氰化尾渣堿法水熱浸出脫石英試驗

何超然 丁 沖 王曉輝 李 昭 鄭泉福

(1.江西銅業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330096；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100083；3.中國科學(xué)院綠色過程與工程重點實驗室，北京 100190)

國內(nèi)大多數(shù)黃金生產(chǎn)企業(yè)都采用氰化工藝從浮選金精礦中提金，每年排放氰化尾渣超過2 000萬t[1]。氰化尾渣含有的劇毒化合物滯留期長、危害性強，簡單的堆存或填埋既占用大量的土地，還會帶來嚴重的環(huán)境污染[2]。

堿法水熱處理氰化尾渣，可有效打開石英等硅酸鹽礦物的包裹[3-4]，同時還可以脫除方鉛礦、毒砂等有害化合物，為從尾渣中再回收金銀等有價金屬創(chuàng)造條件。試驗對堿法脫石英的工藝技術(shù)條件進行了研究。

1 試驗礦樣、藥劑及裝置

1.1 試 樣

氰化尾渣試驗樣取自湖南某黃金冶煉廠，為2段焙燒——氰化浸出工藝產(chǎn)物，金含量達5 g/t以上，具有較高的再回收價值。金含量較高主要是金精礦在2段焙燒(600～850 ℃)過程中，石英及主要含金礦相(黃鐵礦、砷黃鐵礦等)發(fā)生了復(fù)雜的反應(yīng)，對主要含金礦相形成了包裹。石英包裹會阻礙含金礦相在焙燒過程中的分解，使其中的金無法充分裸露出來，從而阻礙金與氰化藥劑的接觸，影響氰化反應(yīng)的發(fā)生[5-6]。試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 氰化尾渣的組成

從表1可見，試樣中的主要化學(xué)成分為Fe2O3、SiO2，含量分別為54.65 %和27.79%，其次為Al2O3、SO3、CaO、As2O3、MgO、PbO等。

為進一步了解試樣的礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)，進行了XRD、SEM分析，結(jié)果分別見圖1，圖2。

圖1 試樣的XRD圖譜

圖2 試樣的SEM圖片

由圖1可知，氰化尾渣中主要物相為赤鐵礦和石英，其他元素所對應(yīng)的礦物因含量相對低，衍射峰被掩蓋。

由圖2(a)可知，試樣的主要組成礦物為赤鐵礦、石英、白云母。赤鐵礦疏松多孔，石英光滑質(zhì)密，白云母呈典型層片狀結(jié)構(gòu)。由于白云母的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在XRD檢測中，其衍射圖像容易被衍射峰單一且含量多的礦物組分掩蓋[7]。圖2(a)中未見單體金和暴露在顆粒表面的金粒，這說明經(jīng)過氰化浸出，單體金和裸露金被徹底氰化浸出了。由圖2(b)可以看到，石英包裹了黃鐵礦和赤鐵礦。黃鐵礦在焙燒后轉(zhuǎn)化為赤鐵礦，焙燒后晶體疏松多孔，比表面積顯著增加，有利于黃金氰化浸出。而被石英包裹的黃鐵礦則不能與氰化藥劑接觸，發(fā)生反應(yīng)。把圖2(b)中被包裹的黃鐵礦繼續(xù)放大至8 000倍(見圖2(c))，可清晰看到小金粒分散在黃鐵礦內(nèi)部，其粒度小于0.2 μm。亞顯微級(<0.2 μm)的金與黃鐵礦共伴生，是典型的卡林型金礦特征[8]。若要實現(xiàn)氰化尾渣中金的回收，則必須消除石英相，打破其對含金物相的包裹。

白云母(KAl2(AlSi3O10)(OH)2)性質(zhì)穩(wěn)定，不參與焙燒或浸出反應(yīng)，不會包裹黃金，也不消耗氰化藥劑。其在試樣中的物相含量不能精確測定，白云母含有元素硅，導(dǎo)致石英物相含量不能精確測定。ICP可以精確測定元素含量，所以以硅元素的浸出率作為脫石英的標準。

1.2 試驗藥劑

氫氧化鈉(分析純，西隴化工股份有限公司，純度≥96.0)，高純水(電阻率高于18.2 MΩ·cm，美國Millipore公司Milli-Q型純水機自制)，鈣、鎂、鋁、鐵、鉛、砷(濃度均為1 000 μg/mL)和硅標準溶液(濃度為500 μg/mL)由鋼鐵研究總院提供。

1.3 試驗裝置

CJF型高壓釜(釜腔為鎳筒，容積1 L)為堿法水熱浸出反應(yīng)裝置。該高壓釜由反應(yīng)容器、磁力驅(qū)動攪拌器、電加熱爐、安全爆破片、針形閥、控制箱等部件組成。

2 試驗原理及方法

2.1 試驗原理

在氫氧化鈉水熱浸出過程中，氰化尾渣中的石英可被分解為硅酸鈉，從而打破其對含金礦相的包裹；氰化尾渣中的方鉛礦、毒砂等在氰化反應(yīng)中會消耗大量的氧和氰化藥劑，在水熱浸出過程也會被除去[9]，這對氰化尾渣中金的再回收非常有利。

