姚志超，馬保中，張文娟，揭曉武

（1.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160；2.北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院，北京100083）

我國黃鐵礦礦產(chǎn)資源豐富，儲存量達40多億噸，是一種重要的冶金原料[1-3].而隨著我國礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，高品位、易處理黃鐵礦日益減少，對共生、伴生黃鐵礦進行綜合開發(fā)與利用已經(jīng)成為礦產(chǎn)資源開發(fā)的必然趨勢[4-9].共伴生礦一般有如下特點[10-11]：①礦石組分復雜、伴生元素含量較低；②各礦物元素間共生、偏析嚴重，處理難度大.因此，設計合理的工藝流程，對綜合開發(fā)利用伴生黃鐵礦至關(guān)重要.

對黃鐵礦中有價金屬進行分離回收的方法主要有[12-20]：氧化焙燒、氯化焙燒、硫酸浸出、氰化浸出、中和-沉淀法等.文中針對某含金、銅黃鐵礦，提出氧化焙燒-硫酸浸銅-氰化浸金的工藝流程，并開展了系統(tǒng)的工藝實驗研究，有效的回收了礦石中的金、銅、鐵等有價金屬，為該礦的高效開發(fā)利用提供了科學依據(jù).

1 原料

1.1 備料

為了得到具有代表性且成分均勻一致的物料，在實驗開始前將124 kg物料均勻混合并按照四分法取樣制備樣品.后續(xù)的實驗過程中所用樣品均為該方法制得.

1.2 原礦物理性質(zhì)

有研究表明，在氰化浸出金的過程中，礦物的粒徑會直接影響金的單體解離率，進而影響金的浸出率，因此，在實驗中測定了與顆粒粒度、顆粒形狀有關(guān)的物理參數(shù)結(jié)果見表1.

表1 黃鐵礦密度測定Table 1 Density determinations of pyrite單位：g/cm3

1.3 原礦化學性質(zhì)

對該黃鐵礦進行多元素化學分析，分析結(jié)果見表2.由表2可知，該黃鐵礦中主要成分為硫和鐵，其中S含量高達45.85%，F(xiàn)e的含量為40.15%.其它主要有價組分銅的含量為1.92%，金的含量為1.60 g/t.

表2 原礦多元素分析結(jié)果Table 2 Multivariate analysis result of raw ore

2 篩析實驗

研究表明，有價金屬元素在不同粒度的礦物中富集情況有所差異，因此在實驗中，對該黃鐵礦進行了篩析實驗，以此來判斷是否能夠通過物理選礦的手段實現(xiàn)對有價金屬的富集.

取500 g原礦，用清水浸泡6 h后濕篩，各粒級礦物烘干后稱質(zhì)量，總量為420.5 g，其中粒度＞0.38 mm的物料為5.1 g，均為假顆粒板結(jié)，考慮篩析試驗的真實性，＞0.38 mm的板結(jié)料不計入篩析試驗總量.并對各粒級主要元素進行分析，礦物粒級及主要元素分布情況見表3.

表3 粒級分布及主要元素分布情況表Table 3 Distribution of size fraction and main elements

由表3的篩析結(jié)果分析可得，該黃鐵礦中的主要有價元素硫，鐵，銅，金都存在不同程度的偏析現(xiàn)象.其中銅的偏析更為明顯，不同粒度下礦物含Cu 1.31%～3.27%，因此，結(jié)合粒度分析，只采用物理篩分的方法難以實現(xiàn)對有價金屬元素的富集與分選.

同時，在濕篩過程中，發(fā)現(xiàn)該黃鐵礦具有一定程度的水溶現(xiàn)象.因此，補充了該黃鐵礦原礦的水浸實驗.取100 g原礦，常溫下清水浸出2 h，測得濾渣殘重為83.5 g，計算得原礦水溶率為14.56%.該黃鐵礦原礦為浮選礦，通常情況不會有這么高的水溶率，研究表明，黃鐵礦表面氧化會生成硫酸鐵和氫氧化鐵等親水性物質(zhì)，這些親水性物質(zhì)覆蓋在黃鐵礦表面，會使得黃鐵礦親水性增強[21].因此判斷該黃鐵礦出現(xiàn)水溶現(xiàn)象，可能是該礦物被長期放置在空氣中緩慢氧化所致.

