炭漿廠碎炭綜合回收試驗研究及應用*

尚朝表，和少龍，喬天強

（鶴慶北衙礦業有限公司，云南 大理 671507）

目前，80%以上的黃金生產礦山選礦工藝均采用氰化提金法[1]。多年來，各國對活性炭的應用均有成熟的研究，使其成為貴金屬吸附回收的較好選擇[2]。全泥氰化炭漿工藝流程中產生碎炭的方式有三種：①氰化浸出流程安全篩上回收的碎炭；②解吸電解過程篩分產出的碎炭；③活性炭到達使用年限后更換下來的碎炭（報廢炭）。前兩種碎炭由于顆粒小，且含有重砂、木屑等雜質，難以用解吸電解的方法對有價金屬進行高效回收；第三種炭屬于報廢炭，因炭表面結垢及孔隙堵塞嚴重，使用解吸電解的方法有價金屬回收率也不高[3]。這三種碎炭平均金品位為（100～200） g/t，銀品位為 （600～2 000） g/t、銅品位為 （15 000～40 000）g/t，且均含有氰化物，長時間堆存存在很大安全環保風險。大部分炭漿廠由于碎炭量較少，對碎炭直接銷售處理。目前，對該類碎炭綜合回收相關工藝技術研究較少[4]，缺少成熟的規模化生產工藝，造成資源回收利用率低，故從炭漿廠碎炭中回收金、銀和銅等有價金屬具有十分重要和深遠的意義。

為綜合回收利用碎炭中金、銀和銅等有價金屬及減輕長期堆存造成的安全環保風險，本研究基于炭漿廠碎炭性質，進行了碎炭中金、銀和銅綜合回收利用的試驗研究，為同類炭漿廠回收金、銀和銅提供參考和借鑒。

1 碎炭性質

某廠碎炭化學成分分析結果見表1。Au品位為 （120.10～290.20） g/t，Ag 品位為 （652.30～1718.60） g/t，銅品位為 （19 420～35 401） g/t，金、銀和銅為主要有價元素，不同生產流程因工藝條件的差異，碎炭中的金銀品位偏差較大。碎炭中除金、銀和銅高價值金屬外還含有鐵、鈣及肉眼可見的沉砂，這些雜質不利于金、銀和銅高價值金屬的回收。

表1 碎炭化學成分分析結果Tab.1 Chemical component analysis results of crushed charcoal

2 碎炭回收金銀小型試驗研究

2.1 試驗流程及試驗裝置

根據碎炭性質，開展碎炭的高溫靜態焚燒灰化試驗研究，接著對灰分分別開展“氰化浸出試驗”“銅捕集熔煉”兩種不同工藝的對比小型試驗研究。試驗流程圖見圖1。

圖1 碎炭回收金銀試驗流程Fig.1 Experiment flow for gold and silver recovery from crushed charcoal

灰化試驗裝置采用自制的電加熱灰化爐、2 L攪拌浸出桶、馬弗爐。

2.2 碎炭高溫焚燒灰化試驗研究與結論

影響碎炭燃燒的主要因素為氧含量和焚燒溫度，起始燃燒階段靠灰化爐電爐絲溫度進行引燃，直到碎炭肉眼觀察無火星時視為燃燒終點[5]。試驗條件：試驗總用時30 h，燃燒溫度為（600～800） ℃。

由表2可知，碎炭灰化燒失率68.81%，灰分含炭低至0.24%，灰分的品位為：金314.2 g/t、銀2 595.6 g/t、銅 117 906 g/t、 鐵 103 230 g/t、鈣188 641 g/t。灰化效果明顯，金、銀和銅品位得到有效的富集提升。需要說明的是試驗過程中發現不同物料、炭含量的差異，灰化耗時均存在較大差異。

表2 碎炭高溫焚燒灰化試驗結果Tab.2 High temperature incineration ash experiment results of crushed charcoal

2.3 灰分氰化浸出試驗研究與結論

氰化提金法具有工藝成熟、成本低廉、回收率高、對礦石適應性強等特點[6]，使用氰化鈉對灰分進行氰化浸出試驗，試驗條件：灰分500 g、水1 L、pH值為11.5、充氣攪拌浸出40 h。

由圖2可知，氰化鈉用量20 kg/t時，獲得較高的金、銀和銅浸出指標，金浸出率54.60%，銀浸出率61.10%，銅浸出率為56.45%；繼續增加氰化鈉用量，金、銀浸出指標未得到明顯提升，銅浸出率變化不大。浸渣金、銀和銅品位偏高，主要原因是碎炭在高溫灰化過程中，隨著碎炭不斷灰化，灰分數量逐漸增多，灰分覆蓋了剩余的少量碎炭，造成灰化不徹底，剩余少量炭末在灰分浸出過程中發生吸附反應，造成尾渣跑高。

圖2 灰分氰化試驗結果Fig.2 Results of ash cyanidation experiment

2.4 灰分銅捕集熔煉試驗研究與結論

銅對金銀有較好的捕集能力，高溫熔融狀態下銅與金銀生成金銀銅合金，同時灰分中剩余的炭可作為熔煉還原劑，故采用銅作為金銀捕集劑進行高溫還原熔煉試驗[7]。使用不同數量的捕集劑對灰分進行高溫還原熔煉試驗，試驗條件：灰分50 g、造渣劑1∶1（碳酸鈉+硼砂+石英+面粉）、冶煉溫度1 250℃。

