含金粉塵中阻金元素的鑒定及提金工藝的選擇

蘭亞飛

(中恒諾貴金屬檢測有限公司，山東 煙臺 265400)

1 介紹

隨著易選金礦石的快速枯竭，從難選金礦石中回收金成為研究熱點[1]。難處理金礦石是指即使經(jīng)過細(xì)磨，金浸出率也在80%以下的礦石[2]。金礦難處理的原因分為化學(xué)和物理原因[3]。這些礦石在氰化前通常需要經(jīng)過氧化焙燒、壓力氧化、化學(xué)氧化、生物氧化等預(yù)處理，才能有效地回收金[4]。

氧化焙燒技術(shù)由于具有投資少、效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于金精礦脫硫脫砷[5]。難處理金精礦焙燒過程中會產(chǎn)生焙砂和粉塵。其中，焙砂是由焙燒床重力排出的固體產(chǎn)物，灰塵是由除塵設(shè)備收集的精細(xì)固體產(chǎn)品，煅燒料和粉塵都是含金材料[6]，煅燒礦和粉塵中的主要礦物相似。但由于形成條件的不同，煅燒礦與粉塵在粒度分布、浸金有害元素含量、金的賦存狀態(tài)和浸出特征等方面存在一定差異[7]。一般情況下，粉塵與煅燒的處理方法相同，導(dǎo)致氰化尾渣中金含量較高(一般為5～7 g/t)[8]。因此，從焙砂和粉塵中提取金仍然是回收有價值物質(zhì)的重要課題。

本文通過礦物學(xué)分析，研究了NaOH或H2SO4浸出、焙燒、NaOH與H2SO4聯(lián)合浸出對含金粉塵中有害元素去除和提金的影響。通過這些研究，確定了粉塵中阻礙金浸出的元素。此外，還開發(fā)了從粉塵中提取金的適宜工藝。該工藝的提金率達(dá)到95.5%，比直接氰化提金率高41.2%。本研究為含金焙砂和粉塵中有害元素的鑒定和金的提取提供了參考。

2 實驗方法

2.1 材料、浸出和焙燒方法

主要材料為含碳金精礦兩段焙燒過程中產(chǎn)生的粉塵，本研究使用的其他化學(xué)品主要有氫氧化鈉(AR, 96%)、硫酸(AR, 95%～98%)、氰化物(工業(yè)級，99%)和去離子水。

氫氧化鈉浸出和硫酸浸出實驗均在三頸燒瓶中進(jìn)行，并使用加熱套筒控制浸出溫度。氰化浸出實驗在pH為11的500 mL三頸燒瓶中進(jìn)行48 h。在氰化結(jié)束時，通過過濾分離固液兩相，然后用0.02 g/L NaOH和0.1 g/L NaCN的原液洗滌殘渣。

2.2 特征和分析方法

采用Rigaku D/max-TTR III X射線衍射儀(Cu Kα輻射，λ=1.54056 ?)對固體樣品進(jìn)行X射線衍射分析。該礦物解離分析系統(tǒng)統(tǒng)由一個特殊的軟件包和一個配備了能量色散光譜儀的FEI Quanta 600F掃描電子顯微鏡組成。采用SEM (JSM-IT300, JEOL)觀察固體樣品的形貌，使用熱分析儀研究樣品的熱重和差熱重分析(TG-DTGA)[9]。

3 結(jié)果和討論

3.1 特性描述

粉塵主要含32.2% Fe、12.5% Si、2.89% C、2.64% As、1.75% S、32.5 g/t Au、56.8 g/t Ag。，粉塵中主要礦物含量有赤鐵礦、磁鐵礦、石英、云母、硬石膏、氧化砷和碳質(zhì)物質(zhì)。此外，MLA結(jié)果表明，粉塵中的金礦物以天然金和銀金礦的形式存在。粉塵中脫礦金和暴露金的分布(質(zhì)量比)為91.2%，硫化物、鐵和脈石礦物包裹金的分布分別為1.10%、7.35%和0.33%。由于金包裹在硫化礦物中的分布較少，硫化礦物的含量較低，可以忽略硫化礦物對金浸出的影響。

傳統(tǒng)氰化處理結(jié)果表明，該粉塵的提金率僅為54.3%，小于80%，屬于難處理金礦石類，砷、碳、鐵對提金的不利影響是導(dǎo)致提金率低的原因。

3.2 阻礙金浸出元素的識別

3.2.1 氫氧化鈉浸出對金提取的影響

從圖1(a)看出，隨著NaOH濃度從0增加到 6 mol/L，除砷效率從0增加到99.7%。結(jié)果表明，NaOH浸出可有效去除粉塵中的砷。隨著NaOH濃度從0增加到 2 mol/L，脫碳效率從0增加到70.2%，然后下降到60.6%。隨著NaOH濃度從 0 mol/L 增加到 1 mol/L，氰化提金率由54.3%提高到58.6%。但之后隨著NaOH濃度的不斷增加，金的萃取率沒有明顯變化,如圖1(b)。

圖1 NaOH濃度對預(yù)處理后的除砷、除碳和氰化提金的影響

砷主要以氧化物形式存在。氧化砷與氫氧化鈉的反應(yīng)如方程式(1)、(2) 所示。

As2O3+2NaOH=2NaAsO2+H2OΔrG°= -50.26 kJ/mol

(1)

