柳 林，王 威，孫啟亮，劉紅召，曹耀華

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院 鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006； 2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006； 3.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450006； 4.國土資源部多金屬礦評(píng)價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450006)

金冶煉過程中產(chǎn)出大量固體廢渣，每生產(chǎn)1 t黃金就會(huì)產(chǎn)生2.5～3.5萬t冶煉渣[1-2]。高溫氯化焙燒[3]可以使金冶煉渣中的金、銀、銅等有價(jià)金屬形成相應(yīng)金屬氯化物，揮發(fā)進(jìn)入煙塵[4-6]，再通過后續(xù)噴淋塔噴淋等方式將部分金屬氯化物溶解到噴淋液中，之后可從噴淋液中回收金、銀、銅[7-8]。目前，從酸性溶液體系中回收金、銀等有價(jià)金屬的方法主要有溶劑萃取法[9-11]、沉淀法[12]、直接還原法[13]、活性炭吸附法、金屬置換法[14]等。溶劑萃取法主要以二丁基卡必醇為萃取劑，其水溶性較小(0.3%)，萃取率高，但該萃取劑價(jià)格較貴，生產(chǎn)成本高。沉淀法主要以硫化沉淀為主，由于溶液酸性較強(qiáng)，試劑消耗量大，反應(yīng)過程中也會(huì)產(chǎn)生大量硫化氫氣體?；钚蕴吭谒嵝匀芤褐袑?duì)金、銀的吸附性能效果不佳。前期探索試驗(yàn)過程中，采用石灰中和法回收淋洗液中有價(jià)金屬，因?yàn)槿芤撼仕嵝裕页煞謴?fù)雜，伴隨石灰加入會(huì)產(chǎn)生大量沉渣，且有價(jià)金屬回收率不高。為此，試驗(yàn)研究了采用鐵粉置換法從該淋洗液中回收金、銀、銅有價(jià)金屬，并確定最佳工藝條件。

1 試驗(yàn)原料與設(shè)備

淋洗液：試驗(yàn)所用酸性淋洗液為金冶煉渣在高溫氯化焙燒過程中，有價(jià)金屬揮發(fā)進(jìn)入后續(xù)濕式收塵系統(tǒng)，在噴淋塔內(nèi)經(jīng)清水噴淋、噴淋液再循環(huán)富集有價(jià)金屬后的溶液。該溶液酸度較高，pH<1，其中，金、銀、銅質(zhì)量濃度分別為1.21、91.6、1 193 mg/L。

鐵粉：分析純，F(xiàn)e質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于98%，硫酸不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，硫化合物(以SO2計(jì))質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.06%，氮化合物(以N計(jì))質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.005%，水溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.03%。

試驗(yàn)設(shè)備：4孔HH型恒溫水浴鍋，DW-2型多功能電動(dòng)攪拌器，250 mL燒杯等。

2 試驗(yàn)原理與方法

試驗(yàn)原理：溶液中，強(qiáng)還原性金屬可置換出比其還原性弱的金屬。標(biāo)準(zhǔn)電極電位表示某種離子或原子獲得電子而被還原的趨勢(shì)：電極電位值越小，其還原能力越強(qiáng)；反之，電極電位越大，其氧化能力越強(qiáng)，而還原能力越弱[15]。溶液中，金主要以HAuCl4形式存在，AgCl在通常狀態(tài)下為沉淀，但溶液中HCl濃度較高、Cl-過量時(shí)，Ag+與Cl-可形成[AgCl2]-配合物，銅主要以CuCl2形式存在。參照標(biāo)準(zhǔn)電極電位[16]，對(duì)比各目標(biāo)元素在酸性溶液中的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，各金屬元素電極反應(yīng)見式(1)～(4):

E1=-0.447 V；

(1)

E2=+1.498V；

(2)

E3=+0.799 6 V；

(3)

E4=+0.341 9 V。

(4)

由反應(yīng)式(1)～(4)中各元素電極電位大小可知：E1<0

(5)

