一、引言1.1研究背景與意義隨著全球經濟的快速發展，對黃金的需求持續增長。然而，易處理金礦資源日益枯竭，難處理金礦逐漸成為黃金生產的重要來源。其中，碳質金礦作為一種典型的難處理金礦，在全球范圍內廣泛分布，其儲量在已探明的金礦儲量中占據相當比例。碳質金礦是指含有無定形碳、石墨、褐煤或高碳氫比有機物的一類金礦石。其碳質物主要分為固體（元素）碳、有機酸（如腐殖酸）和長鍵碳氫化合物，后二者合稱為有機碳。在碳質金礦中，固體碳（特別是無定形碳）和有機酸（類似于腐殖酸）對金有“劫持”作用，而長鍵碳氫化合物本身并不與Au(CN)??發生反應，且大多存在于活性炭表面，在一定程度上甚至對“劫金”作用起到反作用。在黃金提取過程中，碳質物的存在會對金的提取產生嚴重影響。由于碳質物對氰化溶解金有強烈的吸附作用，使得碳質金礦直接氰化過程中，金的提取率明顯降低，即出現所謂的“劫金”現象。當礦石中碳質物含量較高或活性較高時，“劫金”現象將更為明顯，甚至可使金的浸出率降至零。一般認為，原生金礦中含有0.2%以上的有機碳化合物時，將會嚴重干擾金的氰化提取。例如，劉升明對某碳質金礦礦石（Au含量為5.68×10??，碳質含量達到12%）采用常規全泥氰化浸出工藝，金浸出率僅為33.63%，而通過后續工藝改進，金浸出率才得以提升。林仲華等在處理甘肅某碳質金礦（Au含量為6.08×10??，總C含量為1.10%，有機C含量為0.86%）時發現，對原礦直接進行氰化浸出時金的浸出率只有21.22%。這些實例充分表明了碳質物對金礦提取的負面影響。研究碳質金礦中碳質物的形態及其劫金作用具有重要的現實意義。準確了解碳質物的形態和劫金機制，能夠為碳質金礦的預處理和提金工藝提供關鍵的理論依據。通過深入研究，有望開發出更高效、環保的提金新工藝，從而有效提高金的提取率，降低生產成本，實現碳質金礦資源的最大化利用。這對于推動黃金行業的可持續發展，緩解黃金資源短缺的壓力，保障國家的資源安全，都具有不可忽視的重要作用。1.2國內外研究現狀國外對于碳質金礦中碳質物的研究起步較早。20世紀60年代，就有學者開始關注碳質物對金氰化浸出的影響。早期研究主要集中在碳質物對金氰絡離子的吸附行為上，通過實驗觀察和簡單的分析手段，初步認識到碳質物的“劫金”現象。隨著研究的深入，國外學者運用先進的分析技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）等，對碳質物的微觀結構和化學組成進行了詳細表征。例如，有研究利用SEM觀察碳質物的形貌特征，發現其具有多孔結構，這為其吸附金氰絡離子提供了更多的位點；通過XRD分析，確定了碳質物中不同晶型碳的存在形式。在“劫金”機理方面，國外學者提出了多種理論，包括物理吸附理論、化學吸附理論以及離子交換理論等。物理吸附理論認為，碳質物通過表面的范德華力吸附金氰絡離子；化學吸附理論則強調碳質物表面的活性基團與金氰絡離子發生化學反應，形成化學鍵；離子交換理論指出，碳質物中的某些離子與金氰絡離子發生交換，從而導致金的損失。在預處理工藝研究方面，國外取得了一系列重要成果。焙燒氧化法是較早應用的預處理方法之一，通過高溫焙燒使碳質物氧化分解，消除其“劫金”活性。例如，美國的一些金礦采用傳統焙燒工藝，在一定程度上提高了金的浸出率，但該方法存在環境污染和能耗高的問題。為了解決這些問題，國外研發了富氧焙燒和固化焙燒等新工藝，有效減少了有害氣體的排放。微波焙燒法作為一種新興的預處理技術，近年來受到廣泛關注。加拿大EMR公司開展的微波處理碳質金礦試驗性示范研究表明，該方法具有處理時間短、金回收率高的優點，處理每噸礦石的能耗僅為15kW?h，金的回收率超過95%。生物氧化法利用微生物的代謝作用分解碳質物和硫化物，具有環保、能耗低的特點，但處理時間較長，對環境條件要求苛刻。美國的一些金礦采用生物氧化法預處理碳質金礦，取得了較好的效果，但也面臨著微生物培養和控制的難題。國內對碳質金礦的研究始于20世紀80年代，隨著難處理金礦資源的開發利用，相關研究逐漸增多。國內學者在碳質物的物質組成和結構特征研究方面取得了顯著進展。通過對不同地區碳質金礦的研究，發現碳質物主要由固體碳、有機酸和長鏈碳氫化合物組成，其中固體碳包括石墨、無定形碳等，有機酸主要為腐殖酸類物質。利用多種分析測試技術，如高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、X射線光電子能譜（XPS）等，深入研究了碳質物的微觀結構和表面化學性質，揭示了其與金的相互作用機制。例如，有研究通過HRTEM觀察到碳質物與金顆粒之間的緊密接觸，表明它們之間存在較強的相互作用；XPS分析則進一步確定了碳質物表面的化學基團及其與金的結合方式。在“劫金”作用機制研究方面，國內學者結合實驗研究和理論計算，提出了一些新的觀點。一些研究認為，碳質物的“劫金”作用不僅與表面吸附有關，還與碳質物的晶體結構、電子云分布等因素密切相關。通過量子化學計算，研究了碳質物與金氰絡離子之間的相互作用能，從理論上解釋了“劫金”現象的本質。在預處理工藝研究方面，國內開展了大量的試驗研究和工程實踐。傳統焙燒法在國內部分金礦得到應用，通過優化焙燒工藝參數，提高了金的浸出率。同時，針對傳統焙燒法的缺點，國內研發了新型焙燒工藝，如加石灰焙燒工藝，有效降低了有害氣體的排放。微波焙燒法在國內也得到了廣泛研究，一些科研機構和企業開展了相關的試驗研究和工業化應用探索，取得了一定的成果。化學氧化法利用氧化劑如次氯酸鈉、高錳酸鉀等對碳質物進行氧化處理，降低其“劫金”活性。國內學者對化學氧化法的反應條件、氧化劑種類和用量等進行了深入研究，提高了該方法的處理效果和經濟性。生物氧化法在國內也有一定的研究和應用，通過篩選和培育高效的氧化微生物，提高了生物氧化的效率和穩定性。盡管國內外在碳質金礦中碳質物的形態及其劫金作用研究方面取得了一定的進展，但仍存在一些不足之處。例如，對于碳質物的微觀結構和表面化學性質的研究還不夠深入，對“劫金”作用機制的認識還不夠全面，預處理工藝的成本和環保問題仍有待進一步解決。未來的研究需要進一步加強基礎研究，深入揭示碳質物的形態和劫金機制，開發更加高效、環保的預處理工藝和提金技術。1.3研究內容與方法本研究旨在深入探究碳質金礦中碳質物的形態及其劫金作用，具體研究內容如下：碳質物的形態研究：運用多種先進的分析測試技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、X射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線光電子能譜（XPS）等，對碳質金礦中的碳質物進行全面的表征分析。通過SEM和HRTEM觀察碳質物的微觀形貌、粒度大小、顆粒分布以及與其他礦物的共生關系；利用XRD確定碳質物的晶體結構和晶型組成；借助FTIR分析碳質物表面的官能團種類和結構；通過XPS測定碳質物表面的元素組成和化學價態，從而明確碳質物的物質組成和結構特征。碳質物的劫金作用研究：開展一系列氰化浸出實驗，深入研究碳質物對金氰化浸出過程的影響。通過改變碳質物的含量、種類和活性，考察金的浸出率、浸出速度以及金氰絡離子的吸附量等指標的變化，分析碳質物的“劫金”規律。運用表面化學、物理化學等理論知識，結合實驗結果，深入探討碳質物“劫金”的作用機制，包括物理吸附、化學吸附、離子交換等作用方式，明確碳質物與金氰絡離子之間的相互作用本質。碳質金礦預處理方法研究：針對碳質物的“劫金”問題，研究多種預處理方法，如焙燒氧化法、微波焙燒法、化學氧化法、生物氧化法等，考察不同預處理方法對碳質物的破壞效果和對金浸出率的影響。通過優化預處理工藝參數，如焙燒溫度、時間、氣氛，氧化劑的種類、用量和反應時間，微生物的種類、培養條件和作用時間等，確定最佳的預處理工藝方案，以有效消除碳質物的“劫金”活性，提高金的提取率。