As2O5+6NaOH=2Na3AsO4+3H2OΔrG°= -282.35 kJ/mol

(2)

(1)、(2)方程中的平衡常數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分別為108.81和1049.46。熱力學(xué)計算表明，As2O3和As2O5可以在NaOH溶液中溶解。此外，其還表明，在較高的氫氧化鈉濃度下，反應(yīng)向前推進(jìn)。所以，隨著NaOH濃度的增加，砷的去除效率會增加。所以，NaOH浸出可以有效地去除砷，砷的最高去除率為99.7%。

3.2.2 硫酸浸出對金提取的影響

如圖2(a)所示，除鐵效率從0提高到77.8%。當(dāng)H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到45%時，碳去除率從0增加到24.9%。粉塵中的鐵主要以Fe2O3和Fe3O4的形式存在，這兩種物質(zhì)都可以與硫酸反應(yīng)而被去除。

對砷而言，隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到25wt%，去除率從0增加到89.6%。但當(dāng)H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加至45%時，去除率降至84.6%。由于五氧化二砷在H2SO4溶液中極易溶解，而三氧化二砷在H2SO4溶液中的溶解度隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。因此，三氧化二砷的溶解度降低可能是導(dǎo)致除砷效率降低的原因。隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到15%，金的提金率從54.3%增加到80.4%，這主要是由于H2SO4對鐵的去除。

由圖2(b)可知，隨著H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增加到45%，酸浸渣質(zhì)量從100%下降到53.5%，酸浸渣碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2.89%增加到4.06%。值得注意的是，隨著H2SO4濃度的增加，殘渣質(zhì)量降低，碳溶解量較小，導(dǎo)致酸浸渣中碳含量增加。因此，當(dāng)H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%時，酸浸渣中碳質(zhì)物質(zhì)對金的浸出效應(yīng)增大，導(dǎo)致金浸出率降低。

圖2 H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)對預(yù)處理后的氰化除鐵、除砷、除碳提金和酸浸渣中碳含量的影響

3.2.3 焙燒對提金的影響

由圖3(a)可知，在氮氣氣氛下，粉塵的TG-DTGA曲線存在三個明顯的質(zhì)量損失階段。25～140 ℃ 溫度范圍內(nèi)的質(zhì)量損失事件歸因于吸附水的消除，在180～300 ℃ 的溫度范圍內(nèi)觀察到另一個熱事件，質(zhì)量損失為3.4%，對應(yīng)三氧化二砷的升華。最后，在500～580 ℃ 觀測到的質(zhì)量損失為0.6%，可以歸因于硫化物和部分碳酸鹽的分解。結(jié)果表明，在氮氣氣氛下焙燒可以去除粉塵中的砷，其去除反應(yīng)如式(3)所示。

As2O3(s)→As2O3(g)

(3)

圖3(b)顯示了在空氣氣氛下的TG-DTGA曲線有四個明顯的質(zhì)量損失階段和一個質(zhì)量增益階段。在25～140 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，由于吸附水的消除，質(zhì)量損失為1.2%。在180～300 ℃ 的溫度范圍內(nèi)觀察到另一個熱事件，質(zhì)量損失為1.2%，是因為三氧化二砷的升華，與氮氣氛下的TG-DTGA曲線相比，氧化氣氛不利于砷的去除，因此質(zhì)量損失較小。在350～450 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，質(zhì)量增益為0.3%對應(yīng)于Fe3O4到Fe2O3的轉(zhuǎn)換[方程式(6)]。在500～580 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，質(zhì)量損失為0.2%。這是由于硫化物的氧化和部分碳酸鹽的分解[方程式(7)和(8)]。在580～660 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，質(zhì)量損失為2.5%，這是由于天然碳(石墨)的氧化和部分碳酸鹽的分解，說明在空氣氣氛下，焙燒可以去除灰塵中的碳質(zhì)物質(zhì)和部分砷。

圖3 氮氣和大氣環(huán)境下粉塵的TG-DTGA曲線

As2O3(s)+O2→As2O5(s)

(4)

As2O5(s)+Fe2O3(s)→2FeAsO4(s)

(5)

4Fe3O4(s)+O2→6Fe2O3(s)

(6)

2MeS(s)+3O2→2MeO(s)+2SO2(g)

(7)

MeCO3(s)→MeO(s)+CO2(g)

(8)

4 結(jié)論

本研究在礦物學(xué)分析的基礎(chǔ)上，研究了不同預(yù)處理方法對預(yù)處理后的含金粉塵氰化脫除有害元素和提金的影響。研究發(fā)現(xiàn)，該塵粒屬于難選金礦類;此外，碳對金浸出的影響最大，其次是鐵和砷。通過對不同提金工藝的比較，確定了從粉塵中提金的適宜工藝。在最適宜的條件下，鐵、砷、碳的去除率分別為99.5%、99.6%、99.0%，金的提金率達(dá)到95.5%。與直接氰化法相比，提金率提高了41.2%。實驗結(jié)果還揭示了粉塵除砷、除碳、除鐵的最佳條件。這些可以用于指導(dǎo)開發(fā)適合焙燒產(chǎn)品的診斷浸出工藝。