某黄金冶炼渣还原焙烧磁选工艺研究

柳 林，冯安生，王 威(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006；3.中国地质科学院研究生院，北京 100037)



某黄金冶炼渣还原焙烧磁选工艺研究

柳 林1，2，3，冯安生1，2，王 威1，2
(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用
工程技术研究中心，河南 郑州 450006；3.中国地质科学院研究生院，北京 100037)

以焦煤为还原剂，采用还原焙烧-磁选的工艺方法对河南某黄金冶炼厂产出的冶炼渣进行铁的回收利用研究。该冶炼渣TFe品位35.91%，成分复杂，渣粒度极细，-0.025mm含量占73.71%，试验考察了还原焙烧温度、时间、还原剂加入量以及磨矿细度、磁场强度对选别指标的影响。确定最佳工艺条件为：焙烧温度1150℃，还原剂加入量13%，焙烧时间60min，焙烧样磨矿至-0.045mm占74.55%、60kA/m磁场强度下进行磁选，最终可获得铁精矿TFe品位93.21%、铁回收率82.72%的良好指标。

黄金冶炼渣；还原焙烧；磁选

自2007年以来，我国黄金产量持续世界第一[1]，实现了勘探，开采，加工，消费，投资，交易全产业链的跨越式发展，但也出现了金尾矿和冶炼渣处理难等问题[2]。

黄金冶炼渣是指浮选金精矿经一段酸化焙烧，焙砂酸浸，酸浸渣再氰化浸出压滤后所得到的尾渣[3]，具有矿物粒度极细，泥化现象严重，矿物组成复杂等特点，利用现有成熟工艺不能对其进行很好的处理[4]。黄金冶炼渣除含有少量金、银外，还含有大量的铁资源[5-7]，实现黄金冶炼渣的综合回收不仅可以解决因冶炼渣堆存带来的环境污染问题，也能为企业创造可观的经济效益。尚德兴等[8]利用褐煤为还原剂，采用还原焙烧—磁选的方法回收黄金冶炼渣中的铁，可以得到铁精矿品位59%，铁回收率80%的选别指标；但褐煤含碳量与发热量较低，燃烧时间短，需经常加煤。雷占昌等[9]采用无烟煤为还原剂进行还原磁化焙烧，再进行2段磁选的方法回收得到铁精矿，获得铁品位及铁回收率分别为65.27%和80.44%的高指标铁精矿。本文以焦煤为还原剂，采用还原焙烧-磁选的方法，对河南某黄金冶炼厂产出的黄金冶炼渣进行铁的综合回收利用研究，考察焙烧温度，还原剂加入量，焙烧时间，磨矿细度，磁选场强等对选别指标的影响，为回收黄金冶炼渣中铁资源提供依据。

1 试验原料及研究方法

1.1 黄金冶炼渣原矿性质

试验所用黄金冶炼渣取自河南某黄金冶炼厂，黄金冶炼渣多元素分析结果见表1。

由表1可知，TFe品位35.91%，具有较高的回收价值。通过X衍射、电子探针分析、扫描电镜分析、光薄片鉴定等测试手段进行检测，原矿的矿物组成及含量见表2。

表1 化学多元素分析结果/%

注：*单位为g/t。

表2 矿物组成及含量/%

由表2可以看出，该矿样主要矿物组成为赤铁矿，其含量占51.30%。金属硫化物多为黄铁矿，方铅矿，但其含量很低，脉石矿物主要是石英，含量占22.30%，同时还有一些长石、石膏、滑石等。

分析表明，原矿粒度很细，一般仅有几个微米，多呈蜂窝状集合体形态产出。赤铁矿集合体粒度相对较粗，其中多充填有一定量的硬石膏和滑石等新生矿物，同时，部分赤铁矿也被石英等脉石矿物包裹。具体形态见图1、图2。

图1 赤铁矿集合体

图2 脉石矿物包裹赤铁矿

用实验室标准筛对原矿样进行筛分分析，由于粒度极细，故进行湿筛，结果见表3。

由表3可知，原矿0.025mm以下含量占73.71%，说明矿样粒度极细。粒度在0.15mm以上的矿粒TFe品位较低，为21.79%，而在其他粒级范围内，TFe品位均在30%以上且分布较为均匀。

