復雜難處理含金物料高效回收技術研究及應用

＊丘興全

（紫金礦業(yè)集團股份有限公司 福建 364200）

炭浸是應用最為廣泛的一種提金工藝，炭浸產出的載金炭通常采用解吸—電積—除雜—提純工藝回收金、銀，炭浸過程和載金炭冶煉過程中因炭的磨損及冶煉工藝需要，難以避免產生一定量的炭末、塘泥、含金炭砂、廢水沉渣等含金物料。中塔澤拉夫尚公司采用炭浸及載金炭冶煉工藝回收金銀，長期生產過程中，積累了大量的含金物料，截至2019年年底，公司積壓的各類含金物料重量約600多噸，金含量達208kg，此類含金物料成分復雜，存在銅含量高、雜質含量較高、回收難度大等問題。

目前處理這類復雜含金物料的的方法主要有焙燒預處理—酸浸脫銅—脫銅渣氰化工藝[1]、富鉛或富銅捕收熔煉[2-3]及高溫氯化揮發(fā)[4-5]等工藝。焙燒預處理—酸浸脫銅—脫銅渣氰化工藝主要存在焙燒預處理過程中銅易過燒、板結，金易被二次包裹、酸堿介質體系切換工藝流程長、氰化鈉耗量高、金的浸出率偏低等問題，高溫氯化揮發(fā)法可獲得滿意的回收率，但氯的腐蝕性強，對生產設備、作業(yè)現場及操作人員的健康等危害大。富鉛或富銅捕收熔煉工藝的回收效果較好，如石倫雷[3]對某含金物料進行了直接熔煉粗銅捕集回收金、銀的試驗研究，試驗表明，熔煉時采用原料:廢銅:硅石:硼砂=100:55～65:12:5的配料方案，金、銀回收率可分別達到99.95%和99.82%。針對我司產出的含金物料在試驗室嘗試了富鉛捕收工藝，金、銀回收效果也十分理想，不過富鉛捕收熔煉工藝存在重金屬鉛易揮發(fā)，防護難度大，對操作人員和環(huán)境危害較大。

本文先將含金物料進行焙燒，將含金物料中大部分有機炭進行燒除，再利用含金物料自有的銅以及冶煉廠副產的銀渣中間產品中的銀在熔煉過程中可以捕收金、銀原理，在含金物料焙燒后焙砂中配入少量銀渣和適量的助熔劑進行高溫熔煉，使金、銀富集于合質金中，合質金經1500℃二次熔煉—淬珠后，并入黃金冶煉提純系統(tǒng)進一步回收金、銀，有效解決了該含金物料的回收問題，同時起到協(xié)同回收處理含金物料和銀渣的效果，金、銀直收率達到99%以上。

1.試驗

(1)試驗原料

取代表性含金物料和銀渣，然后各混成一個綜合試驗樣進行多元素分析，對含金物料還進行了顯微鏡鑒定，結果如表1和表2所示。由表1可以看出，含金物料綜合試驗樣含金177.5g/t，銀462.9g/t，銅3.2%，砷0.39%，硫1.3%。銀渣銀品位35.3%，金品位85.3g/t。含金物料和銀渣的鈣、硅含量很高，屬極難熔融物料。由表2可以看出，含金物料中金、銀及其互化物多達100～200粒，最大顆粒0.016～0.01mm，約占金銀顆粒1%，其主要分布粒級在0.008～0.001mm，小于0.001mm可能會更多，80%以上集中分布在0.005～0.001mm范圍內，絕大多數（不少于85%）金銀及互化物以獨立金狀態(tài)存在。此外，在活性炭末中常能見到金，但這些金粒度都小于0.00lmm。在顯微鏡下，有一?；钚蕴恐心軌蛞姷剑?.001mm的金多達30余粒，大多數活性炭中未見明金。

