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        含金粉塵中阻金元素的鑒定及提金工藝的選擇

        2022-03-08 02:03:48蘭亞飛
        云南化工 2022年1期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量

        蘭亞飛

        (中恒諾貴金屬檢測有限公司,山東 煙臺(tái) 265400)

        1 介紹

        隨著易選金礦石的快速枯竭,從難選金礦石中回收金成為研究熱點(diǎn)[1]。難處理金礦石是指即使經(jīng)過細(xì)磨,金浸出率也在80%以下的礦石[2]。金礦難處理的原因分為化學(xué)和物理原因[3]。這些礦石在氰化前通常需要經(jīng)過氧化焙燒、壓力氧化、化學(xué)氧化、生物氧化等預(yù)處理,才能有效地回收金[4]。

        氧化焙燒技術(shù)由于具有投資少、效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于金精礦脫硫脫砷[5]。難處理金精礦焙燒過程中會(huì)產(chǎn)生焙砂和粉塵。其中,焙砂是由焙燒床重力排出的固體產(chǎn)物,灰塵是由除塵設(shè)備收集的精細(xì)固體產(chǎn)品,煅燒料和粉塵都是含金材料[6],煅燒礦和粉塵中的主要礦物相似。但由于形成條件的不同,煅燒礦與粉塵在粒度分布、浸金有害元素含量、金的賦存狀態(tài)和浸出特征等方面存在一定差異[7]。一般情況下,粉塵與煅燒的處理方法相同,導(dǎo)致氰化尾渣中金含量較高(一般為5~7 g/t)[8]。因此,從焙砂和粉塵中提取金仍然是回收有價(jià)值物質(zhì)的重要課題。

        本文通過礦物學(xué)分析,研究了NaOH或H2SO4浸出、焙燒、NaOH與H2SO4聯(lián)合浸出對(duì)含金粉塵中有害元素去除和提金的影響。通過這些研究,確定了粉塵中阻礙金浸出的元素。此外,還開發(fā)了從粉塵中提取金的適宜工藝。該工藝的提金率達(dá)到95.5%,比直接氰化提金率高41.2%。本研究為含金焙砂和粉塵中有害元素的鑒定和金的提取提供了參考。

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        2.1 材料、浸出和焙燒方法

        主要材料為含碳金精礦兩段焙燒過程中產(chǎn)生的粉塵,本研究使用的其他化學(xué)品主要有氫氧化鈉(AR, 96%)、硫酸(AR, 95%~98%)、氰化物(工業(yè)級(jí),99%)和去離子水。

        氫氧化鈉浸出和硫酸浸出實(shí)驗(yàn)均在三頸燒瓶中進(jìn)行,并使用加熱套筒控制浸出溫度。氰化浸出實(shí)驗(yàn)在pH為11的500 mL三頸燒瓶中進(jìn)行48 h。在氰化結(jié)束時(shí),通過過濾分離固液兩相,然后用0.02 g/L NaOH和0.1 g/L NaCN的原液洗滌殘?jiān)?/p>

        2.2 特征和分析方法

        采用Rigaku D/max-TTR III X射線衍射儀(Cu Kα輻射,λ=1.54056 ?)對(duì)固體樣品進(jìn)行X射線衍射分析。該礦物解離分析系統(tǒng)統(tǒng)由一個(gè)特殊的軟件包和一個(gè)配備了能量色散光譜儀的FEI Quanta 600F掃描電子顯微鏡組成。采用SEM (JSM-IT300, JEOL)觀察固體樣品的形貌,使用熱分析儀研究樣品的熱重和差熱重分析(TG-DTGA)[9]。

        3 結(jié)果和討論

        3.1 特性描述

        粉塵主要含32.2% Fe、12.5% Si、2.89% C、2.64% As、1.75% S、32.5 g/t Au、56.8 g/t Ag。,粉塵中主要礦物含量有赤鐵礦、磁鐵礦、石英、云母、硬石膏、氧化砷和碳質(zhì)物質(zhì)。此外,MLA結(jié)果表明,粉塵中的金礦物以天然金和銀金礦的形式存在。粉塵中脫礦金和暴露金的分布(質(zhì)量比)為91.2%,硫化物、鐵和脈石礦物包裹金的分布分別為1.10%、7.35%和0.33%。由于金包裹在硫化礦物中的分布較少,硫化礦物的含量較低,可以忽略硫化礦物對(duì)金浸出的影響。

        傳統(tǒng)氰化處理結(jié)果表明,該粉塵的提金率僅為54.3%,小于80%,屬于難處理金礦石類,砷、碳、鐵對(duì)提金的不利影響是導(dǎo)致提金率低的原因。

        3.2 阻礙金浸出元素的識(shí)別

        3.2.1 氫氧化鈉浸出對(duì)金提取的影響

        從圖1(a)看出,隨著NaOH濃度從0增加到 6 mol/L,除砷效率從0增加到99.7%。結(jié)果表明,NaOH浸出可有效去除粉塵中的砷。隨著NaOH濃度從0增加到 2 mol/L,脫碳效率從0增加到70.2%,然后下降到60.6%。隨著NaOH濃度從 0 mol/L 增加到 1 mol/L,氰化提金率由54.3%提高到58.6%。但之后隨著NaOH濃度的不斷增加,金的萃取率沒有明顯變化,如圖1(b)。

        圖1 NaOH濃度對(duì)預(yù)處理后的除砷、除碳和氰化提金的影響

        砷主要以氧化物形式存在。氧化砷與氫氧化鈉的反應(yīng)如方程式(1)、(2) 所示。

        As2O3+2NaOH=2NaAsO2+H2OΔrG°= -50.26 kJ/mol

        (1)

