从含铜金黄铁矿中综合回收金属铜与金的工艺

姚志超，马保中，张文娟，揭晓武

（1.北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160；2.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083）

我国黄铁矿矿产资源丰富，储存量达40多亿吨，是一种重要的冶金原料[1-3].而随着我国矿产资源的不断开发，高品位、易处理黄铁矿日益减少，对共生、伴生黄铁矿进行综合开发与利用已经成为矿产资源开发的必然趋势[4-9].共伴生矿一般有如下特点[10-11]：①矿石组分复杂、伴生元素含量较低；②各矿物元素间共生、偏析严重，处理难度大.因此，设计合理的工艺流程，对综合开发利用伴生黄铁矿至关重要.

对黄铁矿中有价金属进行分离回收的方法主要有[12-20]：氧化焙烧、氯化焙烧、硫酸浸出、氰化浸出、中和-沉淀法等.文中针对某含金、铜黄铁矿，提出氧化焙烧-硫酸浸铜-氰化浸金的工艺流程，并开展了系统的工艺实验研究，有效的回收了矿石中的金、铜、铁等有价金属，为该矿的高效开发利用提供了科学依据.

1 原料

1.1 备料

为了得到具有代表性且成分均匀一致的物料，在实验开始前将124 kg物料均匀混合并按照四分法取样制备样品.后续的实验过程中所用样品均为该方法制得.

1.2 原矿物理性质

有研究表明，在氰化浸出金的过程中，矿物的粒径会直接影响金的单体解离率，进而影响金的浸出率，因此，在实验中测定了与颗粒粒度、颗粒形状有关的物理参数结果见表1.

表1 黄铁矿密度测定Table 1 Density determinations of pyrite单位：g/cm3

1.3 原矿化学性质

对该黄铁矿进行多元素化学分析，分析结果见表2.由表2可知，该黄铁矿中主要成分为硫和铁，其中S含量高达45.85%，Fe的含量为40.15%.其它主要有价组分铜的含量为1.92%，金的含量为1.60 g/t.

表2 原矿多元素分析结果Table 2 Multivariate analysis result of raw ore

2 筛析实验

研究表明，有价金属元素在不同粒度的矿物中富集情况有所差异，因此在实验中，对该黄铁矿进行了筛析实验，以此来判断是否能够通过物理选矿的手段实现对有价金属的富集.

取500 g原矿，用清水浸泡6 h后湿筛，各粒级矿物烘干后称质量，总量为420.5 g，其中粒度＞0.38 mm的物料为5.1 g，均为假颗粒板结，考虑筛析试验的真实性，＞0.38 mm的板结料不计入筛析试验总量.并对各粒级主要元素进行分析，矿物粒级及主要元素分布情况见表3.

表3 粒级分布及主要元素分布情况表Table 3 Distribution of size fraction and main elements

由表3的筛析结果分析可得，该黄铁矿中的主要有价元素硫，铁，铜，金都存在不同程度的偏析现象.其中铜的偏析更为明显，不同粒度下矿物含Cu 1.31%～3.27%，因此，结合粒度分析，只采用物理筛分的方法难以实现对有价金属元素的富集与分选.

同时，在湿筛过程中，发现该黄铁矿具有一定程度的水溶现象.因此，补充了该黄铁矿原矿的水浸实验.取100 g原矿，常温下清水浸出2 h，测得滤渣残重为83.5 g，计算得原矿水溶率为14.56%.该黄铁矿原矿为浮选矿，通常情况不会有这么高的水溶率，研究表明，黄铁矿表面氧化会生成硫酸铁和氢氧化铁等亲水性物质，这些亲水性物质覆盖在黄铁矿表面，会使得黄铁矿亲水性增强[21].因此判断该黄铁矿出现水溶现象，可能是该矿物被长期放置在空气中缓慢氧化所致.

3 实验探究

3.1 焙烧实验

3.1.1 黄铁矿样差热热重分析

为了确定该黄铁矿在氧化焙烧过程中的具体反应情况，对该黄铁矿进行了差热热重分析，差热热重分析结果见图1.

图1 黄铁矿原矿差热热重分析Fig.1 Differential thermogravimetr analysis of raw pyrite

由图1可以看出，矿物在79.9℃及130.5℃有2个物理水脱除的吸热峰，293.4℃下为结晶水脱除的吸热峰.可判断0～200℃，为矿物物理水脱除过程，失重率为4.12%；200～300℃为化学水脱除过程，质量损失率为0.99%，400℃后黄铁矿受热分解，黄铁矿主要发生FeS2[1]反应，分解产出S蒸汽和FeS，方程式为：FeS2＝FeS+S；该反应为吸热反应，在 569.4 ℃时有明显的吸热峰；差热分析过程在氮气保护下进行，647.2℃时出现的放热峰，可能是黄铁矿与空气短时接触，或产生的硫蒸气被黄铁矿中的氧化物氧化，产出SO2所致.400℃至850℃质量损失率为25.18%.据此判断反应基本完成.

3.1.2 氧化焙烧温度实验

依据差热热重分析可知，黄铁矿中FeS2的分解在569.4℃附近，分解产生的硫蒸汽氧化温度约为647.2℃，而在850℃反应基本完全，因此在600～850℃的温度区间进行了氧化焙烧的探究.试验过程为每次称取100 g原矿（未干燥原矿）平铺在料盘内，料盘置于马弗炉内升温焙烧，在不同温度下进行恒温焙烧，焙烧时间为焙烧过程中每5 min扒矿一次，保证其充分氧化.得到的焙砂取50 g在液固比4∶1，温度80℃，时间2 h；控制浸出终点pH值为1.5的硫酸体系中浸出.实验结果见表4.

