酸性含銅礦漿絮凝沉降試驗研究與實踐

郭曉亮 董文龍 呂超飛

摘要：某冶煉廠針對金精礦焙砂酸浸回收銅過程中酸性含銅礦漿沉降速度慢、固液分離困難等影響工藝指標的問題，開展了添加絮凝劑加快礦漿沉降小型試驗研究，并進行了工藝優化及實踐。結果表明：在礦漿濃度30 %，礦漿溫度60 ℃，600萬分子量陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑添加量20 g/t的最佳條件下，礦漿沉降速度達3.3 mm/min，沉降效果較好。工藝優化后，礦漿沉降速度明顯加快，陰極銅質量和產量明顯提高，質量達到1號標準銅要求，產量提高約10 %。

關鍵詞：酸性含銅礦漿;絮凝沉降;聚丙烯酰胺;沉降速度;酸浸;焙燒;電積

中圖分類號：TF811文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）06-0083-04doi：10.11792/hj20210616

自然界中的金常與銀、銅、鐵、硫、砷、銻等元素伴生，隨著自然資源日漸匱乏，充分利用資源實現多元素的綜合回收具有重大意義。某冶煉廠基于上述目的，對難處理金精礦進行多元素回收：在堿性條件下采用硫化鈉浸出—電積回收銻，脫銻后進行兩段焙燒脫硫脫砷，焙燒煙氣經旋風除塵和電除塵驟冷布袋收砷，脫砷煙氣凈化制酸，焙砂酸浸、萃取、電積回收銅，最后氰化浸出回收金、銀[1]。其中，在酸浸過程中礦漿難以自然沉降、易跑渾、固液分離困難等，影響工藝指標，限制生產能力。為了改善礦漿沉降效果，加速固液分離，通過工藝流程考查和查閱相關文獻資料及調研，采用添加絮凝劑的方式加快礦漿沉降[2]，并對絮凝劑的選型、用量、工藝條件等進行了試驗研究，確定了絮凝劑類型及最佳工藝條件，陰極銅質量和產量都有了明顯提高。

1 生產工藝及問題

某冶煉廠處理物料為難處理金精礦，工藝為硫化鈉浸出—電積回收銻、兩段焙燒脫硫脫砷、焙砂酸浸回收銅、氰化浸出回收金、銀，處理規模200 t/d。其中，金精礦焙砂酸浸過程中礦漿難以自然沉降、易跑渾、固液分離困難等，為此，進行了工藝流程考查，發現存在以下問題：

1）焙砂粒度小于30 μm占比為50 %以上（見表1），易造成濃密機跑渾。

2）濃密機排礦濃度（50 %）偏低，濃縮效果差，洗水添加量較低，為10 m3/h，酸浸尾液含銅（1 g/m3）過高，銅回收率偏低，且影響后續提金工藝。

3）濃密機上清液含固量偏高，約為10 g/L，酸浸液凈化板框拆卸周期短，濾布消耗量大，生產成本高，操作人員勞動強度大。

4）凈化后的酸浸液量小，萃取量約為30 m3/h，達不到設計生產能力的50 m3/h。

5）高酸富銅液含銅僅30 g/L，陰極銅質量分數僅為98 %，且外觀不平整，毛刺多，嚴重影響陰極銅的銷售。

2 試驗部分

2.1 原 料

試驗原料焙砂主要成分分析結果見表2。

由表2可知，焙砂中主要元素為金、銀、銅、鐵和鉛。物料經過600 ℃左右高溫焙燒后，金依然是單質金形態，銀主要形態是單質銀、氧化銀、硫酸銀和硫化銀[3]，銅的存在形態主要有氧化銅、硫酸銅和硫化銅，鐵的存在形態主要有氧化鐵、硫酸鐵、四氧化三鐵和硫化亞鐵[4]，鉛的存在形態主要是硫酸鉛。

2.2 絮凝劑種類

絮凝劑按照化學成分不同，可分為無機絮凝劑、有機絮凝劑、微生物絮凝劑和混合型絮凝劑，黃金冶煉行業常用的絮凝劑是有機高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），其溶于水，不溶于有機溶劑，無毒，無腐蝕性，性質穩定。PAM分為陰離子型、陽離子型、兩性型和非離子型4種[5]。本次試驗所用絮凝劑種類和性質見表3。

2.3 試驗原理

絮凝劑一般是由帶正電荷或負電荷的集團組成，加入礦漿中與帶有相反電荷的細微礦物顆粒互相吸引，聚合形成粒子團;高分子絮凝劑的活性部位也可以在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，在細微礦物顆粒之間起到“橋梁”作用，使細微礦物顆粒吸附橋連形成絮凝粒子團，粒子團具有較大重力，可以加快礦漿沉降[6]。

