淺析某廠貴金屬富集工藝

顧明杰

(金川集團股份有限公司， 甘肅 金昌 737100)

貴金屬富集工藝是指貴金屬從原礦到貴金屬精礦的生產(chǎn)工藝[1-3]。

國內某廠是我國主要的貴金屬產(chǎn)地之一，處理的原料為硫化鎳精礦，其中含有金銀以及鉑鈀等貴金屬，目前主要存在貴金屬富集工藝回收率低的問題，文中通過對國外技術以及富集工藝的分析，提出了解決此問題的思路。

1 國外貴金屬富集工藝現(xiàn)狀

對于硫化鎳火法冶煉企業(yè)來說，貴金屬富集工藝主要包括采礦、選礦、冶煉產(chǎn)出高冰鎳、高冰鎳處理并產(chǎn)出貴金屬精礦四個部分，其中前三部分各企業(yè)均相近，本節(jié)主要描述國外高冰鎳處理工藝的現(xiàn)狀。

南非英帕拉公司：高冰鎳破碎磨細后采用三段加壓酸浸進行處理，一段液凈化后氫還原產(chǎn)出鎳粉，二段液凈化后電積產(chǎn)出電銅，三段液和銅電積母液返一段加壓浸出，三段渣為品位約20%的貴金屬精礦。

南非呂斯騰堡公司：高冰鎳緩冷磨細后磁選出銅鎳合金以及非磁性硫化物，銅鎳合金采用常壓硫酸浸出處理，非磁性硫化物采用二段加壓硫酸浸出處理，一段液凈化后電積產(chǎn)出電鎳，二段液凈化后電積產(chǎn)出電銅，非磁性硫化物二段加壓渣和銅鎳合金常壓浸渣一并加壓浸出，得到品位約45%的貴金屬精礦。

加拿大鷹橋公司：高冰鎳用氯氣選擇性浸出銅鎳，使貴金屬富集在銅渣中，經(jīng)氧化焙燒、硫酸浸出、加壓硫酸浸出、熔煉、粒化、鹽酸浸出、選擇性氯化、四氯乙烯脫硫、焙燒、浸出等工序的處理，得到品位大于45%的貴金屬精礦。

加拿大INCO公司銅崖精煉廠：高冰鎳磨浮分離產(chǎn)出銅鎳合金，銅鎳合金采用氧氣頂吹→粒化→高壓羰化→加壓硫酸浸出的處理工藝，得到品位為30%～45%的貴金屬精礦。

2 國內某廠貴金屬富集工藝流程

圖1 貴金屬火法富集工藝流程圖

國內某廠貴金屬富集工藝中的采礦、選礦和冶煉產(chǎn)出高冰鎳部分的工藝流程與上述國外公司基本相同，但高冰鎳處理工藝不同，其主要流程為：高冰鎳磨浮分離→一次合金硫化→二次高冰鎳磨浮分離→二次合金，如圖1所示。

經(jīng)過火法冶煉產(chǎn)出的高冰鎳經(jīng)磨細浮選后產(chǎn)出鎳精礦、一次合金和銅精礦，貴金屬主要富集在鎳精礦和一次合金中。鎳精礦熔鑄成陽極板后經(jīng)電解凈化產(chǎn)出電鎳和陽極泥，陽極泥熱濾后產(chǎn)出熱濾渣；一次合金和熱濾渣以及焚燒渣(凈化段產(chǎn)出)經(jīng)合金硫化后二次高冰鎳，再經(jīng)磨細浮選后產(chǎn)出鎳精礦、二次合金和銅精礦，貴金屬主要富集在二次合金中；鎳精礦處理工藝同前述，富集了主要貴金屬的二次合金作為提取貴金屬的原料送貴金屬處理工序。

3 現(xiàn)存主要問題

3.1 貴金屬在主要工序的分布情況

根據(jù)各工序的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，貴金屬分散損失最嚴重的工序為高冰鎳磨浮和電解凈化。