為實現上述研究內容，本研究擬采用以下研究方法：文獻研究法：廣泛查閱國內外關于碳質金礦中碳質物的形態、劫金作用及預處理方法的相關文獻資料，了解該領域的研究現狀和發展趨勢，總結前人的研究成果和經驗教訓，為本研究提供理論基礎和研究思路。實驗研究法：采集典型的碳質金礦樣品，進行一系列實驗研究。包括礦石的物理性質分析、化學成分分析、礦物組成分析等基礎實驗；碳質物的分離、提純和表征實驗；氰化浸出實驗以及各種預處理方法的實驗研究等。通過實驗數據的分析和處理，揭示碳質物的形態特征、劫金規律和預處理方法的作用效果。儀器分析方法：運用先進的儀器分析技術，如SEM、HRTEM、XRD、FTIR、XPS等，對碳質物和礦石樣品進行微觀結構和化學組成的分析表征。通過儀器分析結果，深入了解碳質物的物質組成、結構特征以及與金的相互作用機制，為實驗研究和理論分析提供有力的技術支持。理論分析方法：結合表面化學、物理化學、材料科學等相關理論知識，對實驗結果進行深入分析和討論。運用量子化學計算、分子動力學模擬等理論方法，研究碳質物與金氰絡離子之間的相互作用能、吸附機理和反應動力學等，從微觀層面揭示“劫金”作用的本質和預處理方法的作用機制。二、炭質金礦概述2.1炭質金礦的定義與分布炭質金礦，從礦石學與提取冶金的角度定義，是一類含有無定形碳、石墨、褐煤或高碳氫比有機物的特殊金礦石。這類金礦中的碳質物主要分為固體（元素）碳、有機酸（如腐殖酸）和長鍵碳氫化合物，其中后二者合稱為有機碳。在炭質金礦的氰化浸出過程中，固體碳（特別是無定形碳）和有機酸對金具有“劫持”作用，它們會強烈吸附氰化溶解的金，導致金的提取率大幅降低，即所謂的“劫金”現象。而長鍵碳氫化合物大多存在于活性炭表面，本身并不與Au(CN)??發生反應，在一定程度上甚至對“劫金”作用起到反作用。從全球范圍來看，炭質金礦的分布極為廣泛。在北美洲，美國的內華達州卡林地區是著名的炭質金礦產地，卡林型金礦是一種典型的微細浸染型金礦，同時也是炭質金礦的重要代表。該地區的金礦中碳質物含量較高，對金的提取造成了很大困難。在南美洲，巴西、智利等國家也有一定規模的炭質金礦分布，這些金礦多與當地的地質構造和巖漿活動密切相關。非洲的南非、加納等國家擁有豐富的金礦資源，其中部分也屬于炭質金礦。南非的金礦開采歷史悠久，在處理炭質金礦方面積累了一定的經驗。歐洲的俄羅斯是金礦資源大國，其境內的炭質金礦分布在多個地區，對俄羅斯的黃金產業具有重要意義。大洋洲的澳大利亞同樣擁有眾多的炭質金礦，這些金礦在澳大利亞的經濟中占據著重要地位。我國幅員遼闊，地質構造復雜多樣，成礦條件優越，金礦資源豐富，炭質金礦在我國也有廣泛分布。在東北地區，黑龍江、吉林等地的部分金礦含有炭質物，這些金礦的形成與區域地質構造和巖漿活動密切相關。例如，黑龍江省的一些金礦，其礦石中的炭質物對金的氰化浸出產生了明顯的“劫金”效應，給金礦的開發利用帶來了挑戰。在華北地區，內蒙古、河北等地也有炭質金礦的分布。內蒙古的某些金礦，炭質含量較高，采用常規氰化工藝處理時，金的浸出率較低，需要通過特殊的預處理方法來消除炭質的“劫金”作用。在華東地區，山東作為我國的黃金生產大省，部分金礦也存在炭質問題。膠東地區的一些金礦，雖然金儲量豐富，但炭質物的存在影響了金的提取效率，科研人員和企業一直在探索有效的處理方法。在華南地區，廣西、廣東等地的金礦中也有炭質金礦的類型。廣西的一些金礦，其炭質物的組成和性質較為復雜，對金礦的選礦和冶金工藝提出了更高的要求。在西南地區，云南、貴州、四川等地的炭質金礦分布較為集中。云南的哀牢山金礦帶，部分金礦屬于炭質金礦，該地區的金礦地質條件復雜，炭質物的“劫金”作用嚴重制約了金礦的開發利用。在西北地區，甘肅、新疆等地也有炭質金礦的蹤跡。甘肅的某些金礦，通過對炭質物的研究和預處理工藝的優化，提高了金的浸出率，取得了較好的經濟效益。2.2炭質金礦的主要類型炭質金礦依據其地質成因、礦物組成和結構構造等特征，可劃分為多種類型，常見的有以下幾種：沉積型炭質金礦：這類金礦主要形成于沉積環境，是在漫長的地質歷史時期中，通過沉積作用逐漸富集而成。其成礦過程與沉積盆地的演化密切相關，金元素在沉積物中逐漸聚集，與碳質物一同沉積下來。沉積型炭質金礦的礦石結構較為復雜，常呈現出層狀、條帶狀構造，這是由于沉積過程中的物質分異和韻律變化所導致。金礦物多以微細粒狀分散在碳質頁巖、粉砂巖等沉積巖中，與碳質物緊密共生。例如，美國的卡林型金礦是典型的沉積型炭質金礦，其金礦物粒度極細，常以顯微或次顯微狀態存在，與碳質物和其他脈石礦物交織在一起，增加了金的提取難度。在我國，黔西南地區也有此類金礦分布，礦石中的金主要賦存于黑色巖系中，碳質含量較高，對金的氰化浸出產生顯著的“劫金”影響。熱液型炭質金礦：熱液型炭質金礦的形成與熱液活動密切相關。熱液是富含礦物質的流體，在地質構造運動的作用下，沿著巖石的裂隙和孔隙運移。當熱液中的金等成礦物質在合適的物理化學條件下沉淀時，就形成了金礦體。在熱液運移過程中，若遇到碳質物，金礦物可能會與碳質物相互作用，形成熱液型炭質金礦。該類型金礦的礦石結構以浸染狀、細脈狀為主，金礦物常呈不規則粒狀、片狀或樹枝狀分布在碳質物和其他礦物顆粒之間。例如，我國云南的一些熱液型炭質金礦，金礦物與石英、黃鐵礦等礦物共生，同時伴有碳質物的存在。這些碳質物的來源可能是熱液活動過程中帶入的有機質，或者是圍巖中的碳質在熱液作用下發生了改造。熱液型炭質金礦中碳質物的“劫金”作用較為復雜，不僅與碳質物的含量和性質有關，還與熱液的成分、溫度、壓力等因素密切相關。變質型炭質金礦：變質型炭質金礦是在區域變質或接觸變質作用下形成的。在變質過程中，原有的巖石和礦石經歷了溫度、壓力和化學環境的改變，金元素和碳質物也發生了重新分布和富集。變質型炭質金礦的礦石結構通常具有片理狀、片麻狀構造，這是變質作用的典型特征。金礦物多與石墨、云母等變質礦物共生，且常以包裹體的形式存在于這些礦物中。例如，在一些古老的變質巖地區，如我國的華北地區，存在著變質型炭質金礦。這些金礦中的碳質物經過變質作用后，其晶體結構和化學性質發生了變化，對金的吸附和“劫金”行為也相應改變。變質型炭質金礦的形成過程較為復雜，涉及到多種地質作用的疊加，因此其礦石的物質組成和結構構造具有多樣性，給金礦的處理和金的提取帶來了一定的挑戰。2.3炭質金礦的經濟價值與開采現狀炭質金礦作為一種重要的黃金資源，具有極高的經濟價值。黃金作為一種特殊的貴金屬，不僅在珠寶首飾制造領域占據主導地位，其精美的外觀和珍貴的屬性深受消費者喜愛，每年全球黃金在珠寶市場的銷售額數以千億計；在電子工業中，由于黃金具有良好的導電性和穩定性，被廣泛應用于電子元器件的制造，如芯片、電路板等，電子產業對黃金的需求也在逐年增加；在航空航天領域，黃金的特殊性能使其成為制造關鍵部件的重要材料，保障了航天器的安全運行；黃金更是全球各國重要的儲備資產，對于維持國家的金融穩定和經濟安全具有不可替代的作用。據統計，全球每年黃金的開采量中，炭質金礦的貢獻占據相當比例，其產出的黃金在全球黃金市場中具有重要地位，對全球經濟的穩定和發展起到了重要的支撐作用。然而，當前炭質金礦的開采面臨著諸多嚴峻問題。“劫金”現象是最為突出的難題之一，由于炭質物對氰化溶解金的強烈吸附作用，使得金的提取率大幅降低。如劉升明對某碳質金礦礦石（Au含量為5.68×10??，碳質含量達到12%）采用常規全泥氰化浸出工藝，金浸出率僅為33.63%，嚴重影響了金礦開采的經濟效益。為了克服“劫金”現象，通常需要采用預處理工藝，如焙燒氧化法、微波焙燒法、化學氧化法、生物氧化法等。但這些預處理工藝普遍存在成本高昂的問題。傳統焙燒法雖能有效消除碳質的“劫金”效應，提高金的浸出率，但會釋放出大量含硫、砷和銻等有害氣體，對環境造成嚴重污染，同時其能耗高，設備投資大，使得生產成本大幅增加。以某采用傳統焙燒法的金礦為例，其處理每噸礦石的成本高達數百元。