金浸出尾渣微波氯化焙燒試驗(yàn)研究

摘要：金浸出尾渣因含有多種有價(jià)元素如金、銅等，其處理工作一直面臨著挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)氯化焙燒可有效提取金浸出尾渣中有價(jià)元素，但該過(guò)程需高溫且消耗煤炭、天然氣，釋放大量二氧化碳和煙氣。為此，提出采用微波氯化焙燒的新方法，該方法具有低溫、清潔的優(yōu)勢(shì)。研究了微波氯化焙燒對(duì)Au揮發(fā)率和Cl脫除率等指標(biāo)的影響，探討了微波功率、氯化劑種類、焙燒溫度和CaCl2用量等因素的作用。試驗(yàn)結(jié)果不僅闡明了微波氯化焙燒的工作原理，還評(píng)估了焙燒渣的毒性。與傳統(tǒng)方法相比，微波氯化焙燒顯著降低了有毒元素含量。

關(guān)鍵詞：氰化浸出；尾渣；微波；氯化焙燒；氯化劑

中圖分類號(hào)：TD926.4文章編號(hào)：1001-1277（2024）11-0084-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241113

引言

金具有顯著的親硫性特征，常呈硫化物包裹狀態(tài)，這一特性導(dǎo)致其在氰化提金過(guò)程中的回收率相對(duì)較低^［1-2］。為破壞此類包裹體，脫硫成為一種有效方法，其中，脫硫率在有價(jià)元素?fù)]發(fā)時(shí)顯得尤為重要。在高溫且含氯的環(huán)境下，包裹體經(jīng)歷氯化氧化作用而被破壞，促使反應(yīng)通道暢通，從而顯著提高金回收率^［3］。在脫水脫硫的初步焙燒研究中，ZHU等^［4］對(duì)鐵礬渣進(jìn)行了還原焙燒試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)1 200 ℃高溫預(yù)焙燒后，硫殘留量低于1.3 %，對(duì)脫硫后的鐵礬渣進(jìn)行70 min高溫還原焙燒，鋅揮發(fā)率高達(dá)99 %，銦揮發(fā)率達(dá)85 %。因此，脫硫步驟在含硫尾渣處理中至關(guān)重要。傳統(tǒng)氯化焙燒存在高碳排放、高溫要求、有價(jià)元素洗滌效率低及有害物質(zhì)脫除效果不佳等不足。鑒于此，本文結(jié)合微波特性，創(chuàng)新性地優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)加熱處理方式，以強(qiáng)化氯化焙燒效果^［5-8］。

1金浸出尾渣化學(xué)成分分析

基于難處理金浸出尾渣的工藝物理特性，通常將其分類為硫化物（如毒砂、黃鐵礦）包裹型、高含碳型、硅酸鹽包裹型及富含碲、銻、鉍型^［9-10］。鑒于硫化物包裹型難處理金浸出尾渣產(chǎn)量最大，本文將其作為核心研究對(duì)象。試驗(yàn)所用硫化物包裹型難處理金浸出尾渣來(lái)源于河南靈寶山有色礦冶有限公司，為難處理金精礦焙燒氰化后的尾渣。采用XRF半定量分析法檢測(cè)其主要成分，結(jié)果見表1。

2試驗(yàn)設(shè)備及流程

2.1試驗(yàn)設(shè)備

采用高溫管式爐開展微波氯化焙燒試驗(yàn)，設(shè)備型號(hào)為SK-G06123K。SAMSUNG OM75P型磁控管2個(gè)，最高可以實(shí)現(xiàn)2 kW的微波功率。