3.1.1 高冰鎳磨浮工序貴金屬的分布情況

高冰鎳磨浮工序中，貴金屬的分布情況見表1。

表1 高硫磨浮鉑族金屬的分布

由表1可以看出，在高冰鎳磨浮工序中，絕大多數(shù)(97.6%)的貴金屬進入了一次鎳精礦和一次合金中。其中一次鎳精礦送往熔鑄和電解工序；一次合金送往合金硫化工序。

3.1.2 電解凈化工序貴金屬的分布情況

電解凈化工序中，貴金屬的分布情況見表2。

表2 電解凈化鉑族金屬的分布

由表2可以看出，在電解凈化工序中，絕大多數(shù)(93.3%)的貴金屬進入了陽極泥和氯浸銅渣中。陽極泥經(jīng)熱濾后產(chǎn)出熱濾渣，氯浸銅渣經(jīng)焚燒后產(chǎn)出焚燒渣，貴金屬也隨之進入到熱濾渣和焚燒渣中。

3.1.3 高冰鎳磨浮及電解凈化工序貴金屬的分布情況

高冰鎳磨浮及電解凈化工序中，貴金屬的分布情況見表3。

由表3可以看出，經(jīng)過高冰鎳磨浮和電解凈化工序后，絕大多數(shù)(94.3%)的貴金屬進入到了一次合金、陽極泥和氯浸銅渣中。

3.2 回收率分析

富集了絕大多數(shù)貴金屬的一次合金、熱濾渣(陽極泥熱濾產(chǎn)物)、焚燒渣(氯浸銅渣焚燒產(chǎn)物)混合后硫化并吹煉產(chǎn)出二次高冰鎳，再經(jīng)緩冷保溫、高硫磨浮處理產(chǎn)出二次合金，二次合金富集了主要的貴金屬，作為提取貴金屬的原料送貴金屬處理工序。

二次高冰鎳磨浮分離過程中二次合金貴金屬的富集率約為70%，二次鎳精礦中也富集了部分貴金屬，其經(jīng)電解凈化、合金硫化后最終又主要富集到二次合金中，理論循環(huán)計算可以得出二次高冰鎳處理工序貴金屬的富集率為92%。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計磨浮、熔鑄、電解凈化、合金硫化等工序貴金屬回收率約為92%，加之前續(xù)選礦、火法冶煉工藝以及后續(xù)貴金屬精煉的損失，全廠貴金屬總回收率達不到60%。

表3 高冰鎳磨浮及電解凈化工序貴金屬的分布

3.3 現(xiàn)存主要問題

該廠貴金屬富集工藝現(xiàn)存主要問題為回收率低和富集品位低。

該廠的主要產(chǎn)品為電鎳，貴金屬的富集是作為副產(chǎn)品進行的，根據(jù)上述工藝流程描述和分析可以看出，富集工藝流程冗長復雜，導致貴金屬沿線分散、內部循環(huán)嚴重，大大降低了貴金屬的回收率和直收率，全廠貴金屬總回收率達不到60%。

二次合金中貴金屬的品位為1%～1.5%，遠遠低于國外先進企業(yè)的水平，從而導致下游工序處理工藝復雜，貴金屬回收率低，生產(chǎn)成本高。

4 優(yōu)化思路

富集在一次合金和二次合金中的貴金屬穩(wěn)定，在各工序生產(chǎn)中不易損失，因此在不改變現(xiàn)有貴金屬富集工藝流程的情況下，優(yōu)化工作應圍繞提高一次合金和二次合金的產(chǎn)率及品位展開，與之相關的生產(chǎn)工序主要為高冰鎳的吹煉、緩冷保溫、和高冰鎳磨浮。

