沉淀转化法综合回收酸浸渣中铅的工艺研究

张福元，俎小凤，彭国敏

（河南中原黄金冶炼厂有限责任公司，河南三门峡 472000）

目前，中国金精矿成熟的湿法冶炼工艺主要采用浆式进料—硫酸化焙烧—酸浸除杂—氰化提金流程［1］。金精矿中伴生金属元素铅、锌、铜等在硫酸化焙烧工艺流程中形成相应硫酸盐形式，而金属铅则在矿物颗粒表面形成一层致密的非可溶性硫酸铅氧化膜［2］，一定程度上影响金银回收率。 文献［3-4］报道采用氯化钠盐浸方式可以对铅进行回收利用，并可提高金银回收率。考虑到氯离子对金属材料具有非常强的腐蚀性，笔者针对酸浸渣中低品位金属铅，根据金属铅不同盐类溶度积相异性，采用廉价碳酸氢铵转化硫酸铅，使其转化为可溶于硝酸的碳酸铅，经酸溶使金属铅进入溶液中再对其进行回收，不但可以减少金属铅环境污染，而且可以达到提高企业综合利用水平和经济效益的目的。

1 实验原理

采用廉价碳酸氢铵作为转化剂，利用硫酸铅和碳酸铅溶度积的差异，常温下将酸浸渣与碳酸氢铵反应，使溶度积大的硫酸铅转化为溶度积更小的碳酸铅，固液分离后滤液循环利用到一定浓度后进行蒸发回收硫酸铵，滤渣洗涤干净后采用硝酸作为溶剂，使碳酸铅形成可溶于水的硝酸铅，固液分离后滤渣氰化提金银，滤液加入硫酸使硝酸铅形成硫酸铅沉淀，固液分离后得到硫酸铅产品，滤液转化为硝酸溶液循环利用。涉及到的化学反应方程式如下：

2 实验部分

2.1 实验原料

以金精矿硫酸化焙烧—酸浸除杂的酸浸渣为原料，其多元素分析结果见表1。酸浸渣中金属铅物相分析结果表明，硫酸铅质量分数为97%，硅酸铅质量分数为2%，其余为其他形式存在，可见金属铅在酸浸渣中主要是以硫酸铅形式存在。

表1 酸浸渣多元素分析

2.2 正交实验设计

通过初步实验证明影响硫酸铅转化的主要影响因素有碳酸氢铵用量、转化液固质量比（简称液固比）和转化时间，为快捷地获得铅转化的最佳工艺条件，采用正交实验设计方案考察了各因素对铅转化率的影响，正交实验因素水平取值见表2。

表2 正交实验因素与水平取值表

实验过程：称取自然风干的酸浸渣200.00 g，放入1000 mL烧杯中，加适量工业碳酸氢铵和自来水，维持矿浆浓度及原始pH，常温常压下，在S210型电磁搅拌器持续搅拌下进行铅转化。为考察铅转化率，称取碳酸氢铵转化渣150.00 g，加入450 mL自来水，为了保证碳酸铅的充分溶解，加50 mL浓硝酸，电磁搅拌反应2 h后过滤，将滤液定容为1 L。

3 结果与讨论

3.1 正交实验结果

表3为依据表2中正交条件进行正交实验的实验结果。表3表明，各影响因素中液固比极差值最大，为27.86，对铅转化率影响最强；其次是转化时间；碳酸氢铵用量在取值范围内对铅转化率影响最小，可取较低的用量。由表3中k值可以得出最佳工艺条件组合为A3B2C4，即液固比为2.0、碳酸氢铵用量为70 g、转化时间为2.0 h的实验条件最有利于铅的转化。因碳酸氢铵用量对转化率影响最小，综合考虑成本因素，选择碳酸氢铵用量为30 g。各因素的F检验如表4所示。由表4可知，只有液固比的F比值较大，其他因素F比值较小，故选择实验条件的时候应该综合考虑各因素的作用，采用适当液固比提高铅的转化率。

表3 正交实验结果

表4 因素F检验结果（α=0.05）

3.2 液固比对铅的转化率的影响

由正交实验结果可知，液固比对铅转化率影响最大，随液固比的提高，铅的转化率有明显的提高，液固比由1.0提高到2.0转化率提高27%左右，再进一步提高液固比转化率基本不再增加。在其他条件确定的基础上，合适的液固比可以增加铅的转化率，液固比较大时反应器体积较大，设备和药剂的消耗量也较大，故液固比要根据设备要求和浸出条件综合考虑，确定液固比为2.0为较适宜的实验条件。酸浸渣中硫酸铅的转化过程是一多组分的多相体系复杂的液－固多相催化反应过程，转化过程首先在酸浸渣固体颗粒表面进行，转化速率主要由扩散速率控制，液固比间接影响着各种离子的扩散传质过程。液固比较大时矿浆黏度较小，各种反应离子的扩散速度较快，因而加快了反应的速度和程度；反之液固比较小时矿浆黏度较大，在某种程度上束缚了反应离子的传质速率，降低了反应效率。

3.3 碳酸氢铵用量对铅转化率的影响

由正交实验结果可知，碳酸氢铵用量在取值范围内对铅的转化率影响最小，随碳酸氢铵用量增加转化率逐渐增加，30 g的用量基本保证了转化率在85%以上，实验用量由10 g提高到70 g转化率只提高5%左右。碳酸氢铵的加入主要提供碳酸根与硫酸铅反应形成碳酸铅，碳酸根的增加可以提高硫酸铅的转化率，生产中需要综合考虑增加的成本费用和转化率之间的综合关系，所以碳酸氢铵用量为30 g较适宜。难溶的硫酸铅转化为碳酸铅进而酸溶金属铅以离子状态进入溶液，铅的溶出不仅可使酸浸渣质量减少、增加金银品位，还可使金、银等贵金属充分暴露出来，进而提高金银回收率。

3.4 转化时间对铅转化率的影响

转化时间对铅转化率的影响较小，随转化时间的增加铅转化率波动较大。在转化时间为2.0 h时已有较高的转化率，再延长反应时间对提高铅转化率的作用不大，只要满足浸出要求转化时间不宜过长，选择2.0 h为适宜的转化时间。

3.5 验证性实验及放大实验

验证性实验：在液固比为2.0、碳酸氢铵用量为30 g、转化时间为2.0 h的条件下进行验证实验，3次实验铅转化率结果分别为98.50%，98.56%，98.72%，平均转化率可达到98.59%。

放大实验：称取自然风干的酸浸渣2000 g，根据最佳实验条件进行了实验室放大实验，3次实验结果铅转化率分别为97.34%，97.48%，98.12%，平均转化率可达97.65%。

4 小结

黄金冶炼酸浸渣采用碳酸氢铵转化法，可以有效回收其中的固态硫酸铅，最佳实验条件为：液固比为2.0、碳酸氢铵用量为30 g、转化时间为 2.0 h，在此条件下进行实验，铅转化率可达到97%以上。

［1］薛光，任文生.我国金精矿焙烧-氰化浸出工艺的发展［J］.中国有色冶金，2007（3）：44-49.

［2］全忠.黄金生产工艺学［M］.沈阳：东北大学出版社，1994：402-431.

［3］彭国敏，俎小凤，张福元.酸浸渣综合回收浸铅工艺研究［J］.无机盐工业，2012，44（1）：52-54.

［4］张荣良，唐淑贞，佘媛媛，等.HCl-NaCl浸出铅锑合金氧化吹炼渣过程中锑的浸出动力学［J］.过程工程学报，2006（4）：544-547.