2.2試驗(yàn)流程

將金浸出尾渣、氯化劑及蒸餾水有效均勻混合，制成混合料，利用制粒機(jī)將其制備成直徑為10 mm±0.2 mm的球團(tuán)。將球團(tuán)置于石棉方舟內(nèi)，擺放于管式爐中央并封閉兩端法蘭。根據(jù)氣氛要求，通過(guò)氣體洗滌管式爐內(nèi)氣氛。隨后，開啟電源并設(shè)定工藝參數(shù)（如功率），啟動(dòng)焙燒，達(dá)到目標(biāo)溫度后保溫15 min。試驗(yàn)期間，使用飽和氫氧化鈉溶液中和尾氣。焙燒結(jié)束后，焙燒渣于爐內(nèi)冷卻至室溫，取出研磨后進(jìn)行測(cè)試與分析。金浸出尾渣微波氯化焙燒流程見圖1。

3微波氯化焙燒條件試驗(yàn)

3.1微波功率對(duì)升溫行為的影響

考察混合料在1 000 W、1 200 W及1 400 W 的微波功率條件下的加熱曲線，并與混合料在2 700 W功率的傳統(tǒng)管式爐中加熱時(shí)的升溫曲線作對(duì)比?；旌狭显诓煌⒉üβ氏碌募訜崆€見圖2。

由圖2可知：在1 000 W、1 200 W及1 400 W的微波功率條件下，混合料的平均升溫速率為39.1 K/min、48.9 K/min和73.3 K/min。當(dāng)混合料在2 700 W功率的傳統(tǒng)管式爐中加熱時(shí)，其平均升溫速率近似于1 400 W微波功率下的升溫速率；微波功率的提升能夠顯著縮短混合料的升溫時(shí)間。鑒于混合料具有較高的介電性能，相較于周圍環(huán)境，其能更有效地促進(jìn)微波能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而在微波場(chǎng)中迅速達(dá)到目標(biāo)溫度。相比之下，傳統(tǒng)焙燒過(guò)程主要依賴熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流，造成一定的熱量消耗和損失，使得常規(guī)管式爐在溫度控制上存在滯后性，導(dǎo)致物料加熱不均勻。微波加熱則展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，其不僅具備體積加熱的特性，還擁有快速的響應(yīng)速度和優(yōu)異的加熱均勻性。在相同功率下，微波氯化焙燒的熱量直接產(chǎn)生于微波與物料的相互作用，主要集中于物料內(nèi)部，同時(shí)熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流主要發(fā)生在物料與環(huán)境之間，有效降低了熱量損失。因此，從物料升溫速率的角度考量，微波加熱方式相較于傳統(tǒng)方式更為優(yōu)越^［11］。綜合考慮，后續(xù)試驗(yàn)微波功率選定1 400 W。

3.2氯化劑種類對(duì)Au揮發(fā)率的影響

在焙燒溫度1 073～1 273 K、氯化劑用量5 %、焙燒時(shí)間15 min、微波功率1 400 W、氧氣用量400 L/h的試驗(yàn)條件下，考察氯化劑種類對(duì)Au揮發(fā)率的影響。由于氯化劑種類較多，本文只以CaCl2、MgCl2為例。

3.2.1CaCl2對(duì)Au揮發(fā)率的影響

CaCl2對(duì)Au揮發(fā)率的影響見圖3。

由圖3可知：采用氯化劑CaCl2進(jìn)行常規(guī)焙燒時(shí)，Au揮發(fā)率隨焙燒溫度上升而遞增，至1 373 K時(shí)達(dá)到峰值96.48 %，而在1 273 K時(shí)則為85.99 %；當(dāng)焙燒溫度為1 073～1 273 K時(shí)，微波氯化焙燒條件下Au揮發(fā)率同樣隨焙燒溫度升高而增加，最高至89 %。當(dāng)焙燒溫度升至1 173 K時(shí)，微波氯化焙燒相比常規(guī)焙燒，Au揮發(fā)率提高了25.2百分點(diǎn)，且此條件下Cl脫除率高達(dá)95 %，較常規(guī)焙燒提升了20百分點(diǎn)。