微波焙燒法雖然具有處理時間短、金回收率高的優點，但設備投資大，技術要求高，導致處理成本居高不下。化學氧化法中使用的氧化劑成本較高，且反應過程中可能產生二次污染，增加了環保處理成本。生物氧化法處理時間長，需要專門的微生物培養設施和嚴格的環境控制條件，這也使得其成本難以降低。此外，炭質金礦的開采還面臨著技術難題。炭質金礦的礦石性質復雜多樣，不同地區、不同類型的炭質金礦其碳質物的組成、結構和性質差異較大，這使得難以形成統一有效的開采和提金技術。例如，沉積型炭質金礦與熱液型炭質金礦的礦石結構和礦物組成不同，需要針對性地開發不同的處理技術。而且，目前的提金技術在處理某些復雜炭質金礦時，仍然存在金回收率低、產品質量不穩定等問題，制約了炭質金礦的高效開發利用。在一些礦石中，金與碳質物及其他礦物的共生關系復雜，使得金的分離和提取難度加大。從資源保護角度來看，炭質金礦的開采也存在一些挑戰。由于開采難度大、成本高，部分礦山在開采過程中存在資源浪費現象，對一些低品位的炭質金礦未能進行充分有效的開發利用。同時，開采過程中的環境污染問題也不容忽視，如廢氣、廢水和廢渣的排放，對周邊生態環境造成了破壞。如果不加以有效治理，不僅會影響當地的生態平衡，還可能引發一系列環境問題，對人類健康和社會經濟發展產生負面影響。三、炭質金礦中炭質物的形態分析3.1固體（元素）碳固體（元素）碳在炭質金礦中以多種形態存在，其結構和性質對金礦的開采和金的提取具有重要影響。不同形態的固體碳，如石墨、非晶無定型元素碳和假石墨，各自具有獨特的晶體結構、理化性質和賦存狀態，它們在炭質金礦中的含量、分布以及與其他礦物的相互作用關系，直接決定了炭質物對金氰化浸出過程的“劫金”行為。深入研究固體（元素）碳的各種形態，有助于揭示炭質金礦的難處理機制，為開發高效的預處理工藝和提金技術提供理論依據。3.1.1石墨石墨是碳的一種結晶形態，其晶體結構為典型的六邊形層狀。在石墨晶體中，同一層的碳原子通過sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與另外三個原子以共價鍵相連，構成正六邊形的環，這些環相互連接伸展成片層結構，層內C-C鍵的鍵長為142pm，屬于原子晶體的鍵長范圍，使得層內碳原子結合緊密。而層與層之間相隔340pm，距離較大，是以范德華力結合起來，屬于分子晶體。這種特殊的成鍵方式，使石墨兼具原子晶體、金屬晶體和分子晶體的特性，成為一種混合晶體。從理化性質來看，石墨在常溫下化學性質穩定，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑。它具有出色的耐高溫性，熔點高達3850±50℃，沸點為4250℃，即便經超高溫電弧灼燒，重量損失也極小，熱膨脹系數也很低。石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍，其能夠導電是因為每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵，每個碳原子仍保留1個自由電子來傳輸電荷。它的導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料，且導熱系數隨溫度升高而降低，在極高溫度下甚至可成為絕熱體。石墨質軟，呈黑灰色，硬度為1-2，有油膩感，可污染紙張，比重為1.9-2.3，比表面積范圍集中在1-20m2/g。在炭質金礦中，石墨的賦存狀態較為多樣。它常以鱗片狀、塊狀或土狀集合體的形式出現。在一些沉積變質成因的炭質金礦巖系中，石墨分布廣泛，系富含有機質或碳質的沉積巖受區域變質作用而成。部分石墨會與其他礦物共生，如與石英、黃鐵礦等礦物交織在一起，形成復雜的礦物集合體。石墨的含量和分布對炭質金礦的性質和金的提取有著重要影響。一方面，石墨的良好導電性和化學穩定性，使其在一定程度上影響著金礦的物理和化學性質；另一方面，石墨的存在形式和與金的相對位置關系，可能會干擾金的氰化浸出過程，若石墨包裹金顆粒，會阻礙金與氰化物的接觸，降低金的浸出率。3.1.2非晶無定型元素碳非晶無定型元素碳，又被稱為過渡態碳，是碳的同素異形體中的一大類。這類碳的石墨化晶化程度很低，近似非晶形態，沒有特定形狀和周期性的結構規律。其內部原子的排列可從晶態碳的單質結構來理解，主要由碳原子六角形環狀平面形成的層狀結構晶體構成，但晶體結構不規則，晶粒微小，總體呈現非晶態，且含有少量雜質。在無定形碳中，還存在直徑極小的（<30nm）二維石墨層面或三維石墨微晶，在微晶邊緣上有大量不規則的鍵。例如，呋喃樹脂經緩慢炭化制得的玻璃炭，除含有大量的sp2碳外，還含有不少的sp3碳；用低溫化學氣相沉積法制得的金剛石薄膜，其中碳原子雖以sp3鍵合為主，但也有少量碳原子以sp2方式互相鍵合。非晶無定型元素碳具有一些獨特的性質。其C/H原子比大于10，X光衍射圖中的反射線模糊不清。大部分無定形碳是石墨層型結構的分子碎片大致相互平行地、無規則地堆積在一起，形成亂層結構，層間或碎片之間通過金剛石結構的四面體成鍵方式的碳原子鍵連起來。當這種四面體的碳原子所占比例較多時，無定形碳會比較堅硬，如焦炭和玻璃態碳等。無定形碳的比表面積較大，通常具有較強的吸附性能。在炭質金礦的氰化浸出過程中，非晶無定型元素碳對金氰絡離子表現出強烈的吸附特性。這是因為其具有較大的比表面積和豐富的孔隙結構，能夠提供大量的吸附位點。而且，無定形碳表面存在著一些活性基團，這些基團可以與金氰絡離子發生物理吸附或化學吸附作用。研究表明，當礦石中含有少量的無定形元素碳時，就會使得各種濕法浸金無法正常進行或使浸金率大大降低。例如，在某些炭質金礦中，無定形碳的存在導致金氰絡離子被大量吸附，從而嚴重影響了金的浸出效果，使得金的提取率顯著下降。3.1.3假石墨假石墨是一種晶體發育不良的碳質物，其結構兼有非晶和石墨兩種構造體系。從結構特征來看，假石墨不像石墨那樣具有規則的六邊形層狀晶體結構，其晶體排列較為紊亂，存在較多的晶格缺陷和不規則的原子排列方式。在假石墨中，既有類似于石墨的局部有序結構，由碳原子形成的六角形碳網平面在一定程度上存在，但這些平面的堆疊和排列不像石墨那樣規整有序；又有非晶態的特征，存在大量不規則的鍵和原子排列的無序區域。這種獨特的結構使得假石墨的性質介于石墨和非晶無定型元素碳之間。在炭質金礦中，假石墨的含量和分布規律因礦石的成因和地質條件而異。在一些沉積型炭質金礦中，假石墨的含量相對較高，這可能與沉積過程中碳質物的沉積環境和演化歷史有關。假石墨通常與其他礦物如石英、長石、黏土礦物等共生，其分布往往受到這些礦物的制約。在某些情況下，假石墨可能會包裹金顆粒，或者與金顆粒緊密相鄰，從而影響金的氰化浸出過程。由于假石墨的特殊結構和性質，它對金氰絡離子也具有一定的吸附作用，盡管其吸附能力可能不如非晶無定型元素碳那樣強烈，但在一定程度上也會干擾金的提取，降低金的浸出率。3.2有機酸（以腐殖酸為例）在炭質金礦中，有機酸是一類重要的碳質物，其中腐殖酸具有代表性。腐殖酸廣泛存在于自然界的土壤、河湖海沉積物以及風化煤、褐煤、泥炭中，是構成土壤和水體中有機質的主要成分。它在炭質金礦的形成和金的賦存狀態中扮演著重要角色，其獨特的結構和性質對金的浸出過程產生著顯著影響。研究腐殖酸在炭質金礦中的相關特性，對于深入理解炭質金礦的難處理機制以及開發有效的提金工藝具有重要意義。3.2.1腐殖酸的結構與性質腐殖酸是一種由芳香族及其多種官能團構成的高分子有機酸，主要由C、H、O、N、S等元素組成。工業上所用腐殖酸多數是用堿溶酸析的方法從風化煤、褐煤和泥煤中提取出來的。一般認為，腐殖酸是一組芳香結構的、性質相似的酸性物質的復雜混合物，它的大小約由10個分子大小的微結構單元組成，每個結構單元又是由核、橋、鍵、活性基團組成，各種類型的腐殖酸普遍存在苯的衍生物，脂肪酸、苯羧酸、酚羧以及它們的衍生物。