研究電化學(xué)法在尾礦金屬回收中的應(yīng)用

唐植煜

（山東金創(chuàng)股份有限公司，山東 煙臺265612）

大部分礦山尾礦中都包含未被選別或選別不凈的金屬，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國礦山每年新增廢礦渣1.8 億噸左右，其中包含了約480 噸的Ag，7000 萬噸的Fe，160 萬的Zn，1600 萬噸的Cu，如果通過電化學(xué)法將尾礦中的有用金屬進(jìn)行再回收可有效增加資源利用率，避免金屬浪費(fèi)。電化學(xué)法原理簡單可行性高，能夠有效地富集金屬，基于此，將電化學(xué)法應(yīng)用在尾礦金屬回收中設(shè)計(jì)尾礦金屬回收方法。

1 電化學(xué)法

金屬具有電化學(xué)腐蝕性，當(dāng)金屬物質(zhì)與介質(zhì)發(fā)生接觸時(shí)，會出現(xiàn)自溶解現(xiàn)象。電化學(xué)只適用于金屬，電化學(xué)的過程就是一個(gè)氧化還原的過程，通過電化學(xué)作用將我們需要的金屬在陽極或陰極進(jìn)行大量的富集，再將富集的金屬進(jìn)行提取后加以回收[1]。從含銀廢液中回收銀就是利用典型的電化學(xué)法回收金屬的操作。本文提出電化學(xué)法在尾礦金屬回收中的應(yīng)用研究，詳細(xì)內(nèi)容如下。

2 尾礦金屬回收

本文基于電化學(xué)法設(shè)計(jì)的尾礦金屬回收方法主要分為3步流程，金屬回收流程，如圖1 所示。

圖1 基于電化學(xué)法的尾礦金屬回收流程圖

結(jié)合圖1 所示，針對圖中3 步流程的詳細(xì)研究內(nèi)容，如下文所述。

2.1 尾礦金屬加工制取

在進(jìn)行尾礦金屬回收過程中，必須預(yù)先對尾礦進(jìn)行加工以便于實(shí)驗(yàn)研究[2]。尾礦金屬加工制取流程，如下圖2 所示。

圖2 尾礦加工制取流程

結(jié)合圖2 所示，本實(shí)驗(yàn)先將尾礦漿進(jìn)行電加熱或自然曬干去除水分，再通過人工碾壓及機(jī)械加工的方式，將尾礦通過0.15mm，0.1mm，0.074mm 的網(wǎng)格篩篩分出來。將篩分出來的樣品通過縮分、方格取樣的方式得到實(shí)驗(yàn)樣品并留一份副樣備用[3]。為下文基于電化學(xué)法分離尾礦金屬提供基礎(chǔ)材料。

2.2 分離尾礦金屬

在金屬加工制取的基礎(chǔ)上，為提高尾礦金屬回收率，本文基于電化學(xué)法，減少回收過程中尾礦金屬的損失。結(jié)合以往研究，本文將電解溫度設(shè)定為40℃，使電流密度保持在10～15A/m2，以尾礦金屬中常見的Ag、Fe、Zn、Cu、為例。

在尾礦礦粒中加入足夠多的水形成礦漿，并在礦漿內(nèi)按比例加入氨水和NaCl 粉末，以及樹脂溶液，形成混合礦漿，將礦漿倒入反應(yīng)裝置中，通過直流電的作用，使混合礦漿在反應(yīng)裝置內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)并逐漸析出金屬，且在裝置底部接入供氣裝置，借助空氣的力量加強(qiáng)礦漿在反應(yīng)裝置中的循環(huán)反應(yīng)，使電化學(xué)反應(yīng)更加充分。

圖3 電化學(xué)反應(yīng)裝置

2.3 回收尾礦金屬

將含有Ag、Fe、Zn、Cu 的混合礦漿分?jǐn)?shù)次加入金屬回收裝置中，以鐵板為陰極，石墨棒為陽極并對回收裝置陰陽兩極通電，控制電壓在2.5～3.0V，（電化學(xué)反應(yīng)裝置如圖3 所示）使電流密度保持在10～15A/m2，同時(shí)開啟空氣攪拌器，使混合礦漿呈渦流狀擴(kuò)散，確保礦漿內(nèi)所有礦粒快速溶解。礦內(nèi)金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后會析出金屬，并逐漸向陰極靠攏，需將已經(jīng)析出的金屬快速取出并存放在固定的容器中，以免回收裝置陰極因金屬吸附影響反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)所用尾礦通過某礦山開采企業(yè)獲得，此次試驗(yàn)在某選礦廠尾礦庫中進(jìn)行取樣，共取12 份樣，每份1kg，試樣總重為12kg，經(jīng)檢測其中主要元素是Ag、Fe、Zn、Cu，其樣品粒徑范圍，如下表1 所示。

表1 樣品成分粒徑

結(jié)合表1 對該樣品進(jìn)行礦石光譜分析，得出結(jié)果為：樣品中包括：Ag12.36%、Fe8.60%、Zn4.02%、Cu5.23%、，將這12 份樣品4個(gè)一組分為三組，經(jīng)制樣篩分后將粒度分別控制在0.15mm，0.1mm，0.074mm。

本次實(shí)例分析內(nèi)容為尾礦金屬回收，以單獨(dú)回收含量最高具有代表性的Ag 為例，本文實(shí)驗(yàn)采用回收率的理論計(jì)算公式，計(jì)算兩種回收方法的金屬回收率。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即為測試兩種回收方法的金屬回收率，金屬回收率越高，證明該方法的回收效果越好。首先，使用本文設(shè)計(jì)方法基于電化學(xué)法回收尾礦Ag，根據(jù)所取礦樣質(zhì)量通過回收率的理論計(jì)算公式，得出該方法的金屬Ag 回收率，記為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)尾礦再選方法回收尾礦中的Ag，同樣通過回收率的理論計(jì)算公式，得出該方法的金屬回收率，記為對照組。設(shè)置實(shí)驗(yàn)次數(shù)為12 次，其中1～4 為一組粒度為0.15mm，5～8 為二組粒度為0.1mm，9～12 為三組粒度為0.074mm 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如下表2 所示。

表2 金屬回收率對比表

根據(jù)表2 可以得出，本文設(shè)計(jì)方法金屬回收率明顯高于對照組，且粒度最細(xì)的一組回收率最高，證明礦物的加工細(xì)度對電解法回收率的影響較大，證明此次設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中的有效性，具有現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。因此，相信電化學(xué)法在尾礦金屬回收中能夠起到積極的作用，為提高金屬回收率提供數(shù)據(jù)支持，有必要加大研究投入。

4 結(jié)論

本文通過實(shí)例分析的方式，證明了電化學(xué)回收方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以及物料加工細(xì)度對電化學(xué)法回收的影響，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)尾礦金屬回收中存在的回收率低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，未考慮到電極板的成本對實(shí)際生產(chǎn)的影響，由于金屬活潑性不同一些金屬不能析出，實(shí)驗(yàn)還需加以完善。在未來將針對此方面的研究加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對尾礦金屬回收方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高尾礦金屬回收質(zhì)量提供建議。