含砷金精礦焙燒氧化預(yù)處理工藝研究

熊領(lǐng)領(lǐng) 田 靜

(1.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 三門(mén)峽 472000；2.河南中原黃金冶煉廠(chǎng)有限責(zé)任公司， 河南 三門(mén)峽 472000)

0 前言

我國(guó)黃金產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界首位，每年黃金的產(chǎn)量保持在較高的水平，隨著國(guó)內(nèi)易處理金礦石的不斷開(kāi)采利用，資源儲(chǔ)量下降明顯，含碳含砷等難處理金礦資源不斷加大開(kāi)采力度。我國(guó)含砷金礦儲(chǔ)量豐富，近年來(lái)，在湖南、云南、貴州、四川、甘肅和新疆等省區(qū)已相繼發(fā)現(xiàn)大中型砷金礦[1]。含砷金礦已成為金礦生產(chǎn)的重要資源，國(guó)內(nèi)有一些黃金冶煉企業(yè)將含砷金礦作為主要的生產(chǎn)原料。含砷的金礦石和精礦，由于其中的金與砷黃鐵礦緊密共生、金在礦物中呈細(xì)粒浸染狀等緣故而屬于難處理的原料，因此一般都需要進(jìn)行預(yù)處理[2]。預(yù)處理的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)物理或者化學(xué)方法，去除礦粉中的各種有害雜質(zhì)元素，使金的包裹體充分解離，達(dá)到提金浸出藥劑與金的充分接觸，從而提升金的浸出率。

對(duì)于這類(lèi)難處理含砷金精礦的預(yù)處理工藝，目前研究得比較多的有焙燒氧化、加壓氧化、細(xì)菌氧化、化學(xué)預(yù)氧化等，其中焙燒氧化法研究和應(yīng)用最廣，工藝也較成熟[3-4]。但是即使是經(jīng)過(guò)焙燒法預(yù)處理的含砷精礦，由于容易出現(xiàn)礦物焙燒溫度過(guò)高的情況，導(dǎo)致金的二次包裹，影響浸出率，使得尾渣中通常還有5～20 g/t的金，造成資源浪費(fèi)。有資料指出，當(dāng)?shù)V物中含砷 2%～3%時(shí)，采用一段焙燒，焙砂中金的浸出率僅為45%～50%[5]；而采用兩段焙燒可有效脫除金精礦中的砷，對(duì)提高金的回收率有更加明顯的效果。因此選擇合適的預(yù)處理工藝，最大程度地提高金的回收率是此類(lèi)難處理金精礦的研究重點(diǎn)。

本文針對(duì)某含砷金精礦進(jìn)行了有價(jià)金屬回收工藝研究，選用了兩種焙燒氧化預(yù)處理手段，以期最大程度地提高金的回收率，同時(shí)還對(duì)金精礦中的銅回收工藝進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)獲得了較好的效果，可為其他含砷金精礦處理提供工藝參考。

1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)研究所用的含砷金精礦來(lái)自某高砷金礦企業(yè)，礦粉粒度較細(xì)(-75 μm占85%以上)，實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行了烘干處理。其多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 含砷金精礦多元素分析結(jié)果 %

注：*單位為g/t。

從表1中可以看出，實(shí)驗(yàn)原料含砷金精礦中含金34 g/t，含銀72.3 g/t，含砷3.54%，屬于高砷金精礦；此外還含有1.55%的銅，具有一定的回收價(jià)值；另外還含有0.32%的鉛和0.07%的鋅，基本不具備回收價(jià)值。

2 實(shí)驗(yàn)原理及方法

本研究主要針對(duì)含砷金精礦進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理工藝步驟分為一段焙燒或兩段焙燒，焙燒后的焙砂進(jìn)行酸浸回收其中的銅。預(yù)處理后的渣再進(jìn)行氰化提金銀，以考察不同的預(yù)處理工藝對(duì)金浸出率的影響。

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

含砷金精礦中的砷主要附存在FeAsS中，另有一定量砷存在于FeS2[6]。采用一段焙燒工藝，精礦中的金屬硫化物被氧化生成金屬氧化物和二氧化硫，F(xiàn)eS2在較高氧化氣氛下反應(yīng)生成 Fe2O3，F(xiàn)e2O3則與砷迅速反應(yīng)，形成穩(wěn)定的鐵砷化合物，反應(yīng)原理如下：