(6)

(7)

(8)

試驗(yàn)方法：取200 mL淋洗液倒入250 mL燒杯中，將燒杯放入一定溫度的HH型恒溫水浴鍋中，保證燒杯浸入水中超過燒杯的2/3。燒杯在水浴鍋中保溫10 min后，淋洗液溫度與預(yù)設(shè)溫度相同。將稱量好的鐵粉加入燒杯中，再將DW-2型多功能電動(dòng)攪拌器的攪拌槳放入燒杯，開始攪拌計(jì)時(shí)。攪拌過程中，保證燒杯底部形成渦流，攪拌充分。水浴鍋中水分蒸發(fā)過多時(shí)需及時(shí)補(bǔ)水。每次試驗(yàn)所用淋洗液200 mL。置換過濾后測(cè)定濾液中金、銀、銅質(zhì)量濃度，并分別計(jì)算金屬置換率。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 正交試驗(yàn)

影響金屬置換的條件有溫度、置換時(shí)間、鐵粉用量。設(shè)計(jì)3因素3水平正交方案并進(jìn)行試驗(yàn)，正交試驗(yàn)條件及結(jié)果見表1。

表1 正交試驗(yàn)條件及結(jié)果

由表1看出：鐵粉用量是影響金置換率的主要因素，其次是浸出時(shí)間，溫度影響則不大。

3.2 鐵粉用量對(duì)金屬置換率的影響

置換時(shí)間50 min，溫度60 ℃，鐵粉用量對(duì)金、銀、銅置換率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 鐵粉用量對(duì)金、銀、銅置換率的影響

由圖1看出：鐵粉用量較低時(shí)，金、銀有部分被置換出來，而銅基本不被置換；隨鐵粉用量增加，金、銀、銅置換率不斷升高，最后趨于平緩；鐵粉用量超過5 g/L后，銅置換率顯著升高。可能的原因是：鐵粉先與氧化性較強(qiáng)的金、銀離子反應(yīng)，之后與銅離子反應(yīng)，所以，當(dāng)鐵粉用量不足時(shí)，銅置換率較低；鐵粉用量超過5 g/L后，過量的鐵粉開始置換溶液中的銅離子使銅離子置換率提高。綜合考慮，確定鐵粉用量以9 g/L為宜。

3.3 置換時(shí)間對(duì)金屬置換率的影響

鐵粉用量9 g/L，溫度60 ℃，置換時(shí)間對(duì)金、銀、銅置換率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 置換時(shí)間對(duì)金、銀、銅置換率的影響

由圖2看出：金、銀置換率隨置換時(shí)間延長(zhǎng)先升高后趨于穩(wěn)定；置換30 min后，金、銀置換率維持較高水平，變化不大；置換50 min后，銅置換率趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定置換時(shí)間以50 min為宜。

3.4 溫度對(duì)金屬置換率的影響

鐵粉用量9 g/L，置換時(shí)間50 min，溫度對(duì)金、銀、銅置換率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對(duì)金、銀、銅置換率的影響

由圖3看出：溫度低于55 ℃，金、銀、銅置換率隨溫度升高而提高，金、銀置換率明顯高于銅置換率，但銅置換率隨溫度升高變化幅度更大；溫度高于60 ℃，金、銀、銅置換率基本維持在95%以上。綜合考慮，確定溫度以60 ℃為宜。

4 結(jié)論

金冶煉渣氯化焙砂淋洗液中含有金、銀、銅等有價(jià)金屬，有一定回收價(jià)值。采用鐵粉置換法可從中回收金、銀、銅。在鐵粉用量9 g/L、置換時(shí)間50 min、溫度60 ℃條件下，金、銀、銅置換率可分別達(dá)98.51%、98.85%和96.51%。鐵粉置換法相比其他方法工藝簡(jiǎn)單，成本較低。采用此方法，可初步實(shí)現(xiàn)金冶煉渣氯化焙砂酸性淋洗液中有價(jià)金屬的回收。