低品位含金硫酸渣氯化焙燒-浸出工藝研究①

謝 蕾，宋文強，邢張溪，陳官華，劉明霞，余 洪

（武漢工程大學 資源與安全工程學院，湖北 武漢 430073）

高溫焙燒黃鐵礦制取硫酸后所產生的含鐵廢渣被稱為硫酸渣，其中除含鐵40%～60%外，還可能含有金、銀等稀貴金屬，回收其中的稀貴金屬既能實現二次資源的充分利用，又能減少對環境的影響［1-4］。

硫酸渣中金多以包裹金形式存在，如直接浸出，浸出劑無法有效地接觸到被包裹的金，金浸出效果不佳［5］。目前，多采用微生物預處理、焙燒預處理、微波預處理與加壓氧化等方法改變含金硫酸渣的結構和化學性質，從而提高金浸出效率［6］。其中，在焙燒過程中添加氯化劑可分解生成氯氣，它可與各種金屬反應生成易溶的金屬氯化物，且生成的鹽類物質能使礦石結構發生改變，促進浸出劑與各種金屬更好地接觸，從而提高浸出率［7-10］。本文針對低品位含金硫酸渣，探究了直接浸出金以及氯化焙燒-浸出金的工藝參數。

1 原料性質及試驗方法

1.1 原料性質

試驗原料含金硫酸渣取自青海省西部礦業，樣品主要化學元素分析結果如表1所示。

表1 硫酸渣主要化學元素分析結果（質量分數） %

由表1可知，該硫酸渣中主要元素為鐵，含有硫、氧化鈣、二氧化硅、氧化鎂等雜質，其中金含量為0.815 g／t，具有回收價值。

采用XRD對硫酸渣礦物組成進行分析，結果見圖1。由圖1可知，硫酸渣中含有赤鐵礦、磁鐵礦、石英和石膏等礦物，其中赤鐵礦為該硫酸渣中的主要礦物。

圖1 硫酸渣原礦XRD圖譜

硫酸渣粒度組成分析結果如表2所示。由表2可知，硫酸渣-0.074 mm粒級占70.06%，-0.035 mm粒級占35.35%，粒度較細，無需磨礦就可直接浸出。

表2 硫酸渣粒度組成分析結果

1.2 試驗方法

稱取50 g硫酸渣，按計量加入浸金劑（上海Sandioss，主要成分為氧化鈉、碳化鐵、硫、銨根），攪拌浸出一定時間后，抽濾烘干，采用原子吸收分光光度法測定浸渣中金品位，計算浸出率。氯化焙燒采用硫酸渣與NaCl按一定質量比混合后焙燒，將焙燒渣在直接浸出確定的優化條件下浸出。金浸出率計算方法為：

式中η為金浸出率，%；m1為浸出前樣品質量，g；m2為浸出渣質量，g；β為浸出前樣品中金品位，g／t；α為浸出渣中金品位，g／t。

1.3 試驗原理

氯化焙燒過程中，氯化劑首先與SiO2反應生成活性極強的Cl2和HCl氣體（式（2）～（3）），然后與金屬發生反應，生成易溶解的金屬氯化物（式（4）～（5））。焙燒過程產生的Cl2以及生成的鈉鹽能夠使焙燒礦變得疏松多孔，使包裹金暴露出來，提高浸出效果。金在低溫和高溫下的氯化反應分別如式（6）和式（7）所示［11-12］。

2 試驗結果與討論

2.1 直接浸出條件試驗

2.1.1 浸金劑用量試驗

在液固比3∶1、攪拌速度400 r／min、浸出液pH值8.5、室溫下浸出300 min，浸金劑用量對金浸出率的影響如圖2所示。從圖2可以看出，隨著浸金劑用量增加，金浸出率首先呈上升趨勢，浸金劑用量1.5 kg／t時金浸出率39.08%；浸金劑用量大于1.5 kg／t后，金浸出率基本沒有變化。后續試驗選擇浸金劑用量1.5 kg／t。

圖2 浸金劑用量對金浸出率的影響

2.1.2 浸出時間試驗

浸金劑用量1.5 kg／t，其他條件不變，浸出時間對金浸出率的影響如圖3所示。由圖3所示，初始階段，隨著浸出時間增加，金浸出率增加；浸出時間大于120 min后，金浸出率基本保持不變。在0～30 min范圍內，金浸出速率較快，這表明浸金劑對金的絡合能力強，只需較短的時間即可達到浸出終點。選擇浸出時間120 min，此時金浸出率可達到35.16%。

圖3 浸出時間對金浸出率的影響

2.1.3 浸出pH值試驗

浸出時間120 min，其他條件不變，浸出pH值對金浸出率的影響如圖4所示。由圖4可知，首先隨著浸出pH值增加，金浸出率逐步提高；浸出pH值為11.0時浸出率達到最高，為65.38%；pH值大于11.0后，金浸出率有所降低。后續試驗選擇浸出液pH值為11.0。

圖4 浸出pH值對金浸出率的影響

2.1.4 浸出液固比試驗

浸出pH＝11.0，其他條件不變，浸出液固比對金浸出率的影響如圖5所示。由圖5可以看出，首先隨著浸出液固比增加，金浸出率隨之增加，液固比2.5∶1時金浸出率最高，為66.53%；浸出液固比大于2.5∶1后，金浸出率反而有所降低。后續試驗選擇浸出液固比為2.5∶1。