4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2

(1)

As2O3+Fe2O3+O2→2FeAsO4

(2)

采用一段焙燒處理含砷金精礦，由于砷生成不揮發(fā)的砷酸鹽留在焙砂中，不能完全脫砷，且鐵砷化合物會(huì)嚴(yán)重抑制金的浸出。兩段焙燒工藝，是將含砷金精礦先在一段爐缺氧條件下進(jìn)行焙燒，F(xiàn)eS2生成Fe3O4，物料中的砷揮發(fā)；之后再進(jìn)行二段氧化焙燒，使鐵充分氧化，金與緊密結(jié)合的硫化礦物和其他礦物分離，在氰化物浸出時(shí)獲得較高的浸出率[7]，反應(yīng)原理如下：

12FeAsS+29O2→6As2O3+4Fe3O4+12SO2

(3)

3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2

(4)

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

(5)

2FeAsS+3FeS2→5FeS+As2S3

(6)

2As2S3+9O2→6SO2+As4O6

(7)

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1)一段焙燒預(yù)處理。稱(chēng)取一定量的含砷金精礦置于焙燒盤(pán)中，放入加熱至一定溫度的馬弗爐中，焙燒一段時(shí)間，焙燒結(jié)束后將焙燒盤(pán)取出，焙砂制樣分析。

2)兩段焙燒預(yù)處理。稱(chēng)取一定量的含砷金精礦置于焙燒盤(pán)中，放入加熱至一定溫度(500 ℃、550 ℃、600 ℃)的馬弗爐中，低溫密閉焙燒一段時(shí)間，將馬弗爐溫度升高至設(shè)定溫度后(600 ℃、650 ℃、700 ℃)，再氧化焙燒一段時(shí)間，焙燒結(jié)束后將焙燒盤(pán)取出，焙砂制樣分析。

3)酸浸處理。將焙燒獲得的焙砂按照一定的液固比進(jìn)行調(diào)漿，按照一定的酸度加入硫酸，升溫至指定溫度后，反應(yīng)一段時(shí)間，固液分離后渣樣送分析。

4)氰化浸出。將酸浸渣按液固比進(jìn)行調(diào)漿，用碳酸鈉調(diào)節(jié)礦漿pH，待pH值穩(wěn)定后，加入氰化鈉，控制氰化鈉濃度，氰化浸出一段時(shí)間，過(guò)濾、洗滌、烘干，制樣送分析。

5)結(jié)果計(jì)算。以金的氰化浸出率為例，其余均按照渣中元素含量進(jìn)行相應(yīng)的脫除率和浸出率的計(jì)算，金的氰化浸出率按下式進(jìn)行計(jì)算。

ψ(Au)=(mAu原-mAu渣)/mAu原×100%

(8)

式中：ψ(Au)——金的氰化浸出率，%；

mAu原——原礦中金含量，g；

mAu渣——渣礦中金含量，g。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 一段焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)根據(jù)目前金精礦冶煉企業(yè)所采用焙燒制度進(jìn)行焙燒實(shí)驗(yàn)，焙燒主要是實(shí)現(xiàn)脫砷、脫硫以及銅礦物的硫酸化過(guò)程，一段焙燒和兩段焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

圖1 高砷金精礦一段焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 高砷金精礦兩段焙燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1)從圖1中可以看出，對(duì)高砷金精礦進(jìn)行一段焙燒，隨著焙燒溫度的升高，砷和硫的脫除率也隨之增加，硫的脫除率基本都在97%以上；當(dāng)焙燒溫度達(dá)到650 ℃時(shí)，砷的脫除率達(dá)到70%，進(jìn)一步升高焙燒溫度，砷的脫除率增加并不明顯；當(dāng)焙燒溫度為750 ℃時(shí)，砷的脫除率達(dá)到72%，但焙砂中砷含量超過(guò)1.15%，脫砷效果較差。