表4的结果表明，焙烧温度为600℃时，铜的浸出效果较好，以渣计，铜的浸出率可达91.09%，而随着焙烧温度的升高，铜的浸出率不断下降，且焙砂中硫含量不断下降.到850℃下焙砂含S 0.36%，铜的浸出率只有22.62%.分析原因可能是在850℃较高的温度下，黄铁矿中的硫化铜过氧化，产生了难溶性的铁酸铜从而导致铜的浸出率下降.因此确定氧化焙烧温度为800℃.

表4 焙烧温度实验结果Table 4 Calcination temperature result

3.1.3 氧化焙烧时间实验

黄铁矿中铜的浸出率会受到氧化焙烧时间的影响，焙烧时间不足，则氧化不完全，焙烧时间过长，又会增加不必要的能耗.在焙烧温度为800℃，浸出条件为液固比4∶1，温度80℃，时间2 h；控制浸出终点pH值为1.5.对氧化焙烧时间进行了探究.实验结果如表5.

表5的结果表明，焙烧时间为2 h时，铜的浸出效果较好，以渣计，铜的浸出率可达91.09%，继续延长时间，效果不明显.因此，确定氧化焙烧时间为2 h.

3.2 硫酸浸铜

黄铁矿中铜的浸出率，不仅受到焙烧情况的影响，同样受硫酸浸出条件的影响.因此在实验中对硫酸浸铜过程中的液固比，浸出温度进行了探究.

3.2.1 液固比的影响

液固比是影响硫酸浸铜的一个因素.实验中在浸出温度80℃，浸出时间为2 h，终点pH为1.5，的条件下研究了液固比对硫酸浸铜浸出率的影响.实验结果见表6.

表5 氧化焙烧时间实验结果Table 5 Oxidizing roast time result

由表6发现，液固比为2∶1或3∶1铜的浸出率很相近，但进一步提高液固比到4∶1，铜的浸出率就明显降低.所以铜的浸出率应为2∶1或3∶1较为适宜.

3.2.2 浸出温度的影响

浸出温度会对铜的浸出效果产生明显影响，在实验中，就铜的浸出温度在液固比3∶1，浸出时间为2 h，终点pH为1.5的条件下进行了研究.研究结果见表7.

表6 硫酸浸铜液固比实验结果Table 6 The liquid-solid ratio result of sulfuric acid leaching copper

表7 硫酸浸铜浸出温度实验结果Table 7 Leaching temperature result of sulfuric acid leaching copper

由表7可得，在硫酸浸铜过程中，铜的浸出率随浸出温度的升高而呈上升趋势，当浸出温度为80℃时，铜的浸出率达到87.46%.确定硫酸浸铜的浸出温度为80℃.

3.3 氰化浸出

对浸铜后得到的浸铜渣在石灰乳调浆后进行氰化浸金实验.在实验过程中主要考察了磨矿时间、氰化时间对金浸出率的影响.

3.3.1 球磨时间的影响

在氰化浸金实验中，所用矿物的粒度会直接影响金的浸出率，矿石粒度的细小程度会影响金的单体解离率进而影响金的浸出率.因此以该浸铜渣为原料，在浸出液固比2∶1，氰化钠加入量为3 kg/t，矿浆pH调节为10的条件下搅拌氰化40 h，进行了氰化浸出实验，考察了磨矿时间对浸铜渣金，银浸出率的影响.实验结果见表8.

表8 磨矿时间对金银浸出率的影响Table 8 The effect of grinding time to gold and silver leaching ratio

实验表明，浸铜渣球磨有利于金的浸出，随着球磨时间的延长，金的浸出率不断提高.当球磨时间为30 min时，金的浸出率达到70.64%.银基本不浸出.对球磨时间为30 min得到的浸铜渣进行粒度分析，发现其中-0.038 mm粒度的物料占到了85%，继续延长球磨时间，对金的浸出影响很小.反而增加了实验成本，综上考虑，实验中氰化浸出所用浸铜渣球磨时间确定为30 min.

3.3.2 浸出时间的影响

氰化时间的长短会对金的浸出产生影响.在实验中在球磨时间为30 min,浸出液固比2∶1，氰化钠加入量为3 kg/t，矿浆pH调节为10，的条件下研究了氰化浸出时间对金浸出时间的影响.结果见表9.

表9 氰化浸出时间对金银浸出率的影响Table 9 The effect of cyanide leaching time to gold and silver leaching ratio

由表9可得，随着浸出时间的延长金的浸出率也随之增加，氰化浸出时间从24 h增加到32 h，金的浸出率从62.65%增加到了68.50%.再继续增加浸出时间到40 h，金的浸出率进一步提高.因此选择氰化浸出时间为40 h，此时，金的浸出率为70.64%，银基本不浸出.

表10所列为氰化渣中各元素的含量，分析可得，氰化渣中主要成分为铁，其含量达到63.46%.

表10 氰化渣分析结果Table 10 The analysis result of cyanide slag

4 结 论

通过氧化焙烧-硫酸浸铜-氰化浸金的工艺流程可以实现对黄铁矿中铜、金等有价组分的分离与回收.焙烧较优条件为：温度600℃；时间2 h；焙砂硫酸浸铜较优条件为：液固比（2～3）∶1，浸出温度 80 ℃；浸出时间2 h；终点pH为1.5，铜的浸出率可达91.09%，此时浸出渣中含Cu 0.32%；氰化浸出最佳条件为：pH 为 10～11，球磨 30 min，液固比 2∶1，氰化钠加入量为3 kg/t，氰化浸出40 h，渣计金浸出率可达到70.64%，氰化浸出渣中铁含量达63.46%，可作为铁精矿外售.