰提金、浸出液脱砷和沉铁渣制备铁红的红渣利用工艺路线。在常温常压下进行脱砷处理，可以将砷含量从1.49%降低到0.2%以下。铁砷比及pH值对浸出液中砷的去除有着重要影响。增大pH值有利于砷的去除，在pH=4？6时，溶液中砷的去除率较高，在此pH值范围内提高铁砷比有利于砷的脱除；当溶液中铁砷比>2时，溶液中砷的含量能够降低到0.5 mg/L以下。常温下在pH=4？6、铁砷比>2的条件下，得到的沉淀砷渣是非定型态的。通过提高铁砷比可以提高沉淀渣的稳定性，当铁砷比>2时，渣的浸出毒性可以降低到5 mg/L以下

七、黄金绿色选冶技术

我们提出了黄金未来发展的一个思路。黄金绿色选冶技术包括以下三个部分：难选冶金精粉硫铁富集选、两段焙烧？氰化提金（含焙烧渣二次脱砷）、高铁红渣高值化综合利用、尾矿非氰提金。终端产品包括金、银等贵金属、硫酸、铜、高品质炼钢粒铁（球团）等。该流程产业链结构完整，实现真正意义上的资源循环利用；综合回收矿物中的金、银、铜、铅、锌等有色金属和铁，各有价元素的资源化利用得到最大化，避免了资源浪费；实现了氰化尾渣的无害化利用，整个过程没有危险固废产生，废气达标排放，水循环使用无外排；能够处理多元素含砷复杂金精矿，对原料的适用性强（图4）。

图4 黄金绿色选冶技术流程图

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【讨论与交流】

马  兵：谢谢叶树峰研究员的报告，下面请欢迎各位踊跃提出问题和建议，并开展讨论和交流。

毛在砂：以前只知道叶树峰是做钢铁冶金方面的研究，听了报告后才了解到近些年来做了大量卓有成效的黄金提取工作，成绩应当充分肯定。

罗世民：听了叶树峰的报告很有启发。冶金提取行业选冶结合一直是一个主要研究思路。我所在此方面有丰富的经验，应注意参考和发挥技术优势。我曾参加过阿尔巴尼亚红土矿的提取冶金研究工作，认识到研究透彻矿石组成和性质对矿石的综合利用很重要，不能仅提取一两种金属。对黄金矿石的提金以及有效地回收其他有价元素也是如此。我所在湿法冶金领域有长期的研究积累，不仅应在提金上多借鉴，而且可考虑应用在处理废旧电子器件回收其上面的金和银等。

叶树峰：我们的提金流程体现了火法和湿法冶金的结合，但重点还是在湿法冶金上。金矿的综合处理确实是大课题，关系到企业效益，资源合理利用和环境生态保护。其中还有很多工作要做。对于您建议处理废旧电子器件回收金和银的研究课题我觉得很好，我们今后会考虑做此方面的工作。

洪延超：由多金属复杂含金矿石提取金银难度确实很大，叶研究员的研究团队在此方面做出了突出成就。我主要想了解一下，目前我国黄金提取行业面临的主要问题和解决思路。

叶树峰：我国黄金行业面临的主要问题是含金矿石资源贫化且较为复杂性，其提取技术的研发投入尚欠不足。现黄金产业利润不高制约了其研发投入。山东招远公司的普通职工工资仅数千元既是例子。

我国黄金产业发展的关键突破点在于低成本绿色提取流程的开发。

马 兵：经选矿后用于提金的金精矿含金量一般是多少？图4所提流程中的高铁红渣的氯化冶金是什么反应?