2.4 試驗方法

試驗采用直接觀測沉降界面法[7]進行礦漿沉降試驗，取容量為1 L的透明玻璃量筒，清洗干凈，在量筒外壁粘貼寬度為2 cm左右、長度與量筒高度相當的坐標紙。

將焙砂置于燒杯內，加入適量稀硫酸和水調至適宜濃度，攪拌反應30 min，加入配置好的質量分數為0.1 %的絮凝劑溶液，充分攪拌均勻后，倒入量筒內開始沉降試驗，記錄不同沉降時間點的固體物料沉降高度。沉降開始時，量筒內礦漿處于均勻狀態，物料的沉降速度較快，到中后期，沉降區的濃度逐漸增大，干涉沉降嚴重，物料的沉降速度變慢。以沉降時間為x坐標、沉降高度為y坐標，把記錄的數據繪制成沉降曲線圖，通過沉降曲線圖計算出沉降速度，計算公式如下：

v=（h0-hK）/t（1）

式中：v為沉降速度（mm/min）;h0為礦漿初始高度（mm）;hK為礦漿臨界壓縮點的高度（mm）;t為由開始沉降到臨界壓縮點的時間（min）。

3 結果與討論

3.1 絮凝劑種類

固定絮凝劑添加量20 g/t，礦漿溫度30 ℃，礦漿濃度30 %，分別采用PAM-3、PAM-4、PAM-5絮凝劑進行礦漿沉降試驗，結果見圖1。

從圖1可以看出：使用PAM-3陽離子型絮凝劑時礦漿沉降速度最快，沉降效果最好;PAM-4非離子型絮凝劑次之;PAM-5陰離子型絮凝劑沉降速度最慢，沉降效果最差。這是由于礦漿的酸堿度會影響礦漿中細小顆粒的表面電位，同種顆粒在不同酸堿度條件下所帶電荷可能不同，每種絮凝劑都有其適宜的酸堿度范圍，超出適用范圍會影響絮凝效果，該礦漿為酸性礦漿，陽離子型絮凝劑適用于在酸性環境中使用。

3.2 絮凝劑分子量

固定絮凝劑添加量20 g/t，礦漿溫度30 ℃，礦漿濃度30 %，分別采用PAM-1、PAM-2、PAM-3絮凝劑進行礦漿沉降試驗，結果見圖2。

從圖2可以看出：同類型的陽離子型絮凝劑，礦漿沉降速度為PAM-2>PAM-3>PAM-1，隨著分子量的增大，沉降速度先加快后減慢。這是由于絮凝劑分子量的大小主要影響礦漿絮團的大小，分子量越高，絮團越大，沉降速度越快;但絮凝劑分子量過大，由于空間位阻而不利于絮團凝結;分子量過小則不利于橋連，會導致反應慢、反應時間長、脫水濾餅水分大等負面影響[8]。故選取最合適的600萬分子量絮凝劑PAM-2。

3.3 絮凝劑添加量

在礦漿溫度30 ℃，礦漿濃度30 %，PAM-2絮凝劑添加量分別為10 g/t、20 g/t、30 g/t的條件下，進行礦漿沉降試驗，結果見圖3。

從圖3可以看出：隨著PAM-2添加量的增加，礦漿沉降速度加快，沉降效果更好。PAM-2添加量從10 g/t 增加到20 g/t，礦漿沉降速度明顯加快;PAM-2添加量從20 g/t 增加到30 g/t，礦漿沉降速度雖有所加快，但差距不太明顯。因此，PAM-2添加量為20 g/t即可滿足生產要求，且絮凝劑添加量太高可能出現“膠體保護”現象[9]，導致礦漿壓濾困難。此外，綜合考慮藥劑成本因素，最佳絮凝劑添加量為20 g/t。

3.4 礦漿濃度

在絮凝劑PAM-2添加量20 g/t，礦漿溫度30 ℃，礦漿濃度分別為20 %、25 %、30 %、35 %的條件下，進行礦漿沉降試驗，結果見圖4。

從圖4可以看出：隨著礦漿濃度的增加，礦漿沉降速度降低。礦漿濃度從20 %增加至30 %，沉降速度降低較慢;礦漿濃度從30 %增加至35 %，沉降速度明顯降低。這是因為礦漿濃度越高，單位體積礦漿中的固體顆粒越多，干涉沉降影響越大。在低礦漿濃度條件下，礦物顆粒在沉降過程中相互碰撞的幾率較小，沉降速度快;當礦漿濃度增大時，顆粒之間的相互碰撞、摩擦及流體阻力增大，沉降速度降低[10]。雖然礦漿濃度越低沉降速度越快，但處理等量的焙砂需要更大容量的浸出槽和濃密機才能滿足生產需求，結合生產實際，選取適宜的礦漿濃度為30 %。

