云南某難處理硫化金精礦加壓氧化預(yù)處理硫的最低自熱品位

樊 蕾，張春生，梁 可

（昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，云南某金礦資源中，易處理氧化礦僅占1．5%，其余為難處理硫化礦。易處理金礦可直接氰化浸出金，而難處理硫化礦需氧化預(yù)處理后才能氰化浸出金。難處理金礦預(yù)處理技術(shù)，目前世界上已工業(yè)或半工業(yè)應(yīng)用的有常規(guī)氧化焙燒［1］、熱壓（加壓）浸出［2］、細(xì)菌氧化［3－5］等，其中，加壓氧化預(yù)處理可使金浸出率達(dá)95%以上，受銻、砷、鉛、汞等雜質(zhì)的影響較小，原料適應(yīng)性強(qiáng)，砷、銻等對(duì)環(huán)境有害的元素以穩(wěn)定化合物形式沉淀入渣中，環(huán)保壓力較小，應(yīng)用范圍較廣。

加壓氧化過程中，需要用蒸汽提供熱量以達(dá)到所需的反應(yīng)溫度，但同時(shí)硫化金精礦在氧化反應(yīng)過程中也釋放熱量。由于不同礦石中的硫的含量差別較大，反應(yīng)過程中釋放的熱量也不同；對(duì)于硫含量低的礦石需要蒸汽加熱維持反應(yīng)溫度，而對(duì)于硫含量高的礦石則不需加熱甚至需要冷卻來維持反應(yīng)溫度：所以，通過熱量衡算研究難處理硫化礦在加壓氧化中的最低自熱品位，對(duì)于工藝優(yōu)化、減小加壓釜及系統(tǒng)裝置規(guī)模、節(jié)約能源、降低成本、推進(jìn)難處理硫化金精礦的開發(fā)利用具有重要意義。

1 計(jì)算依據(jù)

給料：礦石中的主要礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦（FeS）、砷黃鐵礦（w（As）＝1．32%）、石英、水（云南某硫化金精礦典型組成）。

礦漿中固體含量11．11%～55%，礦漿進(jìn)料溫度25℃，加壓氧化反應(yīng)溫度220℃，氧氣利用率50%～60%，水蒸氣蒸發(fā)量5%～10%，氧氣比熱1．05kJ／（kg·℃）。

黃鐵礦轉(zhuǎn)化分配率：50%赤鐵礦，50%硫酸鐵。

氧化反應(yīng)［6］為：

2 計(jì)算方法

2．1 計(jì)算方法

1）比熱計(jì)算。根據(jù)各組分的比熱［7］及各組分在物料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算礦漿的比熱和反應(yīng)后料漿的比熱。

2）硫最低自熱品位的計(jì)算。采用熱量平衡法計(jì)算不同含固量礦漿的硫最低自熱品位。熱量平衡關(guān)系式為

金精礦含硫?yàn)樽畹妥詿崞肺粫r(shí)，加壓氧化反應(yīng)啟動(dòng)后不需供給蒸汽，蒸汽帶入熱為0。

2．2 計(jì)算基準(zhǔn)

金精礦處理量300t／d。設(shè)金精礦中w（S）＝17．24%，其他組成見表1。礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。

表1 金精礦組成 %

2．3 物料衡算

加壓釜物料衡算結(jié)果見表2。

表2 加壓釜物料平衡計(jì)算結(jié)果

2．4 礦漿、反應(yīng)料漿比熱的計(jì)算

2．4．1 礦漿比熱的計(jì)算

根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，25℃條件下，金精礦各組分的比熱見表3。金精礦各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表4。

表3 25℃條件下金精礦各組分的比熱 kJ／（kg·℃）

表4 金精礦各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

25℃條件下，金精礦的比熱為

已知礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，25℃時(shí)水的比熱為4．18kJ／（kg·℃），則礦漿比熱為

2．4．2 料漿比熱的計(jì)算

根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，220℃時(shí)，反應(yīng)料漿（干基）各組分的比熱見表5，反應(yīng)料漿（干基）各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表6。

表5 220℃時(shí)反應(yīng)料漿（干基）各組分的比熱 kJ／（kg·℃）

表6 反應(yīng)料漿（干基）各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

220℃條件下，反應(yīng)料漿（干基）的比熱為

根據(jù)物料衡算結(jié)果，反應(yīng)料漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34．88%，220 ℃ 時(shí) 水 的 比 熱 為 4．509 kJ／（kg·℃），則料漿比熱為

2．5 熱量衡算

加壓釜熱量平衡算結(jié)果見表7?？梢钥闯?，當(dāng)?shù)V漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，硫化金精礦硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17．24%時(shí)，蒸汽加熱量為0，即礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，金精礦硫的最低自熱品位為17．24%。

