碳質(zhì)含金物料金回收工藝試驗研究

摘要：針對碳質(zhì)含金物料的金回收問題，通過分析化學(xué)成分、碳物相和粒度分布，研究了碳質(zhì)含金物料的特性，為工藝優(yōu)化提供依據(jù)。深入探討了灰化、除雜及浸出等關(guān)鍵工藝的最佳操作條件。研究結(jié)果表明，采用灰化—硝酸除雜—王水溶金—熔煉工藝流程回收金，直收率可達(dá)96.81 %，顯著提升了金回收率，為碳質(zhì)含金物料的金回收提供了有效的技術(shù)解決方案。研究結(jié)果解決了處理過程中的環(huán)境問題，實現(xiàn)了資源有效利用，具有經(jīng)濟和環(huán)保價值，為類似物料的金回收提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，有助于推動黃金產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：碳質(zhì)含金物料；灰化；除雜；浸出；金回收；熔煉

[中圖分類號：TD953 文章編號：1001-1277（2025）02-0043-06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.11792/hj20250208 ]

引言

碳質(zhì)含金物料作為炭漿提金、堆浸提金等活性炭應(yīng)用工藝的副產(chǎn)品，主要包括含金碎炭、炭泥和粉炭［1-4］。在金提取過程中，這些物料吸附了重金屬離子和氰化物，因此按照嚴(yán)格分類，它們屬于危險廢物。國內(nèi)外學(xué)者對碳質(zhì)含金物料的回收技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，包括氰化浸出法［5-7］、焙燒氧化法（高溫氧化去除碳質(zhì)后采用氰化法提金）、生物浸出法［8-10］（利用細(xì)菌或真菌代謝產(chǎn)物溶解金）、物理分離法［11］（重選、磁選、靜電分離），以及電化學(xué)浸出法［12-13］（通過電解或脈沖電流作用改變界面反應(yīng)動力學(xué)特征，提高金的溶解率）等。目前，黃金生產(chǎn)企業(yè)處理碳質(zhì)含金物料主要采用2種方式：一是計價外售，必須售給具有處理資質(zhì)的單位，整個過程需嚴(yán)格遵守環(huán)保政策法規(guī)，并受取樣代表性和計價系數(shù)的影響，難以實現(xiàn)效益最大化；二是自行回收，通常采用焚燒方法去除其中的可燃碳元素［14］，使金富集于灰分中，然后進(jìn)一步提純。然而，常規(guī)處置方法中簡易粗放的焚燒灰化裝置會導(dǎo)致燃燒不充分、灰分板結(jié)，煙塵處理不徹底甚至直接排放，從而造成金屬隨煙塵流失、灰分難以提純處理、金屬回收率低等問題［15］。因此，本研究旨在通過試驗研究，探索碳質(zhì)含金物料的灰化處理、灰分中金的回收方法及其最佳條件，以提高金回收率，為碳質(zhì)含金物料金回收工業(yè)化應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1碳質(zhì)含金物料性質(zhì)

1.1化學(xué)成分

試驗所用原料取自內(nèi)蒙古某礦山企業(yè)，經(jīng)烘箱烘干后混合、縮分，取3個平行樣品送檢，化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

由表1可知：碳質(zhì)含金物料金品位598.23 g/t，銀品位528.67 g/t，銅品位1 514.7 g/t，鐵品位48 295.3 g/t，鎳品位8 813.0 g/t，含碳60.57 %。

1.2碳物相

碳質(zhì)含金物料碳物相分析結(jié)果見表2。

1.3粒度分布特征

碳質(zhì)含金物料粒度分布特征分析結(jié)果見表3。

2試驗部分

2.1試驗藥劑及設(shè)備

主要試驗藥劑：鹽酸（36 %～38 %）、硝酸（65 %～68 %）、氫氧化鈉、氰化鈉、氧化鈣、過硫酸鉀、過氧化氫（30 %）、高錳酸鉀、氯酸鈉、氧化鉛，均為分析純。

主要試驗設(shè)備和儀器：灰化試驗設(shè)備、集熱式磁力攪拌器、小型熔煉爐、電子天平、電子秤、pH計、抽濾裝置。

2.2試驗方法

本研究采用灰化試驗裝置，以內(nèi)蒙古某礦山企業(yè)的碳質(zhì)含金物料為研究對象，開展金回收工藝探索性研究。在灰化試驗中，于供風(fēng)過量的條件下，進(jìn)行灰化溫度、時間、供風(fēng)方式條件試驗，以考察灰化率、金富集倍數(shù)、煙塵產(chǎn)量等指標(biāo)。同時，基于煙氣化學(xué)成分分析，開展灰化煙氣治理試驗，旨在使灰化煙氣達(dá)到GB 9078—1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。在灰分金回收試驗方面，以碳質(zhì)含金物料制備的灰分為原料，在實驗室條件下，采用鹽酸除雜、硝酸除雜、硝酸除雜—王水溶金、氰化浸出、鉛捕收熔煉等方法進(jìn)行灰分金回收試驗研究，重點考察金回收率。

