煤矸石稀貴金屬回收實驗研究

李凌月，蘇靖程，薛方明

(中國華電集團科學技術研究總院，北京 100070)

煤矸石稀貴金屬回收實驗研究

李凌月，蘇靖程，薛方明

(中國華電集團科學技術研究總院，北京 100070)

對貴州桐梓地區(qū)煤矸石樣品稀貴金屬含量進行檢測以及稀貴金屬回收經濟性分析，結果表明，煤矸石中含有豐富的稀貴金屬，并且具有較高的潛在價值，選取合適工藝進行稀貴金屬的聯(lián)合提取可獲得可觀經濟效益。

煤矸石；稀貴金屬；回收

煤矸石是煤炭開采運輸以及洗選過程中產生的固體廢棄物，約占煤炭產量的10%～ 20%，是我國排放量最大的工業(yè)廢物。煤矸石的礦物成分以石英、高嶺石和蒙脫石等為主，并且含多種微量元素。煤矸石的長期堆置不僅會占用土地資源，并且其中大量有害成分在雨水淋溶及風化的作用下遷移到土壤、水體和大氣中，造成嚴重的礦區(qū)環(huán)境生態(tài)污染，對此，國內外學者都做了大量研究[1-6]，旨在有效利用煤矸石熱值、回收煤矸石中有用成分，避免資源浪費及矸石山自燃所引起的風險。

貴州桐梓地區(qū)煤矸石產量逐年增加，引發(fā)的環(huán)境問題也逐步出現，為了解該地區(qū)煤矸石中稀貴金屬含量、回收價值和經濟性以及綜合利用潛力，選取2個有代表性的煤矸石樣品稀貴金屬含量進行化驗、分析，以期為該地區(qū)煤矸石稀貴金屬資源回收利用提供指導及參考。

1 實驗

1.1 樣品前處理方法

選取TZ1、TZ2兩個煤矸石樣品，每個樣品分別約3kg，進行破碎、粉磨，并保證樣品100%過200目篩。按標準四分法分取過篩后樣品，測定含水率。

1.2 消解方法

(1)灰化：準確稱取10.0 g樣品，樣品經650℃灰化，并測定燒失率；

(2)消解：結合美國EPA 3050B消解標準方法，根據實驗室礦物金屬含量綜合分析消解方法消解樣品，保證消解后溶液清澈、透明、無懸浮物。

1.3 分析方法

分析均采用高精密度分析儀器：電感耦合等離子體-質譜法(ICP-MS)、石墨爐原子吸收(GFAAS)及火焰原子吸收(AAS)。

(1)采用ICP-MS(Angilent 7500，美國)分析溶液中的Os、Re、Mo、Ti、Sb、Sn等金屬含量，方法參考美國金屬含量分析標準(APHA，2005)；

(2)采用石墨爐法原子吸收分析溶液中的Pt、Pd、Au、Sr、Rh、In、Ge、Bi、Se等元素，所用儀器為日本Hitachi ZA3000型石墨爐；

(3)含量較高的元素例如Fe、Ni、Cu、Ag、Pb等元素采用火焰原子吸收法測定，參考國家相關元素分析測定標準、火焰原子吸收法測定標準；

(4)稀土元素均采用ICP-MS單一標準樣品法定量分析，并以石墨爐原子吸收法驗證分析。

2 試驗結果與討論

2.1 煤矸石樣品金屬含量分析

對TZ1、TZ2煤矸石樣品中的金屬元素進行檢測分析，分析結果見1及表2；可以看出，煤矸石樣品中含有銠(Rh)、錸(Re)、銦(In)、鎵(Ga)、鍺(Ge)、金(Au)、銣(Rb)等高價值稀貴金屬元素；且含鈧(Sc)、鏑(Dy)、鋱(Tb)、釓(Gd)、釔(Y)等多種高價值稀土元素。

表1 煤矸石樣品主要金屬元素及稀貴金屬元素含量分析 g/t

表2 煤矸石樣品稀土元素含量分析 g/t

2.2 煤矸石稀貴金屬回收經濟性分析

2.2.1 稀貴金屬潛在經濟價值分析

表3 TZ1煤矸石樣品中金屬潛在價值分析

表4 TZ2煤矸石樣品中金屬潛在價值分析

根據煤矸石中稀貴金屬市場價格、元素含量分析結果，可計算得出煤矸石中具有提取價值稀貴金屬的潛在經濟價值，TZ1及TZ2煤矸石稀貴金屬潛在價值分析分別見表3、表4。可以看出，TZ1煤矸石樣品中稀貴金屬潛在經濟價值可達1948元/t，TZ2煤矸石樣品中稀貴金屬潛在經濟價值可達263元/t，這說明有效回收煤矸石樣品中的稀貴金屬具有較高的經濟價值。