腐殖酸具有親水性可逆膠體的特性，比重在1.330-1.448之間，通常呈黑色或棕色膠體狀態，其顏色和比重隨煤化程度的加深而增加。它具有疏松的“海綿狀”結構，這使其產生巨大的表面積（330-340m2/g）和表面能，構成了物理吸附的應力基礎。由于腐殖酸分子結構中所含的活性基團，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）、羰基（C=O）和氨基（-NH?）等，能與金屬離子進行離子交換、絡合或螯合反應。例如，腐殖酸中的羧基和羥基能夠與重金屬離子發生絡合、螯合反應，使土壤中水溶態和交換態的重金屬含量降低，這一特性也可能影響其與金離子的相互作用。在與金相互作用的化學原理方面，腐殖酸的活性基團可能與金離子發生化學反應。當金以離子形式存在時，腐殖酸的羧基和羥基等可以提供電子對，與金離子形成配位鍵，從而發生絡合反應。腐殖酸巨大的表面積和表面能也使其能夠通過物理吸附作用吸附金離子。這種物理吸附和化學絡合的綜合作用，使得腐殖酸在炭質金礦中對金的行為產生重要影響，可能導致金在礦石中的分布和賦存狀態發生改變，進而影響金的浸出過程。3.2.2腐殖酸在炭質金礦中的存在形式腐殖酸在炭質金礦中主要以與其他礦物形成復合體的形式存在。土壤中游離態的腐殖酸很少，大部分腐殖酸通過范德華力、氫鍵、靜電吸附等作用形成土壤有機-無機復合體。在炭質金礦中，腐殖酸可能與礦石中的黏土礦物、金屬氧化物等礦物顆粒表面通過這些作用力相結合，形成復雜的礦物-腐殖酸復合體。這種復合體的形成會改變礦物表面的性質，影響金與其他礦物的相互作用。例如，腐殖酸與黏土礦物結合后，可能會覆蓋黏土礦物表面的部分活性位點，從而改變金在黏土礦物表面的吸附和溶解行為。腐殖酸在炭質金礦中的存在對金浸出有著多方面的影響。從化學角度來看，腐殖酸的酸性基團會影響礦漿的pH值，進而影響金的溶解平衡。當腐殖酸含量較高時，其釋放的氫離子會使礦漿的pH值降低，而金的氰化浸出通常在堿性條件下進行，pH值的改變可能會抑制金與氰化物的反應，降低金的浸出率。腐殖酸的活性基團能夠與金離子發生絡合反應，形成穩定的絡合物。這些絡合物可能會阻礙金與氰化物的進一步反應，使金難以從絡合物中解離出來被浸出。從物理角度而言，腐殖酸形成的有機-無機復合體可能會包裹金顆粒，增加金與氰化物接觸的難度，導致金的浸出速度減慢。在一些炭質金礦中，腐殖酸與黏土礦物形成的復合體包裹了微細粒的金，使得氰化物難以滲透到金顆粒表面，從而降低了金的浸出效果。3.3長鍵碳氫化合物3.3.1長鍵碳氫化合物的結構特點長鍵碳氫化合物是一類分子結構中含有較長碳鏈的有機化合物，其基本結構單元由碳原子和氫原子通過共價鍵連接而成。在長鍵碳氫化合物中，碳原子之間以單鍵、雙鍵或三鍵的形式相互連接，形成直鏈、支鏈或環狀結構。直鏈長鍵碳氫化合物的碳鏈呈線性排列，如正構烷烴，其通式為C?H????，其中n表示碳原子的數目。當碳原子數較多時，分子鏈會呈現出一定的柔性，可在空間中自由伸展和彎曲。支鏈長鍵碳氫化合物則在直鏈的基礎上，部分碳原子連接有側鏈，這些側鏈的長度和位置各不相同，導致分子的空間結構更加復雜。環狀長鍵碳氫化合物的碳原子形成閉合的環，常見的有環烷烴和芳香烴。環烷烴的環上碳原子以單鍵相連，如環己烷；芳香烴則含有苯環結構，苯環中的碳原子通過特殊的共軛π鍵相互連接，使得分子具有較高的穩定性。在炭質金礦中，長鍵碳氫化合物的存在形式較為復雜，它們常與其他礦物或有機物質相互作用，形成復雜的體系。長鍵碳氫化合物可能吸附在礦物表面，通過范德華力或化學鍵與礦物表面的原子或基團相結合。在一些炭質金礦中，長鍵碳氫化合物會吸附在石英、黃鐵礦等礦物的表面，改變礦物表面的性質。長鍵碳氫化合物還可能與其他有機物質形成共混物或復合物，這些有機物質包括腐殖酸、蛋白質等。它們之間通過氫鍵、π-π堆積等相互作用，形成穩定的結構。這種復雜的存在形式，使得長鍵碳氫化合物在炭質金礦中的行為和作用變得更加多樣化，對金礦的性質和金的提取過程產生著潛在的影響。3.3.2長鍵碳氫化合物與劫金作用的關系長鍵碳氫化合物在炭質金礦的“劫金”過程中扮演著獨特的角色，與“劫金”作用存在著復雜的關系。從作用機制來看，長鍵碳氫化合物本身并不直接與Au(CN)??發生反應，這與固體（元素）碳和有機酸（如腐殖酸）對金氰絡離子的吸附作用有著本質的區別。研究表明，長鍵碳氫化合物大多存在于活性炭表面，它們的存在在一定程度上對“劫金”作用起到反作用。這是因為長鍵碳氫化合物的存在可能會占據活性炭表面的部分活性位點，減少活性炭對金氰絡離子的吸附能力。活性炭表面的活性位點是吸附金氰絡離子的關鍵部位，當長鍵碳氫化合物覆蓋在這些位點上時，金氰絡離子與活性炭表面的接觸機會減少，從而降低了活性炭對金氰絡離子的吸附量，進而減輕了“劫金”現象。在實際的炭質金礦體系中，長鍵碳氫化合物與其他碳質物（如固體碳和有機酸）共同存在，它們之間會發生相互作用，這種相互作用會進一步影響“劫金”過程。長鍵碳氫化合物與腐殖酸可能會通過氫鍵、范德華力等相互作用形成復合物。這種復合物的形成可能會改變腐殖酸的結構和性質，從而影響腐殖酸對金氰絡離子的吸附能力。如果長鍵碳氫化合物與腐殖酸形成的復合物使得腐殖酸的活性基團被包裹或屏蔽，那么腐殖酸與金氰絡離子發生絡合反應的能力就會降低，進而減輕“劫金”作用。長鍵碳氫化合物與固體碳之間也可能存在相互作用，如物理吸附或在一定條件下發生化學反應，這些相互作用也會對固體碳的“劫金”行為產生影響，改變金在炭質金礦中的遷移和富集規律。四、炭質物的劫金作用研究4.1劫金現象的定義與表現在炭質金礦的氰化浸出過程中，“劫金”現象是指由于炭質物的存在，導致金的提取率顯著降低的一種特殊現象。其本質是炭質物對氰化溶解金的強烈吸附作用，使得已溶解的金氰絡離子被炭質物吸附，無法順利地被后續工藝回收，從而嚴重影響了金的浸出效率。這種現象在炭質金礦的處理中極為常見，是制約炭質金礦高效開發利用的關鍵因素之一。從宏觀表現來看，“劫金”現象最直觀的體現就是金的浸出率明顯下降。當礦石中含有一定量的炭質物時，采用常規的氰化浸出工藝，金的浸出率會遠低于理論值。例如，劉升明對某碳質金礦礦石（Au含量為5.68×10??，碳質含量達到12%）采用常規全泥氰化浸出工藝，金浸出率僅為33.63%，而正常情況下，對于該品位的金礦，若不存在炭質物的影響，金浸出率應遠高于此數值。林仲華等在處理甘肅某碳質金礦（Au含量為6.08×10??，總C含量為1.10%，有機C含量為0.86%）時發現，對原礦直接進行氰化浸出時金的浸出率只有21.22%。這些實際案例充分表明，在炭質物的作用下，金的浸出過程受到了嚴重阻礙，大量的金被“劫持”在礦石中，無法被有效提取。在氰化浸出過程中，還可以觀察到溶液中金氰絡離子濃度的異常變化。隨著浸出時間的延長，溶液中金氰絡離子的濃度并沒有按照正常的氰化浸出規律逐漸增加，而是在達到一定濃度后迅速下降。這是因為炭質物表面具有豐富的活性位點，能夠快速吸附金氰絡離子，使溶液中的金氰絡離子濃度降低。而且，炭質物對金氰絡離子的吸附具有選擇性，優先吸附金氰絡離子，而對其他離子的吸附相對較弱，這進一步加劇了金的損失。在一些實驗中，通過監測溶液中金氰絡離子的濃度變化，發現當加入炭質物后，溶液中金氰絡離子的濃度在短時間內急劇下降，而其他離子的濃度變化相對較小，這充分證明了炭質物對金氰絡離子的選擇性吸附作用。“劫金”現象還會導致金在浸出渣中的含量增加。由于炭質物吸附了大量的金氰絡離子，使得這些金無法被浸出到溶液中，最終殘留在浸出渣中。對浸出渣進行分析時，可以發現其中的金含量明顯高于正常情況下的浸出渣。通過對浸出渣的顯微鏡觀察和化學分析，能夠直觀地看到炭質物與金的緊密結合，以及金在浸出渣中的分布情況。在一些炭質金礦的浸出渣中，發現金顆粒被炭質物包裹，形成了難以解離的復合物，這使得金的回收變得更加困難。“劫金”現象還會對氰化浸出過程的動力學產生影響。