3試驗結(jié)果與討論

3.1含金物料灰化試驗

3.1.1灰化溫度試驗

試驗條件：料層厚度50 mm，時間4 h，灰化供風(fēng)量6 m3/（h·kg炭），灰化溫度分別為500 ℃、550 ℃、600 ℃、650 ℃，從灰化試驗設(shè)備的視鏡觀察燃燒情況，結(jié)果見圖1。

由圖1可知：碳質(zhì)含金物料在500 ℃的灰化溫度下發(fā)生燃燒反應(yīng)；在550 ℃～650 ℃時，火焰呈明亮狀態(tài)，反應(yīng)過程較為劇烈。基于此，確定最佳灰化溫度為550 ℃。

3.1.2灰化供風(fēng)量試驗

試驗條件：灰化溫度550 ℃，料層厚度100 mm，灰化供風(fēng)量分別為2 m3/（h·kg炭）、4 m3/（h·kg炭）、6 m3/（h·kg炭）、8 m3/（h·kg炭）、10 m3/（h·kg炭）?；一╋L(fēng)量試驗結(jié)果見圖2。

由圖2可知：隨著灰化供風(fēng)量的提升，碳質(zhì)含金物料的完全灰化時間表現(xiàn)出逐漸縮短的趨勢。當(dāng)灰化供風(fēng)量超過6 m3/（h·kg炭）時，完全灰化時間縮短的幅度不再顯著。基于此，確定最佳灰化供風(fēng)量為6 m3/（h·kg炭）。

3.1.3料層厚度試驗

試驗條件：灰化溫度550 ℃，灰化供風(fēng)量6 m3/（h·kg炭），料層厚度分別為60 mm、80 mm、100 mm、120 mm、140 mm。記錄不同料層厚度完全灰化時間，灰化終點為物料灰分中無火星、無炭粒。料層厚度試驗結(jié)果見圖3。

由圖3可知：隨著料層厚度的增加，完全灰化時間相應(yīng)延長，單位厚度灰化時間亦隨之增加。特別是在料層厚度超過100 mm的情況下，灰化效率顯著下降?；诖?，確定最佳料層厚度為100 mm。

3.1.4供風(fēng)方式試驗

試驗條件：料層厚度100 mm，灰化溫度550 ℃，灰化供風(fēng)量6 m3/（h·kg炭）。對比鼓風(fēng)和引風(fēng)方式下各試驗指標(biāo)，試驗結(jié)果見表4。

由表4可知：引風(fēng)條件下，灰化過程耗時較長，金富集倍數(shù)較小，灰化率亦較低，同時產(chǎn)生的煙塵量較低；而在鼓風(fēng)條件下，空氣更易穿透炭層內(nèi)部，實現(xiàn)更充分的燃燒和更徹底的灰化，但灰分易于被吹出，導(dǎo)致煙塵量及煙塵中金品位偏高。

無論是在鼓風(fēng)還是引風(fēng)條件下，碳質(zhì)含金物料經(jīng)過灰化處理后，灰化率均超過99.64 %，金品位可富集約4倍。鑒于鼓風(fēng)技術(shù)可能導(dǎo)致煙氣外逸的問題，因此確定碳質(zhì)含金物料適宜采用引風(fēng)技術(shù)進(jìn)行處理。

3.2灰化煙氣治理試驗

3.2.1灰化煙氣污染物檢測

在料層厚度100 mm、灰化溫度550 ℃、灰化供風(fēng)量6 m3/（h·kg炭）條件下進(jìn)行灰化。在爐內(nèi)溫度超過500 ℃ 時，物料開始燃燒后對灰化煙氣中污染物進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果見表5。

由表5可知：在碳質(zhì)含金物料灰化過程產(chǎn)生的煙氣中，檢測到3項污染物濃度超標(biāo)，煙（粉）塵濃度為824 mg/m3，氟及其化合物（HF）濃度達(dá)到13.6 mg/m3，瀝青油煙濃度高達(dá)511 mg/m3。

3.2.2灰化煙氣凈化試驗

瀝青油煙主要采用燃燒法、電捕法、吸附法、吸收法及等離子法等進(jìn)行凈化。對于灰化煙氣中的煙（粉）塵治理，常見的技術(shù)手段有布袋除塵、電除塵、重力除塵和洗滌除塵等。至于HF的凈化，則主要依賴于堿液吸收技術(shù)。