2.2 堿法水熱浸出

將配制好的一定濃度的氫氧化鈉溶液加入高壓釜中，在加入一定質(zhì)量的試樣，充分攪拌混勻后密封高壓釜，開啟攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在一定溫度下反應(yīng)一定時間后通冷卻水迅速降溫，待溫度低于90 ℃后打開出氣閥，卸掉釜內(nèi)剩余壓力，停止攪拌，取出樣品后過濾，測定反應(yīng)后固相和液相中的Si含量，并計算Si浸出率。

2.3 氰化浸出金

取200 g水熱浸出渣至燒杯中，加入500 mL質(zhì)量濃度為0.025%的氰化鈉溶液，在攪拌轉(zhuǎn)速為500 r/min情況下常溫反應(yīng)24 h，對樣品進行洗滌、過濾、化驗，并計算金浸出率。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 硅浸出條件試驗

3.1.1 浸出溫度對硅浸出率的影響

在氫氧化鈉濃度為15%，體積質(zhì)量比為2 L/kg，攪拌速度為300 r/min，浸出時間為4 h情況下考察反應(yīng)溫度對硅浸出率的影響，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 浸出溫度對硅浸出率的影響

從圖3可見，浸出溫度低于160 ℃時，硅的浸出效果較差；反應(yīng)溫度從140 ℃提高至160 ℃，硅浸出率顯著提高；繼續(xù)提高浸出溫度，硅浸出率上升不再明顯。因此，后續(xù)試驗的浸出溫度為160 ℃。

3.1.2 浸出時間對硅浸出率的影響

在氫氧化鈉濃度為15%，體積質(zhì)量比為2 L/kg，攪拌速度為300 r/min，浸出溫度為160 ℃情況下考察浸出時間對硅浸出率的影響，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 浸出時間對硅浸出率的影響

從圖4可見，浸出時間從1 h增至2 h，硅的浸出率快速上升；浸出時間從2 h增至3 h，硅的浸出率上升緩慢；繼續(xù)延長浸出時間，硅浸出率維持在高位。綜合考慮，確定浸出時間為3 h。

3.1.3 體積質(zhì)量比對硅浸出率的影響

在氫氧化鈉濃度為15%，浸出溫度為160 ℃，攪拌速度為300 r/min，浸出時間為3 h情況下考察浸出反應(yīng)的體積質(zhì)量比對硅浸出率的影響，試驗結(jié)果見圖5。

圖5 體積質(zhì)量比對硅浸出率的影響

從圖5可見，體積質(zhì)量比從1 L/kg提高至2 L/kg，硅浸出率顯著上升；繼續(xù)提高體積質(zhì)量比，硅浸出率微幅上升。因此，確定體積質(zhì)量比為2 L/kg。

3.1.4 攪拌速度對硅浸出率的影響

加強攪拌可以有效降低液相邊界層的厚度，合適的攪拌速率是降低外擴散阻力的有效手段。當攪拌速率不大時，隨著攪拌速度的增大，擴散層厚度降低，反應(yīng)加快；當攪拌速率增大到一定程度后，外擴散速度很快，其不再是反應(yīng)速度的控制因素，故進一步加強攪拌對反應(yīng)速率的影響不大。在氫氧化鈉濃度為15%，體積質(zhì)量比為2 L/kg，浸出溫度為160 ℃，浸出時間為3 h情況下考察攪拌速度對硅浸出率的影響，試驗結(jié)果見圖6。

圖6 攪拌轉(zhuǎn)速對硅浸出率的影響

從圖6可見，隨著攪拌速度的提高，硅浸出率呈先快后慢的上升趨勢。綜合考慮，確定攪拌速度為400 r/min。

3.1.5 氫氧化鈉濃度對硅浸出率的影響

在體積質(zhì)量比為2 L/kg，浸出溫度為160 ℃，攪拌速度為400 r/min，浸出時間為3 h情況下考察氫氧化鈉濃度對硅浸出率的影響，試驗結(jié)果見圖7。

圖7 氫氧化鈉濃度對硅浸出率的影響

從圖7可見，氫氧化鈉濃度對硅浸出率的影響較大，隨著氫氧化鈉濃度的提高，硅浸出率呈先快后慢的上升趨勢。綜合考慮，確定氫氧化鈉的濃度為25%，對應(yīng)的硅浸出率為57.6%。

3.2 氰化尾渣浸硅前后的XRD分析

試驗確定條件下氰化尾渣浸硅前后的XRD圖譜見圖8。

圖8 氰化尾渣浸硅前后的XRD圖譜

由圖8可以看出，氰化尾渣浸硅后難以見到石英的物相，表明石英脫除較充分。

3.3 氰化尾渣浸硅前后的浸金試驗

按2.3節(jié)的浸金條件進行浸金試驗，未浸硅前金的氰化浸出率為4.7%，浸硅后的金浸出率為38.4%，這表明通過堿法水熱浸出脫石英，打開了石英對含金物相的包裹，為后續(xù)浸金創(chuàng)造了條件。

4 結(jié) 論

(1)氰化尾渣中主要組分為赤鐵礦、石英、白云母。石英對含金物相存在顯著的包裹現(xiàn)象。

(2)單因素條件試驗確定的堿法水熱浸出脫石英工藝條件為：氫氧化鈉的濃度為25%，體積質(zhì)量比為2 L/kg，浸出溫度為160 ℃，攪拌速度為400 r/min，浸出時間為3 h，對應(yīng)的脫石英率為57.6 %。經(jīng)過該條件脫石英后，金的浸出率由4.7%提高到38.4%，證實石英對含金物相的包裹是影響金氰化浸出的重要原因之一。

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