造锍熔炼捕收氰化渣中有价金属研究①

2021-05-16陈毅鹏刘丹阳党晓娥王碧侠

矿冶工程 2021年2期

朱军，陈毅鹏，刘丹阳，党晓娥，王碧侠

（1.西安建筑科技大学，陕西西安710055；2.陕西省黄金与资源重点实验室，陕西西安710055）

氰化法是黄金生产的主要方法之一。我国每年氰化尾渣排放量在2 000万吨以上［1－2］，氰化尾渣中含有少量贵金属金银。大量氰化尾渣堆存占用土地，而且渣中重金属与氰化物污染水体及土壤，长期堆放不可避免对环境造成一定污染，在黄金资源紧缺、环境保护要求不断提高条件下，对氰化尾渣的处理及利用十分必要［3－4］。目前对氰化尾渣处理的方法有湿法浸出［5］、磁化焙烧［6］、氯化［7］、还原焙烧［8］等，但都存在一定局限性，如湿法浸出产生大量酸度较高的浸出液，后续处理压力较大；磁选、氯化和还原焙烧等火法处理方法能耗较高，会出现二次污染［9］。近年来，熔池熔炼处理含铜危险废物在我国得到了快速发展，目前广泛应用于炼铜、镍、铅等有色金属冶炼工业［10－13］。本文采用造锍熔炼工艺综合回收陕西潼关某冶炼厂氰化尾渣，研究不同工艺参数对金、银、铜回收率的影响。

1 实验

1.1 实验原料

实验主原料氰化尾渣为焙烧-氰化尾渣，取自陕西潼关某冶炼厂。氰化尾渣和实验辅料硫化铜精矿化学元素和物相分析结果分别如表1～2和图1～2所示。

表1 氰化尾渣主要化学成分（质量分数）／%

表2 硫化铜精矿主要化学成分（质量分数）／%

图1 氰化尾渣物相分析

图2 硫化铜精矿物相分析

氰化尾渣主要由赤铁矿、石英石及铅锌矿组成，金银主要以硅酸盐矿物包裹形式存在。

1.2 实验仪器、试剂

实验仪器包括衡际JA2003B电子天平、SX－5－12箱式电阻炉、Y－2000型X射线衍射仪、X射线荧光、MZ系列（高锰钢料钵）小型制样机等。

实验试剂为Fe2O3（分析纯）和CaO（分析纯）。

1.3 实验原理及方法

以潼关某冶炼厂的氰化尾渣为主原料，配入一定量辅料硫化铜精矿及造渣剂Fe2O3和CaO进行造锍熔炼。氰化尾渣与硫化铜精矿经造锍熔炼生成FeS和Cu2S共熔体即铜锍，铜锍对渣中金、银进行捕收。氰化尾渣中氰化物在800℃以上被氧化为N2和CO2排放到空气中［14］。

按一定比例称取氰化尾渣和硫化铜精矿共100 g，通过Fe2O3和CaO来调整渣型，将氰化尾渣与硫化铜精矿混合料和造渣剂均匀混合放入坩埚中，再将坩埚放入箱式电阻炉中进行造锍熔炼，温度升至800℃后，设置不同升温时间使温度升高到熔炼温度，熔炼完成后敲碎坩埚称量铜锍和熔炼渣质量，探究单因素条件下金、银在锍相中含量及金、银、铜回收率。实验采用单因素控制变量法优化工艺条件，单因素控制变量有：渣型、熔炼温度、升温时间、保温时间、原料配比。氰化尾渣综合处理工艺流程图如图3所示。

图3 氰化尾渣综合处理工艺流程

2 实验结果与讨论

2.1 渣型的影响

固定氰化尾渣与硫化铜精矿配比4∶1、熔炼温度1 250℃、升温时间60 min、保温时间50 min，探究不同渣型下金、银在锍相中含量及金、银、铜回收率。

2.1.1 铁硅比的影响

图4 为固定CaO／SiO2质量比为0.8条件下，不同铁硅质量比对金、银在锍相中含量及金、银、铜回收率的影响。从图4可以看出，随着铁硅比增加，金银铜回收率均呈现出先增大后减小的趋势，当FeO／SiO2比1.8时，渣锍分离效果最好，金银铜回收率达到最高，金银在铜锍中含量也达到最大值。这是因为当FeO／SiO2比较低时，熔渣流动性较差，有部分熔炼渣会进入锍相中；继续增大FeO／SiO2比，锍相中FeS增多并融入少量FeO，使锍相中Cu2S占比相对减少，故其对金、银捕收能力下降。因此，熔炼实验的最佳FeO／SiO2比为1.8。