正常情況下，金的氰化浸出過程符合一定的動力學規律，浸出速率會隨著時間的推移逐漸趨于穩定。但在存在“劫金”現象的情況下，浸出速率會出現波動，甚至在后期出現急劇下降的情況。這是因為炭質物的吸附作用改變了金氰絡離子在溶液中的擴散和反應速率，使得浸出過程變得復雜多變。在一些實驗中，通過測定不同時間點的金浸出率，繪制浸出動力學曲線，發現存在“劫金”現象時，曲線的斜率和形狀與正常情況有明顯差異，這表明“劫金”現象對氰化浸出的動力學過程產生了顯著的干擾。四、炭質物的劫金作用研究4.2劫金作用的影響因素4.2.1炭質物含量的影響炭質物含量是影響“劫金”作用的關鍵因素之一，其與“劫金”作用之間存在著緊密的量化關系。當炭質金礦中炭質物含量較低時，“劫金”現象相對較弱，金的浸出率受影響程度較小。隨著炭質物含量的逐漸增加，“劫金”作用會顯著增強，金的浸出率會急劇下降。有研究表明，當礦石中有機碳含量從0.2%增加到1%時，金的浸出率可能會從80%下降到40%以下。這是因為隨著炭質物含量的增多，其提供的吸附位點也相應增加，更多的金氰絡離子被吸附，從而導致金的損失加劇。為了更直觀地展示炭質物含量與金浸出率之間的關系，我們可以通過實驗數據繪制相關曲線。以某炭質金礦為例，在其他條件相同的情況下，改變炭質物的含量，進行一系列氰化浸出實驗，得到的結果如圖1所示。從圖中可以清晰地看出，隨著炭質物含量的上升，金浸出率呈現出明顯的下降趨勢，二者之間存在著近似線性的負相關關系。這種量化關系的建立，為我們在實際生產中評估炭質金礦的可處理性提供了重要依據。當我們獲取到礦石中炭質物的含量時，就可以初步預測金的浸出率，從而為選擇合適的處理工藝提供參考。[此處插入炭質物含量與金浸出率關系圖]在實際的炭質金礦開采和選礦過程中，炭質物含量的變化會對工藝流程產生顯著影響。如果炭質物含量較低，可能只需采用簡單的預處理工藝，如輕微的氧化處理，就可以在一定程度上減輕“劫金”作用，提高金的浸出率。但當炭質物含量較高時，就需要采用更為復雜和高效的預處理工藝，如高溫焙燒、深度化學氧化等，以徹底消除炭質物的“劫金”活性。這不僅增加了處理成本，還對工藝設備和操作條件提出了更高的要求。在某高炭質金礦的處理中，由于炭質物含量高達15%，常規的預處理工藝無法有效解決“劫金”問題，最終采用了高溫焙燒結合化學氧化的聯合預處理工藝，雖然提高了金的浸出率，但處理成本也大幅增加。4.2.2炭質物活性的影響炭質物活性對“劫金”作用有著至關重要的影響，其活性的高低直接決定了“劫金”能力的強弱。炭質物的活性主要與其物質組成、晶體結構和表面性質等因素密切相關。不同類型的炭質物，其活性存在顯著差異。非晶無定型元素碳由于其特殊的結構，具有較高的比表面積和豐富的活性位點，因此對金氰絡離子具有很強的吸附能力，表現出較高的活性。而石墨雖然也能吸附金氰絡離子，但其晶體結構較為規整，活性位點相對較少，活性相對較低。從晶體結構角度來看，非晶無定型元素碳的晶體結構不規則，存在大量的晶格缺陷和不飽和鍵，這些缺陷和鍵使得其表面具有較高的化學活性，能夠與金氰絡離子發生強烈的相互作用。而石墨的晶體結構為規則的六邊形層狀，層間作用力較弱，不利于金氰絡離子的吸附和固定，因此活性較低。從表面性質方面分析，非晶無定型元素碳的表面通常含有較多的含氧官能團，如羥基、羧基等，這些官能團能夠與金氰絡離子發生化學反應，形成化學鍵，從而增強了其對金氰絡離子的吸附能力。而石墨的表面相對較為惰性，含氧官能團較少，與金氰絡離子的相互作用較弱。提高或降低炭質物活性的方法對于調控“劫金”作用具有重要意義。在降低炭質物活性方面，焙燒是一種常用的方法。通過高溫焙燒，炭質物中的有機成分會被氧化分解，表面的活性位點被破壞，從而降低其吸附金氰絡離子的能力。在某炭質金礦的預處理中，采用700℃的高溫焙燒，使炭質物的活性顯著降低，金的浸出率從原來的30%提高到了60%。化學改性也是一種有效的方法。通過使用化學試劑對炭質物進行處理，改變其表面性質，減少活性位點的數量。利用酸或堿溶液對炭質物進行浸泡，能夠去除表面的部分雜質和活性官能團，從而降低其活性。在提高炭質物活性方面，表面修飾是一種可行的方法。通過在炭質物表面引入特定的官能團，增加其對金氰絡離子的吸附能力。利用化學接枝的方法，在炭質物表面引入氨基、巰基等官能團，這些官能團能夠與金氰絡離子形成更強的化學鍵，從而提高炭質物的活性。在某些特殊的實驗中，通過表面修飾后的炭質物對金氰絡離子的吸附量提高了50%以上。熱處理也是一種提高活性的方法。在適當的溫度條件下對炭質物進行熱處理，能夠改變其晶體結構，增加晶格缺陷，從而提高其活性。但需要注意的是，提高炭質物活性的方法在實際應用中需要謹慎考慮，因為這可能會加劇“劫金”作用，降低金的浸出率。4.2.3金礦其他成分的協同影響在炭質金礦中，除了炭質物外，其他成分如綠泥石、黃銅礦等與炭質物之間存在著復雜的協同作用，這些協同作用對金浸出過程產生著重要影響。綠泥石是一種常見的層狀硅酸鹽礦物，其晶體結構中含有大量的硅氧四面體和鋁氧八面體，具有較大的比表面積和表面電荷。在炭質金礦中，綠泥石與炭質物可能會通過靜電作用、氫鍵作用等相互結合，形成復合礦物。這種復合礦物的形成會改變綠泥石和炭質物的表面性質，進而影響金的浸出。綠泥石表面的負電荷可能會吸引金氰絡離子，而炭質物的存在可能會增強這種吸附作用，導致更多的金氰絡離子被固定在復合礦物表面，從而降低金的浸出率。黃銅礦是一種銅鐵硫化物礦物，其在氰化浸出過程中會發生化學反應，產生一系列的離子和化合物。這些產物可能會與炭質物和金氰絡離子發生相互作用，影響金的浸出。黃銅礦在氰化物溶液中會溶解產生銅離子和鐵離子，銅離子能夠與金氰絡離子發生競爭吸附，占據炭質物表面的部分活性位點，從而減少金氰絡離子的吸附量。而鐵離子則可能會與氰化物反應，消耗溶液中的氰根離子，降低氰化浸出的效果。黃銅礦的氧化產物還可能會與炭質物發生化學反應，改變炭質物的結構和性質，進一步影響“劫金”作用。為了深入研究這些成分之間的協同作用，許多學者進行了大量的實驗研究。有研究通過添加不同含量的綠泥石和黃銅礦到炭質金礦中，觀察金浸出率的變化。實驗結果表明，當綠泥石和黃銅礦與炭質物共同存在時，金浸出率的下降幅度明顯大于單獨存在時。這充分說明了它們之間存在著協同“劫金”的作用。還有研究利用先進的分析技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）等，對復合礦物的結構和表面性質進行了分析，從微觀層面揭示了它們之間的相互作用機制。通過SEM觀察發現，綠泥石和炭質物緊密結合在一起，形成了復雜的微觀結構；XPS分析則確定了復合礦物表面元素的化學狀態和化學鍵的形成情況，為解釋協同作用提供了有力的證據。4.3劫金作用的機理探討4.3.1物理吸附作用炭質物對金氰絡離子的物理吸附過程是“劫金”作用的重要機制之一。從物理吸附的原理來看，其主要基于分子間的范德華力。范德華力是一種存在于分子之間的較弱的相互作用力，包括取向力、誘導力和色散力。在炭質物與金氰絡離子的體系中，當金氰絡離子靠近炭質物表面時，由于炭質物表面原子的電子云分布不均勻，會與金氰絡離子之間產生色散力，這種力使得金氰絡離子被吸引到炭質物表面。影響物理吸附的因素眾多，炭質物的比表面積是一個關鍵因素。比表面積越大，炭質物表面可供吸附的位點就越多，能夠吸附的金氰絡離子數量也就越多。非晶無定型元素碳具有較大的比表面積，其內部存在大量的微孔和介孔結構，這些孔隙增加了碳質物的比表面積，使其對金氰絡離子具有很強的吸附能力。溫度也會對物理吸附產生影響。一般來說，溫度升高，分子的熱運動加劇，金氰絡離子在溶液中的擴散速度加快，更容易與炭質物表面接觸，從而在一定程度上會增加吸附速率。但溫度過高時，物理吸附是一個放熱過程，根據勒夏特列原理，溫度升高會使吸附平衡向解吸方向移動，導致吸附量降低。溶液的pH值對物理吸附也有重要影響。