3.2.2MgCl2 對(duì)Au揮發(fā)率的影響

MgCl2 對(duì)Au揮發(fā)率的影響見圖4。

由圖4可知：采用氯化劑MgCl2進(jìn)行常規(guī)焙燒，當(dāng)焙燒溫度為1 123～1 373 K時(shí)，Au揮發(fā)率隨焙燒溫度升高而增加，峰值出現(xiàn)在1 373 K時(shí)，達(dá)到94 %，而在1 273 K時(shí)，Au揮發(fā)率為79.1 %。采用MgCl2作為氯化劑進(jìn)行微波氯化焙燒，當(dāng)焙燒溫度升高273 K（即升至1 346 K，但文中未直接提及此具體值，假設(shè)為從1 073 K升溫），Au揮發(fā)率為41.30 %；在1 273 K時(shí)，揮發(fā)率提升至86.87 %。對(duì)比可知，CaCl2微波焙燒效果更佳。對(duì)比常規(guī)焙燒，微波氯化焙燒在1 173 K時(shí)Au揮發(fā)率提高了11.17百分點(diǎn)，同時(shí)，Cl脫除率提升了8.7百分點(diǎn)。

綜上所述，不同氯化劑條件下，微波氯化焙燒均展現(xiàn)出隨焙燒溫度升高而Au揮發(fā)率提高的趨勢(shì)。在相同焙燒溫度下，微波氯化焙燒相較于常規(guī)方式展現(xiàn)出更高的Au揮發(fā)率，且達(dá)到相同Au揮發(fā)率時(shí)，微波氯化焙燒所需焙燒溫度更低，從而體現(xiàn)出其顯著優(yōu)勢(shì)。

3.3焙燒溫度對(duì)Au揮發(fā)率的影響

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在焙燒溫度1 073～1 273 K，焙燒時(shí)間15 min，焙燒方式為微波氯化焙燒條件下，考察焙燒溫度對(duì)Au揮發(fā)率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可知：隨著焙燒溫度的持續(xù)升高，Au揮發(fā)率呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，在焙燒溫度為1 273 K時(shí)達(dá)到最大，為85.2 %；當(dāng)焙燒溫度超過(guò)1 173 K，Au揮發(fā)率增長(zhǎng)趨于平緩，在1 173 K下微波氯化焙燒即可實(shí)現(xiàn)85 %的Au揮發(fā)率。與常規(guī)焙燒相比，微波氯化焙燒具有更高的Au揮發(fā)效率，這歸因于微波氯化焙燒直接且快速的加熱方式，能有效迅速補(bǔ)充反應(yīng)所需能量。此外，微波氯化焙燒渣具有更大的表面積、更小的平均粒徑及更疏松的結(jié)構(gòu)，有利于包裹體內(nèi)的金在較低溫度下釋放^［12-13］。因此，微波氯化焙燒在金提取方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。

3.4CaCl2 用量對(duì)Au揮發(fā)率和Cl脫除率的影響

在焙燒溫度1 173 K下，考察CaCl2 用量對(duì)Au揮發(fā)率和Cl脫除率的影響，結(jié)果見圖6。采用掃描電鏡對(duì)不同CaCl2 用量下微波氯化焙燒后產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果見圖7。

由圖6可知：當(dāng)CaCl2用量為2 %～5 %，Au揮發(fā)率隨其增加而提升，5 %時(shí)達(dá)到最大值。然而，進(jìn)一步增加氯化鈣用量會(huì)導(dǎo)致Au揮發(fā)率下降，說(shuō)明適量氯離子存在時(shí)金揮發(fā)效果最佳，過(guò)量則不利。這歸因于CaCl2良好的介電特性，在微波氯化焙燒中形成的局部高溫使物料熔融為液相，影響Au揮發(fā)，從而導(dǎo)致Au揮發(fā)率降低。

由圖7可知：當(dāng)CaCl2用量為2 %、4 %、5 %，產(chǎn)物中脈石礦物與氧化鐵呈分離形態(tài)，二者表現(xiàn)出相互不黏連狀態(tài)。

