難處理金精礦焙燒—酸浸渣強化酸浸提鐵工藝優(yōu)化

薛紅偉 朱長亮 王伯義 郭引剛 彭國敏

(1.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司；2.河北邯邢礦冶設計院有限公司)

難處理金精礦焙燒—酸浸渣強化酸浸提鐵工藝優(yōu)化

薛紅偉1朱長亮2王伯義1郭引剛1彭國敏1

(1.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司；2.河北邯邢礦冶設計院有限公司)

介紹了河南中原黃金冶煉廠在酸浸渣強化酸浸提鐵綜合利用項目生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的問題及解決措施，探討了礦漿溫度、濃度、硫酸量、助浸劑及其過量系數(shù)對浸鐵反應的影響，闡述了溫度和鐵粉質(zhì)量對置換反應的影響，獲得了酸化提鐵處理酸浸渣的最佳控制方案，實現(xiàn)了高效低成本制備優(yōu)質(zhì)氧化鐵紅鐵黃。

含砷難處理金礦 焙燒 酸浸 強化酸浸提鐵 氰化浸金

隨著金礦的大規(guī)模開采，易處理的金礦資源日漸枯竭，難處理金礦將成為今后黃金工業(yè)的主要資源。據(jù)統(tǒng)計，目前世界上約2/3的金礦資源屬于難處理礦，而世界黃金總產(chǎn)量的1/3左右是產(chǎn)自難處理金礦，產(chǎn)自難處理金礦的比例今后還將逐漸增高[1-6]，河南中原黃金冶煉廠針對復雜難處理金精礦伴生多金屬資源綜合回收開展了廣泛研究。投資建成了難處理金精礦焙燒—酸浸渣資源綜合回收車間，產(chǎn)出主要副產(chǎn)品為氧化鐵紅、鐵黃及硫酸銨等。自2009年初建成投產(chǎn)后，實現(xiàn)了金、鐵的有效回收，獲得了較高的經(jīng)濟效益。但在生產(chǎn)運行中也出現(xiàn)了一些諸如操作穩(wěn)定性差、浸渣銅含量高影響氰化、殘酸酸度高增加成本、壓濾板框故障率高、濃密機不沉降、再生料液難以過濾和凈化、鐵粉品質(zhì)差影響生產(chǎn)等一系列技術難題。本文闡述了難處理金精礦焙燒—酸浸渣強化酸浸提鐵綜合回收鐵的工藝原理，介紹了河南中原黃金冶煉廠在酸浸渣強化酸浸提鐵綜合利用項目生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的問題及解決措施。

1 強化酸浸提鐵工藝原理

河南中原黃金冶煉廠處理金精礦原工藝為：含硫金精礦焙燒脫硫—含硫煙氣制酸、焙砂酸浸提銅、浸渣氰化提金銀。焙砂經(jīng)酸浸脫銅，浸出液進行萃取電積，酸浸渣主要成分為氧化鐵和石英。金銀留在渣中，經(jīng)過焙燒脫硫和酸浸脫銅等預處理后，大部分金銀微粒已經(jīng)暴露出來，但還有部分金被焙燒過程中形成的氧化鐵等氧化物再次包裹，一部分金仍被砷等有害元素包裹著，這部分金銀無法在氰化過程中直接浸出而降低了金氰化率。強化酸浸提鐵就是利用強酸和助浸劑進一步打開焙燒酸浸渣中的包裹金，浸鐵渣洗滌后采用常規(guī)氰化法浸出回收金銀，此工藝可以提高高砷復雜難處理金精礦的氰化回收率。

強化酸浸提鐵過程發(fā)生的主要反應有：

Fe2O3(s)+Cu(s)+3H2SO4(l)=

2FeSO4(l)+CuSO4(l)+3H2O(l)，

(1)

CuSO4(l)+Fe(s)=FeSO4(l)+Cu(s)，

(2)

將酸浸渣漿化后加入濃硫酸和助浸劑發(fā)生反應(1)，浸鐵礦漿液固分離后濾液中加入鐵粉置換出銅離子，生成只含F(xiàn)eSO4的浸鐵料液。其中助浸劑為反應(2)中置換出的新鮮高活性銅粉。銅粉再返回到浸鐵和濃硫酸一起將難以酸溶的氧化鐵溶解變成硫酸銅和硫酸亞鐵，從而完成整個浸鐵—再生循環(huán)，同時產(chǎn)出合格的硫酸亞鐵料液送往后繼工序生產(chǎn)氧化鐵紅或鐵黃。該工藝對過程穩(wěn)定性要求極高，否則會產(chǎn)生互相干涉影響，因此進行優(yōu)化浸鐵過程研究很有意義。

