焙燒溫度對高嶺石與硫代硫酸金相互作用的影響

劉淑杰，代淑娟，李鵬程，蘇 馨

(遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

高嶺石是地球表面上分布最廣泛的硅酸鹽礦物之一，黏土礦物中大部分金以化合物形式與黏土礦物結(jié)合[1-3]，金與高嶺石等硅酸鹽類礦物可能存在相互作用，可能是硅與金發(fā)生某種形式的鍵合作用，導(dǎo)致金回收難度增大?；鸱ㄔ嚱鸱治鲆话悴捎贸?xì)磨礦樣，并添加二氧化硅以減少金在含氧化鉛的玻璃相里的溶解度。金溶解于試金分析過程所產(chǎn)生的玻璃相(非晶硅膠類)，得出的金含量可能大大降低，因此，傳統(tǒng)的火法試金分析常常不能準(zhǔn)確測定硅酸鹽類礦物中的金含量[4]。在濕法提金過程中，金的流失通常歸咎于典型的“劫金”現(xiàn)象[5]，即溶解的金化合物吸附到碳質(zhì)上，吸附并還原到硫化礦上，以及吸附到黏土顆粒上[6]。在濕法提金過程中，理論上不存在“劫金”現(xiàn)象，然而實(shí)際處理這類礦石過程中同樣出現(xiàn)金的流失。特別是在礦石中含有大量的硅酸鹽類礦物的情況下，金的流失變得更加嚴(yán)重。目前對金與硅相互作用機(jī)理及對浸金過程的影響研究較少[7]。趙志曼等[8]研究了高嶺石脫水分子動力學(xué)及密度泛函，得出經(jīng)700 ℃活化后的高嶺石態(tài)密度變化明顯，Al—O—H被活化后成鍵作用能力增強(qiáng)；宋丹波[9]對某金礦進(jìn)行了焙燒-氰化浸出試驗(yàn)，得出在不同溫度下焙砂的紅外光譜變化規(guī)律，但高溫對各礦物的影響及700 ℃后的金浸出率降低未做深入研究；黎文輝等[10]對貴州板其金礦進(jìn)行焙燒-氰化浸出，得出經(jīng)800 ℃焙燒后的焙渣浸出率低，在此溫度下高嶺石結(jié)構(gòu)破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榘刖w相物，對金形成了束縛效應(yīng)。通過將高嶺石與硫代硫酸金充分混合進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，得出室溫高嶺石與硫代硫酸金相互作用的影響；將不同溫度下的高嶺石焙渣分別與硫代硫酸金充分混合進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，得出焙燒溫度對高嶺石與硫代硫酸金相互作用的影響，結(jié)合紅外光譜和X射線衍射對高嶺石與硫代硫酸金相互作用進(jìn)行機(jī)理探討，研究成果可豐富和完善金礦選冶理論，并為改進(jìn)金的提取工藝提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

1.1 礦石性質(zhì)

高嶺石來自于徐州高嶺化工科技有限公司，礦石顏色呈淺灰色，土狀光澤，構(gòu)造呈致密塊狀，硬度2.0～3.5，屬三斜晶系的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。樣品化學(xué)多元素分析見表1，X射線衍射分析見圖1。

由表1可知，高嶺石主要由SiO2、Al2O3和H2O組成，雜質(zhì)主要以鐵、鈣的氧化物形式存在，高嶺石的化學(xué)組成反映了樣品純度較高。由圖1可知，高嶺石結(jié)晶度良好。

表1 高嶺石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 The analysis results of chemical multi-elementsof kaolinite

1.2 高嶺石粒度分析

用BT-9300S型激光粒度分布儀對高嶺石進(jìn)行粒度分析，分析結(jié)果見圖2。由圖2可知，高嶺石的中位徑(D50)為7.28 μm，粒度分布主要集中在0.29～45 μm之間，占94.05%。

圖1 高嶺石X射線衍射分析結(jié)果Fig.1 X-ray diffraction analysis of kaolinite

圖2 高嶺石粒度組成分析結(jié)果Fig.2 The analysis results of particle size compositionof kaolinite

1.3 試驗(yàn)方法

將高嶺石與硫代硫酸金充分混合用85-2A數(shù)顯恒溫測速磁力攪拌器進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，在高嶺石用量5 g、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)500 r/min、攪拌時(shí)間30 min條件下，考察礦漿濃度及初始金濃度等因素對高嶺石與硫代硫酸金吸附的影響。在高嶺石用量5 g、升溫速率為10 ℃/min、焙燒1 h條件下進(jìn)行焙燒試驗(yàn)，取不同焙燒溫度下的焙渣分別與硫代硫酸金充分混合進(jìn)行攪拌試驗(yàn)。攪拌后的礦漿經(jīng)離心機(jī)固液分離，液體通過原子吸收法測定金的濃度，根據(jù)初始金濃度與離心后上清液中金的濃度來計(jì)算高嶺石對溶液中金的吸附量及吸附率，通過吸附量、吸附率的變化趨勢，探索高嶺石與硫代硫酸金的吸附規(guī)律。固體經(jīng)洗滌烘干后進(jìn)行紅外光譜及X射線衍射分析，考察高嶺石的物相轉(zhuǎn)化、高嶺石與硫代硫酸金相互作用規(guī)律。

高嶺石對溶液中金的吸附量和吸附率計(jì)算公式見式(1)和式(2)。

(1)

式中：α為金的吸附量，mg/g；c2為初始金濃度，mg/L；c1為離心后礦漿中金的濃度，mg/L；v為金溶液的體積，mL；m為礦量，g。

(2)

式中，β為金的吸附率，%。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 高嶺石對硫代硫酸金的吸附效果