表7 加壓釜熱量平衡計(jì)算結(jié)果

3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)已知條件，計(jì)算礦漿在不同固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)下礦漿的比熱、反應(yīng)料漿的比熱及金精礦中硫化物最低自熱品位，計(jì)算結(jié)果見表8?？梢钥闯觯弘S礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)由11%提高到55%，礦漿比熱由3．776kJ／（kg·℃）下降到2．273kJ／（kg·℃），反應(yīng)料漿比熱由3．75kJ／（kg·℃）下降到2．35 kJ／（kg·℃），硫化物最低自熱品位由45．45%下降到4．73%。這是因?yàn)殡S礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，礦漿中水分減少，水的比熱是其他成分的2～9倍，從而使礦漿比熱、反應(yīng)料漿比熱、硫化物最低自熱品位相應(yīng)下降，反應(yīng)所需的熱量也隨之下降。因此，提高礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可降低加壓氧化工序能耗，減小加壓釜及后續(xù)處理系統(tǒng)的裝置規(guī)模。

表8 計(jì)算結(jié)果

4 曲線擬合、公式驗(yàn)證及應(yīng)用

4．1 曲線擬合

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，采用Excel軟件，擬合礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)（x）與礦漿比熱（a）、反應(yīng)料漿比熱（b）、硫的最低自熱品位（c）關(guān)系如下：

4．2 公式驗(yàn)證

取礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，采用公式（1）～（3）計(jì)算礦漿比熱、料漿比熱和硫化物最低自熱品位，驗(yàn)證結(jié)果及相對(duì)偏差見表9?？梢钥闯?，擬合公式得到的計(jì)算結(jié)果相對(duì)偏差較小，具有一定的可靠性。

表9 驗(yàn)證結(jié)果及相對(duì)偏差

4．3 公式應(yīng)用

1）獲得比熱數(shù)據(jù)。已知礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)公式（1）～（2），可計(jì)算礦漿與反應(yīng)料漿的比熱，為裝置設(shè)計(jì)中的熱量衡算提供獲得比熱數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法。

2）優(yōu)化加壓氧化工藝條件。已知硫化金精礦中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)公式（3），可計(jì)算礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該值為系統(tǒng)不需外部供熱就可實(shí)現(xiàn)加壓氧化反應(yīng)的最低值，為反應(yīng)最佳工藝參數(shù)。

3）節(jié)約能源、降低投資。相對(duì)而言，礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行越不利，但由于物料量減少，反應(yīng)所需熱量相應(yīng)減少，加壓釜及后處理系統(tǒng)的裝置規(guī)模也相應(yīng)減小，因此，在公式（3）及工藝條件優(yōu)化研究基礎(chǔ)上獲得最佳礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于節(jié)約能源、降低投資。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著易處理金礦資源的不斷開采，可直接氰化浸出金的資源日益減少，難處理（難浸）金礦資源逐步得到開發(fā)利用。難處理硫化金精礦要獲得高的金浸出率，就需要進(jìn)行加壓氧化預(yù)處理，如何降低預(yù)處理成本，是難處理硫化金精礦得以開發(fā)利用的關(guān)鍵。通過分析，根據(jù)硫化金精礦中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，推導(dǎo)出礦漿固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)最佳值，有助于難處理硫化金精礦加壓氧化工藝條件的優(yōu)化，可以節(jié)約能源，降低成本。所以，該法的研發(fā)對(duì)難處理硫化金精礦的開發(fā)利用具有重要意義。

［1］吳智，黃中省，臧宏，等．某難處理金精礦焙燒—氰化提金工藝試驗(yàn)研究［J］．黃金科學(xué)技術(shù)，2014，22（6）：77－81．

［2］張紅敏．淺議難處理金精礦的酸性熱壓預(yù)氧化工藝［J］．民營(yíng)科技，2007（11）：23．

［3］崔日成，楊洪英，富瑤，等．不同含砷類型金礦的細(xì)菌氧化－氰化浸出［J］．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2011，21（3）：694－699．

［4］楊瑋，覃文慶，劉瑞強(qiáng)，等．高砷難處理金精礦細(xì)菌氧化—氰化提金［J］．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2011，21（5）：1151－1158．

［5］李育林，伍贈(zèng)玲，吳在玖，等．高硫高砷金精礦細(xì)菌氧化－氰化浸金試驗(yàn)研究［J］．濕法冶金，2005，24（2）：73－76．

［6］《黃金生產(chǎn)工藝指南》編委會(huì)．黃金生產(chǎn)工藝指南［M］．北京：地質(zhì)出版社，2000：270－271．

［7］梁英教，車蔭昌．無機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)［M］．沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2007．