造锍熔煉捕收氰化渣中有價金屬研究①

朱 軍，陳毅鵬，劉丹陽，黨曉娥，王碧俠

（1.西安建筑科技大學，陜西 西安710055；2.陜西省黃金與資源重點實驗室，陜西 西安710055）

氰化法是黃金生產的主要方法之一。我國每年氰化尾渣排放量在2 000萬噸以上［1－2］，氰化尾渣中含有少量貴金屬金銀。大量氰化尾渣堆存占用土地，而且渣中重金屬與氰化物污染水體及土壤，長期堆放不可避免對環(huán)境造成一定污染，在黃金資源緊缺、環(huán)境保護要求不斷提高條件下，對氰化尾渣的處理及利用十分必要［3－4］。目前對氰化尾渣處理的方法有濕法浸出［5］、磁化焙燒［6］、氯化［7］、還原焙燒［8］等，但都存在一定局限性，如濕法浸出產生大量酸度較高的浸出液，后續(xù)處理壓力較大；磁選、氯化和還原焙燒等火法處理方法能耗較高，會出現二次污染［9］。近年來，熔池熔煉處理含銅危險廢物在我國得到了快速發(fā)展，目前廣泛應用于煉銅、鎳、鉛等有色金屬冶煉工業(yè)［10－13］。本文采用造锍熔煉工藝綜合回收陜西潼關某冶煉廠氰化尾渣，研究不同工藝參數對金、銀、銅回收率的影響。

1 實 驗

1.1 實驗原料

實驗主原料氰化尾渣為焙燒-氰化尾渣，取自陜西潼關某冶煉廠。氰化尾渣和實驗輔料硫化銅精礦化學元素和物相分析結果分別如表1～2和圖1～2所示。

表1 氰化尾渣主要化學成分（質量分數）／%

表2 硫化銅精礦主要化學成分（質量分數）／%

圖1 氰化尾渣物相分析

圖2 硫化銅精礦物相分析

氰化尾渣主要由赤鐵礦、石英石及鉛鋅礦組成，金銀主要以硅酸鹽礦物包裹形式存在。

1.2 實驗儀器、試劑

實驗儀器包括衡際JA2003B電子天平、SX－5－12箱式電阻爐、Y－2000型X射線衍射儀、X射線熒光、MZ系列（高錳鋼料缽）小型制樣機等。

實驗試劑為Fe2O3（分析純）和CaO（分析純）。

1.3 實驗原理及方法

以潼關某冶煉廠的氰化尾渣為主原料，配入一定量輔料硫化銅精礦及造渣劑Fe2O3和CaO進行造锍熔煉。氰化尾渣與硫化銅精礦經造锍熔煉生成FeS和Cu2S共熔體即銅锍，銅锍對渣中金、銀進行捕收。氰化尾渣中氰化物在800℃以上被氧化為N2和CO2排放到空氣中［14］。

按一定比例稱取氰化尾渣和硫化銅精礦共100 g，通過Fe2O3和CaO來調整渣型，將氰化尾渣與硫化銅精礦混合料和造渣劑均勻混合放入坩堝中，再將坩堝放入箱式電阻爐中進行造锍熔煉，溫度升至800℃后，設置不同升溫時間使溫度升高到熔煉溫度，熔煉完成后敲碎坩堝稱量銅锍和熔煉渣質量，探究單因素條件下金、銀在锍相中含量及金、銀、銅回收率。實驗采用單因素控制變量法優(yōu)化工藝條件，單因素控制變量有：渣型、熔煉溫度、升溫時間、保溫時間、原料配比。氰化尾渣綜合處理工藝流程圖如圖3所示。

圖3 氰化尾渣綜合處理工藝流程

2 實驗結果與討論

2.1 渣型的影響

固定氰化尾渣與硫化銅精礦配比4∶1、熔煉溫度1 250℃、升溫時間60 min、保溫時間50 min，探究不同渣型下金、銀在锍相中含量及金、銀、銅回收率。

2.1.1 鐵硅比的影響

圖4 為固定CaO／SiO2質量比為0.8條件下，不同鐵硅質量比對金、銀在锍相中含量及金、銀、銅回收率的影響。從圖4可以看出，隨著鐵硅比增加，金銀銅回收率均呈現出先增大后減小的趨勢，當FeO／SiO2比1.8時，渣锍分離效果最好，金銀銅回收率達到最高，金銀在銅锍中含量也達到最大值。這是因為當FeO／SiO2比較低時，熔渣流動性較差，有部分熔煉渣會進入锍相中；繼續(xù)增大FeO／SiO2比，锍相中FeS增多并融入少量FeO，使锍相中Cu2S占比相對減少，故其對金、銀捕收能力下降。因此，熔煉實驗的最佳FeO／SiO2比為1.8。