        As2O5+6NaOH=2Na3AsO4+3H2OΔrG°= -282.35 kJ/mol

        (2)

        (1)、(2)方程中的平衡常數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分別為108.81和1049.46。熱力學(xué)計(jì)算表明,As2O3和As2O5可以在NaOH溶液中溶解。此外,其還表明,在較高的氫氧化鈉濃度下,反應(yīng)向前推進(jìn)。所以,隨著NaOH濃度的增加,砷的去除效率會(huì)增加。所以,NaOH浸出可以有效地去除砷,砷的最高去除率為99.7%。

        3.2.2 硫酸浸出對(duì)金提取的影響

        如圖2(a)所示,除鐵效率從0提高到77.8%。當(dāng)H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到45%時(shí),碳去除率從0增加到24.9%。粉塵中的鐵主要以Fe2O3和Fe3O4的形式存在,這兩種物質(zhì)都可以與硫酸反應(yīng)而被去除。

        對(duì)砷而言,隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到25wt%,去除率從0增加到89.6%。但當(dāng)H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加至45%時(shí),去除率降至84.6%。由于五氧化二砷在H2SO4溶液中極易溶解,而三氧化二砷在H2SO4溶液中的溶解度隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。因此,三氧化二砷的溶解度降低可能是導(dǎo)致除砷效率降低的原因。隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到15%,金的提金率從54.3%增加到80.4%,這主要是由于H2SO4對(duì)鐵的去除。

        由圖2(b)可知,隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到45%,酸浸渣質(zhì)量從100%下降到53.5%,酸浸渣碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2.89%增加到4.06%。值得注意的是,隨著H2SO4濃度的增加,殘?jiān)|(zhì)量降低,碳溶解量較小,導(dǎo)致酸浸渣中碳含量增加。因此,當(dāng)H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%時(shí),酸浸渣中碳質(zhì)物質(zhì)對(duì)金的浸出效應(yīng)增大,導(dǎo)致金浸出率降低。

        圖2 H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)預(yù)處理后的氰化除鐵、除砷、除碳提金和酸浸渣中碳含量的影響

        3.2.3 焙燒對(duì)提金的影響

        由圖3(a)可知,在氮?dú)鈿夥障?,粉塵的TG-DTGA曲線存在三個(gè)明顯的質(zhì)量損失階段。25~140 ℃ 溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失事件歸因于吸附水的消除,在180~300 ℃ 的溫度范圍內(nèi)觀察到另一個(gè)熱事件,質(zhì)量損失為3.4%,對(duì)應(yīng)三氧化二砷的升華。最后,在500~580 ℃ 觀測到的質(zhì)量損失為0.6%,可以歸因于硫化物和部分碳酸鹽的分解。結(jié)果表明,在氮?dú)鈿夥障卤簾梢匀コ蹓m中的砷,其去除反應(yīng)如式(3)所示。

        As2O3(s)→As2O3(g)

        (3)

        圖3(b)顯示了在空氣氣氛下的TG-DTGA曲線有四個(gè)明顯的質(zhì)量損失階段和一個(gè)質(zhì)量增益階段。在25~140 ℃ 的溫度范圍內(nèi),由于吸附水的消除,質(zhì)量損失為1.2%。在180~300 ℃ 的溫度范圍內(nèi)觀察到另一個(gè)熱事件,質(zhì)量損失為1.2%,是因?yàn)槿趸榈纳A,與氮?dú)夥障碌腡G-DTGA曲線相比,氧化氣氛不利于砷的去除,因此質(zhì)量損失較小。在350~450 ℃ 的溫度范圍內(nèi),質(zhì)量增益為0.3%對(duì)應(yīng)于Fe3O4到Fe2O3的轉(zhuǎn)換[方程式(6)]。在500~580 ℃ 的溫度范圍內(nèi),質(zhì)量損失為0.2%。這是由于硫化物的氧化和部分碳酸鹽的分解[方程式(7)和(8)]。在580~660 ℃ 的溫度范圍內(nèi),質(zhì)量損失為2.5%,這是由于天然碳(石墨)的氧化和部分碳酸鹽的分解,說明在空氣氣氛下,焙燒可以去除灰塵中的碳質(zhì)物質(zhì)和部分砷。

        圖3 氮?dú)夂痛髿猸h(huán)境下粉塵的TG-DTGA曲線

        As2O3(s)+O2→As2O5(s)

        (4)

        As2O5(s)+Fe2O3(s)→2FeAsO4(s)

        (5)

        4Fe3O4(s)+O2→6Fe2O3(s)

        (6)

        2MeS(s)+3O2→2MeO(s)+2SO2(g)

        (7)

        MeCO3(s)→MeO(s)+CO2(g)

        (8)

        4 結(jié)論

        本研究在礦物學(xué)分析的基礎(chǔ)上,研究了不同預(yù)處理方法對(duì)預(yù)處理后的含金粉塵氰化脫除有害元素和提金的影響。研究發(fā)現(xiàn),該塵粒屬于難選金礦類;此外,碳對(duì)金浸出的影響最大,其次是鐵和砷。通過對(duì)不同提金工藝的比較,確定了從粉塵中提金的適宜工藝。在最適宜的條件下,鐵、砷、碳的去除率分別為99.5%、99.6%、99.0%,金的提金率達(dá)到95.5%。與直接氰化法相比,提金率提高了41.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還揭示了粉塵除砷、除碳、除鐵的最佳條件。這些可以用于指導(dǎo)開發(fā)適合焙燒產(chǎn)品的診斷浸出工藝。

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