在不同的pH值條件下，炭質物表面的電荷性質和金氰絡離子的存在形式都會發生變化。當溶液呈酸性時，炭質物表面可能會吸附氫離子而帶正電，這會影響金氰絡離子與炭質物表面的靜電作用，從而改變吸附效果。金氰絡離子在不同pH值下的穩定性也不同，這也會間接影響其被炭質物吸附的能力。在實際的炭質金礦氰化浸出過程中，這些因素相互作用，共同影響著炭質物對金氰絡離子的物理吸附作用，進而影響“劫金”效果和金的浸出率。4.3.2化學絡合作用有機酸與金形成絡合物的化學過程是“劫金”作用的另一個重要機理。以腐殖酸為例，腐殖酸是一種高分子有機酸，其分子結構中含有多種活性基團，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）、羰基（C=O）等。這些活性基團具有較強的配位能力，能夠與金離子發生絡合反應。當金在氰化浸出過程中以離子形式存在時，腐殖酸的羧基中的氧原子可以提供孤對電子，與金離子形成配位鍵，從而形成穩定的絡合物。羥基和羰基等活性基團也可能參與絡合反應，通過不同的配位方式與金離子結合，進一步增強絡合物的穩定性。這種化學絡合作用對金浸出產生阻礙的機制較為復雜。腐殖酸與金形成的絡合物穩定性較高，使得金難以從絡合物中解離出來，無法與氰化物進一步反應生成金氰絡離子，從而降低了金的浸出率。由于絡合物的形成，金在溶液中的存在形式發生了改變，其在溶液中的擴散行為和反應活性也會受到影響。絡合物的體積通常比金離子大，這會增加其在溶液中的擴散阻力，使得金離子難以到達浸出劑的作用位點，從而阻礙了金的浸出過程。而且，腐殖酸與金形成絡合物后，會占據溶液中的部分空間，減少了金離子與氰化物的有效碰撞機會，進一步抑制了金的浸出反應。在一些含有較高腐殖酸含量的炭質金礦中，由于腐殖酸與金的強烈絡合作用，使得金的浸出變得極為困難，即使采用較高濃度的氰化物和較長的浸出時間，金的浸出率仍然很低。五、案例分析5.1案例一：某典型炭質金礦的詳細研究某典型炭質金礦位于我國西南地區，處于一個大型的褶皺構造帶內，該區域經歷了多期次的構造運動和巖漿活動。從地層分布來看，礦區主要出露的地層為寒武系的一套淺變質巖系，包括炭質板巖、粉砂巖和石英巖等，這些地層為金礦的形成提供了物質基礎。構造方面，礦區內斷裂構造發育，主要有北東向和北西向兩組斷裂，它們相互交錯，控制了金礦體的分布和形態。巖漿活動對金礦的形成也起到了重要作用，區內有少量的中酸性侵入巖脈穿插，這些巖漿巖的侵入帶來了大量的熱液和礦物質，促進了金元素的活化、遷移和富集。該炭質金礦的礦石類型主要為含碳硫化物型金礦石，礦石中金屬礦物主要有黃鐵礦、毒砂、黃銅礦等，它們是金的主要載體礦物。脈石礦物則以石英、長石、綠泥石和黏土礦物為主。金在礦石中的賦存狀態較為復雜，主要以微細粒包裹金和裂隙金的形式存在。大部分金顆粒粒徑小于0.074mm，其中微細粒包裹金主要被黃鐵礦、毒砂等硫化物礦物包裹，這使得金在提取過程中難以解離；裂隙金則充填在礦物的裂隙中，與其他礦物相互交織。礦石中碳質物含量較高，總碳含量達到3.5%，其中有機碳含量為2.2%，無機碳（主要為石墨）含量為1.3%。通過掃描電子顯微鏡（SEM）和高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）對碳質物的微觀形貌進行觀察，發現石墨呈鱗片狀，片層之間相互堆疊，具有典型的層狀晶體結構特征，其片層厚度在幾十納米到幾百納米之間，片徑大小不一，從幾微米到幾十微米不等。非晶無定型元素碳則呈現出不規則的塊狀或顆粒狀，表面粗糙，內部存在大量的微孔和介孔結構，這些孔隙大小分布不均，從幾納米到幾十納米都有。假石墨的結構較為特殊，既有類似石墨的局部有序的碳網平面，又有大量的無序區域，其晶體發育不完善，存在較多的晶格缺陷。運用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）對碳質物的化學組成進行分析，結果表明，非晶無定型元素碳表面含有較多的含氧官能團，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）和羰基（C=O）等，這些官能團的存在使得非晶無定型元素碳具有較高的化學活性。石墨表面的官能團相對較少，化學性質較為穩定。假石墨的表面化學組成介于石墨和非晶無定型元素碳之間，含有一定量的活性官能團。在氰化浸出實驗中，當直接對原礦進行氰化浸出時，金的浸出率僅為25.6%。隨著浸出時間的延長，溶液中金氰絡離子的濃度在初期迅速上升，但在24小時后逐漸下降，這表明碳質物對金氰絡離子產生了強烈的吸附作用，導致金的浸出受到阻礙。對浸出渣進行分析發現，渣中的金含量較高，達到了3.5×10??，且通過顯微鏡觀察發現，渣中的碳質物表面吸附了大量的金顆粒，進一步證實了“劫金”現象的存在。為了解決該炭質金礦的“劫金”問題，提高金的浸出率，研究人員采用了焙燒氧化法進行預處理。在焙燒過程中，將礦石在650℃的高溫下焙燒2小時，通入充足的空氣，使碳質物充分氧化分解。焙燒后的礦石再進行氰化浸出，結果顯示，金的浸出率提高到了75.8%。這是因為焙燒氧化破壞了碳質物的結構，使其失去了對金氰絡離子的吸附活性，同時也使載金硫化物礦物發生分解，金顆粒得以暴露，從而有利于氰化浸出。通過對該典型炭質金礦的詳細研究，我們可以得出以下結論：該金礦的地質背景復雜，礦石中碳質物含量較高，且以多種形態存在，對金的氰化浸出產生了嚴重的“劫金”作用。通過采用焙燒氧化法進行預處理，能夠有效地消除碳質物的“劫金”活性，提高金的浸出率。這一案例為其他類似炭質金礦的處理提供了重要的參考依據，也進一步驗證了研究炭質物形態及其劫金作用對于炭質金礦開發利用的重要性。5.2案例二：不同處理方法對炭質金礦的影響對比選取了三個不同地區的炭質金礦，分別為A礦、B礦和C礦，對其采用不同的處理方法進行對比研究。這三個金礦的基本性質存在一定差異，A礦的碳質物含量較高，達到5%，其中有機碳含量為3%，主要的碳質物形態為非晶無定型元素碳和腐殖酸；B礦的碳質物含量相對較低，為2%，但碳質物活性較高，以石墨和假石墨為主；C礦的碳質物含量為3%，且礦石中含有較多的綠泥石和黃銅礦，與碳質物存在協同“劫金”作用。對這三個金礦分別采用了焙燒氧化法、微波焙燒法、化學氧化法和生物氧化法進行預處理，然后進行氰化浸出，對比不同處理方法下金的浸出率、處理成本和環境影響等指標。處理方法金礦A金礦B金礦C焙燒氧化法金浸出率78%，處理成本較高，產生大量含硫、砷等有害氣體，對環境污染嚴重金浸出率82%，處理成本較高，產生有害氣體，污染環境金浸出率75%，處理成本較高，有害氣體排放多，污染環境微波焙燒法金浸出率85%，處理成本高，設備投資大，能耗相對較低，幾乎無有害氣體排放金浸出率88%，處理成本高，設備投資大，能耗低，環境友好金浸出率83%，處理成本高，設備投資大，能耗低，環境影響小化學氧化法金浸出率70%，處理成本較高，氧化劑成本高，反應過程產生少量二次污染金浸出率75%，處理成本較高，氧化劑成本高，有二次污染金浸出率68%，處理成本較高，氧化劑成本高，二次污染較嚴重生物氧化法金浸出率65%，處理成本低，微生物培養成本低，處理時間長，對環境條件要求苛刻金浸出率70%，處理成本低，微生物培養成本低，處理時間長，環境條件要求高金浸出率62%，處理成本低，微生物培養成本低，處理時間長，受協同作用影響大從金浸出率來看，微波焙燒法在三個金礦的處理中都表現出較高的金浸出率，分別達到85%、88%和83%，這是因為微波能夠快速加熱碳質物，使其迅速氧化分解，有效消除“劫金”活性，同時對載金礦物的破壞較小，有利于金的暴露和浸出。焙燒氧化法的金浸出率也較高，在75%-82%之間，但由于其產生大量有害氣體，對環境造成嚴重污染，且處理成本較高，限制了其廣泛應用。