從低金高雜質(zhì)氯化溶液中制備高品質(zhì)粗金粉的試驗(yàn)研究

雷 剛,劉永平,陳善文,黃晶明

(江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠)

引 言

黃金因其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)及交易價(jià)值,被廣泛應(yīng)用于電子科技、航空航天、珠寶首飾等行業(yè)領(lǐng)域[1-2]。金在地幔和地殼中,常伴生于銅、鉛、鈷、鎳等礦石中,因極其稀少而十分珍貴。近年來,中國(guó)黃金冶煉行業(yè)發(fā)展迅速,不斷涌現(xiàn)出新的生產(chǎn)技術(shù)和工藝,涉及選礦、預(yù)處理、浸出、提取與回收、精煉等多個(gè)過程單元。其中,金的還原法是以金與Cl-發(fā)生配位反應(yīng)轉(zhuǎn)變成金氯絡(luò)離子,再通過還原劑的作用使金氯絡(luò)合離子中金轉(zhuǎn)移至單質(zhì)固料,達(dá)到回收、提煉金的目的[3-6]。

選礦行業(yè)技術(shù)人員針對(duì)金還原法開展了大量研究,總結(jié)提煉出多種各具優(yōu)點(diǎn)的金還原方法及試劑。張忠堂[7]采用亞硫酸鈉溶液還原沉淀氯化浸出液中的金,金還原率達(dá)到 99 %;潘從明等[8]采用預(yù)水解法去除金氯化液中Ag、Sb、Bi等雜質(zhì),再通過草酸還原得到滿足IC-Au99.99要求的金粉;胡意文等[9]采用亞硫酸鈉控制金還原電位530～550 mV,氯化浸出液中98 %以上金被還原沉淀至粗金粉中,該方法對(duì)不同金含量或酸度的氯化浸出液都具有良好適應(yīng)性;章尚發(fā)等[10]采用硫酸亞鐵選擇性還原氯化浸出液中的金,金還原率可達(dá) 99.7 %;方榮茂等[11]采用二氧化硫脲還原回收黃金冶煉廠電解廢液中的金,操作方便,回收率高;寧瑞等[12]采用片堿調(diào)節(jié)還原液初始pH,常溫下加入亞硫酸鈉控制終點(diǎn)電位538～560 mV,還原后溶液中金質(zhì)量濃度≤30 mg/L。上述研究結(jié)果為含金溶液還原金提供了良好的工藝試劑選擇和終點(diǎn)判斷控制參考,具有流程短、成本低、易操作、反應(yīng)速度快等特點(diǎn);但不同國(guó)家、區(qū)域的原料和氣候不盡相同,存在還原出的粗金粉品質(zhì)差異較大問題[13]。

因此,綜合現(xiàn)有研究成果,針對(duì)不同季節(jié)不同地域,尤其是在氣溫較低的冬季及其他寒冷地域,使用SO2氣體從低金高雜質(zhì)氯化溶液中一步法還原得到顆粒粒度穩(wěn)定、品質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的粗金粉。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

研究選用銅陽極泥預(yù)處理脫除部分雜質(zhì)后的渣經(jīng)氯化浸出得到的含金溶液作為試驗(yàn)原料,其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。由表1可知:溶液中Au質(zhì)量濃度不足2 %,與雜質(zhì)占比差額較大,為低金高雜質(zhì)氯化溶液。

表1 含金溶液化學(xué)成分分析結(jié)果

1.2 試驗(yàn)原理

向低金高雜質(zhì)氯化溶液中通入還原性氣體SO2,控制反應(yīng)電位,將溶液中的HAuCl4還原成粗金粉,反應(yīng)方程式為:

1.3 試驗(yàn)方法

量取一定量低金高雜質(zhì)氯化溶液,開啟攪拌裝置,升溫后向溶液中通入12 %～14 %SO2氣體,對(duì)溶液中的Au進(jìn)行還原,還原至終點(diǎn)電位580 mV后,過濾得到粗金粉和金還原后液。粗金粉使用鹽酸及清水各洗滌1次,烘干后用火試金法進(jìn)行主金屬品位分析,經(jīng)王水消解后采用原子吸收光譜法或電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測(cè)分析樣品主要金屬含量;金還原后液進(jìn)入深度還原,進(jìn)一步提取回收溶液中Pt、Pd、Te、Se等。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度