1.2 还原剂

试验所用还原剂为焦煤，其煤炭检测结果见表4。

1.3 还原焙烧-磁选试验研究方法

对黄金冶炼渣进行还原焙烧-磁选工艺研究，即利用高温还原焙烧将冶炼渣中的Fe2O3深度还原为单质Fe，再通过细磨磁选的方法来回收其中的铁单质，得到还原铁粉产品。

试验先按照一定的比例将冶炼渣和焦煤进行混匀，再将混匀后的矿样加入适量水，用造球机造球烘干。焙烧过程在型号为DC-B15/16的智能箱式高温炉中进行，先设置一定温度，待温度达到预设温度后，将盛有冶炼渣矿样的坩埚放入其中，开始计时，在达到焙烧时间之后，取出坩埚进行水淬处理，再将焙烧矿放入电热鼓风干燥箱(101-3AB型)95℃烘干；用XMB-70型三辊四筒棒磨机(滚筒容积500ml)进行磨矿试验，矿浆质量分数固定为50%；焙烧矿磨好后直接进行磁选，磁选设备为XCG-50型磁选管。具体试验流程见图3。

表3 粒度分析结果/%

表4 还原剂焦煤的煤炭检测结果

图3 试验流程图

2 试验结果与讨论

2.1 正交试验

根据焙烧试验过程中影响因素，设计三因素三水平正交试验，磁选试验条件固定为：磨矿细度至-0.045mm占66.55%，磁场强度120kA/m。正交试验各因素水平取值见表5，试验结果见表6，结果分析见表7，利用汉考克公式计算有关选矿效率。

由表7可知，r温度>r时间>r焦煤含量，所以影响焙烧试验最主要的因素是温度，其次是焙烧时间和焦煤含量。

2.2 焙烧温度影响试验

正交试验确定焙烧温度为影响磁选铁精矿TFe品位的主要因素，故先进行焙烧温度的影响试验。固定焦煤加入量为矿样的13%，焙烧时间为60min，磨矿细度为-0.045mm占66.55%，磁选过程中磁场强度为120kA/m，进行不同焙烧温度影响试验，试验结果见图4。

表5 正交试验水平取值

表6 正交试验结果

表7 正交试验计算结果

由图4可知，铁精矿TFe品位及回收率随着温度的升高均呈增长趋势，在1150℃后TFe品位提高幅度有所降低。另外，试验发现，当焙烧温度达到1200℃时，焙烧样出现较为严重的熔融现象。因此，综合考虑，选1150℃为最佳焙烧温度。

2.3 还原剂用量影响试验

固定焙烧温度1150℃，焙烧时间60min，磨矿细度为-0.045mm占66.55%，磁场强度为120kA/m，进行不同还原剂加入量影响试验，试验结果见图5。

由图5可知，铁精矿TFe品位随着焦煤加入量的增加呈先提高后降低的趋势，这是由于，在一定量范围内，焦煤加入量的增加有利于黄金冶炼渣中Fe2O3的还原，能够提高铁精矿品位，而当焦煤加入过量时，伴随焦煤加入而引入的杂质会在焙烧过程中与还原铁颗粒相互包裹[10]，导致磁选铁精矿的品位下降[11]。另外，铁回收率随焦煤加入量增加呈增长趋势，最后变化平缓。综合考虑铁精矿TFe品位和铁回收率等因素，最佳还原剂加入量为13%。

2.4 焙烧时间影响试验

固定焙烧温度1150℃，焦煤加入量13%，磨矿细度为-0.045mm占66.55%，磁场强度为120kA/m，进行不同焙烧时间影响试验，试验结果见图6。

图4 焙烧温度影响试验

图5 焦煤用量影响试验

图6 焙烧时间影响试验

由图6可以看出，铁精矿TFe品位随着焙烧时间的延长呈增加趋势，但是幅度不大，同时，铁回收率在焙烧时间达到60min以后基本稳定。综合考虑铁精矿TFe品位和铁回收率等因素，选定60min为最佳焙烧时间。

2.5 磨矿细度条件试验

在最佳焙烧条件下(焙烧温度1150℃，焦煤加入量13%，焙烧时间60min)制备焙烧样，固定磁场强度为120kA/m进行磨矿细度影响试验，试验结果见图7。

由图7可以看出，随着磨矿细度增加，铁精矿TFe品位和铁回收率均呈增长趋势，当磨矿细度至-0.045mm占74.55%后，铁精矿TFe品位和铁回收率随着磨矿细度增加变化不大。综合考虑铁精矿TFe品位和铁回收率等因素，选择磨矿细度-0.045mm占74.55%为最佳磨矿细度。

2.6 磁场强度条件试验

在最佳焙烧条件下(焙烧1150℃，焦煤加入量13%，焙烧时间60min)制备焙烧样，固定磨矿细度为-0.045mm占74.55%进行磁场强度影响试验，试验结果见图8。

由图8可以看出，铁精矿TFe品位随着磁场强度的增强呈下降趋势，而铁回收率随着磁场强度的增强呈增加趋势。综合考虑铁精矿TFe品位和铁回收率等因素，选择60kA/m为最佳磁场强度。