由圖3可知，使用銅捕集劑有利于提高金、銀和銅冶煉回收率，捕集劑的量提高至60 g時，可獲得較高的金、銀和銅冶煉回收率，分別為金98.35%、銀97.11%、銅97.58%。綜合考慮，實際生產中應重點關注灰分半產品中的銅含量。

圖3 灰分銅捕集熔煉試驗結果Fig.3 Experiment results of ash copper capture smelting

2.5 灰分半工業火法熔煉試驗研究與結論

由于灰化產生的灰分含銅、鐵、硫含量較高，故對灰分開展造硫熔煉、冰銅吹煉回收金銀試驗，造锍捕金工藝具有處理規模大，生產成本低、物料適應性強等優點[8]。造硫熔煉設備為250 kW中頻爐，吹煉設備為160 kW中頻爐。試驗條件：灰分50 kg、硼砂 13 kg、碳酸鈉 7 kg、玻璃 3 kg，溫度1 200℃，冰銅吹煉試驗條件：適量造渣劑、冰銅12.9 kg，溫度1 200℃，吹風機鼓風，試驗結果見表3。

表3 灰分火法熔煉試驗結果Tab.3 Experiment results of ash smelting process g/t

由表3可知，灰分造硫熔煉金、銀和銅回收率較高，金、銀和銅能夠有效富集至冰銅中，渣計回收率為Au 94.48%、Ag 63.74%、Cu 94.31%。試驗表明，冶煉渣流動較好，爐渣和銅硫在坩堝內自然冷卻凈置時能夠很好分離，銅硫層處于爐渣層的下部，冷卻后的冰銅質脆，造硫熔煉對石墨坩堝侵蝕較大；冰銅吹煉試驗后得到14.9 g的粗銅合金，因中頻爐不能實現鼓風吹煉，吹煉試驗時采用小型吹風機進行吹風，由于小風機鼓風氧濃偏低（冰銅吹煉熔池噴槍氧濃控制要求在50%～60%），導致吹煉過程的大部分金屬液相仍以白冰銅形式存在，未能實現有效氧化。故針對硫、鐵、銅含量高的灰分，最佳工藝路線為“造硫捕金—冰銅吹煉—粗銅精煉—銅電解—金銀回收”。

3 碎炭高溫焚燒灰化工業化應用

某廠于2020年12月完成含金物料灰化爐的安裝調試工作，2021年1月開始投入正常生產，生產期間各項指標見表4。

表4 碎炭工業化高溫灰化結果Tab.4 Industrial high temperature ash results of crushed charcoal

由表4可知，工業化生產情況下，碎炭高溫灰化燒失率達65.94%，金品位從108.91 g/t提升至303.92 g/t，金富集比為2.79，銀品位從567.15 g/t提升至1 604.66 g/t，銀富集比為2.83，銅品位從21 690.91 g/t提升至59 223.45 g/t，銅富集比為2.73。物料所含氰化物在高溫燃燒處理后，氰化物得到有效分解，經屬性鑒定，碎炭灰化產生的灰分為固體廢棄物，不再屬于危險廢棄物，灰化過程產生的廢氣經多級凈化處理后達標排放。通過將近年來積存的碎炭進行灰化、冶煉，預計每年可綜合回收金100 kg、銀1 200 kg。

4 結語

1）全泥氰化炭漿工藝流程產生的碎炭，金、銀和銅為主要有價元素，其次為鐵、鈣、沉砂等難以回收的雜質，不同生產流程因工藝條件的差異，碎炭中的金銀品位偏差較大；

2）生產實踐表明，采用高溫靜態灰化的方式處理炭漿廠碎炭，能將毒性為危廢的碎炭轉化為毒性為一般固體廢物的灰分；碎炭灰化溫度控制在 （600～800） ℃，時間 （30～50） h，不同碎炭，由于炭含量的差異灰化時間不盡相同；碎炭燒失率65%～75%，灰分金銀富集比較高，生產實踐金品位從108.91 g/t提升至303.92 g/t，金富集比為2.79，銀品位從 567.15 g/t提升至 1 604.66 g/t，銀富集比為2.83，銅品位從21 690.91 g/t提升至59 223.45 g/t，銅富集比為2.73；

3）灰分直接采用氰化法回收效果不佳，在灰分氰化鈉用量20 kg/t、浸出時間40 h的條件下，金最高浸出率為54.60%、銀最高浸出率為61.10%、銅最高浸出率為56.45%，金銀浸出率偏低的主要原因是碎炭很難被徹底灰化，灰分中含有少量活性炭顆粒；

4）灰分半工業火法熔煉試驗表明：灰分造硫熔煉金、銀和銅回收率較高，金、銀和銅能夠有效富集至冰銅中，渣計回收率為金94.48%、銀63.74%、銅94.31%，含銅、鐵、硫高的灰分最佳工藝路線為“造硫捕金-冰銅吹煉-粗銅精煉-銅電解-金銀回收”；

5）通過將近年來積存的碎炭進行灰化、冶煉，預計每年可綜合回收金100 kg、銀1 200 kg、銅11 000 kg。