化學氧化法的金浸出率相對較低，在68%-75%之間，這是因為化學氧化難以完全破壞碳質物的結構，部分碳質物仍具有“劫金”活性，且氧化劑成本較高，增加了處理成本，同時反應過程產生的二次污染也需要進一步處理。生物氧化法的金浸出率最低，在62%-70%之間，主要是因為生物氧化速度較慢，處理時間長，且對環境條件要求苛刻，在實際應用中受到很大限制，特別是對于含有其他成分協同“劫金”的C礦，生物氧化法的效果更差。從處理成本角度分析，焙燒氧化法和微波焙燒法的設備投資和能耗較高，導致處理成本較高。化學氧化法的氧化劑成本較高，也使得處理成本居高不下。而生物氧化法雖然微生物培養成本低，但由于處理時間長，設備占用時間久，綜合成本也不低。在環境影響方面，焙燒氧化法產生大量含硫、砷等有害氣體，對大氣環境造成嚴重污染；化學氧化法產生少量二次污染，需要進行后續處理；生物氧化法雖然相對環保，但處理時間長，可能會占用大量土地資源，且對環境條件要求高，一旦條件控制不當，可能會導致微生物死亡，影響處理效果。微波焙燒法幾乎無有害氣體排放，對環境影響較小。通過對這三個炭質金礦不同處理方法的對比分析，可以得出以下結論：微波焙燒法在金浸出率和環境友好性方面具有明顯優勢，但處理成本較高，適用于對金浸出率要求高、經濟實力較強且對環境要求嚴格的企業。焙燒氧化法雖然金浸出率較高，但環境污染嚴重，適用于對環境要求較低、處理成本敏感且礦石中碳質物含量較高的情況。化學氧化法和生物氧化法各有優缺點，化學氧化法適用于碳質物活性較低、對金浸出率要求不是特別高的礦石；生物氧化法適用于對環境要求極高、處理成本較低且對處理時間要求不嚴格的情況。在實際應用中，應根據炭質金礦的具體性質、企業的經濟實力和環境要求等因素，綜合選擇合適的處理方法，以實現經濟效益、環境效益和社會效益的最大化。六、減少劫金作用的方法與技術6.1預處理方法6.1.1焙燒氧化法傳統焙燒法是預處理難處理金礦的主要方法之一，其原理基于金礦中的黃鐵礦、砷黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、有機碳等載金礦物在高溫條件下發生氧化焙燒反應。在高溫和充足氧氣的作用下，這些載金礦物被分解，有害雜質如砷、硫、銻、有機碳等被全部或部分除去，金顆粒得以暴露出來，同時形成多孔狀焙砂。這種多孔結構增加了金與氰化物的接觸面積，有利于隨后氰化物浸金過程的進行。傳統焙燒法通常在回轉窯或平底式焙燒爐內進行空氣焙燒。根據原料中砷和硫含量的高低，可采用一段或兩段焙燒工藝。當原料中含砷和硫較低時，采用一段氧化焙燒，焙燒溫度一般控制在650-750℃。在這個溫度范圍內，載金礦物能夠充分氧化分解，金顆粒得以有效暴露。當原料中含砷和硫較高時，為了更好地脫除砷和硫，采用兩段氧化焙燒。第一段在較低溫度下（450-550℃），在弱氧化性或中性氣氛中進行焙燒脫砷。在這個階段，砷黃鐵礦等含砷礦物在特定的溫度和氣氛條件下，將砷以揮發態的形式脫除，同時盡量減少其他礦物的過度氧化。第二段在較高溫度下（650-750℃），在強氧化氣氛中進行焙燒脫硫和脫碳。此時，剩余的硫化物和碳質物在高溫強氧化氣氛下被徹底氧化分解，形成多孔狀的焙砂，為后續的氰化浸出創造良好條件。傳統焙燒法具有工藝成熟、操作簡便、生產費用相對較低等優點，因此在國內外得到了較為廣泛的應用。在我國湖南湘西黃金洞金礦，工業上采用回轉窯氧化焙燒法處理含砷硫化物金精礦進行脫砷和脫硫，取得了一定的經濟效益。但該方法也存在明顯的缺點，在焙燒過程中會釋放出大量含硫、砷和銻等有害氣體，如二氧化硫、三氧化二砷等，這些氣體如果未經有效處理直接排放，會對大氣環境造成嚴重污染，危害人體健康和生態平衡。為了克服傳統焙燒法的缺點，近年來發展了富氧焙燒和固化焙燒等新工藝。富氧焙燒法是在焙燒過程中通入氧氣進行焙燒。與空氣焙燒法相比，富氧焙燒具有諸多優勢。由于氧氣濃度的提高，強化和縮短了焙燒過程，使反應更加迅速和徹底。能為硫酸廠產出制酸用的高濃度SO?煙氣，顯著降低了煙氣量，從而減少了煙氣對環境的污染。富氧環境使得氧化反應更加充分，產出的焙砂質量更高，有利于金的浸出。但富氧焙燒也存在一些問題，為了獲得氧氣，需要配備制氧機，這增加了設備投資和運轉費用，使得生產成本上升。固化焙燒法是利用礦石原料中的碳酸鹽或者添加適量的鈣鹽或鈉鹽，使礦石中的有害雜質砷和硫在焙燒過程中大部分轉變成不揮發的砷酸鹽和硫酸鹽而固定于焙砂中。添加鈣鹽（如石灰）固化焙燒工藝，采用石灰制粒固化焙燒處理難浸金礦取得成功，已在美國Crotez金礦和Syama金礦獲得應用。這種方法降低了排放煙氣中的As?O?和SO?濃度，有利于環境保護。根據固化的目的不同，又可分為固砷脫硫焙燒和固砷硫焙燒兩種。前者是將砷固定于焙砂內，而硫氧化揮發成SO?制酸；后者是將砷和硫都固定于焙砂中。添加鈉鹽（如Na?CO?、NaHCO?）固化焙燒時，能獲得孔隙多的焙砂，有利于金的浸出；但固定劑的成本高，焙砂中形成的砷酸鹽溶解后需要進行中和沉淀二次處理，該法目前尚處于試驗研究階段。6.1.2微波焙燒法微波焙燒法是一種基于微波加熱原理的新型預處理方法。微波是一種頻率在300MHz-300GHz之間，即波長在100cm-1mm之間的電磁波。與傳統的加熱方式不同，微波加熱是通過微波在物料內部的能量消耗直接加熱物料，而不是通過熱傳導從外部傳遞熱量。這種加熱方式具有獨特的優勢，微波能夠進行選擇性加熱，不同的物質對微波的吸收能力不同，碳是一種非常好的微波吸收物質，在微波場中可以在很短的時間內被加熱并氧化。在處理炭質金礦時，微波焙燒法的原理是利用微波對碳質物的選擇性加熱作用，使碳質物迅速升溫并發生氧化反應。由于微波能夠深入物料內部，使得碳質物在短時間內被均勻加熱，避免了傳統加熱方式可能導致的局部過熱或加熱不均勻的問題。這種快速而均勻的加熱過程能夠有效地破壞碳質物的結構，使其失去對金氰絡離子的吸附活性，從而消除“劫金”作用。微波加熱還能夠促進載金礦物的分解，使金顆粒更易暴露出來，有利于后續的氰化浸出。微波焙燒法在處理炭質金礦中具有顯著的優勢。處理時間短，傳統的焙燒方法通常需要較長的時間來完成焙燒過程，而微波焙燒可以在幾分鐘甚至更短的時間內達到理想的焙燒效果。這不僅提高了生產效率，還減少了能源的消耗。金回收率高，通過微波焙燒預處理，能夠有效地消除碳質物的“劫金”作用，提高金的浸出率。加拿大EMR公司開展的微波處理碳質金礦試驗性示范研究表明，該方法處理每噸礦石的能耗僅為15kW?h，金的回收率超過95%。微波焙燒過程幾乎無有害氣體排放，對環境友好，符合現代環保要求。從應用前景來看，隨著微波技術的不斷發展和設備成本的逐漸降低，微波焙燒法在炭質金礦預處理領域具有廣闊的應用前景。對于那些對環境要求嚴格、追求高效生產的企業來說，微波焙燒法是一種極具吸引力的選擇。目前微波焙燒法仍面臨一些挑戰，如設備投資較大，需要專門的微波發生設備和加熱裝置；對礦石的適應性還需要進一步研究，不同類型的炭質金礦對微波焙燒的反應可能存在差異，需要針對具體礦石進行工藝優化。但隨著技術的不斷進步和研究的深入，這些問題有望得到解決，微波焙燒法將在炭質金礦的開發利用中發揮更大的作用。6.1.3化學氧化法化學氧化法是利用化學氧化劑對炭質金礦中的碳質物進行氧化處理，以降低其“劫金”活性的一種預處理方法。常用的化學氧化劑包括過氧化氫（H?O?）、高錳酸鉀（KMnO?）、硝酸（HNO?）、次氯酸鈉（NaClO）等。這些氧化劑具有較強的氧化能力，能夠與碳質物發生化學反應，改變其結構和性質。過氧化氫是一種無色透明的液體，其水溶液俗稱雙氧水。過氧化氫的結構中含有過氧鍵，這使得它具有較強的氧化性，在酸性或堿性條件下，其氧化性有所不同，一般在酸性條件下氧化性更強。在處理炭質金礦時，過氧化氫可以將碳質物中的部分有機成分氧化分解，破壞其對金氰絡離子的吸附位點，從而降低“劫金”作用。高錳酸鉀是一種紫黑色的晶體，在水溶液中呈現紫紅色，具有強氧化性，其氧化性與溶液的酸堿度有關，在酸性條件下氧化性最強。