氰化尾渣氯化揮發(fā)－還原焙燒一步法回收金鐵

李正要 王維維 樂 坤

( 北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083)

隨著礦產(chǎn)資源的不斷開采，資源儲(chǔ)量越來越少，從有色金屬冶煉渣、鋼渣等中進(jìn)行資源二次回收已成為研究的熱點(diǎn)［1］。氰化尾渣中多含有金、鐵、銀、銅、鉛等有價(jià)金屬，尤其金、鐵的含量較高，是貴金屬冶煉行業(yè)的寶貴二次資源。丁劍等［2］對(duì)山東某金含量為2.41 g/t 的焙燒氰化尾渣進(jìn)行氯化揮發(fā)提金研究，金的揮發(fā)率達(dá)到85.93%。韋其晉等［3］以貴州某氰化尾渣為原料進(jìn)行高溫氯化揮發(fā)回收金，氰化尾渣金含量降至0.48 g/t，金揮發(fā)率達(dá)90.77%。劉大學(xué)等［4］對(duì)青海某氰化尾渣進(jìn)行了氯化焙燒提金試驗(yàn)，其金氯化揮發(fā)率為89.57%。劉娜等［5］對(duì)鐵含量48.05%的某氰化尾渣進(jìn)行了直接還原焙燒—磁選回收鐵試驗(yàn)，獲得了鐵品位94.11%、回收率90.14%的還原鐵粉;孫美芬等［6］采用煤基還原焙燒—磁選回收氰化尾渣中鐵，得到了鐵品位60%、回收率70.80%的鐵精礦。對(duì)氰化尾渣中金、鐵的二次回收，工藝研究主要集中在采用氯化揮發(fā)法回收金，或采用還原焙燒—磁選法回收鐵，而利用氯化揮發(fā)－還原焙燒一步法同時(shí)回收氰化尾渣中金、鐵的研究鮮見報(bào)道。為此，筆者對(duì)河南某黃金冶煉企業(yè)的氰化尾渣進(jìn)行了氯化揮發(fā)－還原焙燒同步回收金和鐵試驗(yàn)，以期為氰化尾渣中金、鐵的同步回收利用提供一種新途徑。

1 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

1.1.1 氰化尾渣

試驗(yàn)用氰化尾渣取自河南某黃金冶煉企業(yè)，其主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，金的化學(xué)物相分析結(jié)果和鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果分別見表2 和表3。

表1 氰化尾渣主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Results of main chemical composition analysis on cyanide tailing %

表2 氰化尾渣金化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Results of gold phase analysis on the cyanide tailing

表3 氰化尾渣鐵化學(xué)物相分析結(jié)果Table 3 Results of iron phase analysis on the cyanide tailing %

表1 表明，氰化尾渣中金含量4.57 g/t、鐵含量42.95%，是試驗(yàn)回收的主要有價(jià)元素。

從表2 可以看出:金的嵌布狀態(tài)比較復(fù)雜，75.38%的金被氧化鐵礦物包裹，硫化物包裹金占9.80%，裸露金占4.14%，還有10.68%的金呈其他包裹形式賦存。

表3 表明:氧化鐵是鐵的主要賦存形態(tài)，其中非磁性氧化鐵占81.58%，磁性氧化鐵占6.13%，8.28%的鐵以硅酸鐵形式賦存。

XRD 和鏡檢結(jié)果表明，赤鐵礦、磁鐵礦、黃鐵礦、磁赤鐵礦、鐵橄欖石、閃鋅礦等是氰化尾渣中的主要金屬礦物，石英、鉀長石、鈉長石及硅酸鹽等是主要脈石礦物。

1.1.2 氯化劑和還原劑

氯化劑選用CaCl2和NaCl(均為化學(xué)純，以w(CaCl2)∶ w(NaCl)=4∶ 1 混合使用)。

還原劑采用河南煙煤，其工業(yè)分析結(jié)果見表4，可以看出煙煤中固定碳含量為50.16%、揮發(fā)分含量為30.47%。

表4 煙煤工業(yè)分析結(jié)果Table 4 Results of industry analysis on bituminous coal%

1.2 試驗(yàn)方法

稱取一定量氰化尾渣、氯化劑、煙煤和水在造球機(jī)中造球(其中氯化劑、煙煤的加入量以氯化劑、煙煤與氰化尾渣的質(zhì)量比表示)，控制球團(tuán)粒徑在10 ～15 mm。制好的球團(tuán)在110 ℃干燥箱中干燥3 h(干燥后球團(tuán)含水率0.45%)后放入焙燒爐中，按4.8℃/min 的升溫速率升至指定溫度，進(jìn)行氯化揮發(fā)－還原焙燒，焙燒一定時(shí)間后按2.4 ℃/min 的降溫速度降溫。將冷卻后的球團(tuán)用XPS －φ250 ×150 型輥式破碎機(jī)破碎至－2 mm，然后用XMB 型棒磨機(jī)磨細(xì)后，采用CXG－99 型磁選管在磁場強(qiáng)度為106 kA/m條件下進(jìn)行1 段磁選，得到精礦和尾礦。化驗(yàn)分析精礦和尾礦中金和鐵的品位，按式(1)、式(2)計(jì)算金的揮發(fā)率和鐵的回收率:

式中，VAu為金的揮發(fā)率，%;m 為焙燒前球團(tuán)質(zhì)量，g;m1為精礦質(zhì)量，g;m2為尾礦質(zhì)量，g;βAu為焙燒前球團(tuán)金品位，g/t;βAu1為精礦金品位，g/t;βAu2為尾礦金品位，g/t;εFe為精礦鐵回收率，%;βFe1為鐵精礦鐵品位，%;βFe為焙燒前球團(tuán)的鐵品位，%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 焙燒溫度試驗(yàn)

金氯化揮發(fā)的快慢與焙燒溫度關(guān)系很大，焙燒溫度的高低對(duì)鐵的還原效果也有著較大影響，當(dāng)溫度過低時(shí)，氯化揮發(fā)－還原焙燒反應(yīng)進(jìn)行得較慢，而溫度過高又將造成能耗大、成本高。在氯化劑加入量為8%、煙煤用量為15%、焙燒時(shí)間為60 min、焙燒后球團(tuán)磨細(xì)至－0.043 mm 占70%條件下進(jìn)行焙燒溫度試驗(yàn)，結(jié)果見圖1。

圖1 焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results at different temperature for reduction roasting

由圖1(a)可以看出:隨著焙燒溫度的升高，金的揮發(fā)率逐漸提高。溫度較低時(shí)，金的揮發(fā)速度慢，揮發(fā)率低;升高溫度加速了金的揮發(fā)，當(dāng)溫度升至1 000℃時(shí)，金的揮發(fā)率達(dá)到72.54%，和800 ℃時(shí)金的揮發(fā)率47.26%相比，金的揮發(fā)率提高了25.28 個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)溫度升至1 100 ℃時(shí)，金的揮發(fā)率為74.27%，提高幅度較低。由圖1(b)可以看出，隨著焙燒溫度的升高，精礦鐵品位和回收率均逐漸升高。這是因?yàn)闇囟仍诖笥?70 ℃后，鐵的氧化物按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 順序發(fā)生還原，當(dāng)溫度升至1 000 ℃以上時(shí)，因?yàn)橛胁糠謫钨|(zhì)鐵生成，精礦鐵品位提高，同時(shí)高溫也有利于鐵的還原反應(yīng)的發(fā)生，因此鐵回收率隨溫度升高而提高。綜合考慮能耗成本和技術(shù)指標(biāo)，確定焙燒溫度為1 000 ℃。

2.2 氯化劑用量試驗(yàn)

氯化劑用量決定著焙燒過程氯化氣氛的強(qiáng)弱，是影響金氯化揮發(fā)效果的重要因素。在煙煤用量為15%、焙燒溫度為1 000 ℃、焙燒時(shí)間為60 min、焙燒后球團(tuán)磨礦細(xì)度為－0.043 mm 占70%條件下，進(jìn)行氯化劑用量試驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

圖2 氯化劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results on dosage of chloridizing agent

圖2(a)表明，隨著氯化劑用量的增加，金的揮發(fā)率逐漸升高，但升高幅度逐漸降低。氯化劑用量增加，氯化氣氛增強(qiáng)，金揮發(fā)率升高。由于氰化尾渣中SiO2含量為29.07%，含量較高，促進(jìn)了氯化鈣低溫分解，從而導(dǎo)致氯化焙燒過程中氯化劑用量較高［7］。圖2(b)表明，隨著氯化劑用量的增加，鐵品位和回收率小幅降低。隨著氯化劑用量的增加，氣相中氯氣含量增多，還原氣氛受到影響，精礦鐵品位和回收率降低。氯化劑對(duì)焙燒爐等設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，綜合考慮金、鐵的回收指標(biāo)，確定氯化劑加入量為10%，此時(shí)可得到金揮發(fā)率為79.52%、精礦鐵品位為67.12%、回收率為77.65%的指標(biāo)。