表1 含金物料和銀渣主要元素分析結果/%

表2 含金物料顯微鏡鑒定結果

(2)試驗方法

先將含金物料在400～500℃下進行焙燒，再取焙砂進行熔煉試驗。焙燒在焚燒爐（型號?1400×1800mm）中進行，產出1000kg左右的焙砂用于熔煉試驗，含金物料焙燒后，焙砂中金品位400～500g/t，平均465g/t；銀品位1000～1500g/t，平均1310g/t，銅品位平均達到10.2%。熔煉試驗在小型中頻爐中（KGPS-160/1.0型）進行。按試驗設計的配料方案將物料加至中頻爐中，爐體升溫至設定溫度后靜置保溫1h，然后停止加熱進行放料作業(yè)，熔體全部倒入模具中，冷卻后，合質金在底部，爐渣在上部。將合質金和爐渣進行物理分離，然后分別計重，計重后對爐渣進行制樣、送檢，采用差檢法計算金、銀在合質金中的回收率。

2.試驗結果與討論

(1)熔煉溫度的影響

含金物料中有價金屬金和銀的熔點為1064℃和962℃，當熔煉溫度大于1100℃時，金、銀已完全熔化，但是含金物料中還有鈣、鎂、鐵、硅等大量雜質，這些雜質在焙燒過程中生成熔點高達1400℃左右及以上的氧化物。熔煉的目的是使含金物料和銀渣完全熔化，同時獲得黏度較低的渣性，使熔融的金、銀更容易富集于合金相中，降低損失于熔煉渣中的金、銀品位。熔體黏度主要與熔煉溫度和渣型有關。為此，首先進行了1300℃至1600℃的熔煉試驗，取100kg含金物料加入中頻爐中，當溫度達到試驗設定溫度時，保溫1h后取少量上層渣相，淬冷后分析熔煉渣相的金、銀品位。試驗結果如表3所示。

表3 熔煉溫度條件試驗結果

從試驗結果可以看出，當熔煉溫度為1300～1400℃時，物料黏度很高，熔煉渣金、銀品位高達200g/t以上，金、銀直收率很低，繼續(xù)提高熔煉溫度，金、銀直收率雖然可以繼續(xù)提高，但損失在熔煉渣中的金、銀品位仍然高達100g/t左右。顯然，因含金物料中鈣、硅含量高，直接熔煉效果不佳。試驗結束后，從冷卻后的熔煉渣中可以看出，有大量晶體析出，熔煉渣型不理想。綜合考慮，后續(xù)選擇1500℃熔煉溫度，進行降低熔點及渣型優(yōu)化試驗。

(2)銀渣用量的影響

黃金冶煉廠在金泥提純車間進行濕法除雜和金、銀分離作業(yè)時，產出少量銀渣，這部分銀渣目前一般也是采用熔煉的方法進行處理，將銀渣配入含金物料焙砂中一起熔煉，利用更多的銀協(xié)助含金物料中的銅對金進行捕收，有助于提高金的直收率。為此，在1500℃下，進行了銀渣配入量分別為1%、2%、3%和4%的熔煉試驗，結果如表4。可以看出，配入銀渣后，金、銀直收率有一定提高，銀渣配入量越高，效果越好。由于銀渣產量遠小于含金物料量，為確保生產配料連續(xù)穩(wěn)定，銀渣配入量選擇2%較合適。

表4 銀渣用量條件試驗結果

(3)硼砂用量的影響

由于含金廢料中高熔點的CaO含量高，僅配入銀渣的情況下，雖然熔煉渣的金、銀品位略有降低，但無法改變熔煉渣的渣型，熔煉渣的金品位依然很高，金銀直收率還有較大提升空間。改變渣型的主要因素是熔體的酸堿度，本含金物料堿度很高，因此必須添加酸性熔劑與之形成低熔點的共晶體來造渣，才能降低熔點和熔體黏度。