在低金高雜質(zhì)氯化溶液50 L,攪拌速度100 r/min,SO2氣體流量15 mL/min,終點(diǎn)電位580 mV條件下,考察反應(yīng)溫度對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可知:反應(yīng)溫度50 ℃時(shí),比較適合低金高雜質(zhì)氯化溶液進(jìn)行金還原。此時(shí),粗金粉中雜質(zhì)含量基本達(dá)到最低,金品位達(dá)到99.95 %以上,而Pb、Te、Pd等雜質(zhì)元素含量較低。根據(jù)阿倫尼烏斯公式lnk=Ea/RT+lnA(式中:k為速率常數(shù),Ea為表觀活化能,R為摩爾氣體常量,T為熱力學(xué)溫度,A為指前因子),隨著反應(yīng)溫度降低,反應(yīng)速率減慢,粗金粉的生成速率和顆粒增長(zhǎng)速率緩慢,顆粒較小,表面不規(guī)則,夾帶雜質(zhì)的能力更大。此外,Pb在溶液中主要以PbCl2存在,溶解度隨溫度下降而降低,易結(jié)晶析出后與金粉夾雜。但隨著溫度不斷升高,反應(yīng)速率過快容易使溶液中Te、Pd等雜質(zhì)被還原,降低金品位。綜合考慮,確定體系反應(yīng)溫度50 ℃較為合適。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響

2.2 攪拌速度

在低金高雜質(zhì)氯化溶液50 L,反應(yīng)溫度50 ℃,SO2氣體流量15 mL/min,終點(diǎn)電位580 mV條件下,考察攪拌速度對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可知:隨著攪拌速度增大,金顆粒受到的剪切力增大,表面細(xì)小顆粒溶解抑制了顆粒進(jìn)一步長(zhǎng)大,導(dǎo)致微量細(xì)小金粉容易被高雜質(zhì)元素晶體或顆粒吸附,影響還原金的品質(zhì)。攪拌速度過小,金顆粒受到剪切力小,顆粒相應(yīng)增大,雖然大的金顆粒表面形貌單一平滑、致密性高、不易包裹或吸附其他雜質(zhì)晶體,但在雜質(zhì)含量較大條件下,攪拌速度過小,會(huì)出現(xiàn)局部過還原情況,造成溶液中雜質(zhì)元素被還原,并與金顆粒一同沉降。因此,確定最佳攪拌速度為100 r/min。

圖2 攪拌速度對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響

2.3 SO2氣體流量

在低金高雜質(zhì)氯化溶液50 L,反應(yīng)溫度50 ℃,攪拌速度100 r/min,終點(diǎn)電位580 mV條件下,考察SO2氣體流量對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 氣體流量對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響

由圖3可知:SO2氣體流量過大,溶液中氧化電位下降過快,一些氧化電位較低的金屬氯絡(luò)離子會(huì)被還原,如[TeCl5]-、[PdCl6]2-、[PtCl6]2-等還原成Te、Pd、Pt。主要化學(xué)反應(yīng)方程式為:

SO2氣體流量過大,粗金粉中雜質(zhì)含量上升,且不利于Te、Pd、Pt等有價(jià)金屬回收;SO2氣體流量過小,金的還原效果差,尾液中金含量高,造成金的損失。最終確定SO2氣體流量為15 mL/min。

2.4 氯離子用量

圖4 氯離子對(duì)粗金粉品質(zhì)的影響

2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

表2 粗金粉主要化學(xué)成分分析結(jié)果

3 結(jié) 語

針對(duì)雜質(zhì)含量高的低品位含金氯化溶液,采用SO2氣體一步法還原制備高品質(zhì)粗金粉,技術(shù)上是可行的。適宜條件下,可以較好地控制雜質(zhì)析出,所得的粗金粉金品位可達(dá)99.95 %以上,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。與其他方法相比,本方法步驟簡(jiǎn)便,適用性廣,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,有價(jià)金屬回收率高;特別是在嚴(yán)寒地區(qū)或氣溫低的冬季,本方法溫度條件控制穩(wěn)定,不受外界氣溫影響;還原前除鉛有效保證了產(chǎn)品雜質(zhì)含量在較低水平,工藝穩(wěn)定性高,具有良好的工業(yè)化推廣價(jià)值。