2.3 還原劑用量試驗(yàn)結(jié)果

還原劑的用量直接影響焙燒過程還原氣氛的強(qiáng)弱。還原劑用量較低時(shí)，含鐵礦物不能夠充分還原，鐵回收率低，但還原劑用量過多，一方面影響氯化揮發(fā)，另一方面也將增加生產(chǎn)成本。在氯化劑用量為10%、焙燒溫度為1 000 ℃、焙燒時(shí)間為60 min、焙燒后球團(tuán)磨礦細(xì)度為－0.043 mm 占70%條件下，進(jìn)行還原劑用量試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

圖3(a)表明，隨著還原劑用量的增加，金揮發(fā)率降低。增加還原劑用量，氣相中CO、CO2的分壓增大，氯化氣氛減弱，金氯化揮發(fā)率降低。圖3(b)表明，隨著還原劑用量的增加，精礦鐵品位先升高后小幅降低，鐵回收率逐漸提高。還原劑用量增加，還原氣氛增強(qiáng)，有利于還原反應(yīng)的發(fā)生，精礦指標(biāo)提高;過量的還原劑會(huì)對(duì)還原產(chǎn)品的磨礦、磁選產(chǎn)生不利影響，精礦指標(biāo)下降。綜合考慮，確定還原劑煙煤用量為18%。

圖3 還原劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results on dosage of reduction agent

2.4 焙燒時(shí)間試驗(yàn)

金在氰化尾渣中主要呈超顯微態(tài)被赤鐵礦、磁鐵礦、硅酸鹽等礦物包裹，所以焙燒過程需持續(xù)一定時(shí)間才可能使金裸露并與氯化劑反應(yīng)從而揮發(fā)出來。在造球時(shí)氯化劑加入量為10%、還原劑用量為18%、焙燒溫度為1 000 ℃、焙燒后球團(tuán)磨礦細(xì)度為－0.043 mm占70%條件下，進(jìn)行焙燒時(shí)間試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 焙燒時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results for various length of roasting time

圖4 表明，隨著焙燒時(shí)間的延長，金揮發(fā)率和精礦指標(biāo)均逐漸提高。綜合考慮金揮發(fā)率、精礦指標(biāo)及焙燒成本，選擇焙燒時(shí)間為80 min。

2.5 磨礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響

對(duì)最佳氯化揮發(fā)－還原焙燒條件下獲得的球團(tuán)進(jìn)行了不同磨礦細(xì)度時(shí)的磁選試驗(yàn)，結(jié)果見圖5。

圖5 磨礦細(xì)度對(duì)精礦指標(biāo)的影響Fig.5 Effect of iron index on different grinding fineness

由圖5 可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，精礦鐵品位升高，回收率逐漸降低。當(dāng)磨礦細(xì)度為－0.043 mm 占75% 時(shí)，精礦鐵品位為74.10%、回收率為87.86%，此時(shí)綜合指標(biāo)較佳。確定焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度為－0.043 mm 占75%。

2.6 全流程試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定的氰化尾渣氯化揮發(fā)－還原焙燒一步法回收金、鐵最佳條件為氯化劑用量10%、煙煤用量18%、焙燒溫度1 000 ℃、焙燒時(shí)間80 min、焙燒產(chǎn)品磨礦細(xì)度－0.043 mm 占75%、磁場強(qiáng)度106 kA/m。在最佳試驗(yàn)條件下按圖6 流程進(jìn)行試驗(yàn)，獲得的試驗(yàn)指標(biāo)為金氯化揮發(fā)率85.19%，精礦鐵品位74.16%、回收率87.75%。

圖6 試驗(yàn)全流程Fig.6 Flowsheet of the whole process test

3 結(jié) 論

(1)河南某黃金冶煉企業(yè)氰化尾渣金品位為4.57 g/t、鐵品位為42.95%;75.38%的金被氧化鐵礦物包裹，硫化物包裹金占9.80%，10.68%的金呈其他包裹形式賦存;鐵主要以氧化鐵形式存在，分布率為87.81%。

(2)試驗(yàn)確定的氯化揮發(fā)－還原焙燒同步回收金、鐵的最佳條件為氯化劑用量10%、煙煤用量18%、焙燒溫度1 000 ℃、焙燒時(shí)間80 min、磨礦細(xì)度－0.043 mm 占75%、磁場強(qiáng)度106 kA/m。最佳條件下，獲得了金揮發(fā)率為85.19%、精礦鐵品位為74.16%、鐵回收率為87.75%的指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果為從氰化尾渣中采用氯化揮發(fā)－還原焙燒一步法回收金、鐵提供了一種新途徑。

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