2.1.1 礦漿濃度對吸附效果的影響

適宜的礦漿濃度可以保證硫代硫酸金足夠與高嶺石反應(yīng)，礦漿濃度偏低或過高會影響高嶺石與Au(S2O3)23-的相互作用。 在初始金濃度85 mg/L、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)500 r/min、攪拌時(shí)間30 min條件下，礦漿濃度分別取20%、28.6%、33.3%和40%，通過改變礦漿濃度來探索高嶺石與Au(S2O3)23-的相互吸附規(guī)律(圖3)。由圖3可知，隨著礦漿濃度的升高，高嶺石對硫代硫酸金的吸附量呈先上升后下降、吸附率呈上升趨勢。礦漿濃度低于28.6%，吸附量上升是硫代硫酸金的濃度起主要作用；礦漿濃度高于28.6%，吸附量下降是因?yàn)榻鹑芤旱捏w積降低，金溶液中的金不足以與高嶺石充分作用，從而導(dǎo)致吸附量下降。吸附率上升是因?yàn)楦邘X石吸附硫代硫酸金的總量增加。改變礦漿濃度，會影響高嶺石與Au(S2O3)23-之間的相互作用。最佳的礦漿濃度取28.6%，高嶺石與Au(S2O3)23-吸附作用強(qiáng)。

圖3 礦漿濃度對吸附效果的影響Fig.3 Effect of pulp concentration onadsorption efficiency

2.1.2 初始金濃度對吸附效果的影響

高嶺石對硫代硫酸金溶液中金的吸附量、吸附率與初始金濃度有關(guān)，適宜的初始金溶度能使高嶺石與Au(S2O3)23-充分作用。在礦漿濃度28.6%、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)500 r/min、攪拌時(shí)間30 min條件下，通過調(diào)節(jié)初始金濃度來探索高嶺石與Au(S2O3)23-的相互吸附規(guī)律(圖4)。由圖4可知，初始金濃度的增加，高嶺石對硫代硫酸金的吸附量、吸附率呈上升趨勢。吸附量上升速率基本相同，吸附率上升是因?yàn)楦邘X石吸附硫代硫酸金的總量增加，這說明高嶺石與Au(S2O3)23-的吸附與初始金濃度有關(guān)。這與HAN等[11]研究的結(jié)果一致，其得出金濃度對體系中金的吸附有顯著影響，較高的金溶液濃度使高嶺石吸附金效果增強(qiáng)，吸附在很大程度上也取決于高嶺石的有序度。

圖4 初始金濃度對吸附效果的影響Fig.4 Effect of initial gold concentration onadsorption efficiency

2.1.3 焙燒溫度對焙渣吸附硫代硫酸金效果的影響

為探索不同焙燒溫度下的焙渣與硫代硫酸金相互作用的影響，在500 ℃、600 ℃、700 ℃和800 ℃條件下分別焙燒高嶺石1 h，焙渣經(jīng)冷卻后分別與硫代硫酸金充分混合進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，在礦漿濃度28.6%、初始金濃度85 mg/L、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)500 r/min、攪拌時(shí)間30 min條件下，探索焙燒后的高嶺石對硫代硫酸金的吸附影響(圖5)。由圖5可知，隨著對高嶺石焙燒溫度的升高，焙渣對硫代硫酸金的吸附量與吸附率升高。經(jīng)700 ℃焙燒后的焙渣對硫代硫酸金的吸附量急劇增加，這說明該溫度下的焙渣對硫代硫酸金的吸附能力強(qiáng)。這與ZIBK等[12]的研究結(jié)果一致，熱處理后的高嶺石有序度降低，具有較高活性，無序度的高嶺石容易產(chǎn)生更活躍的位點(diǎn)，這將促進(jìn)吸附過程。與室溫?cái)嚢柘啾龋簾罨烁邘X石，經(jīng)高溫活化后的高嶺石對硫代硫酸金的吸附能力增強(qiáng)。

圖5 焙燒溫度對焙渣吸附硫代硫酸金效果的影響Fig.5 Effect of calcination temperature on adsorptionof gold thiosulfate by roast slag

2.2 高嶺石與硫代硫酸金吸附機(jī)理探討

2.2.1 紅外分析

2.2.2X射線衍射分析

圖6 試樣與作用的紅外光譜分析圖Fig.6 Infrared spectrum analysis of the interaction

圖7 試樣與Au(S2O3)23-作用的X射線衍射分析圖Fig.7 X-ray diffraction analysis of the interactionbetween sample and Au(S2O3)23-

對室溫高嶺石和經(jīng)500 ℃、600 ℃、700 ℃和800 ℃焙燒后的高嶺石焙渣，與Au(S2O3)23-攪拌后的試樣進(jìn)行X射線衍射分析。試樣與Au(S2O3)23-作用的X射線衍射如圖7所示。由圖7可知，隨著焙燒溫度的升高，高嶺石內(nèi)外羥基脫除，各衍射峰大幅度的削弱和消失，600 ℃在20°～30°時(shí)開始出現(xiàn)非晶態(tài)高嶺石“饅頭峰”，并隨著高溫的活化尖銳度降低，即非晶態(tài)結(jié)構(gòu)比例增多，其活性增大，高嶺石晶體結(jié)構(gòu)的破壞，使高嶺石對硫代硫酸金的吸附能力增強(qiáng)，這與黎文輝等[18]的研究結(jié)果一致，其將高嶺石與金溶液混合，烘干后進(jìn)行研磨攪拌，對不同焙燒溫度下的焙渣進(jìn)行氰化浸出試驗(yàn)，得出隨著溫度的升高，高嶺石晶體結(jié)構(gòu)的破壞，金的浸出率降低，這表明焙燒使金與高嶺石相互作用增強(qiáng)。

3 結(jié) 論