我国拥有丰富的金矿资源，其中难处理碳质型金矿约占8%。早在20世纪初人们就已经认识到金矿石中的碳质物对金的浸出有害，多数金矿床中矿脉侵入含有碳质物的矿带，使得碳质物以复合矿物的形式存在，因碳质物的含量少及嵌布粒度细等原因，矿物中碳质存在的形式至今仍处于研究阶段。研究表明，碳质金矿石难处理的原因是由矿石中的碳劫金造成的^[1-2]。金矿石中的碳质物影响氰化浸金过程中的原因为：碳质物作为金的主要载体矿物之一包裹部分微细粒金使其无法回收；碳质物在氰化浸出过程中吸附已经溶解的金，发生所谓的劫金过程^[3]。碳劫金的程度同金矿中碳含量、碳活性以及其他外界条件有关，在极端的条件下甚至使金的浸出率降为零^[4-7]。有资料表明当金矿石中碳含量大于0.2%时就会严重影响金的氰化浸出率^[8]。

目前金矿选别技术比较成熟，如重选、浮选、氰化浸出及非氰浸出等早已实现工业化，但是这些工艺在单独处理碳质型金矿时效果不佳，常因碳质物的存在导致金的回收率低而需要多次处理，增加选矿成本。在浸出前采用预处理技术将碳质物氧化分解或钝化处理，不仅可降低药剂用量，也使金的回收率得到大幅度提升。为了推动碳质金矿石预处理技术研究和发展，本文系统地总结了碳劫金基本机理、预处理技术的实验室试验和工业试验研究现状，并对存在问题及发展趋势进行评价。

1 碳劫金机理分析

矿石中碳质物分为三种类型：固体碳、有机碳和高分子碳氢化合物^[9-10]。也有人将高分子碳氢化合物归结为固体碳一类，碳类型不同其劫金机理也不相同。通常认为碳劫金作用方式分为物理吸附作用和化学成键作用。

1.1 吸附作用

碳质金矿中含有的固质碳的物理性质同活性炭相似，同样具有吸附性，可以将溶液中金氰络合物离子吸附其表面上^[11]。炭浸渣离子质谱仪分析结果表明，浸渣中碳质物内含有部分单质金及金氰络合物^[12]。一些学者认为，固质碳劫金的机理主要表现两个方面：固质碳通过静电力将金氰络合物吸附到其表面上；金以Mn⁺[Au(CN)^2-]_n离子对形态吸附在固质碳的活性位点上。

1.2 化学成键作用

固质碳表面上以氢和氧组成的官能团如羧基、酚羟基及醌型羰基等，对固质碳的化学吸附性起重要作用。有研究发现碳质金矿石中的碳质物与金氰络合物间的化学吸附作用是由胡敏酸引起的，在含有碳质物的金矿石氰化时加入胡敏酸后金的浸出率由95%降至21%。加入胡敏酸后金浸出率迅速下降是因为胡敏酸的官能团同金氰络合物发生化学键键合^[13]。也有资料显示金和有机酸的某种官能团相互结合而被吸附，碳质物中的金与有机物作用形式尚不清楚^[14-15]。核磁共振、穆斯堡尔光谱等检测分析也未发现金与有机碳之间化学键结合的充分证据。对金矿物和碳质物相互作用可以采用量子化学计算^[16]、X射线微结构吸收光谱^[17]、X射线光电子能谱及俄歇能谱^[18]等检测方法^[19]研究金与碳质物相互作用机理。

2 碳质金矿单一预处理方法 2.1 焙烧法

焙烧法分为传统焙烧、富氧焙烧、加压氧化焙烧及微波焙烧等。

传统焙烧主要用于处理含碳包裹型金矿，其优点是工艺流程简单、操作方便、技术成熟。焙烧法是在650~750 ℃高温下对矿石进行焙烧处理, 可以将矿石中的碳质物氧化而失去吸附性，同时将碳质物包裹的那部分金裸露出来有利于氰化浸出，适合处理被硫化物包裹的碳质金矿石^[20]。传统的焙烧技术能有效地提高碳质矿的浸出回收率，然而该工艺能耗高，处理成本大，大多数矿石中含有硫、砷等元素，焙烧过程中放出有害气体，对环境污染严重，使其发展受到限制^[21]。刘升明^[22]等用传统焙烧技术对某含碳质物金矿石预处理后, 再进行氰化浸出，与未处理相比金的浸出率由33.63%提升至92.61%。尽管焙烧法预处理后金浸出率较高，但焙烧法高额的投资成本使得其经济指标不如浮选—氰化浸出工艺。

