炭浆厂碎炭综合回收试验研究及应用*

尚朝表，和少龙，乔天强

（鹤庆北衙矿业有限公司，云南 大理 671507）

目前，80%以上的黄金生产矿山选矿工艺均采用氰化提金法[1]。多年来，各国对活性炭的应用均有成熟的研究，使其成为贵金属吸附回收的较好选择[2]。全泥氰化炭浆工艺流程中产生碎炭的方式有三种：①氰化浸出流程安全筛上回收的碎炭；②解吸电解过程筛分产出的碎炭；③活性炭到达使用年限后更换下来的碎炭（报废炭）。前两种碎炭由于颗粒小，且含有重砂、木屑等杂质，难以用解吸电解的方法对有价金属进行高效回收；第三种炭属于报废炭，因炭表面结垢及孔隙堵塞严重，使用解吸电解的方法有价金属回收率也不高[3]。这三种碎炭平均金品位为（100～200） g/t，银品位为 （600～2 000） g/t、铜品位为 （15 000～40 000）g/t，且均含有氰化物，长时间堆存存在很大安全环保风险。大部分炭浆厂由于碎炭量较少，对碎炭直接销售处理。目前，对该类碎炭综合回收相关工艺技术研究较少[4]，缺少成熟的规模化生产工艺，造成资源回收利用率低，故从炭浆厂碎炭中回收金、银和铜等有价金属具有十分重要和深远的意义。

为综合回收利用碎炭中金、银和铜等有价金属及减轻长期堆存造成的安全环保风险，本研究基于炭浆厂碎炭性质，进行了碎炭中金、银和铜综合回收利用的试验研究，为同类炭浆厂回收金、银和铜提供参考和借鉴。

1 碎炭性质

某厂碎炭化学成分分析结果见表1。Au品位为 （120.10～290.20） g/t，Ag 品位为 （652.30～1718.60） g/t，铜品位为 （19 420～35 401） g/t，金、银和铜为主要有价元素，不同生产流程因工艺条件的差异，碎炭中的金银品位偏差较大。碎炭中除金、银和铜高价值金属外还含有铁、钙及肉眼可见的沉砂，这些杂质不利于金、银和铜高价值金属的回收。

表1 碎炭化学成分分析结果Tab.1 Chemical component analysis results of crushed charcoal

2 碎炭回收金银小型试验研究

2.1 试验流程及试验装置

根据碎炭性质，开展碎炭的高温静态焚烧灰化试验研究，接着对灰分分别开展“氰化浸出试验”“铜捕集熔炼”两种不同工艺的对比小型试验研究。试验流程图见图1。

图1 碎炭回收金银试验流程Fig.1 Experiment flow for gold and silver recovery from crushed charcoal

灰化试验装置采用自制的电加热灰化炉、2 L搅拌浸出桶、马弗炉。

2.2 碎炭高温焚烧灰化试验研究与结论

影响碎炭燃烧的主要因素为氧含量和焚烧温度，起始燃烧阶段靠灰化炉电炉丝温度进行引燃，直到碎炭肉眼观察无火星时视为燃烧终点[5]。试验条件：试验总用时30 h，燃烧温度为（600～800） ℃。

由表2可知，碎炭灰化烧失率68.81%，灰分含炭低至0.24%，灰分的品位为：金314.2 g/t、银2 595.6 g/t、铜 117 906 g/t、 铁 103 230 g/t、钙188 641 g/t。灰化效果明显，金、银和铜品位得到有效的富集提升。需要说明的是试验过程中发现不同物料、炭含量的差异，灰化耗时均存在较大差异。

表2 碎炭高温焚烧灰化试验结果Tab.2 High temperature incineration ash experiment results of crushed charcoal

2.3 灰分氰化浸出试验研究与结论

氰化提金法具有工艺成熟、成本低廉、回收率高、对矿石适应性强等特点[6]，使用氰化钠对灰分进行氰化浸出试验，试验条件：灰分500 g、水1 L、pH值为11.5、充气搅拌浸出40 h。

由图2可知，氰化钠用量20 kg/t时，获得较高的金、银和铜浸出指标，金浸出率54.60%，银浸出率61.10%，铜浸出率为56.45%；继续增加氰化钠用量，金、银浸出指标未得到明显提升，铜浸出率变化不大。浸渣金、银和铜品位偏高，主要原因是碎炭在高温灰化过程中，随着碎炭不断灰化，灰分数量逐渐增多，灰分覆盖了剩余的少量碎炭，造成灰化不彻底，剩余少量炭末在灰分浸出过程中发生吸附反应，造成尾渣跑高。

图2 灰分氰化试验结果Fig.2 Results of ash cyanidation experiment

2.4 灰分铜捕集熔炼试验研究与结论

铜对金银有较好的捕集能力，高温熔融状态下铜与金银生成金银铜合金，同时灰分中剩余的炭可作为熔炼还原剂，故采用铜作为金银捕集剂进行高温还原熔炼试验[7]。使用不同数量的捕集剂对灰分进行高温还原熔炼试验，试验条件：灰分50 g、造渣剂1∶1（碳酸钠+硼砂+石英+面粉）、冶炼温度1 250℃。