4.1 吹煉工序優(yōu)化思路

合金(一次合金、二次合金)產(chǎn)率直接取決于高冰鎳(一次高冰鎳、二次高冰鎳)中合金相的含量，而高冰鎳中合金相的含量取決于吹煉溫度和吹煉深度。

一次高冰鎳吹煉除鐵降硫的過程中，為了減少鎳、鈷等有價金屬的氧化，又保證鎳锍中含有一定量的(NiCuFeCo)n的合金，需盡量控制熔體的吹煉溫度。吹煉反應的溫度低于1 135 ℃時，鎳將先于硫氧化，吹煉過程會形成NiO而非鎳合金，導致渣含鎳升高，合金產(chǎn)率降低。隨著吹煉的進行，Ni3S2的活度逐漸降低，要求的吹煉溫度越來越高，锍中S為19%時，要求吹煉溫度不低于1 250 ℃。為了降低渣含鎳，提高合金產(chǎn)率，實際吹煉溫度一般高于理論溫度10～20 ℃，要求開吹溫度控制在1 150 ℃以上。

在吹煉深度方面，一次高鎳锍吹煉越深，合金產(chǎn)率越高，貴金屬在合金中的直收率也越高，但隨著吹煉深度的進行，合金中貴金屬的品位會降低，影響下游工序貴金屬的收率。實際生產(chǎn)證明當一次高鎳锍吹煉深度含鐵控制在2%～3.5%、含硫在20%～23.5%時，一次合金產(chǎn)率約為9%(粗粒合金6%，細粒合金3%)，貴金屬富集率高。

二次高鎳锍吹煉生產(chǎn)過程中，吹煉溫度及吹煉深度同樣至關重要(原因同一次高鎳锍的吹煉)，吹煉溫度控制在1 200 ℃以上，吹煉深度含鐵控制在1%～4%、含硫在19%～21%時，二次合金產(chǎn)率約為12%，貴金屬富集率和品位均為最佳。

4.2 緩冷保溫工序優(yōu)化思路

一次高鎳锍的緩冷保溫效果對于合金產(chǎn)率也會產(chǎn)生較大影響。一次高鎳锍的緩冷保溫過程是Cu2S、(NiCuFeCo)n、Ni3S2的結晶析出及長大過程，當溫度降至920 ℃時首先析出Cu2S，此時析出的Cu2S表現(xiàn)為枝晶狀；當溫度降至800 ℃時，(NiCuFeCo)n開始析出，此時析出的(NiCuFeCo)n易鑲嵌于枝晶狀的Cu2S內，不易解離；當溫度降至725 ℃時，β-Ni3S2開始析出，直至共晶溫度575 ℃全部析出。隨著溫度的進一步降低，Cu2S、(NiCuFeCo)n、Ni3S2開始分離并進一步長大。溫度降至390 ℃時，Cu2S晶體粒徑可達300～500 μm，(NiCuFeCo)n晶體顆粒為50～200 μm，而Ni3S2的粒徑相對較小，這也是高硫磨浮返砂中銅含量要高于一次高鎳锍銅含量的原因。緩冷保溫效果越好，合金粒徑也就越大，越易進入返砂中被提取，也更容易解離，含S越低；緩冷保溫效果不好，合金粒徑越小，不易解離，導致合金含硫較高，粗粒合金較少，細粒合金較多。目前該廠一次高鎳锍采用48 h緩冷保溫，72 h起模的緩冷工藝，效果較好。

4.3 高冰鎳磨浮工序優(yōu)化思路

在高冰鎳磨浮磁選過程中，可通過調整磁選機的磁偏角調整磁選強度控制一次合金的產(chǎn)率。為了確保磨浮過程貴金屬在一次合金的直收率，可在提取粗粒一次合金的同時，提取細粒一次合金：從一次高鎳锍緩冷保溫結晶析出的原理可以看出，從725 ℃β-Ni3S2析出開始一直到390 ℃擴散析出的一次合金，無論怎樣緩冷保溫，晶體粒徑都很難長大，因此在提取粗粒合金的同時，提取細粒合金，可大幅度提高貴金屬回收率。

5 結語

本文主要對國內某廠貴金屬富集工藝回收率低的原因進行了分析，并提出了現(xiàn)有工藝優(yōu)化的控制思路。研究表明：吹煉溫度及吹煉深度決定了合金相的產(chǎn)率；高鎳锍的緩冷保溫效果決定了合金的粒度，從而影響粗粒合金及細粒合金的比例及解離效果；通過調整磁選強度同時提取粗粒合金和細粒合金可大幅提高貴金屬回收率。