3 實驗探究

3.1 焙燒實驗

3.1.1 黃鐵礦樣差熱熱重分析

為了確定該黃鐵礦在氧化焙燒過程中的具體反應情況，對該黃鐵礦進行了差熱熱重分析，差熱熱重分析結(jié)果見圖1.

圖1 黃鐵礦原礦差熱熱重分析Fig.1 Differential thermogravimetr analysis of raw pyrite

由圖1可以看出，礦物在79.9℃及130.5℃有2個物理水脫除的吸熱峰，293.4℃下為結(jié)晶水脫除的吸熱峰.可判斷0～200℃，為礦物物理水脫除過程，失重率為4.12%；200～300℃為化學水脫除過程，質(zhì)量損失率為0.99%，400℃后黃鐵礦受熱分解，黃鐵礦主要發(fā)生FeS2[1]反應，分解產(chǎn)出S蒸汽和FeS，方程式為：FeS2＝FeS+S；該反應為吸熱反應，在 569.4 ℃時有明顯的吸熱峰；差熱分析過程在氮氣保護下進行，647.2℃時出現(xiàn)的放熱峰，可能是黃鐵礦與空氣短時接觸，或產(chǎn)生的硫蒸氣被黃鐵礦中的氧化物氧化，產(chǎn)出SO2所致.400℃至850℃質(zhì)量損失率為25.18%.據(jù)此判斷反應基本完成.

3.1.2 氧化焙燒溫度實驗

依據(jù)差熱熱重分析可知，黃鐵礦中FeS2的分解在569.4℃附近，分解產(chǎn)生的硫蒸汽氧化溫度約為647.2℃，而在850℃反應基本完全，因此在600～850℃的溫度區(qū)間進行了氧化焙燒的探究.試驗過程為每次稱取100 g原礦（未干燥原礦）平鋪在料盤內(nèi)，料盤置于馬弗爐內(nèi)升溫焙燒，在不同溫度下進行恒溫焙燒，焙燒時間為焙燒過程中每5 min扒礦一次，保證其充分氧化.得到的焙砂取50 g在液固比4∶1，溫度80℃，時間2 h；控制浸出終點pH值為1.5的硫酸體系中浸出.實驗結(jié)果見表4.

表4的結(jié)果表明，焙燒溫度為600℃時，銅的浸出效果較好，以渣計，銅的浸出率可達91.09%，而隨著焙燒溫度的升高，銅的浸出率不斷下降，且焙砂中硫含量不斷下降.到850℃下焙砂含S 0.36%，銅的浸出率只有22.62%.分析原因可能是在850℃較高的溫度下，黃鐵礦中的硫化銅過氧化，產(chǎn)生了難溶性的鐵酸銅從而導致銅的浸出率下降.因此確定氧化焙燒溫度為800℃.

表4 焙燒溫度實驗結(jié)果Table 4 Calcination temperature result

3.1.3 氧化焙燒時間實驗

黃鐵礦中銅的浸出率會受到氧化焙燒時間的影響，焙燒時間不足，則氧化不完全，焙燒時間過長，又會增加不必要的能耗.在焙燒溫度為800℃，浸出條件為液固比4∶1，溫度80℃，時間2 h；控制浸出終點pH值為1.5.對氧化焙燒時間進行了探究.實驗結(jié)果如表5.

表5的結(jié)果表明，焙燒時間為2 h時，銅的浸出效果較好，以渣計，銅的浸出率可達91.09%，繼續(xù)延長時間，效果不明顯.因此，確定氧化焙燒時間為2 h.

3.2 硫酸浸銅

黃鐵礦中銅的浸出率，不僅受到焙燒情況的影響，同樣受硫酸浸出條件的影響.因此在實驗中對硫酸浸銅過程中的液固比，浸出溫度進行了探究.

3.2.1 液固比的影響

液固比是影響硫酸浸銅的一個因素.實驗中在浸出溫度80℃，浸出時間為2 h，終點pH為1.5，的條件下研究了液固比對硫酸浸銅浸出率的影響.實驗結(jié)果見表6.