富氧焙烧是在焙烧过程中通入氧气，以氧气作为流化床和可燃气体的流动介质，固体和气体在焙烧炉中作逆流运动^[23]。氧化焙烧处理碳质金矿时可以在低温下将碳质物氧化，避免或减少对金氰络合物的吸附。与传统焙烧法相比，富氧焙烧法具有焙烧时间短、碳质物氧化率高的优点，但仍未解决焙烧过程中放出有害气体这一问题。美国加略特山谷矿山碳质金矿采用富氧焙烧预处理技术使金浸出率从20%提至90%。Goldtrike矿山对碳质金矿采用富氧焙烧进行预处理，使得其中的碳氧化率达90%，明显改善了碳劫金现象。张朝辉等^[24]在处理某含碳金矿时采用富氧焙烧预处理方法获得了金浸出率为83.45%的良好指标。试验中需要对矿石进行两次破碎，初次破碎至-2 mm进行富氧焙烧，烧渣再次破碎至-0.074 mm占95%，增加了工序，提高处理成本。

加压氧化处理是使矿石在富氧、高温和高压条件下破坏矿石中脉石矿物的晶体结构，使被包裹的金裸露出来，提高金的浸出效率。此法在处理含碳金矿时可以降低矿石中有机碳含量，同时将固体碳钝化。我国传统的加压氧化法以碱性为主，但是由于药剂耗费量较大使得酸性热压氧化法逐渐成为研究热点。但是酸性加压氧化法处理对设备腐蚀性大，维护费用高。加压氧化法在国内应用最成功的案例是吉林珲江某含碳金矿在温度200 ℃、氧分压0.4~0.6 kPa、NaOH 400 kg/t条件下氰化浸出, 金的浸出率达94%~97%，效果较好。在高温高压处理时矿物会发生自燃，使得碳质物失活从而抑制劫金现象发生。王在谦等^[25]在处理某微细粒浸染型碳质难处理金矿石时采用热压氧化法对矿石进行预处理，将原矿中2.51%的有机碳降至0.72%，有机碳脱除率为71.26%，有效降低碳劫金现象。默克尔金矿碱性压力氧化车间以浸出氧化温度225 ℃、总压力3 350 kPa条件下对碳质金矿预处理使得金的回收率由直接氰化法的20%~60%提高到了90%以上^[26]。

微波焙烧是利用波长为1 mm~100 cm之间的电磁波直接加热矿物，使其中的碳质物氧化失去吸附金氰络合物能力^[27]。微波焙烧是传统焙烧技术的改进，具有加热快、被加热物质受热均匀、能耗低和无污染等优点。微波焙烧技术于20世纪70年代就有人将其应用在难处理金矿的预处理方面。EMR公司曾采用微波焙烧技术处理某含碳金矿时发现处理每吨矿石的能耗为15 kW·h，金的回收率超过95%。有研究认为，微波具有选择性加热特点，在加热过程中不会产生有害气体^[28]。我国贵州、四川等地采用微波法处理浮选精矿脱碳效果较好。但是微波焙烧因其能量利用率低而难以应用在实际生产中，如能改善这一问题微波法的应用将会得到推广。Nanthakumar等^[29]对某低品位碳质金矿进行微波预处理，试验结果表明在功率为700 W条件下矿石中的总碳质物含量减少超过60%，同时矿石中的硫基本被氧化。魏明安等^[30]在实验室中采用微波预处理技术处理江西某碳质金矿时碳的脱除率达到98.17%，金的浸出率从74%提高到90%以上，现场试验使得金精矿氰化渣的浸出率达84%。试验中发现，在物料不进行搅拌且不制粒情况下只需处理2~5 min即可。但是反应过程的温度控制较困难，温度控制对指标影响较大，如果能解决这一难题会推动微波预处理技术的发展。贵州某高硫高碳金矿石，采用常规浸出方法金浸出率几乎为0%，经过微波氧化后矿石的含碳量从2.96%降到0.4%，金的浸出率达86.53%^[31]。蔡创开等^[32]在处理黔西南某碳质金矿时直接氰化金的浸出率仅为17.26%，在金矿中加入R物质后进行微波焙烧使得金的浸出率提升至81.22%。R物质作为微波添加剂，其作用为吸收微波，对微波加热起到辅助作用，并且在处理后容易与矿物分离并回收。微波添加剂对微波处理技术比较新颖，可以做为未来微波处理技术发展方向。

