氰化尾渣碱法水热浸出脱石英试验

何超然 丁 冲 王晓辉 李 昭 郑泉福

(1.江西铜业股份有限公司，江西 南昌 330096；2.中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京 100083；3.中国科学院绿色过程与工程重点实验室，北京 100190)

国内大多数黄金生产企业都采用氰化工艺从浮选金精矿中提金，每年排放氰化尾渣超过2 000万t[1]。氰化尾渣含有的剧毒化合物滞留期长、危害性强，简单的堆存或填埋既占用大量的土地，还会带来严重的环境污染[2]。

碱法水热处理氰化尾渣，可有效打开石英等硅酸盐矿物的包裹[3-4]，同时还可以脱除方铅矿、毒砂等有害化合物，为从尾渣中再回收金银等有价金属创造条件。试验对碱法脱石英的工艺技术条件进行了研究。

1 试验矿样、药剂及装置

1.1 试 样

氰化尾渣试验样取自湖南某黄金冶炼厂，为2段焙烧——氰化浸出工艺产物，金含量达5 g/t以上，具有较高的再回收价值。金含量较高主要是金精矿在2段焙烧(600～850 ℃)过程中，石英及主要含金矿相(黄铁矿、砷黄铁矿等)发生了复杂的反应，对主要含金矿相形成了包裹。石英包裹会阻碍含金矿相在焙烧过程中的分解，使其中的金无法充分裸露出来，从而阻碍金与氰化药剂的接触，影响氰化反应的发生[5-6]。试样主要化学成分分析结果见表1。

表1 氰化尾渣的组成

从表1可见，试样中的主要化学成分为Fe2O3、SiO2，含量分别为54.65 %和27.79%，其次为Al2O3、SO3、CaO、As2O3、MgO、PbO等。

为进一步了解试样的矿物成分、微观结构，进行了XRD、SEM分析，结果分别见图1，图2。

图1 试样的XRD图谱

图2 试样的SEM图片

由图1可知，氰化尾渣中主要物相为赤铁矿和石英，其他元素所对应的矿物因含量相对低，衍射峰被掩盖。

由图2(a)可知，试样的主要组成矿物为赤铁矿、石英、白云母。赤铁矿疏松多孔，石英光滑质密，白云母呈典型层片状结构。由于白云母的晶体结构复杂，在XRD检测中，其衍射图像容易被衍射峰单一且含量多的矿物组分掩盖[7]。图2(a)中未见单体金和暴露在颗粒表面的金粒，这说明经过氰化浸出，单体金和裸露金被彻底氰化浸出了。由图2(b)可以看到，石英包裹了黄铁矿和赤铁矿。黄铁矿在焙烧后转化为赤铁矿，焙烧后晶体疏松多孔，比表面积显著增加，有利于黄金氰化浸出。而被石英包裹的黄铁矿则不能与氰化药剂接触，发生反应。把图2(b)中被包裹的黄铁矿继续放大至8 000倍(见图2(c))，可清晰看到小金粒分散在黄铁矿内部，其粒度小于0.2 μm。亚显微级(<0.2 μm)的金与黄铁矿共伴生，是典型的卡林型金矿特征[8]。若要实现氰化尾渣中金的回收，则必须消除石英相，打破其对含金物相的包裹。

白云母(KAl2(AlSi3O10)(OH)2)性质稳定，不参与焙烧或浸出反应，不会包裹黄金，也不消耗氰化药剂。其在试样中的物相含量不能精确测定，白云母含有元素硅，导致石英物相含量不能精确测定。ICP可以精确测定元素含量，所以以硅元素的浸出率作为脱石英的标准。

1.2 试验药剂

氢氧化钠(分析纯，西陇化工股份有限公司，纯度≥96.0)，高纯水(电阻率高于18.2 MΩ·cm，美国Millipore公司Milli-Q型纯水机自制)，钙、镁、铝、铁、铅、砷(浓度均为1 000 μg/mL)和硅标准溶液(浓度为500 μg/mL)由钢铁研究总院提供。

1.3 试验装置

CJF型高压釜(釜腔为镍筒，容积1 L)为碱法水热浸出反应装置。该高压釜由反应容器、磁力驱动搅拌器、电加热炉、安全爆破片、针形阀、控制箱等部件组成。

2 试验原理及方法

2.1 试验原理

在氢氧化钠水热浸出过程中，氰化尾渣中的石英可被分解为硅酸钠，从而打破其对含金矿相的包裹；氰化尾渣中的方铅矿、毒砂等在氰化反应中会消耗大量的氧和氰化药剂，在水热浸出过程也会被除去[9]，这对氰化尾渣中金的再回收非常有利。