3.5微波氯化焙燒過(guò)程分析及包裹體的物相轉(zhuǎn)變

3.5.1微波氯化焙燒過(guò)程分析

在微波氯化焙燒初期，混合料因低溫而介電損耗較低，微波滲透深度大。利用原位與選擇性加熱特性，吸波物相優(yōu)先被加熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度迅速上升，常高于表面溫度^［14］。隨后，氯化劑結(jié)晶水吸收微波能量，內(nèi)部產(chǎn)生水蒸氣，加速熱傳導(dǎo)，促使溫度快速升高。伴隨裂紋形成，生成Cl2和HCl。硫化鐵相作為金主要包裹體，在焙燒過(guò)程中因其強(qiáng)介電性而選擇性加熱，與氧反應(yīng)生成SO2和氧化鐵相，破壞包裹體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)金的揮發(fā)與氯化反應(yīng)。AuCl2氣體、反應(yīng)氣體及有價(jià)金屬氯化物等通過(guò)裂紋通道揮發(fā)，作為尾氣排出。

3.5.2金包裹體的物相轉(zhuǎn)變研究

微波氯化焙燒過(guò)程中，包裹體物相轉(zhuǎn)變對(duì)金揮發(fā)和氯脫除具有顯著影響。裂紋的形成與持續(xù)生長(zhǎng)受溫度這一關(guān)鍵因素調(diào)控，進(jìn)而影響金揮發(fā)和氯脫除過(guò)程。溫度對(duì)微波氯化焙燒過(guò)程的影響見圖8。

由圖8-a）可知：低溫下Au揮發(fā)率與Cl脫除率

均較低，歸因于包裹體破壞及裂紋形成難以滿足氯化與擴(kuò)散需求，且硫化物氧化過(guò)程緩慢，隨溫度從473 K升至1 073 K，S脫除率僅由5 %增至10 %。由圖8-b）可知：高溫下溫度升高顯著提升了Au揮發(fā)率與Cl脫除率，S脫除率亦隨之快速增加，至1 173 K時(shí)達(dá)最高值，此后保持穩(wěn)定。綜上所述，低溫區(qū)域各脫除率均較低，表明溫度提升有利于包裹體裂紋的形成與生長(zhǎng)。此外，溫度升高使表面結(jié)構(gòu)疏松，有利于微波氯化焙燒過(guò)程。由圖8-c）、圖8-d）可知：隨著溫度不斷提高，包裹體中的三氧化二鐵、二氧化硅、三氧化二鋁等緩慢地轉(zhuǎn)變成一種具有疏松的表面結(jié)構(gòu)，這非常有利于微波氯化焙燒試驗(yàn)順利實(shí)施。

3.6微波氯化焙燒渣與常規(guī)焙燒渣的化學(xué)成分分析

微波氯化焙燒渣與常規(guī)焙燒渣的主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

由表2可知：常規(guī)焙燒渣含Cl 1.201 %，而微波氯化焙燒渣含Cl降至0.221 %，且前者有價(jià)元素含量高于后者。這表明，微波氯化焙燒能增強(qiáng)含Cl氣體與金屬氯化物的揮發(fā)效果，提高氯化反應(yīng)效率。微波氯化焙燒產(chǎn)生的含氯煙氣濃度高，經(jīng)洗滌回收后可用于制備氯化劑，實(shí)現(xiàn)氯元素的循環(huán)利用，有效降低氯化劑使用量^［15］。

3.7微波強(qiáng)化有害組分的脫除分析

3.7.1S脫除

硫化礦是金浸出尾渣的常見組分，其中部分硫化礦裸露并可在空氣氣氛下氧化焙燒^［7］。MLA分析顯示，脈石礦物中也含有硫化礦，這部分硫化礦難以通過(guò)傳統(tǒng)焙燒氧化。鑒于硫化礦相較于SiO2等脈石礦物具有更高的介電性，微波加熱可對(duì)硫化礦進(jìn)行優(yōu)化處理。由于脈石礦物導(dǎo)熱性差，溫度梯度中產(chǎn)生熱應(yīng)力，破壞脈石礦物結(jié)構(gòu)，釋放硫化礦^［16］。在空氣氣氛下焙燒，大部分裸露硫化礦可氧化，從而克服常規(guī)方法硫元素脫除難的挑戰(zhàn)。