2.2 化学氧化法

利用强氧化剂将碳质物钝化失去吸附能力，在工业上成功应用的为氯化法。氯化法也称为水氯法，其作用过程为：向矿浆中通入氯气，与水反应生成具有强氧化性的次氯酸，可以将硫化矿氧化的同时钝化矿石中的碳质物，也能在碳质物表面生成羰基结构的有机物薄层，避免劫金现象的产生，进而提高金的浸出率^[33]。常用的强氧化剂有高锰酸钾、过氧化氢、臭氧及次氯酸盐等。

早在20世纪70年代氯气预氧化处理工艺就被用来处理美国卡林型含碳质金矿石^[34]。卡林金矿采用氯化法处理碳质金矿石使得金的浸出率由32%提升至90%，效果明显^[35]；纽芒特矿业公司采用“闪速氯化”技术，不仅提高了氯气的利用率，金的浸出率也由33%提升至84%。中南大学通过冬季对碳质金矿采用次氯酸钠溶液预处理，温暖季节再氰化浸出，以此降低了药剂用量，为选厂节约成本，该方法考虑了温度变化对浸出的影响，对未来碳质金矿选厂规划提供了新思路^[36]。

2.3 生物氧化法

生物预氧化法也被称为细菌氧化法，其作用机理是利用浸矿细菌及其代谢产物粘附于碳质物表面将其钝化而失去劫金能力，进而提高金的氰化浸出率。采用生物法预处理金矿具有投资少、工艺流程简单、金的回收率高、对环境污染小等优点。近年来国外多家选厂采用细菌预氧化后再氰化浸出含砷的金精矿中的金，效果较好，且经济效益显著^[37]。但是生物预氧化法可以分解有机碳，但是对无机碳仅是钝化作用，如利用白腐菌预处理某碳质金矿使金浸出率从15%提升至80%以上。

生物氧化法最早于20世纪80年代开始工业应用，1986年南非费尔尤金矿山细菌处理厂首次投产，实现难浸金矿石细菌氧化预处理法工业应用。澳大利亚Wilun矿山使用微生物氧化预处理技术使金的回收率增加13%，同时节省投资近20%和生产成本10%。陈勃伟等^[38]在处理某劫金指数为2.52 g/t、劫金能力为105.93 g/t的高劫金难处理碳质金矿石时采用生物预氧化技术预先处理，得到有机碳的降解率为7.45%、金浸出率为82.77%的良好指标。R·K·阿曼克瓦赫等^[39]采用多毛链霉菌破坏含碳基质，使得金的浸出率由13.6%提高到94.7%。试验中对多毛链霉菌人工诱导变异可优化菌种。

2.4 覆盖抑制法

覆盖抑制法是通过加入抑制剂使碳质物表面形成静电斥力从而抑制碳质物对金的吸附。最早研究发现煤油可以抑制碳质金矿中的碳吸附金的作用，1970年加拿大最早应用以煤油作为抑制剂处理石墨型碳质金矿效果较好，后来研究发现水杨酸、多羟基芳烃衍生物等在一定程度上也可以抑制碳质物对金的吸附。

王槐山等^[40]以煤油作为抑制剂来提高金的浸出率，在一定程度上效果较好，但是由于煤油不溶于水且污染环境等问题难以被推广应用，而其研制的WGY新型抑制剂能快速让碳质物失去吸附金的能力，同时可以将金从碳质物中置换出来，金的浸出率最高可提高25%；同时试验证实，碳质物吸附金氰络合物是可逆的，吸附性能强的抑制剂可以将碳质物吸附的金氰络合物置换出来。程蓉等^[41]利用非离子型抑制剂Y-1、阴离子型抑制剂Y-2、Y-3、Y-4及阳离子型抑制剂对含碳金矿进行金矿浸出试验，研究发现几种抑制剂对碳质物吸附性均有抑制作用，但是非离子型抑制剂Y-1用量最少，效果最佳。这种新型抑制剂优点是溶于水，与碳质物接触好，可抑制其劫金作用，从根本上解决了煤油不溶于水并且作用效果一般的问题。