圖4 FeO／SiO2比對金屬在锍相中含量及回收率的影響

2.1.2 鈣硅比

圖5 CaO／SiO2比對金屬在锍相中含量及回收率的影響

固定FeO／SiO2比為1.8，添加CaO調節(jié)不同鈣硅比，探究金、銀在锍相中含量及金、銀、銅回收率，結果如圖5所示。由圖5可知，隨CaO／SiO2比增大，金屬回收率先增大后減小。這是因為當CaO／SiO2比較低時，過多的SiO2使渣黏度增大，導致渣锍分離效果不佳；添加堿性氧化物CaO會破壞SiO42－結構，在CaO／SiO2比0.8時，金銀銅回收率均為最大值，且金銀在锍相中含量也達到最高值，說明此時渣锍分離效果最好；繼續(xù)增大CaO／SiO2比，金屬回收率下降，這是過量的CaO提高了渣的熔點，導致渣锍分離效果不佳。故熔煉實驗的最佳CaO／SiO2比為0.8。

2.2 熔煉溫度的影響

固定氰化尾渣與硫化銅精礦配比4∶1、升溫時間60 min、保溫時間50 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，考察不同熔煉溫度下金、銀在锍相中含量及金、銀、銅回收率，結果如圖6所示。本次熔煉實驗選擇了5個熔煉溫度：1 150℃、1 200℃、1 250℃、1 300℃、1 350℃，其中1 150℃條件下渣锍未分離。由圖6可知，在1 250℃時，金、銀回收率最高，金銀在锍相中含量分別為8.39 g／t、259.79 g／t；熔煉溫度從1 250℃再升高，金、銀、銅回收率略微降低，這是由于溫度升高，有少量锍相附著在坩堝壁上，導致回收率降低，故本次熔煉實驗溫度選擇1 250℃。

圖6 熔煉溫度對金屬在锍相中含量及回收率的影響

2.3 升溫時間的影響

固定氰化尾渣與硫化銅精礦配比4∶1、熔煉溫度1 250℃、保溫時間50 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，由于氰化物在高于800℃開始分解為N2和CO2，本實驗在800～1 250℃升溫區(qū)間探究不同升溫時間對金、銀在锍相中的含量及金、銀、銅回收率的影響，結果如圖7所示。由圖7可知，金、銅、銀回收率在升溫時間50 min時趨于平穩(wěn)；在升溫時間60 min時金回收率達到最大值74.98%，同時金、銀在锍相中含量達到最大值。這是因為隨著升溫時間增加，渣中金銀被銅锍更多捕收，故本次熔煉實驗升溫時間選擇60 min。

圖7 升溫時間對金屬在锍相中含量及回收率的影響

2.4 保溫時間的影響

固定氰化尾渣與硫化銅精礦配比4∶1、熔煉溫度1 250℃、升溫時間60 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，探究保溫時間對金、銀在锍相中含量及對金屬回收率的影響，結果如圖8所示。從圖8可知，保溫時間40 min以后，金、銅、銀回收率基本趨于平緩；保溫時間50 min時，金回收率最大，但金在锍相中的占比卻不是最高，這是因為隨著保溫時間延長，有少量锍相附著在坩堝上。故本次熔煉實驗保溫時間選擇50 min。

2.5 原料配比的影響

固定熔煉溫度1 250℃、升溫時間60 min、保溫時間50 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，探究氰化尾渣與硫化銅精礦配比對金、銀在锍相中含量及對金屬回收率的影響，結果如圖9所示。從圖9看出，當氰化尾渣與硫化銅精礦配比為4∶1時，金、銀、銅回收率達到較高值，金銀在锍相中含量分別為8.41 g／t和

圖8 保溫時間對金屬在锍相中含量及回收率的影響

259.88 g／t。配比更多的硫化銅精礦會造成成本增加，從經濟角度考慮，本次實驗氰化尾渣與硫化銅精礦配比選擇4∶1。

2.6 最佳工藝條件實驗

從以上單因素條件實驗得到最佳熔煉條件為：氰化尾渣與硫化銅精礦配比4∶1，FeO／SiO2比1.8，CaO／SiO2比0.8，熔煉溫度1 250℃，升溫時間60 min，保溫時間50 min。在最佳工藝條件下經造锍熔煉完成后，稱量得到锍相27.87 g，熔煉渣44.55 g。金屬在锍相和熔煉渣中的含量如表3所示。從表3可知，通過造锍熔煉處理氰化尾渣，金、銀、銅回收率分別為73.13%、83.95%、70.97%，金、銀在锍相中含量分別為8.29 g／t和257.40 g／t，氰化尾渣中金、銀得到了有效回收，硫化銅精礦中銅回收率較高，說明通過造锍熔煉綜合回收處理氰化尾渣工藝可行。

表3 最佳工藝條件下的造锍熔煉結果

3 結 論

1）氰化尾渣中金銀主要以硅酸鹽礦形式包裹存在，金、銀含量分別為2.09 g／t、39.56 g／t，具有回收價值。

2）采用造锍熔煉工藝綜合回收處理氰化尾渣，在氰化尾渣與硫化銅精礦配比4∶1、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8、熔煉溫度1 250℃、升溫時間60 min、保溫時間50 min條件下進行熔煉，金、銀、銅回收率分別為73.13%、83.95%和70.97%。

3）造锍熔煉工藝處理氰化尾渣是可行的，為氰化尾渣的高效環(huán)?；厥绽锰峁┝诵滤悸?。