2.2 碱法水热浸出

将配制好的一定浓度的氢氧化钠溶液加入高压釜中，在加入一定质量的试样，充分搅拌混匀后密封高压釜，开启搅拌，调节转速，在一定温度下反应一定时间后通冷却水迅速降温，待温度低于90 ℃后打开出气阀，卸掉釜内剩余压力，停止搅拌，取出样品后过滤，测定反应后固相和液相中的Si含量，并计算Si浸出率。

2.3 氰化浸出金

取200 g水热浸出渣至烧杯中，加入500 mL质量浓度为0.025%的氰化钠溶液，在搅拌转速为500 r/min情况下常温反应24 h，对样品进行洗涤、过滤、化验，并计算金浸出率。

3 试验结果与讨论

3.1 硅浸出条件试验

3.1.1 浸出温度对硅浸出率的影响

在氢氧化钠浓度为15%，体积质量比为2 L/kg，搅拌速度为300 r/min，浸出时间为4 h情况下考察反应温度对硅浸出率的影响，试验结果见图3。

图3 浸出温度对硅浸出率的影响

从图3可见，浸出温度低于160 ℃时，硅的浸出效果较差；反应温度从140 ℃提高至160 ℃，硅浸出率显著提高；继续提高浸出温度，硅浸出率上升不再明显。因此，后续试验的浸出温度为160 ℃。

3.1.2 浸出时间对硅浸出率的影响

在氢氧化钠浓度为15%，体积质量比为2 L/kg，搅拌速度为300 r/min，浸出温度为160 ℃情况下考察浸出时间对硅浸出率的影响，试验结果见图4。

图4 浸出时间对硅浸出率的影响

从图4可见，浸出时间从1 h增至2 h，硅的浸出率快速上升；浸出时间从2 h增至3 h，硅的浸出率上升缓慢；继续延长浸出时间，硅浸出率维持在高位。综合考虑，确定浸出时间为3 h。

3.1.3 体积质量比对硅浸出率的影响

在氢氧化钠浓度为15%，浸出温度为160 ℃，搅拌速度为300 r/min，浸出时间为3 h情况下考察浸出反应的体积质量比对硅浸出率的影响，试验结果见图5。

图5 体积质量比对硅浸出率的影响

从图5可见，体积质量比从1 L/kg提高至2 L/kg，硅浸出率显著上升；继续提高体积质量比，硅浸出率微幅上升。因此，确定体积质量比为2 L/kg。

3.1.4 搅拌速度对硅浸出率的影响

加强搅拌可以有效降低液相边界层的厚度，合适的搅拌速率是降低外扩散阻力的有效手段。当搅拌速率不大时，随着搅拌速度的增大，扩散层厚度降低，反应加快；当搅拌速率增大到一定程度后，外扩散速度很快，其不再是反应速度的控制因素，故进一步加强搅拌对反应速率的影响不大。在氢氧化钠浓度为15%，体积质量比为2 L/kg，浸出温度为160 ℃，浸出时间为3 h情况下考察搅拌速度对硅浸出率的影响，试验结果见图6。

图6 搅拌转速对硅浸出率的影响

从图6可见，随着搅拌速度的提高，硅浸出率呈先快后慢的上升趋势。综合考虑，确定搅拌速度为400 r/min。

3.1.5 氢氧化钠浓度对硅浸出率的影响

在体积质量比为2 L/kg，浸出温度为160 ℃，搅拌速度为400 r/min，浸出时间为3 h情况下考察氢氧化钠浓度对硅浸出率的影响，试验结果见图7。

图7 氢氧化钠浓度对硅浸出率的影响

从图7可见，氢氧化钠浓度对硅浸出率的影响较大，随着氢氧化钠浓度的提高，硅浸出率呈先快后慢的上升趋势。综合考虑，确定氢氧化钠的浓度为25%，对应的硅浸出率为57.6%。

3.2 氰化尾渣浸硅前后的XRD分析

试验确定条件下氰化尾渣浸硅前后的XRD图谱见图8。

图8 氰化尾渣浸硅前后的XRD图谱

由图8可以看出，氰化尾渣浸硅后难以见到石英的物相，表明石英脱除较充分。

3.3 氰化尾渣浸硅前后的浸金试验

按2.3节的浸金条件进行浸金试验，未浸硅前金的氰化浸出率为4.7%，浸硅后的金浸出率为38.4%，这表明通过碱法水热浸出脱石英，打开了石英对含金物相的包裹，为后续浸金创造了条件。

4 结 论

(1)氰化尾渣中主要组分为赤铁矿、石英、白云母。石英对含金物相存在显著的包裹现象。

(2)单因素条件试验确定的碱法水热浸出脱石英工艺条件为：氢氧化钠的浓度为25%，体积质量比为2 L/kg，浸出温度为160 ℃，搅拌速度为400 r/min，浸出时间为3 h，对应的脱石英率为57.6 %。经过该条件脱石英后，金的浸出率由4.7%提高到38.4%，证实石英对含金物相的包裹是影响金氰化浸出的重要原因之一。

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