低品位含金硫酸渣氯化焙烧-浸出工艺研究①

2022-11-10宋文强邢张溪陈官华刘明霞

矿冶工程 2022年5期

谢蕾，宋文强，邢张溪，陈官华，刘明霞，余洪

（武汉工程大学资源与安全工程学院，湖北武汉 430073）

高温焙烧黄铁矿制取硫酸后所产生的含铁废渣被称为硫酸渣，其中除含铁40%～60%外，还可能含有金、银等稀贵金属，回收其中的稀贵金属既能实现二次资源的充分利用，又能减少对环境的影响［1-4］。

硫酸渣中金多以包裹金形式存在，如直接浸出，浸出剂无法有效地接触到被包裹的金，金浸出效果不佳［5］。目前，多采用微生物预处理、焙烧预处理、微波预处理与加压氧化等方法改变含金硫酸渣的结构和化学性质，从而提高金浸出效率［6］。其中，在焙烧过程中添加氯化剂可分解生成氯气，它可与各种金属反应生成易溶的金属氯化物，且生成的盐类物质能使矿石结构发生改变，促进浸出剂与各种金属更好地接触，从而提高浸出率［7-10］。本文针对低品位含金硫酸渣，探究了直接浸出金以及氯化焙烧-浸出金的工艺参数。

1 原料性质及试验方法

1.1 原料性质

试验原料含金硫酸渣取自青海省西部矿业，样品主要化学元素分析结果如表1所示。

表1 硫酸渣主要化学元素分析结果（质量分数） %

由表1可知，该硫酸渣中主要元素为铁，含有硫、氧化钙、二氧化硅、氧化镁等杂质，其中金含量为0.815 g／t，具有回收价值。

采用XRD对硫酸渣矿物组成进行分析，结果见图1。由图1可知，硫酸渣中含有赤铁矿、磁铁矿、石英和石膏等矿物，其中赤铁矿为该硫酸渣中的主要矿物。

图1 硫酸渣原矿XRD图谱

硫酸渣粒度组成分析结果如表2所示。由表2可知，硫酸渣-0.074 mm粒级占70.06%，-0.035 mm粒级占35.35%，粒度较细，无需磨矿就可直接浸出。

表2 硫酸渣粒度组成分析结果

1.2 试验方法

称取50 g硫酸渣，按计量加入浸金剂（上海Sandioss，主要成分为氧化钠、碳化铁、硫、铵根），搅拌浸出一定时间后，抽滤烘干，采用原子吸收分光光度法测定浸渣中金品位，计算浸出率。氯化焙烧采用硫酸渣与NaCl按一定质量比混合后焙烧，将焙烧渣在直接浸出确定的优化条件下浸出。金浸出率计算方法为：

式中η为金浸出率，%；m1为浸出前样品质量，g；m2为浸出渣质量，g；β为浸出前样品中金品位，g／t；α为浸出渣中金品位，g／t。

1.3 试验原理

氯化焙烧过程中，氯化剂首先与SiO2反应生成活性极强的Cl2和HCl气体（式（2）～（3）），然后与金属发生反应，生成易溶解的金属氯化物（式（4）～（5））。焙烧过程产生的Cl2以及生成的钠盐能够使焙烧矿变得疏松多孔，使包裹金暴露出来，提高浸出效果。金在低温和高温下的氯化反应分别如式（6）和式（7）所示［11-12］。

2 试验结果与讨论

2.1 直接浸出条件试验

2.1.1 浸金剂用量试验

在液固比3∶1、搅拌速度400 r／min、浸出液pH值8.5、室温下浸出300 min，浸金剂用量对金浸出率的影响如图2所示。从图2可以看出，随着浸金剂用量增加，金浸出率首先呈上升趋势，浸金剂用量1.5 kg／t时金浸出率39.08%；浸金剂用量大于1.5 kg／t后，金浸出率基本没有变化。后续试验选择浸金剂用量1.5 kg／t。

图2 浸金剂用量对金浸出率的影响

2.1.2 浸出时间试验

浸金剂用量1.5 kg／t，其他条件不变，浸出时间对金浸出率的影响如图3所示。由图3所示，初始阶段，随着浸出时间增加，金浸出率增加；浸出时间大于120 min后，金浸出率基本保持不变。在0～30 min范围内，金浸出速率较快，这表明浸金剂对金的络合能力强，只需较短的时间即可达到浸出终点。选择浸出时间120 min，此时金浸出率可达到35.16%。

图3 浸出时间对金浸出率的影响

2.1.3 浸出pH值试验

浸出时间120 min，其他条件不变，浸出pH值对金浸出率的影响如图4所示。由图4可知，首先随着浸出pH值增加，金浸出率逐步提高；浸出pH值为11.0时浸出率达到最高，为65.38%；pH值大于11.0后，金浸出率有所降低。后续试验选择浸出液pH值为11.0。