图4 FeO／SiO2比对金属在锍相中含量及回收率的影响

2.1.2 钙硅比

图5 CaO／SiO2比对金属在锍相中含量及回收率的影响

固定FeO／SiO2比为1.8，添加CaO调节不同钙硅比，探究金、银在锍相中含量及金、银、铜回收率，结果如图5所示。由图5可知，随CaO／SiO2比增大，金属回收率先增大后减小。这是因为当CaO／SiO2比较低时，过多的SiO2使渣黏度增大，导致渣锍分离效果不佳；添加碱性氧化物CaO会破坏SiO42－结构，在CaO／SiO2比0.8时，金银铜回收率均为最大值，且金银在锍相中含量也达到最高值，说明此时渣锍分离效果最好；继续增大CaO／SiO2比，金属回收率下降，这是过量的CaO提高了渣的熔点，导致渣锍分离效果不佳。故熔炼实验的最佳CaO／SiO2比为0.8。

2.2 熔炼温度的影响

固定氰化尾渣与硫化铜精矿配比4∶1、升温时间60 min、保温时间50 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，考察不同熔炼温度下金、银在锍相中含量及金、银、铜回收率，结果如图6所示。本次熔炼实验选择了5个熔炼温度：1 150℃、1 200℃、1 250℃、1 300℃、1 350℃，其中1 150℃条件下渣锍未分离。由图6可知，在1 250℃时，金、银回收率最高，金银在锍相中含量分别为8.39 g／t、259.79 g／t；熔炼温度从1 250℃再升高，金、银、铜回收率略微降低，这是由于温度升高，有少量锍相附着在坩埚壁上，导致回收率降低，故本次熔炼实验温度选择1 250℃。

图6 熔炼温度对金属在锍相中含量及回收率的影响

2.3 升温时间的影响

固定氰化尾渣与硫化铜精矿配比4∶1、熔炼温度1 250℃、保温时间50 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，由于氰化物在高于800℃开始分解为N2和CO2，本实验在800～1 250℃升温区间探究不同升温时间对金、银在锍相中的含量及金、银、铜回收率的影响，结果如图7所示。由图7可知，金、铜、银回收率在升温时间50 min时趋于平稳；在升温时间60 min时金回收率达到最大值74.98%，同时金、银在锍相中含量达到最大值。这是因为随着升温时间增加，渣中金银被铜锍更多捕收，故本次熔炼实验升温时间选择60 min。

图7 升温时间对金属在锍相中含量及回收率的影响

2.4 保温时间的影响

固定氰化尾渣与硫化铜精矿配比4∶1、熔炼温度1 250℃、升温时间60 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，探究保温时间对金、银在锍相中含量及对金属回收率的影响，结果如图8所示。从图8可知，保温时间40 min以后，金、铜、银回收率基本趋于平缓；保温时间50 min时，金回收率最大，但金在锍相中的占比却不是最高，这是因为随着保温时间延长，有少量锍相附着在坩埚上。故本次熔炼实验保温时间选择50 min。

2.5 原料配比的影响

固定熔炼温度1 250℃、升温时间60 min、保温时间50 min、FeO／SiO2比1.8、CaO／SiO2比0.8，探究氰化尾渣与硫化铜精矿配比对金、银在锍相中含量及对金属回收率的影响，结果如图9所示。从图9看出，当氰化尾渣与硫化铜精矿配比为4∶1时，金、银、铜回收率达到较高值，金银在锍相中含量分别为8.41 g／t和

图8 保温时间对金属在锍相中含量及回收率的影响

259.88 g／t。配比更多的硫化铜精矿会造成成本增加，从经济角度考虑，本次实验氰化尾渣与硫化铜精矿配比选择4∶1。

2.6 最佳工艺条件实验

从以上单因素条件实验得到最佳熔炼条件为：氰化尾渣与硫化铜精矿配比4∶1，FeO／SiO2比1.8，CaO／SiO2比0.8，熔炼温度1 250℃，升温时间60 min，保温时间50 min。在最佳工艺条件下经造锍熔炼完成后，称量得到锍相27.87 g，熔炼渣44.55 g。金属在锍相和熔炼渣中的含量如表3所示。从表3可知，通过造锍熔炼处理氰化尾渣，金、银、铜回收率分别为73.13%、83.95%、70.97%，金、银在锍相中含量分别为8.29 g／t和257.40 g／t，氰化尾渣中金、银得到了有效回收，硫化铜精矿中铜回收率较高，说明通过造锍熔炼综合回收处理氰化尾渣工艺可行。