圖5 浸出液固比對金浸出率的影響

2.1.5 浸出溫度試驗

液固比2.5∶1，其他條件不變，浸出溫度對金浸出率的影響如圖6所示。由圖6可知，隨著浸出溫度升高，金浸出率并沒有明顯變化，表明浸出溫度對金浸出率影響不大。

圖6 浸出溫度對金浸出率的影響

2.1.6 直接浸出優化條件試驗

通過以上浸出條件試驗，確定Sandioss浸金劑直接浸出的優化工藝條件為：浸出劑用量1.5 kg／t，浸出時間120 min，浸出pH＝11.0，液固比2.5∶1，室溫下浸出，此時硫酸渣中金浸出率為66.53%。

2.2 氯化焙燒-浸出試驗

由直接浸出試驗結果可知，金浸出率較低，為此開展了氯化焙燒-浸出試驗。先對硫酸渣進行氯化焙燒預處理，再按直接浸出試驗得到的優化條件浸出。

2.2.1 氯化鈉用量試驗

氯化鈉用量是影響氯化焙燒的重要因素，氯化鈉用量過低會導致金氯化反應不完全，用量過高會導致成本增加。氯化焙燒溫度700℃、焙燒60 min，所得焙燒渣在液固比2.5∶1、攪拌速度400 r／min、pH＝11.0、浸金劑用量1.5 kg／t、室溫下浸出120 min，氯化鈉用量對金浸出率的影響如圖7所示。由圖7可知，隨著氯化鈉用量增加，金浸出率隨之增加，氯化鈉用量6%時金浸出率65.08%；氯化鈉用量大于6%后，金浸出率開始降低。氯化鈉用量過高可能會導致金屬氯化物大量聚集黏結，降低金浸出效率。后續試驗選擇焙燒過程氯化鈉用量為6%。

圖7 焙燒氯化鈉用量對金浸出率的影響

2.2.2 焙燒溫度試驗

氯化鈉用量6%，其他條件不變，焙燒溫度對金浸出率的影響如圖8所示。由圖8可知，焙燒溫度對金的浸出效果有顯著影響，特別是焙燒溫度從800℃升高到1 000℃時，金浸出率有較大提高，1 000℃時金浸出率最大，達到78.59%；隨后繼續升高焙燒溫度，金浸出率基本保持不變。確定適宜的焙燒溫度為1 000℃。

圖8 焙燒溫度對金浸出率的影響

2.2.3 焙燒時間的影響

焙燒溫度1 000℃，其他條件不變，焙燒時間對金浸出率的影響如圖9所示。由圖9可知，隨著焙燒時間增加，金浸出率隨之增加，焙燒時間60 min時金浸出率為76.42%；延長焙燒時間到90 min，浸出率沒有明顯變化；繼續延長焙燒時間，浸出率開始下降。焙燒時間過短，金屬氯化反應及硫的氧化揮發不完全，金不能充分暴露；焙燒時間過長，燒渣中的Fe2O3會結塊并對金進行二次包裹，降低金浸出率。適宜的焙燒時間為60 min。

圖9 焙燒時間對金浸出率的影響

2.2.4 氯化焙燒-浸出綜合試驗

氯化焙燒優化條件為：氯化鈉用量6%、焙燒溫度1 000℃、焙燒時間60 min。在該優化條件下所得焙燒渣經液固比2.5∶1、攪拌速度400 r／min、pH＝11.0、浸金劑用量1.5 kg／t、室溫下浸出120 min，金浸出率可達

78.59%。

3 形貌及元素分析

分別對硫酸渣原樣、氯化焙燒優化條件下制得的焙燒渣及焙燒后浸出渣進行了FESEM-EDS掃描，結果如圖10～11和表3所示。

表3 各階段硫酸渣元素含量分析結果（質量分數） %

圖10 樣品FESEM掃描形貌圖

由圖10可以看出，硫酸渣原樣中礦物結合緊密，表面粗糙，表面形狀較不規律；經氯化焙燒后，焙燒渣表面形態光滑，礦物孔隙明顯增大、結構疏松多孔，表面形狀較規律，這可能是焙燒過程生成的鈉鹽是一種膨松劑，使礦物顆粒疏松多孔；浸出渣表面呈現長條狀、細粒狀、塊狀等不規則形態。

結合圖11和表3可以看出，氯化焙燒后礦樣中硫、硅元素有一定程度富集，硫元素原子分數減小，表明在焙燒過程中部分硫元素以SO2形式脫除；浸出后硫元素含量增大，且占比變高，原因是浸金劑自身含硫，焙燒礦浸出之后，部分硫以硫酸鹽形式轉移到了浸出渣中，浸出渣產率降低也導致硫元素占比變大。氯化焙燒渣浸出前后氯元素含量從2.34%降到0.12%，表明焙燒過程形成的金屬氯化物大部分溶解到了浸出液中。

圖11 樣品FESEM-EDS掃描元素分布圖

4 結 論

1）硫酸渣含金0.815 g／t，屬于低品位含金硫酸渣。金直接浸出結果表明，在浸金劑用量1.5 kg／t、室溫下浸出120 min、溶出液pH＝11、液固比2.5∶1的優化條件下，硫酸渣中金浸出率為66.53%。

2）氯化鈉焙燒預處理試驗結果表明，在氯化鈉用量6%、焙燒溫度1 000℃下焙燒60 min，所得焙燒渣在優化浸出條件下浸出，金浸出率可達78.59%。

3）FESEM-EDS分析表明，氯化焙燒改變了硫酸渣礦物顆粒表面形貌，使礦石變得疏松多孔，金從包裹體中暴露出來，促進浸金劑與金的接觸，提高了金的浸出效率。