3.7.2Cl脫除

本研究中，金浸出尾渣中Cl含量極低，主要源于添加的氯化劑CaCl2。在制備尾渣球團(tuán)礦時(shí)，CaCl2以溶液形式加入，部分滲透至包裹體裂縫。常規(guī)焙燒后，包裹體內(nèi)氯化劑因接觸面積小，反應(yīng)不充分，導(dǎo)致高殘留。微波加熱利用氯化物的強(qiáng)吸波性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先

加熱，通過(guò)熱應(yīng)力破壞脈石礦物結(jié)構(gòu)，釋放殘留元素，促進(jìn)分解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氯元素的有效脫除^［17］。

3.7.3CN-脫除

金浸出尾渣中存在未完全分解的CN-殘留。與添加CaCl2類似，金揮發(fā)過(guò)程中加入NaCN溶液時(shí)，部分溶液難以在脈石礦物內(nèi)部發(fā)揮作用，常規(guī)方法難以處理。NaCN作為極性分子，能有效吸收微波實(shí)現(xiàn)優(yōu)先加熱，破壞脈石礦物結(jié)構(gòu)。因此，微波方式可促進(jìn)CN-的氯化及含氯氣體的生成，轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，顯著降低CN-含量。

4結(jié)論

1）在焙燒溫度1 173 K，微波功率1 400 W，時(shí)間15 min，氯化劑CaCl2用量5 %，空氣流量100 L/h的條件下對(duì)金浸出尾渣進(jìn)行微波氯化焙燒，獲得Au揮發(fā)率81.87 %，Cl脫除率94.85 %的試驗(yàn)效果。相比于傳統(tǒng)方式，溫度較低，且節(jié)能環(huán)保。

2）通過(guò)微波可以實(shí)現(xiàn)快速加熱，對(duì)包裹體產(chǎn)生破壞，并促進(jìn)氯氣進(jìn)行反應(yīng)；同時(shí)在熱應(yīng)力下，加快破壞速度，使得有價(jià)元素氯化反應(yīng)加強(qiáng)。另外，隨著微波加熱，實(shí)現(xiàn)原材料細(xì)化，為Au揮發(fā)提供條件。

3）通過(guò)毒性評(píng)估得出，與傳統(tǒng)方式相比，微波氯化焙燒有效降低了S、Cl、CN-含量。微波方式下含Cl氣體向煙氣揮發(fā)過(guò)程中，使得相關(guān)元素氯化揮發(fā)增強(qiáng)。含Cl氣體濃度更高，且在煙氣洗滌后，還可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用Cl元素，從而整體上使CaCl2用量下降。

［參 考 文 獻(xiàn)］

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Experimental study on the microwave chlorination roasting of gold leaching tailings

Li Qianqian，Liu Fanyu

（Xian Polytechnic University）

Abstract：Gold leaching tailings contain various valuable elements such as gold and copper，posing" challenges in their treatment.Traditional chlorination roasting can effectively extract valuable elements from gold leaching tailings，but it requires high temperatures，consumes coal and natural gas，and emits large amounts of CO2 and flue gases.Therefore，a new method of microwave chlorination roasting was proposed，featuring low temperature and environmental friendliness.The effects of microwave power，type of chlorinating agent，temperature，and CaCl2 dosage on indicators such as gold volatilization rate and chlorine removal rate were studied.The results not only elucidate the mechanism of microwave chlorination roasting but also assess the toxicity of the roasting slag.Compared to traditional methods，microwave chlorination roasting significantly reduces the content of toxic elements.

Keywords：cyanide leaching;tailings;microwave;chlorination roasting;chlorinating agent

作者簡(jiǎn)介：李倩茜（1986—），女，工程師，碩士，研究方向?yàn)橘Y源清潔利用；E-mail：2394083553@qq.com

*通信作者：劉梵瑜（1986—），男，講師，碩士，研究方向?yàn)橘Y源清潔利用;E-mail：3531293805@qq.com