3.5 礦漿溫度

在絮凝劑PAM-2添加量20 g/t，礦漿濃度30 %，礦漿溫度分別為20 ℃、40 ℃、60 ℃和80 ℃的條件下，進行礦漿沉降試驗，結果見圖5。

從圖5可以看出：礦漿溫度在20 ℃～60 ℃時，對礦漿沉降速度的影響較大;礦漿溫度越高，沉降速度越快，升高溫度對礦漿沉降有促進作用;當礦漿溫度達到60 ℃后，升高溫度對礦漿沉降速度影響較小。這是因為隨著礦漿溫度的升高，絮凝劑的黏度降低，加快了絮凝劑在礦漿中的分散速度，礦漿顆粒與絮凝劑之間相互接觸的幾率增大，增加了顆粒絮凝團聚的機會，從而加速了礦漿的沉降速度;但礦漿溫度過高時，礦漿顆粒之間的碰撞活動顯著增加，不利于顆粒的絮凝和沉降，且絮凝劑在高溫條件下存在降解現象[11]。故最佳礦漿溫度為60 ℃。

4 工藝優化與實踐

通過上述試驗數據計算得出，礦漿沉降速度在最佳工藝條件下達到3.3 mm/min，沉降速度明顯加快，為此該冶煉廠進行了焙砂酸浸、礦漿濃縮工藝流程優化，主要有以下幾方面：

1）焙砂酸浸控制礦漿濃度為30 %左右。

2）將600萬分子量陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑PAM-2配制成0.1 %的溶液，添加至電積銅濃密機，添加量為20 g/t。

3）控制礦漿溫度60 ℃左右，冬季氣溫低，可利用兩段焙燒爐余熱加熱濃密機礦漿。

工藝優化后，該冶煉廠酸浸濃密機底流排礦濃度提高了10百分點，達到60 %，提高了濃縮效果;銅洗滌水量提高至20 m3/h，酸浸尾液含銅0.2 g/m3，有效降低了浸銅渣帶出水中含銅量，提高了銅回收率;濃密機溢流上清液含固量降至2 g/L，酸浸液凈化板框拆卸周期變長，節約生產成本的同時降低了操作人員勞動強度;后續萃取—電積操作運行平穩，富銅液含銅提高至45 g/L，雜質元素含量明顯改善，產品陰極銅達到1號標準銅（99.95 %）要求，表面光滑無毛刺;萃取量提高至50 m3/h，銅產量提高約10 %。

5 結 論

1）某冶煉廠金精礦焙燒后，焙砂粒度過細，30 μm以下占50 %以上，且在酸浸、電積生產中未添加絮凝劑，加之冬季礦漿溫度過低等，導致酸性含銅礦漿沉降速度慢、固液分離困難等。

2）在小型試驗基礎上，獲得了陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑使用的最佳工藝條件：礦漿濃度30 %，礦漿溫度60 ℃，絮凝劑添加量20 g/t。此時，礦漿沉降速度為3.3 mm/min，可滿足日常生產要求。

3）按照最佳工藝條件將600萬分子量陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑應用于生產，加快了礦漿沉降速度，顯著提高了陰極銅品質和產量，且節約了生產成本，降低了操作人員勞動強度。

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Research and practice on flocculating sedimentation of acidic copper-containing? ore pulp

Guo Xiaoliang1，Dong Wenlong1，Lü Chaofei2

（1.Tongguan Zhongjin Smelting Co.，Ltd.;2.SDIC Jincheng Metallurgy Co.，Ltd.）

Abstract：It influences the process index that acidic copper-containing ore pulp sediments slow and solid and liquid are difficult to separate during the copper recovery process from gold concentrate roasting residue by acid leach-ing in a smelter，the small-scale experimental research is carried out by adding flocculants to accelerate ore pulp sedimentation，and the process optimization as well as practice is conducted.The results showed that with the optimal conditions that ore pulp concentration is 30 %，ore pulp temperature 60 ℃，and 6 million molecular weight cationic polyacrylamide flocculant dosage 20 g/t，the sedimentation velocity can be up to 3.3 mm/min，indicating good sedimentation effect.After the process optimization，the sedimentation velocity of ore pulp is evidently faster，cationic copper mass and yield are evidently increased.The mass reaches the requirement of No.1 standard copper and the yield is improved by about 10 %.

Keywords：acidic copper-containing ore pulp;flocculating sedimentation;polyacrylamide;sedimentation velocity;acid leaching;roasting;electrodeposition

收稿日期：2021-01-14; 修回日期：2021-04-12

作者簡介：郭曉亮（1986—），男，河南孟津人，工程師，從事貴金屬選冶和精煉研究工作;陜西省渭南市潼關縣上屯村，潼關中金冶煉有限責任公司，714399;E-mail：guoxiaoliang1985@126.com