2 生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的問題及解決措施

2.1 酸化浸鐵過程操作問題及解決措施

強化酸浸提鐵操作控制的重點是保證較低浸鐵渣銅和最低的鐵粉、硫酸單耗。強化酸浸提鐵反應為三元反應體系，控制難度大，原則上3種物料量的比例關系為：氧化鐵>硫酸>銅粉。浸鐵渣中銅含量較高時，將嚴重影響后續(xù)氰化浸出作業(yè)，增加氰化鈉消耗量，并增加貴液置換作業(yè)難度。理論上浸鐵—再生循環(huán)中每產(chǎn)出1t亞鐵金屬量，則需要消耗單質(zhì)金屬鐵0.333t和硫酸1.75t。鐵粉消耗是影響強化酸浸提鐵生產(chǎn)硫酸亞鐵及氧化鐵紅鐵黃產(chǎn)品成本中最高的因素。如果浸鐵礦漿中殘酸含量較高，將直接增加硫酸單耗，還會增大與鐵粉反應的幾率，增加鐵粉用量，增加凈化過程中氨水的使用量，提高生產(chǎn)成本。

影響浸鐵效果的關鍵因素為浸出溫度、酸度和時間。依據(jù)浸鐵反應需要設計出具體需要的浸鐵槽體積和槽子個數(shù)。單就浸鐵反應，酸度越高越好，但考慮到硫酸單耗和后續(xù)工序，一般選擇為理論用量的1.1～1.2倍。浸鐵溫度必須達到90 ℃以上，反應才能快速有效進行。當?shù)V漿溫度達到105 ℃時，93%以上濃硫酸的加入很容易造成礦漿或硫酸的飛濺，安全生產(chǎn)風險突增。當溫度低于85 ℃時，浸鐵過程進行緩慢，渣中銅含量容易超標。一般情況下，控制浸鐵礦漿溫度在95～103 ℃。

影響浸鐵礦漿溫度的主要因素有：硫酸量、礦漿濃度、礦漿過量系數(shù)、銅粉的濃度、銅鐵含量比以及蒸汽加熱或煙囪降溫等措施。浸鐵過程中硫酸的加入量取決于后續(xù)氧化合成生產(chǎn)鐵紅、鐵黃對亞鐵料液量需求的大小，即系統(tǒng)負荷要整體匹配。加入的硫酸量足夠多時，釋放出的稀釋熱即可滿足生產(chǎn)要求，而且浸鐵反應本身為放熱反應，所以提高硫酸量有利于浸鐵的操作控制。

實際生產(chǎn)過程中，由于配套的鍋爐蒸汽產(chǎn)量不足、氧化鐵紅鐵黃干燥能力偏小和硫酸銨車間管道頻繁堵結等問題導致浸鐵再生系統(tǒng)始終在設計負荷30%～60%的條件下運行。硫酸量達到設計量的30%～40%時，浸鐵基本具備開車并連續(xù)運行條件，但其對影響浸鐵溫度的其它因素要求很高，如礦漿濃度、礦漿過量系數(shù)、銅粉濃度、銅粉中銅含量等。如果浸鐵溫度偏低，可以向浸鐵反應槽中通入蒸汽以提高反應溫度。這些因素給生產(chǎn)操作控制帶來很大難度，因而增加了鐵粉單耗，達到365～395kg/t；浸鐵渣銅容易超標導致氰化提金過程消耗大量的氰化鈉。為此，進行了中低負荷情況下浸鐵操作優(yōu)化試驗，結果見表1。.

表1 優(yōu)化浸鐵操作試驗結果

表1表明：浸鐵反應適宜礦漿濃度為55±2%；終點酸度為35～55g/L，浸鐵渣銅合格穩(wěn)定，而且鐵粉用量和硫酸用量較低，分別為345kg/t和1.85g/t；全部礦漿酸化浸鐵和部分礦漿酸化浸鐵都能使氰化金浸出率提高，但前者提高幅度要大于后者。

2.2 浸鐵渣的洗滌操作問題及解決措施

浸鐵反應到達終點時礦漿中銅、鐵離子濃度均達到飽和狀態(tài)，為防止結晶必須用洗水稀釋。原設計為稀釋后的浸鐵礦漿直接用壓濾板框進行液固分離，但浸鐵礦漿溫度高達75～90 ℃，達到或甚至超過壓濾板框的使用溫度范圍，且不易降低，使得濾布易老化、過濾速度下降，板框易刺漏；且由于蒸汽量大，卸餅作業(yè)時操作環(huán)境差，冬天更無法操作；給礦泵為專用壓濾礦漿泵，但密封差、頻繁漏，葉輪損耗快。為解決這些問題，現(xiàn)場將稀釋后的浸鐵礦漿直接輸送到濃密機沉降，經(jīng)生產(chǎn)實踐驗證使用效果良好。