2.2.2 金屬資源回收成本分析

煤矸石稀貴金屬回收需采用分選富集、浸出提取、浸出液分離提純等工藝，設計回收過程如下：前處理，即煤矸石需破碎、球磨等前處理過程；分選，即煤矸石采用重選、浮選等工藝，達到稀貴金屬富集的目的；浸出，即煤矸石稀貴金屬綜合回收所用的焙燒、酸浸、固液分離等；浸出液分離提純，即浸出液中稀貴金屬的分離提取所采用的萃取-反萃、反萃液沉淀、電解、置換等工藝。

結合上述回收過程，預計回收成本見表5，成本包括設備折舊、能耗、人工以及主要藥劑費用。煤矸石樣品經重選分離富集，最少降低物料處理量50%，即浸出回收物料為煤矸石物料的50%。經計算，工藝設備折舊、能耗、藥劑消耗、人工費用總計約885元/t。將稀貴金屬回收率按80%計算，則TZ1煤矸石稀貴金屬回收總價值Q=1948×80%≈1558元/t；TZ2煤矸石稀貴金屬回收總價值Q=2629×80%≈2103元/t。可知：TZ1煤矸石稀貴金屬回收毛利潤=1558-885=673元/t；TZ2煤矸石稀貴金屬回收毛利潤=2103-885=1218元/t。

表5 煤矸石稀貴金屬回收成本預計

3 結論

對桐梓地區(qū)煤矸石樣品進行稀貴金屬元素化驗分析，并根據化驗分析結果對煤矸石稀貴金屬回收進行經濟效益分析，實驗結果表明，桐梓地區(qū)煤矸石中含有豐富的稀貴金屬，并且具有較高的潛在價值，選取合適工藝進行稀貴金屬的聯(lián)合提取可獲得可觀經濟效益。對煤矸石中的稀貴金屬資源進行回收，可有效解決煤矸石綜合利用難的問題，減少其對土地資源的占用和環(huán)境污染，避免資源浪費及矸石山自燃所引起的風險，符合國家節(jié)能減排的大方向。

[1] Akcil A,Koldas S.Acid mine drainage (AMD): causes,treatment and case studies[J].Journal of Cleaner Production,2006,14(12):1139-1145．

[2] Concas A,Ardau C,Cristini A,et al.Mobility of heavy metals from tailings to stream waters in a mining activity contaminated site[J].Chemosphere,2006,63(2):244-253．

[3] 僮祥英，梁 杰．貴州畢節(jié)市煤矸石中微量元素的綜合利用潛力及其環(huán)境影響研究[J].安全與環(huán)境學報，2013，13(6)：148-152．

[4] 金會心，吳復忠，朱明燕，等．貴州六盤水煤矸石的礦物特性[J]．過程工程學報，2014，14(1)：151-156．

[5] 丁 偉，黃智龍，周家喜，等．貴州水城地區(qū)煤矸石中微量元素綜合利用評價[J]．礦物學報，2011，31(3)：502-508．

[6] 楊 旭，周家喜．貴州遵義地區(qū)煤矸石元素地球化學特征及其綜合利用信息[J]．礦物學報，2013，33(2)：189-193．

(本文文獻格式：李凌月，蘇靖程，薛方明.煤矸石稀貴金屬回收實驗研究[J].山東化工,2017,46(3):38-40.)

Experimental Study on Recovery of Rare and Precious Metals from Coal Gangue

LiLingyue,SuJingcheng,XueFangming

(China Huadian Science and Technology Institute,Beijing 100070,China)

Content analysis of rare and precious metals and economic analysis of recovery of rare and precious metals from coal gangue samples of Guizhou Tongzi region was conducted .The results showed that rare and precious metals is rich in coal gangue and have a higher potential value,select a suitable process for the joint extraction of rare and precious metals can obtain considerable economic benefits.

coal gangue; rare and precious metals; recovery

2016-12-26

李凌月(1988—)，男，山東德州人，工程師，博士學位，主要從事煤炭清潔利用研究。

TD94

A

1008-021X(2017)03-0038-03