图4 浸出pH值对金浸出率的影响

2.1.4 浸出液固比试验

浸出pH＝11.0，其他条件不变，浸出液固比对金浸出率的影响如图5所示。由图5可以看出，首先随着浸出液固比增加，金浸出率随之增加，液固比2.5∶1时金浸出率最高，为66.53%；浸出液固比大于2.5∶1后，金浸出率反而有所降低。后续试验选择浸出液固比为2.5∶1。

图5 浸出液固比对金浸出率的影响

2.1.5 浸出温度试验

液固比2.5∶1，其他条件不变，浸出温度对金浸出率的影响如图6所示。由图6可知，随着浸出温度升高，金浸出率并没有明显变化，表明浸出温度对金浸出率影响不大。

图6 浸出温度对金浸出率的影响

2.1.6 直接浸出优化条件试验

通过以上浸出条件试验，确定Sandioss浸金剂直接浸出的优化工艺条件为：浸出剂用量1.5 kg／t，浸出时间120 min，浸出pH＝11.0，液固比2.5∶1，室温下浸出，此时硫酸渣中金浸出率为66.53%。

2.2 氯化焙烧-浸出试验

由直接浸出试验结果可知，金浸出率较低，为此开展了氯化焙烧-浸出试验。先对硫酸渣进行氯化焙烧预处理，再按直接浸出试验得到的优化条件浸出。

2.2.1 氯化钠用量试验

氯化钠用量是影响氯化焙烧的重要因素，氯化钠用量过低会导致金氯化反应不完全，用量过高会导致成本增加。氯化焙烧温度700℃、焙烧60 min，所得焙烧渣在液固比2.5∶1、搅拌速度400 r／min、pH＝11.0、浸金剂用量1.5 kg／t、室温下浸出120 min，氯化钠用量对金浸出率的影响如图7所示。由图7可知，随着氯化钠用量增加，金浸出率随之增加，氯化钠用量6%时金浸出率65.08%；氯化钠用量大于6%后，金浸出率开始降低。氯化钠用量过高可能会导致金属氯化物大量聚集黏结，降低金浸出效率。后续试验选择焙烧过程氯化钠用量为6%。

图7 焙烧氯化钠用量对金浸出率的影响

2.2.2 焙烧温度试验

氯化钠用量6%，其他条件不变，焙烧温度对金浸出率的影响如图8所示。由图8可知，焙烧温度对金的浸出效果有显著影响，特别是焙烧温度从800℃升高到1 000℃时，金浸出率有较大提高，1 000℃时金浸出率最大，达到78.59%；随后继续升高焙烧温度，金浸出率基本保持不变。确定适宜的焙烧温度为1 000℃。

图8 焙烧温度对金浸出率的影响

2.2.3 焙烧时间的影响

焙烧温度1 000℃，其他条件不变，焙烧时间对金浸出率的影响如图9所示。由图9可知，随着焙烧时间增加，金浸出率随之增加，焙烧时间60 min时金浸出率为76.42%；延长焙烧时间到90 min，浸出率没有明显变化；继续延长焙烧时间，浸出率开始下降。焙烧时间过短，金属氯化反应及硫的氧化挥发不完全，金不能充分暴露；焙烧时间过长，烧渣中的Fe2O3会结块并对金进行二次包裹，降低金浸出率。适宜的焙烧时间为60 min。

图9 焙烧时间对金浸出率的影响

2.2.4 氯化焙烧-浸出综合试验

氯化焙烧优化条件为：氯化钠用量6%、焙烧温度1 000℃、焙烧时间60 min。在该优化条件下所得焙烧渣经液固比2.5∶1、搅拌速度400 r／min、pH＝11.0、浸金剂用量1.5 kg／t、室温下浸出120 min，金浸出率可达

78.59%。

3 形貌及元素分析

分别对硫酸渣原样、氯化焙烧优化条件下制得的焙烧渣及焙烧后浸出渣进行了FESEM-EDS扫描，结果如图10～11和表3所示。

表3 各阶段硫酸渣元素含量分析结果（质量分数） %

图10 样品FESEM扫描形貌图

由图10可以看出，硫酸渣原样中矿物结合紧密，表面粗糙，表面形状较不规律；经氯化焙烧后，焙烧渣表面形态光滑，矿物孔隙明显增大、结构疏松多孔，表面形状较规律，这可能是焙烧过程生成的钠盐是一种膨松剂，使矿物颗粒疏松多孔；浸出渣表面呈现长条状、细粒状、块状等不规则形态。

结合图11和表3可以看出，氯化焙烧后矿样中硫、硅元素有一定程度富集，硫元素原子分数减小，表明在焙烧过程中部分硫元素以SO2形式脱除；浸出后硫元素含量增大，且占比变高，原因是浸金剂自身含硫，焙烧矿浸出之后，部分硫以硫酸盐形式转移到了浸出渣中，浸出渣产率降低也导致硫元素占比变大。氯化焙烧渣浸出前后氯元素含量从2.34%降到0.12%，表明焙烧过程形成的金属氯化物大部分溶解到了浸出液中。