2.3 鐵粉置換過程操作問題及解決措施

鐵粉置換是在酸性環(huán)境下進行的，部分鐵粉將和硫酸發(fā)生反應釋放出氫氣副產(chǎn)物。保持較低的料液酸度是減少低氫氣產(chǎn)生的關鍵。氫氣為易燃易爆危險化學物質(zhì)，存在重大爆炸隱患，要求該崗位為禁煙區(qū)。如果現(xiàn)場需要動火(如進行電焊或氧炔焰切割等作業(yè))，則必須提前停止鐵粉加入，經(jīng)檢測確認氫氣含量低于爆炸極限并辦理動火作業(yè)證后才能施工。

再生后浸鐵料液中銅、鐵含量和pH值對后續(xù)氧化鐵紅鐵黃生產(chǎn)影響很大，因此，保持適宜的銅、鐵離子濃度和pH值至關重要。影響置換反應速度的因素主要為溫度和鐵粉質(zhì)量。最佳的置換溫度應控制在65～70 ℃。

鐵粉質(zhì)量影響置換效果主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①鐵粉中單質(zhì)鐵金屬含量要大于85%，同時三氧化二鐵或四氧化三鐵等氧化物含量要低。單質(zhì)鐵金屬含量過低則反應速度下降，主要是影響產(chǎn)出的硫酸亞鐵質(zhì)量，雜質(zhì)離子含量將增多，降低氧化鐵紅鐵黃產(chǎn)品質(zhì)量；三氧化二鐵或四氧化三鐵等鐵的氧化物的存在時將優(yōu)先和硫酸反應，生成的三價鐵離子又直接與單質(zhì)鐵反應，降低鐵粉單耗。②鐵粉粒度要適中。鐵粉粒度過粗，在置換過程中容易形成金屬包裹鐵粉顆?，F(xiàn)象，延長置換反應的時間，造成反應滯后，鐵粉使用量增加，引起生產(chǎn)指標波動。增加鐵粉用量，易使料液pH值升高，導致置換出的助浸劑銅粉沉降困難且難以過濾。適宜的鐵粉粒度為：+40目含量小于5%，-0.074mm含量為50%～80%。優(yōu)質(zhì)鐵粉使用效果表現(xiàn)為：①置換后料液清澈，呈現(xiàn)草青色，幾乎不含雜質(zhì)；②當鐵粉過量時，再生槽內(nèi)也沒有黑沫子；③助浸劑銅粉呈絮狀，沉降性能良好。

鐵粉和置換出的助浸劑都屬于微顆粒狀物質(zhì)，且料液pH值為1.5～2.5，腐蝕性強，原設計的襯膠離心泵由于密封損壞速度快，現(xiàn)場跑冒滴漏嚴重?，F(xiàn)場改造時選用不銹鋼立式泵，徹底解決了此問題，且降低了設備故障率。原設計為兩段沉降槽進行助浸劑的液固分離，但沉降效果差，滿足不了生產(chǎn)要求?，F(xiàn)場改造時根據(jù)鐵粉和置換出的助浸劑和水比重差較大的特點，改用旋流器后得到了有效解決，且旋流器占地面積小，無二次動力消耗。

3 結 論

對含硫金精礦焙砂酸浸提銅—浸渣氰化提金工藝的改造實踐和生產(chǎn)優(yōu)化后，掌握了影響浸鐵工藝平穩(wěn)生產(chǎn)操作的關鍵因素，改進了關鍵設備，提高了工藝的可控性，實踐表明：強化酸浸提鐵是一種提高復雜難處理金精礦焙燒氰化金回收率的有效途徑，能平穩(wěn)、低成本地為制備優(yōu)質(zhì)氧化鐵紅鐵黃提供合格的硫酸亞鐵料液。

[1] 李俊萌.難處理金礦石預處理方法研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].稀有金屬，2003，27(4):478-481.

[2] 陳 聰，姚 香.難處理金礦石預處理方法簡述[J].黃金科學技術，2004，12(4):27-30.

[3] 王力軍，劉春謙.難處理金礦石預處理技術綜述[J].黃金，2000，21(1):38-45.

[4] 王康林，汪模輝，蔣金龍.難處理金礦石的細菌氧化預處理研究現(xiàn)狀[J].黃金科學技術，2001，9(1):19-24.

[5] 朱長亮，楊洪英，王大文，等.含砷含碳雙重難處理金礦石預處理方法研究現(xiàn)狀[J]. 中國礦業(yè)，2009，18(4)：66-69.

[6] 楊洪英. 細菌冶金學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

2015-05-18)

薛紅偉(1978—)，男，廠長，研究生,472000 河南省三門峽市。