該礦山企業(yè)生產(chǎn)車間內(nèi)，設(shè)有一個堿液收集池，其主要功能是收集載金炭解吸電解過程中產(chǎn)生的廢液，廢液中含氫氧化物約3 %。采用堿液洗滌技術(shù)，可有效地將灰化煙氣中的含金塵?；厥罩翂A液收集池中，從而防止其排放?；诖耍狙芯坎捎谩皣娏芟礈臁铡钡膬艋夹g(shù)，在料層厚度100 mm，灰化溫度550 ℃，灰化供風(fēng)量6 m3/（h·kg炭）條件下對灰化煙氣進(jìn)行凈化以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2.1堿液用量試驗

物料燃燒釋放煙氣后，在噴淋液氣比0.5 L/m3，堿液用量分別為1 %、3 %、5 %、7 %、9 %條件下進(jìn)行灰化煙氣凈化試驗，試驗結(jié)果見圖4。

由圖4可知：灰化煙氣經(jīng)過堿液噴淋洗滌處理后，煙（粉）塵濃度降至低于排放標(biāo)準(zhǔn)（200 mg/m3），同時氟及其化合物（HF）濃度亦降至低于排放標(biāo)準(zhǔn)（6 mg/m3）。隨著堿液用量的逐步提高，瀝青油煙濃度持續(xù)下降；當(dāng)堿液用量達(dá)到7 % 時，瀝青油煙濃度降至48 mg/m3，低于排放標(biāo)準(zhǔn)（50 mg/m3）。研究結(jié)果表明，通過堿液噴淋洗滌技術(shù)，可以實現(xiàn)煙（粉）塵、氟及其化合物（HF）、瀝青油煙的達(dá)標(biāo)排放。綜合考慮經(jīng)濟效益及凈化效果，堿液用量以5 %為宜。

3.2.2.2噴淋液氣比試驗

在堿液用量5 %，噴淋液氣比分別為0.25 L/m3、0.5 L/m3、0.75 L/m3、1 L/m3、1.25 L/m3條件下對灰化煙氣凈化，試驗結(jié)果見圖5。

由圖5可知：隨著噴淋液氣比的提升，灰化煙氣中瀝青油煙的濃度顯著降低。當(dāng)噴淋液氣比達(dá)到1 L/m3時，瀝青油煙濃度可降至50 mg/m3以下。試驗結(jié)果顯示，在堿液用量為5 %、噴淋液氣比為1 L/m3的條件下，煙氣中的瀝青油煙、煙（粉）塵和氟及其化合物（HF）能夠通過噴淋洗滌過程被有效收集至噴淋溶液槽中，從而滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3灰分中金回收試驗

灰分化學(xué)成分分析結(jié)果見表6。

3.3.1鹽酸除雜提純試驗

取150 g灰分進(jìn)行3次平行試驗，采用鹽酸作浸出劑，在液固比4∶1、溫度90 ℃、反應(yīng)時間2 h的條件下進(jìn)行雜質(zhì)去除和純化處理。試驗過程中詳細(xì)記錄濾渣質(zhì)量及濾液體積，并對濾渣和濾液中的金含量進(jìn)行分析，結(jié)果見表7。

由表7可知：灰分通過鹽酸除雜提純后，濾渣金品位大于23 000 g/t，平均產(chǎn)率8.89 %，平均直收率96.35 %。

3.3.2硝酸除雜提純試驗

取150 g灰分進(jìn)行3次平行試驗，采用硝酸作浸出劑，在液固比4∶1、溫度90 ℃、反應(yīng)時間2 h的條件下進(jìn)行雜質(zhì)去除和純化處理，結(jié)果見表8。

由表8可知：灰分通過硝酸除雜提純后，濾渣金品位大于10 000 g/t，平均產(chǎn)率20.67 %，平均直收率97.87 %。

3.3.3硝酸除雜—王水溶金除雜提純試驗

取150 g灰分進(jìn)行3次平行試驗，步驟一（硝酸除雜）：硝酸作浸出劑，液固比4∶1、溫度90 ℃、反應(yīng)時間2 h；步驟二（王水溶金）：王水作浸出劑，液固比4∶1、溫度90 ℃、反應(yīng)時間2 h。試驗結(jié)果見表9。

由表9可知：通過硝酸除雜—王水溶金后，濾渣平均產(chǎn)率10.8 %，平均金品位12.95 g/t；以濾液中金質(zhì)量濃度作為金屬量計算，平均直收率96.81 %。

3.3.4鉛捕收熔煉除雜提純試驗

在造渣劑碳酸鈉15 g、硼砂20 g、石英5 g、面粉3 g，覆蓋劑碳酸鈉33 g、硼砂17 g，氧化鉛分別為50 g、60 g、70 g條件下進(jìn)行鉛捕收熔煉除雜提純試驗，試驗結(jié)果見表10。