2)從圖2中可以看出，隨著一段焙燒溫度的增加，砷的脫除率均增加明顯，硫的脫除率變化較慢，當(dāng)一段焙燒溫度為550 ℃時(shí)，砷的脫除率可達(dá)到80%以上，進(jìn)一步增加一段焙燒時(shí)間，砷的脫除率可達(dá)90%以上；當(dāng)一段焙燒溫度為600 ℃、二段焙燒溫度為700 ℃時(shí)，砷的脫除率達(dá)到93%，此時(shí)焙砂中的砷含量為0.29%，脫砷效率較高。

3.2 酸浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將焙燒獲得的焙砂進(jìn)行酸浸以回收其中的銅，按照液固比3∶1進(jìn)行調(diào)漿，加入硫酸控制pH<0.5，升溫至75 ℃，浸出2 h后過(guò)濾洗滌濾渣，渣樣烘干后送樣分析。一段焙燒和兩段焙燒酸浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

圖3 一段焙燒焙砂酸浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 兩段焙燒焙砂酸浸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1)從圖3中可以看出，隨著一段焙燒溫度的升高，銅的浸出率呈升高趨勢(shì)，基本都達(dá)到了較好的浸出效果，但是當(dāng)焙燒溫度升高至750 ℃時(shí)，銅的浸出率稍有降低。

2)從圖4中可以看出，隨著焙燒溫度的升高，銅的浸出率有所增加，但是增加幅度有限，隨著焙燒溫度進(jìn)一步升高，銅的浸出率稍有下降。可能是由于焙燒溫度過(guò)高，造成了焙燒獲得的硫酸銅相分解導(dǎo)致，造成銅的浸出率有所降低。整體來(lái)說(shuō)一段焙燒和兩段焙燒對(duì)銅的浸出率影響不明顯，銅都達(dá)到了較好的浸出效果，說(shuō)明無(wú)論采用兩段還是一段焙燒工藝基本不影響銅的回收。

3.3 氰化浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)一段焙燒和兩段焙燒酸浸后的酸浸渣進(jìn)行氰化浸出以提取其中的貴金屬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖5和圖6所示。

圖5 一段焙燒酸浸渣氰化浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 兩段焙燒酸浸渣氰化浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1)從圖5中可以看出，一段焙燒酸浸處理后進(jìn)行氰化浸出，金的浸出率普遍在80%左右，銀的浸出率在55%～60%，浸出率均較低，氰渣中的金還有6.9 g/t，銀36 g/t，一段焙燒酸浸處理后，金銀的回收率都偏低。

2)從圖6中可以看出，經(jīng)過(guò)兩段焙燒酸浸處理后，金的回收率可接近90%，普遍比一段焙燒酸浸的金的浸出率要高，氰渣中含金4.4 g/t，含銀32 g/t，說(shuō)明經(jīng)過(guò)兩段焙燒處理后，能顯著提高金的浸出率，但銀的浸出率增加不明顯。

綜上所述，兩段焙燒預(yù)處理方法對(duì)含砷金精礦有價(jià)元素回收效果優(yōu)于一段焙燒，兩段焙燒氰化浸出工藝是處理含砷金精礦最有效的工藝方法之一。

4 結(jié)論

本文對(duì)比研究了一段焙燒與兩段焙燒兩種焙燒氧化預(yù)處理方式對(duì)含砷金精礦砷的脫除與有價(jià)金屬回收效果的影響，得出如下結(jié)論：

1)含砷金精礦兩段焙燒的脫砷效果要優(yōu)于一段焙燒。

2)對(duì)高砷金精礦一段焙燒和兩段焙燒獲得的焙砂進(jìn)行酸浸提銅，結(jié)果表明銅的浸出率均較高，達(dá)到了93%以上，實(shí)現(xiàn)了銅的回收。

3)對(duì)一段焙燒和兩段焙燒獲得的焙砂經(jīng)酸浸提銅后，氰化浸出提金銀，發(fā)現(xiàn)兩段焙燒后氰化尾渣中的金浸出率明顯高于一段焙燒，金含量可由最初的34 g/t降至4.4 g/t，這說(shuō)明兩段焙燒氰化浸出工藝是處理含砷金精礦最有效的工藝方法之一。