叶树峰：所用金精矿含金量一般在每吨40克以上。高铁红渣的氯化是气固反应。

王玉春：黄金绿色选冶集成技术有没有示范？看起来比较复杂，除了金银以外，其他所有金属，能提取的都提取了，甚至铁也资源化了。工程量比较大，要建这样一个厂的话，投资多大？第二个问题，我们所1980年代，夏光祥研究员就已经开始做非氰提金了，主要做的是硫脲提金。硫脲提金的浸出速度是氰化提金的4？5倍，硫脲与金形成阳离子配合物的形式，用离子交换法或者萃取法就能提取到。这避免了氰化物的污染。1980年代到现在的近40年，从世界角度来看，非氰提金有什么发展？我们所是遗弃掉了呢，还是继续在做这方面的工作，做到什么程度？黄金很贵重，全世界都当作硬通货，尽管美国最后改成石油美元了，但全世界都承认。对含氰废液的处理，也确实是很大的问题，恐怕也是在冶金行业中最严重的。我们有些对氰化物的处理也是花费了很大的脑筋，成本也很高。第三个问题，因为我是做生化工程的，假如用生物法，用箘，把氰化物当作碳源和氮源，来对氰化物进行处理，可不可行？当然有的时候可能效率比较低，如果真想发展这方面，可以通过基因工程的改造方法、杂交方法，把优势的基因集中的一起，开发出超级氰化物降解菌，这样可行不？黄金行业有没有做这方面的工作？

叶树峰：我们做的示范还是比较多的。像非氰提金，在山东寿光联盟做了每天处理250吨的非氰提金示范线，处理的对象比较难些。二次脱砷的示范在东北正在做，当地的矿浮选以后，砷含量都在3%以上。氯化冶金的示范工程比较多了，全国有五个。浮选富集的示范工程就更多了，山东、江苏、贵州、新疆都有。直接氰化渣方面拿了不少奖，对国家做了贡献，解决了大部分直接氰化渣的问题。

非氰提金一定是个大力发展的方向。我们也在做。最近《黄金科学技术》杂志第二期有我们课题组的一篇论文发表，关于非氰提金发展的综述。非氰提金有两个方向，火法和湿法。如果从彻底解决黄金行业氰根的问题，看来还得靠火法，湿法解决的不彻底，因为湿法会产生大量的废水。氰化钠加入容易，但把它去除很难，成本太高。处理一吨氧化矿，氰化钠成本十几元。但是处理一吨氰化渣，不含投资，最低需要七十多元，才能处理达标。所以说，非氰提金一定要大力发展。湿法和火法一定要并进。我们最近也在做一些湿法提金的试剂。但是非氰提金发展到现在，还是逃离不了氰根的问题，因为市场上的非氰提金试剂都含有一定量的氰根，只不过它们把氰根络合化了，不是游离化，这是个大问题。怎么才能彻底告别氰根，这是要做的工作。

对于生物冶金提金的问题，我不太熟悉生物化学，但目前生物在黄金提取领域越来越受到关注。中金黄金公司专门建有生物提金生产线。因为生物提金是低成本的很好办法，而且提金的周期长也不怕。如果真能开发出新菌种，带来革命性的变化，将来肯定是方向。

李佐虎：叶树峰科研成果工业化推广很有成就，不论是示范工程还是工业生产，规模较大和项目较多。但我觉得在研究思路上，基本属于末端治理。应对研究成果进一步反思，考虑源头治理问题。

叶树峰：李老师的建议很好。我想今后我们要多考虑金矿提金的源头治理问题，力争在低成本绿色提金流程上有所突破。

洪延超：希望向北京智库提供黄金行业发展的发展建议。

方兆珩：我做过一段时间的难处理金矿研究。两段焙烧是早就提出来的方法。脱砷焙烧和脱硫焙烧分开，但实际上是很难的。砷对烟气制酸有害。这个问题是怎么解决的？

叶树峰：两段焙烧不是我们所做的，但是我们帮他们做了一些工作。完全把脱硫和脱砷分开很难。现在通过我们的工作，比较好地避免了这个问题。第一段用循环流化床，目的是把砷脱干净。硫的开始反应温度大概在570℃，开始生成二氧化硫。因此，一段的温度一定要控制在570℃以下，一般是在470？550℃之间，尽量避免硫的燃烧，这样砷的脱除量比较大。二段温度控制的较高，目标是快速脱硫，尽量让砷的问题在二段不突出出来，这样砷就能尽少地进入到废酸里边。通过温度控制和工艺改造，废酸的砷含量就很低了。

马 兵：因时间的关系，讨论和交流到此为止。黄金行业是国民经济不可或缺的重要产业，现面临着产业升级和环保的双重压力，叶树峰研究员为此做出了突出成就，期望他百尺杠头更进一步，做出更大更新的贡献。今天学术沙龙到此结束，谢谢大家！