表5 氧化焙燒時間實驗結(jié)果Table 5 Oxidizing roast time result

由表6發(fā)現(xiàn)，液固比為2∶1或3∶1銅的浸出率很相近，但進一步提高液固比到4∶1，銅的浸出率就明顯降低.所以銅的浸出率應為2∶1或3∶1較為適宜.

3.2.2 浸出溫度的影響

浸出溫度會對銅的浸出效果產(chǎn)生明顯影響，在實驗中，就銅的浸出溫度在液固比3∶1，浸出時間為2 h，終點pH為1.5的條件下進行了研究.研究結(jié)果見表7.

表6 硫酸浸銅液固比實驗結(jié)果Table 6 The liquid-solid ratio result of sulfuric acid leaching copper

表7 硫酸浸銅浸出溫度實驗結(jié)果Table 7 Leaching temperature result of sulfuric acid leaching copper

由表7可得，在硫酸浸銅過程中，銅的浸出率隨浸出溫度的升高而呈上升趨勢，當浸出溫度為80℃時，銅的浸出率達到87.46%.確定硫酸浸銅的浸出溫度為80℃.

3.3 氰化浸出

對浸銅后得到的浸銅渣在石灰乳調(diào)漿后進行氰化浸金實驗.在實驗過程中主要考察了磨礦時間、氰化時間對金浸出率的影響.

3.3.1 球磨時間的影響

在氰化浸金實驗中，所用礦物的粒度會直接影響金的浸出率，礦石粒度的細小程度會影響金的單體解離率進而影響金的浸出率.因此以該浸銅渣為原料，在浸出液固比2∶1，氰化鈉加入量為3 kg/t，礦漿pH調(diào)節(jié)為10的條件下攪拌氰化40 h，進行了氰化浸出實驗，考察了磨礦時間對浸銅渣金，銀浸出率的影響.實驗結(jié)果見表8.

表8 磨礦時間對金銀浸出率的影響Table 8 The effect of grinding time to gold and silver leaching ratio

實驗表明，浸銅渣球磨有利于金的浸出，隨著球磨時間的延長，金的浸出率不斷提高.當球磨時間為30 min時，金的浸出率達到70.64%.銀基本不浸出.對球磨時間為30 min得到的浸銅渣進行粒度分析，發(fā)現(xiàn)其中-0.038 mm粒度的物料占到了85%，繼續(xù)延長球磨時間，對金的浸出影響很小.反而增加了實驗成本，綜上考慮，實驗中氰化浸出所用浸銅渣球磨時間確定為30 min.

3.3.2 浸出時間的影響

氰化時間的長短會對金的浸出產(chǎn)生影響.在實驗中在球磨時間為30 min,浸出液固比2∶1，氰化鈉加入量為3 kg/t，礦漿pH調(diào)節(jié)為10，的條件下研究了氰化浸出時間對金浸出時間的影響.結(jié)果見表9.

表9 氰化浸出時間對金銀浸出率的影響Table 9 The effect of cyanide leaching time to gold and silver leaching ratio

由表9可得，隨著浸出時間的延長金的浸出率也隨之增加，氰化浸出時間從24 h增加到32 h，金的浸出率從62.65%增加到了68.50%.再繼續(xù)增加浸出時間到40 h，金的浸出率進一步提高.因此選擇氰化浸出時間為40 h，此時，金的浸出率為70.64%，銀基本不浸出.

表10所列為氰化渣中各元素的含量，分析可得，氰化渣中主要成分為鐵，其含量達到63.46%.

表10 氰化渣分析結(jié)果Table 10 The analysis result of cyanide slag

4 結(jié) 論

通過氧化焙燒-硫酸浸銅-氰化浸金的工藝流程可以實現(xiàn)對黃鐵礦中銅、金等有價組分的分離與回收.焙燒較優(yōu)條件為：溫度600℃；時間2 h；焙砂硫酸浸銅較優(yōu)條件為：液固比（2～3）∶1，浸出溫度 80 ℃；浸出時間2 h；終點pH為1.5，銅的浸出率可達91.09%，此時浸出渣中含Cu 0.32%；氰化浸出最佳條件為：pH 為 10～11，球磨 30 min，液固比 2∶1，氰化鈉加入量為3 kg/t，氰化浸出40 h，渣計金浸出率可達到70.64%，氰化浸出渣中鐵含量達63.46%，可作為鐵精礦外售.