由表10可知：在鉛的強烈捕收作用下，試驗獲得了較高的直收率，當(dāng)氧化鉛用量為50 g時，直收率達(dá)到了99.17 %，此時熔煉渣金品位為3.31 g/t。進(jìn)一步增加氧化鉛用量，直收率不斷下降。

3.3.5氰化浸出試驗

取研磨后的灰分樣品200 g加入至1 L攪拌容器中，隨后配制一定量氰化鈉溶液并加入攪拌容器中進(jìn)行調(diào)漿，同時，添加氧化鈣以調(diào)節(jié)pH值至11.5，啟動攪拌和曝氣系統(tǒng)，進(jìn)行48 h的浸出攪拌。氰化浸出結(jié)束后，過濾礦漿并分析濾液金品位，以考察氰化物用量對灰分浸出率的影響。試驗結(jié)果見表11。

由表11可知：氰化鈉用量為0.2 %～1.0 %時，灰分浸出率為21.8 %～27.8 %，氰化浸出率不理想。

為強化氰化浸出效果，在pH=11.5，充氣攪拌浸出48 h條件下，加入過氧化氫、高錳酸鉀等氧化劑進(jìn)行氰化浸出試驗。試驗結(jié)果見表12。

由表12可知：添加氧化劑可顯著提升灰分的浸出率，其中，過氧化氫作氧化劑時浸出率效果最為顯著，浸出率可提升至42.2 %。

若后續(xù)工藝采用活性炭吸附—解吸電解—冶煉流程回收浸出液中的金，假設(shè)該流程的金回收率為98 %，在浸出率為42.2 %的情況下，實際金回收率僅為41.36 %。

4碳質(zhì)含金物料金回收工藝應(yīng)用效果分析

依據(jù)試驗數(shù)據(jù)及實際生產(chǎn)狀況，本研究對比分析了5種工藝的特點，結(jié)果見表13。

由表13可知：綜合考慮前期試驗結(jié)果，該碳質(zhì)含金物料金回收的最佳工藝為灰化—硝酸除雜—王水溶金—熔煉。

5結(jié)論

1）物料性質(zhì)分析結(jié)果顯示，該碳質(zhì)含金物料金品位598.23 g/t，銀品位528.67 g/t，銅品位1 514.7 g/t，鐵品位48 295.3 g/t，鎳品位8 813.0 g/t，含碳60.57 %。

2）研究通過深入探討灰化、除雜及浸出等關(guān)鍵工藝的最佳操作條件，提出了采用灰化—硝酸除雜—王水溶金—熔煉的工藝流程，該工藝的平均直收率96.81 %，顯著提升了金回收效果，為碳質(zhì)含金物料中金回收提供了有效的技術(shù)解決方案。

3）研究結(jié)果不僅解決了處理過程中的環(huán)境問題，而且實現(xiàn)了資源有效利用，具有經(jīng)濟和環(huán)保價值，為類似物料的金回收提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。綜上所述，本研究成果有助于推動黃金產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展，對于提高碳質(zhì)含金物料的金回收率、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

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Experimental study on gold recovery process for carbonaceous gold?bearing materials

Yang Mingyuan1， Shen Xin2， Qiao Zhan1， Lu Donghui3， Sui Ting4， Bai Yang2， Zhang Shibiao1

（1. Changchun Gold Research Institute Co.， Ltd.; 2. Inner Mongolia Pacific Mining Co.， Ltd.;

3. Hulunbuir Ecological Environment Protection and Development Center;

4. Inner Mongolia Mining Co.， Ltd.， China National Gold Group Co.， Ltd.）

Abstract：To address the challenge of gold recovery from carbonaceous gold?bearing materials， by analyzing the chemical composition， carbon phases， and particle size distribution， the characteristics of the carbonaceous gold?bearing materials were investigated， providing a basis for process optimization. This study explored the optimal operating conditions for key processes such as ashing， impurity removal， and leaching. The results showed that employing the ashing-nitric acid impurity removal-aqua regia gold dissolution-smelting" gold recovery process achieved a direct recovery rate of 96.81 %， significantly enhancing gold recovery rate. The process acts as an effective technical solution for the gold recovery from carbonaceous gold?bearing materials. The findings solved environmental issues during the treatment process， realizing effective resource utilization. This approach has both economic and environmental benefits， offering scientific basis and technical support for gold recovery from similar materials and contributing to the technological progress and sustainable development of the gold industry.

Keywords：carbonaceous gold?bearing materials; ashing; impurity removal; leaching; gold recovery; smelting

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2023YFC2907803）

作者簡介：楊明遠(yuǎn)（1985—），男，高級工程師，從事黃金礦山冶金工藝與環(huán)保治理工藝技術(shù)開發(fā)工作；E?mail：474901328@qq.com