硼砂能與CaO、SiO2等形成熔點很低的共晶，是含金廢料熔煉時重要的熔劑，硼砂分子式為Na2B4O7·10H2O，分子量是381.2，當溫度達到350℃時開始失去結晶水，同時硼砂中含有堿性Na2O，可以與硅酸鹽反應Na2O+SiO2=Na2SiO3，在大約700℃加熱時幾乎能夠跟所有的氧化物化合，諸如本含金物料焙砂中的氧化鈣、鎂、鐵、鋁等氧化物，隨著溫度繼續(xù)升高，可生成低溫共熔物，得到流動性良好的渣。由于含金物料鈣、硅等高熔點氧化物含量較高，所需的硼砂用量也較高。在含金物料焙砂100kg、銀渣2kg和熔煉溫度為1500℃條件下，進行了硼砂添加量為10%～40%的熔煉試驗。

硼砂在升溫過程中體積會迅速膨脹，如果一次性添加量過大，會引起物料溢出，造成損失，試驗過程中采用分批次的方式進行添加。加入硼砂后效果十分明顯，溫度達到1500℃后，操作人員用耐高溫鉬材攪拌棒粗略監(jiān)測熔體黏度，發(fā)現黏度有明顯降低趨勢。具體試驗結果如表5所示。可以看出，加入硼砂后，熔煉渣呈現出較均勻的玻璃體狀，當硼砂添加量達到30%時，熔煉渣金品位可顯著降低至5g/t以下，繼續(xù)增大硼砂用量效果不明顯。因此硼砂用量選擇30%。

表5 硼砂用量條件試驗結果

(4)熒石用量的影響

在最佳硼砂配入量的條件下，嘗試添加了第二種助熔劑（螢石），以進一步優(yōu)化熔煉渣渣型、降低熔體黏度。螢石化學成分為CaF，熒石粉作為現代工業(yè)中的重要礦物原料，在冶煉過程中起到增強金屬的可煅性和擴張強度等特點。單純的螢石熔點為1418℃，較硅酸鈉等玻璃體物質的熔點高，但是少量螢石可以熔解于玻璃體熔體中，同時促進二氧化硅和氧化鈣的熔解，因而具有降低難熔物質的熔點，促進渣流動，使渣與金屬更好分離的作用。試驗結果如表6所示。

表6 螢石用量條件試驗結果

從試驗結果可以看出，配入1%～2%螢石時，熔煉渣金、銀品位可進一步降低至2.3～2.8g/t和12g/t左右，金、銀的直收率進一步提高至99.5%以上，螢石用量選擇1%即可。

3.試生產效果和成本分析

2020年3月至9月的試生產結果表明，試生產期間個別班次因物料性質變化和當地員工操作不佳，尾渣金品位有時升高達到5～15g/t，銀品位升高至30～50g/t?？傮w上，熔煉渣的金品位控制在5g/t以下，平均3.8g/t，銀品位總體控制在15g/t以下，平均13.7g/t，金、銀熔煉作業(yè)回收率均在99%以上，與小試結果基本一致。試生產的成本單耗統(tǒng)計如表7所示。處理每噸含金物料的加工成本平均為3543元左右，主要的成本是電能和硼砂，其次是人工。其中，電能消耗量為3000kW·h/t含金物料，成本為1200元/t含金物料；硼砂成本為1200元/t含金物料，人工成本為750元/t含金物料。

圖1 試生產工藝流程圖

表7 成本單耗分析

4.結語

（1）針對含炭高銅高鈣高硅難熔難回收的含金物料，采用焙燒-高溫熔煉工藝獲得了金、銀的回收率均為99.5%以上的良好指標，熔煉渣的金、銀品位分別為3g/t和12g/t左右。該工藝具有簡便易實施，金、銀直收率高，成本較低等優(yōu)點。（2）工業(yè)試生產期間，金、銀熔煉作業(yè)回收率均在99%以上，與小試結果基本一致，每噸含金物料的加工成本約3500元。截至2021年末，我廠通過此工藝處理含金物料取得了顯著的經濟效益，全年新增回收金金屬量約189.32kg，銀金屬量約289.50kg，新增利稅7300多萬元。（3）因試驗條件有限，本文尚未對硼砂及螢石的助熔機理、熔煉渣型微觀變化以及銅、炭、砷、硫等元素在熔煉過程中的走向等方面進行研究，后續(xù)值得進一步深入研究。