2.5 竞争吸附法

竞争吸附法是在氰化浸出液中加入吸附能力更强的吸附剂，同金矿石中的碳质物形成竞争吸附，从而减弱碳劫金现象。碳浸法已经被广泛应用，文中不再介绍。离子交换树脂法也属于竞争吸附的方法，由纳霍德首先提出，并于英国别尔姆吉特.赫尤斯公司试验成功^[42]。利用离子交换树脂在矿浆或澄清的氰化溶液中对金进行吸附回收，具有吸附速度快、单位面积载金量大、在稍高温条件下即可解析、离子交换树脂再生能力强、机械强度高、耐磨损、投资成本低等优点，但是树脂在选择性与制备方法上研究较少，令其发展较慢。

李红球等^[43]在处理陕西某金矿时采用树脂法提金工艺, 试验表明：离子交换树脂法的生产工艺指标和经济效益优于碳浸法，树脂法处理金矿石的选矿总回收率比炭浆法高1%，处理每吨金矿石使用树脂法比炭浆法节约10.665元。

3 联合预处理工艺

随着易处理金矿的逐渐减少，复杂难处理碳质型金矿越来越多，单一预处理技术难以满足处理需要，两种或多种联合预处理工艺得到应用和发展。

林仲华等在处理甘肃某碳质金矿时对原矿直接氰化浸出时金的浸出率仅为21.22%，矿石经浮选、600 ℃氧化焙烧处理后金的浸出率提升至91.61%^[44]。在预处理过程中采用浮选—氧化焙烧预处理工艺，可以直接抛尾约30%，后续处理降低成本，多种预处理方式联合使用是未来发展趋势。唐云等^[45]在处理有机碳含量2.51%的某微细浸染型金矿直接浸出时金的浸出率仅为18.34%，采用TY-TJ氧化、碱预处理两段工艺后再浸出，金浸出率为89.39%，浸出效果较好。两段预处理工艺不仅提高金的浸出率，处理每吨金矿石药剂成本约需72.26元，成本较低。徐忠敏^[46]在处理碳含量2.51%时采用酸浸—加压氧化联合预处理工艺，最终获得金的回收率为97.15%，实验发现难处理金精矿采用加压氧化技术指标均优于焙烧氧化和生物氧化。尚鹤^[47]等在利用微生物预处理碳含量2.17%时采用直接氧化，恒定pH氧化以及分两段氧化3种方法，试验结果表明:直接氧化可以得到较好的效果，而恒定pH氧化可减少酸积累对微生物活性的影响，提高氧化速率，分段氧化既较少酸积累带来的负面影响，又避免矿物表面形成黄钾铁矾。彭晓在处理某含碳微细粒浸染金矿时采用竞争吸附法时金的浸出率为27.04%，采用碱石灰和高锰酸钾预处理时金的浸出率提升至49.26%，采用覆盖抑制法金的浸出率仅为50.00%，最终采用次氯酸钠二次氧化使金的浸出率从3.7%提升至77.04%，预处理效果较好。刘娟丽等^[48]在处理某碳质金矿采用氯化—氧化焙烧预处理工艺，试验结果表明，金浸出率可由直接浸出的28%提高到95%以上。李骞^[49]等在处理含硫砷碳金精矿时直接氰化浸出金浸出出率仅为1.33%，经两段焙烧预处理后金浸出率提高到71.33%，增加一段焙烧工艺一定程度上提高了金浸出率，但存在增加成本及过焙烧等缺点，鉴于此提出一段富氧添加硫酸钠焙烧—硫化钠碱浸强化的预处理工艺，金的浸出率提升至94.72%，预处理效果较好。

尽管采用联合预处理工艺增加了选矿工序和选矿成本，但在处理组成复杂、碳质物浸染粒度细的金矿时联合预处理工艺的优势得以体现，即增加金精矿产率同时获得更高的经济收益。

4 结语

目前焙烧法、生物氧化法在我国应用较多，技术经验较丰富，但因金矿的组成及性质越来越复杂，单一预处理方法的缺点被明显暴露出来。针对性的解决单一预处理方法的缺点，将多种预处理方法联合使用，可使其优点得到充分发挥。对于碳质型金矿中碳的赋存状态及劫金机理的深入研究有助于针对性地选择预处理工艺流程。积极探索新方法和新工艺，高效的预处理工艺是提高碳质型金矿中金浸出率的关键，也是未来选矿工作者的研究方向。