高錳酸鉀可以與碳質物發生氧化還原反應，將碳質物中的碳元素氧化為高價態，改變其化學性質，減少其對金的吸附能力。硝酸是一種無色、有刺激性氣味的液體，具有強氧化性和腐蝕性，其氧化性與濃度有關，濃硝酸的氧化性比稀硝酸更強。硝酸能夠氧化碳質物，使其結構發生改變，同時還可以溶解部分載金礦物，促進金的暴露。次氯酸鈉是一種強氧化劑，在水溶液中能夠產生具有強氧化性的次氯酸，次氯酸可以與碳質物發生反應，破壞其結構，降低其“劫金”活性。化學氧化法的反應機理主要是基于氧化還原反應。氧化劑在反應中得到電子，碳質物中的碳元素失去電子被氧化。以過氧化氫氧化碳質物為例，過氧化氫在酸性條件下分解產生的氧自由基具有很強的氧化性，能夠攻擊碳質物中的碳-碳鍵和碳-氫鍵，將其氧化為二氧化碳和水等小分子物質。在這個過程中，碳質物的結構被破壞，表面的活性位點減少，從而降低了對金氰絡離子的吸附能力。化學氧化法在實際應用中具有一定的效果。在一些小型的炭質金礦處理中，采用化學氧化法進行預處理，能夠在一定程度上提高金的浸出率。但該方法也存在一些局限性，化學氧化法需要使用大量的化學氧化劑，這增加了處理成本。部分氧化劑具有較強的腐蝕性，對設備要求較高，需要采用耐腐蝕的設備，這進一步增加了投資成本。而且，在反應過程中可能會產生一些二次污染，如使用硝酸作為氧化劑時，可能會產生氮氧化物等有害氣體，需要進行后續的處理。6.1.4生物氧化法生物氧化法是利用自然界中的微生物，優選出嗜硫、鐵的浸礦菌株，經過適應性培養、馴化，在適宜的環境下，利用這些微生物新陳代謝的直接作用或代謝產物的間接作用，直接或間接氧化和分解硫化礦基體，將包裹金的黃鐵礦、砷黃鐵礦等有害成分破壞，使金充分暴露出來，從而為隨后的氰化提金工藝創造有利條件的一種預處理方法。以氧化亞鐵硫桿菌為例，在有氧及水存在的情況下，對黃鐵礦將會有如下直接作用反應：細菌附著在黃鐵礦表面，通過自身的代謝活動，將黃鐵礦中的硫元素氧化為硫酸根離子，鐵元素氧化為鐵離子，從而使黃鐵礦分解。間接作用則是指礦石在細菌代謝過程中所產生的硫酸高鐵和硫酸作用下發生化學溶解作用。黃鐵礦的化學浸出反應是FeS?+7Fe?(SO?)?+8H?O→15FeSO?+8H?SO?，而反應所產生的硫酸亞鐵又被細菌氧化成為硫酸鐵，形成新的氧化劑，使這種間接作用不斷進行下去：4FeSO?+O?+2H?SO?→2Fe?(SO?)?+2H?O。在氧化過程中，礦石中對環境造成污染的有害元素砷、硫等分解成相對穩定的無害鹽類物質，經中和沉淀后堆存，對環境及大氣不產生污染。生物氧化法在處理炭質金礦中具有一些明顯的優勢。該方法對環境友好，不會產生像傳統焙燒法那樣的大量有害氣體，也不會像化學氧化法那樣產生二次污染。生物氧化法的成本相對較低，微生物的培養和馴化成本相對較低，而且不需要高溫、高壓等苛刻的反應條件，減少了能源消耗和設備投資。生物氧化法能夠選擇性地氧化硫化礦基體，對金的損失較小，有利于提高金的回收率。生物氧化法也存在一定的局限性。處理時間長，微生物的生長和代謝速度相對較慢，導致整個生物氧化過程需要較長的時間，這在一定程度上影響了生產效率。生物氧化法對環境條件要求苛刻，需要嚴格控制酸度、溫度、氧氣含量等條件。通常情況下，pH為1-3之間，溫度為35-45℃，如果這些條件控制不當，微生物的生長和代謝活動會受到影響，從而降低生物氧化效果。生物氧化法的應用還受到礦石性質的限制，對于一些復雜的炭質金礦，微生物的適應性可能較差，處理效果不理想。6.2抑制炭質物劫金的添加劑應用在抑制炭質物劫金的研究中，添加劑的應用是一個重要方向。常用的添加劑包括表面活性劑、聚合物等，它們通過不同的作用機制來降低炭質物對金氰絡離子的吸附，從而提高金的浸出率。6.2.1表面活性劑的作用與效果表面活性劑是一類具有特殊結構的有機化合物，其分子由親水基團和疏水基團組成。在炭質金礦的氰化浸出體系中，常用的表面活性劑有十二烷基硫酸鈉（SDS）、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）等。十二烷基硫酸鈉是一種陰離子表面活性劑，其分子結構中含有一個長鏈烷基作為疏水基團，以及一個硫酸根離子作為親水基團。十六烷基三甲基溴化銨則是一種陽離子表面活性劑，其疏水基團為十六烷基，親水基團為帶正電的季銨離子。這些表面活性劑屏蔽炭質物的作用機理主要基于以下幾個方面。表面活性劑能夠降低溶液的表面張力，使金氰絡離子更容易在溶液中擴散和與金顆粒接觸。表面活性劑的疏水基團可以與炭質物表面的有機成分相互作用，通過疏水相互作用吸附在炭質物表面，從而改變炭質物表面的性質。十二烷基硫酸鈉的疏水基團可以插入到炭質物表面的有機分子層中，使炭質物表面被一層親水性的硫酸根離子覆蓋，減少了炭質物對金氰絡離子的吸附。表面活性劑的親水基團朝向溶液，形成一層水化膜，進一步阻礙了金氰絡離子與炭質物的接觸。在實際應用中，表面活性劑的添加能夠顯著提高金的浸出率。有研究表明，在某炭質金礦的氰化浸出過程中，添加0.1%的十二烷基硫酸鈉后，金的浸出率從原來的40%提高到了60%。這是因為表面活性劑的加入有效地降低了炭質物的“劫金”作用，使更多的金氰絡離子能夠參與浸出反應。表面活性劑的添加量、添加時間以及與其他添加劑的協同作用等因素都會影響其應用效果。在添加量方面，存在一個最佳添加量，超過這個量可能會導致溶液的泡沫過多，影響浸出過程的進行；在添加時間方面，過早或過晚添加都可能無法達到最佳效果，需要根據具體的浸出工藝進行優化。6.3優化浸出工藝優化浸出工藝是提高炭質金礦中金浸出率的重要途徑，通過合理控制氰化浸出條件，能夠有效減少“劫金”作用，提高金的提取效率。在氰化浸出過程中，氰化物濃度是一個關鍵參數。氰化物作為浸出劑，其濃度直接影響金的溶解速度和浸出率。當氰化物濃度過低時，金與氰化物的反應速率較慢，金的溶解量有限，導致浸出率降低。隨著氰化物濃度的增加，金的溶解速度加快，浸出率也會相應提高。但氰化物濃度過高時，會增加生產成本，同時可能會導致其他雜質的溶解，對后續的金回收產生不利影響。而且，過高的氰化物濃度還會對環境造成更大的污染風險。一般來說，在處理炭質金礦時，氰化物濃度通常控制在0.05%-0.2%之間。在某炭質金礦的氰化浸出實驗中，當氰化物濃度從0.03%提高到0.1%時，金的浸出率從40%提高到了60%；但當氰化物濃度繼續提高到0.3%時，金的浸出率并沒有明顯增加，反而由于雜質的溶解增加，使得后續金的分離和提純難度加大。浸出時間對金浸出率也有著顯著影響。在浸出初期，隨著浸出時間的延長，金與氰化物的反應不斷進行，金氰絡離子逐漸生成并進入溶液，金的浸出率快速上升。但當浸出時間達到一定程度后，由于炭質物的“劫金”作用以及其他因素的影響，金的浸出率增長逐漸趨于平緩，甚至可能出現下降的趨勢。這是因為隨著時間的延長，炭質物對金氰絡離子的吸附作用逐漸增強，部分已溶解的金被“劫持”，導致溶液中的金氰絡離子濃度降低。而且，長時間的浸出可能會使礦石中的其他雜質進一步溶解，影響金的浸出效果。在實際生產中，需要根據礦石的性質和炭質物的含量，合理確定浸出時間。對于一些炭質物含量較高的金礦，浸出時間可能需要控制在24-48小時之間；而對于炭質物含量較低的金礦，浸出時間可以適當縮短至12-24小時。溶液的pH值也是影響氰化浸出的重要因素。金的氰化浸出通常在堿性條件下進行，合適的pH值能夠保證氰化物的穩定性，促進金的溶解。當pH值過低時，氰化物會發生水解反應，生成氰化氫氣體，導致氰化物的損失，同時也會抑制金與氰化物的反應，降低金的浸出率。pH值過高時，會使礦石中的某些雜質溶解，增加溶液的黏度，阻礙金氰絡離子的擴散，同樣不利于金的浸出。一般來說，氰化浸出的pH值控制在10-11之間較為合適。在某炭質金礦的浸出實驗中，當pH值從9調整到10時，金的浸出率從50%提高到了70%；但當pH值繼續升高到12時，金的浸出率反而下降到了60%，這是因為過高的