在最佳焙烧和磁选条件下，可以得到铁精矿TFe品位93.21%，铁回收率82.72%的选别指标。

2.7 黄金冶炼渣原矿及其焙烧样和磁选精矿的XRD分析

在最佳焙烧及磁选条件下，对冶炼渣原矿样、焙烧样和磁选铁精矿样进行XRD分析，结果见图9。

图7 磨矿细度影响试验

图8 磁场强度条件试验

(a)为黄金冶炼渣原矿；(b)为冶炼渣焙烧样；(c)为磁选精矿
图9 黄金冶炼渣及其焙烧样，磁选精矿的XRD分析

由图9可以看出，通过焙烧，黄金冶炼渣中的Fe2O3大部分被还原为单质Fe，焙烧样主要杂质为石英，其他杂质可能是在焙烧过程中形成了非晶态，在XRD衍射图谱中没有明显特征峰。磁选精矿的XRD图谱中主要为金属铁的衍射峰，石英几乎不可见，说明通过磁选，绝大部分石英被抛除，金属铁单质在磁选精矿中得到富集，得到品位较高的铁精矿。

3 结 论

1)试样中黄金冶炼渣铁含量达到35.91%，具有较高的回收价值，其中铁主要以赤(褐)铁矿的形式存在，其矿物组成占51.30%，为主要回收对象。

2)冶炼渣的矿物成分复杂，粒度很细，-0.025mm为73.71%。除铁品位在+0.15mm粒级范围内较低外，在其他几个粒级内分布比较均匀。

3)通过还原焙烧-磁选最佳条件为：焙烧温度1150℃，焦煤加入量13%，焙烧时间60min，磨矿细度-0.045mm占74.55%，磁场强度60kA/m。在最佳试验条件下可以获得铁精矿TFe品位93.21%，铁回收率82.72%较高指标的铁粉。

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[4] 陈芳芳，张亦飞，薛光.黄金冶炼污染治理与废物资源化利用[J].黄金科学技术，2011，19(2):67-73.

[5] 张汉泉，汪凤玲.赤褐铁矿磁化焙烧矿物组成和物相变化规律[J].钢铁研究学报，2014，26(7):8-11.

[6] 陶恒畅.磁化焙烧某赤褐铁矿选矿工艺试验[J].现代矿业，2014(6):44-46.

[7] 徐承焱，孙春宝，莫晓兰.某黄金冶炼厂黄金冶炼渣综合利用研究[J].金属矿山，2008(12):148-152.

[8] 尚德兴，陈芳芳，张亦飞.还原焙烧_磁选回收黄金冶炼渣中铁的试验研究[J].矿冶工程，2011，31(5):35-38.

[9] 雷占昌，祁之军，范志平.某黄金冶炼尾渣中铁回收试验[J].现代矿业，2012(7):90-91.

[10] 张亚辉，张家，张艳娇，等.鲕状赤铁矿“磁化焙烧-晶粒长大-磁选”新工艺研究[J].武汉理工大学学报，2013，35(3):116-119.

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Research into recovery of iron from gold smelting slag by reduction roasting and magnetic separation

LIU Lin1，2，3，FENG An-sheng1，2，WANG Wei1，2

(1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Zhengzhou 450006，China;2.China National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals，Zhengzhou 450006，China；3.Graduate Department of Chinese Academy Geological Sciences，Beijing 100037，China)

With coking coal as reducing agent，the reduction roasting-magnetic separation process was adopted to recycle iron from the smelting slag which was produced by a gold smelter in Henan province.The smelting slag，total iron grade of which was 35.91%，had a high recycling value.But the particle size of the slag was very fine (-0.025mm 73.71%)，and the chemical composition was complex.According to this characteristic，the effects of roasting temperature，time，amount of reducing agent，grinding fineness and magnetic field intensity on ore dressing indexes were discussed.The test showed that，the optimum conditions were as follows：the slag was roasted at 1150℃ for 60 minutes with coal consumption 13%，and then ground it to -0.045mm accounted for 74.55%，with magnetic field intensity 60kA/m.As the conditions，roasting-magnetic separation process obtained good indexes：the total iron grade of iron concentrate was 93.21% and the total iron recovery was 82.72%.

gold smelting slag；reduction roasting；magnetic separation.

2015-02-07

国土资源部地质调查项目“典型矿区共伴生矿产综合利用研究”资助(编号：12120114021901)；电化学方法对稀土基AB5型储氢合金动力学性能关键问题的研究项目资助(编号：51404220)

柳林(1989-)，男，河南南阳人，硕士研究生，主要研究方向为矿产资源综合利用。E-mail：sunnyllin@163.com。

冯安生(1964-)，男，河南民权人，研究员，博士，长期从事矿产资源综合利用研究工作。

TD951

A

1004-4051(2015)11-0151-05