由图3可知，使用铜捕集剂有利于提高金、银和铜冶炼回收率，捕集剂的量提高至60 g时，可获得较高的金、银和铜冶炼回收率，分别为金98.35%、银97.11%、铜97.58%。综合考虑，实际生产中应重点关注灰分半产品中的铜含量。

图3 灰分铜捕集熔炼试验结果Fig.3 Experiment results of ash copper capture smelting

2.5 灰分半工业火法熔炼试验研究与结论

由于灰化产生的灰分含铜、铁、硫含量较高，故对灰分开展造硫熔炼、冰铜吹炼回收金银试验，造锍捕金工艺具有处理规模大，生产成本低、物料适应性强等优点[8]。造硫熔炼设备为250 kW中频炉，吹炼设备为160 kW中频炉。试验条件：灰分50 kg、硼砂 13 kg、碳酸钠 7 kg、玻璃 3 kg，温度1 200℃，冰铜吹炼试验条件：适量造渣剂、冰铜12.9 kg，温度1 200℃，吹风机鼓风，试验结果见表3。

表3 灰分火法熔炼试验结果Tab.3 Experiment results of ash smelting process g/t

由表3可知，灰分造硫熔炼金、银和铜回收率较高，金、银和铜能够有效富集至冰铜中，渣计回收率为Au 94.48%、Ag 63.74%、Cu 94.31%。试验表明，冶炼渣流动较好，炉渣和铜硫在坩埚内自然冷却净置时能够很好分离，铜硫层处于炉渣层的下部，冷却后的冰铜质脆，造硫熔炼对石墨坩埚侵蚀较大；冰铜吹炼试验后得到14.9 g的粗铜合金，因中频炉不能实现鼓风吹炼，吹炼试验时采用小型吹风机进行吹风，由于小风机鼓风氧浓偏低（冰铜吹炼熔池喷枪氧浓控制要求在50%～60%），导致吹炼过程的大部分金属液相仍以白冰铜形式存在，未能实现有效氧化。故针对硫、铁、铜含量高的灰分，最佳工艺路线为“造硫捕金—冰铜吹炼—粗铜精炼—铜电解—金银回收”。

3 碎炭高温焚烧灰化工业化应用

某厂于2020年12月完成含金物料灰化炉的安装调试工作，2021年1月开始投入正常生产，生产期间各项指标见表4。

表4 碎炭工业化高温灰化结果Tab.4 Industrial high temperature ash results of crushed charcoal

由表4可知，工业化生产情况下，碎炭高温灰化烧失率达65.94%，金品位从108.91 g/t提升至303.92 g/t，金富集比为2.79，银品位从567.15 g/t提升至1 604.66 g/t，银富集比为2.83，铜品位从21 690.91 g/t提升至59 223.45 g/t，铜富集比为2.73。物料所含氰化物在高温燃烧处理后，氰化物得到有效分解，经属性鉴定，碎炭灰化产生的灰分为固体废弃物，不再属于危险废弃物，灰化过程产生的废气经多级净化处理后达标排放。通过将近年来积存的碎炭进行灰化、冶炼，预计每年可综合回收金100 kg、银1 200 kg。

4 结语

1）全泥氰化炭浆工艺流程产生的碎炭，金、银和铜为主要有价元素，其次为铁、钙、沉砂等难以回收的杂质，不同生产流程因工艺条件的差异，碎炭中的金银品位偏差较大；

2）生产实践表明，采用高温静态灰化的方式处理炭浆厂碎炭，能将毒性为危废的碎炭转化为毒性为一般固体废物的灰分；碎炭灰化温度控制在 （600～800） ℃，时间 （30～50） h，不同碎炭，由于炭含量的差异灰化时间不尽相同；碎炭烧失率65%～75%，灰分金银富集比较高，生产实践金品位从108.91 g/t提升至303.92 g/t，金富集比为2.79，银品位从 567.15 g/t提升至 1 604.66 g/t，银富集比为2.83，铜品位从21 690.91 g/t提升至59 223.45 g/t，铜富集比为2.73；

3）灰分直接采用氰化法回收效果不佳，在灰分氰化钠用量20 kg/t、浸出时间40 h的条件下，金最高浸出率为54.60%、银最高浸出率为61.10%、铜最高浸出率为56.45%，金银浸出率偏低的主要原因是碎炭很难被彻底灰化，灰分中含有少量活性炭颗粒；

4）灰分半工业火法熔炼试验表明：灰分造硫熔炼金、银和铜回收率较高，金、银和铜能够有效富集至冰铜中，渣计回收率为金94.48%、银63.74%、铜94.31%，含铜、铁、硫高的灰分最佳工艺路线为“造硫捕金-冰铜吹炼-粗铜精炼-铜电解-金银回收”；

5）通过将近年来积存的碎炭进行灰化、冶炼，预计每年可综合回收金100 kg、银1 200 kg、铜11 000 kg。