用铁粉从酸性淋洗液中置换金银铜试验研究

柳 林，王 威，孙启亮，刘红召，曹耀华

(1.中国地质科学院 郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006； 2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006； 3.河南省黄金资源综合利用重点实验室，河南 郑州 450006； 4.国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，河南 郑州 450006)

金冶炼过程中产出大量固体废渣，每生产1 t黄金就会产生2.5～3.5万t冶炼渣[1-2]。高温氯化焙烧[3]可以使金冶炼渣中的金、银、铜等有价金属形成相应金属氯化物，挥发进入烟尘[4-6]，再通过后续喷淋塔喷淋等方式将部分金属氯化物溶解到喷淋液中，之后可从喷淋液中回收金、银、铜[7-8]。目前，从酸性溶液体系中回收金、银等有价金属的方法主要有溶剂萃取法[9-11]、沉淀法[12]、直接还原法[13]、活性炭吸附法、金属置换法[14]等。溶剂萃取法主要以二丁基卡必醇为萃取剂，其水溶性较小(0.3%)，萃取率高，但该萃取剂价格较贵，生产成本高。沉淀法主要以硫化沉淀为主，由于溶液酸性较强，试剂消耗量大，反应过程中也会产生大量硫化氢气体。活性炭在酸性溶液中对金、银的吸附性能效果不佳。前期探索试验过程中，采用石灰中和法回收淋洗液中有价金属，因为溶液呈酸性，且成分复杂，伴随石灰加入会产生大量沉渣，且有价金属回收率不高。为此，试验研究了采用铁粉置换法从该淋洗液中回收金、银、铜有价金属，并确定最佳工艺条件。

1 试验原料与设备

淋洗液：试验所用酸性淋洗液为金冶炼渣在高温氯化焙烧过程中，有价金属挥发进入后续湿式收尘系统，在喷淋塔内经清水喷淋、喷淋液再循环富集有价金属后的溶液。该溶液酸度较高，pH<1，其中，金、银、铜质量浓度分别为1.21、91.6、1 193 mg/L。

铁粉：分析纯，Fe质量分数不低于98%，硫酸不溶物质量分数小于0.1%，硫化合物(以SO2计)质量分数小于0.06%，氮化合物(以N计)质量分数小于0.005%，水溶物质量分数小于0.03%。

试验设备：4孔HH型恒温水浴锅，DW-2型多功能电动搅拌器，250 mL烧杯等。

2 试验原理与方法

试验原理：溶液中，强还原性金属可置换出比其还原性弱的金属。标准电极电位表示某种离子或原子获得电子而被还原的趋势：电极电位值越小，其还原能力越强；反之，电极电位越大，其氧化能力越强，而还原能力越弱[15]。溶液中，金主要以HAuCl4形式存在，AgCl在通常状态下为沉淀，但溶液中HCl浓度较高、Cl-过量时，Ag+与Cl-可形成[AgCl2]-配合物，铜主要以CuCl2形式存在。参照标准电极电位[16]，对比各目标元素在酸性溶液中的标准电极电位，各金属元素电极反应见式(1)～(4):

E1=-0.447 V；

(1)

E2=+1.498V；

(2)

E3=+0.799 6 V；

(3)

E4=+0.341 9 V。

(4)

由反应式(1)～(4)中各元素电极电位大小可知：E1<0

(5)

(6)

(7)

(8)

试验方法：取200 mL淋洗液倒入250 mL烧杯中，将烧杯放入一定温度的HH型恒温水浴锅中，保证烧杯浸入水中超过烧杯的2/3。烧杯在水浴锅中保温10 min后，淋洗液温度与预设温度相同。将称量好的铁粉加入烧杯中，再将DW-2型多功能电动搅拌器的搅拌桨放入烧杯，开始搅拌计时。搅拌过程中，保证烧杯底部形成涡流，搅拌充分。水浴锅中水分蒸发过多时需及时补水。每次试验所用淋洗液200 mL。置换过滤后测定滤液中金、银、铜质量浓度，并分别计算金属置换率。

3 试验结果与讨论

3.1 正交试验

影响金属置换的条件有温度、置换时间、铁粉用量。设计3因素3水平正交方案并进行试验，正交试验条件及结果见表1。

表1 正交试验条件及结果

由表1看出：铁粉用量是影响金置换率的主要因素，其次是浸出时间，温度影响则不大。

3.2 铁粉用量对金属置换率的影响

置换时间50 min，温度60 ℃，铁粉用量对金、银、铜置换率的影响试验结果如图1所示。

图1 铁粉用量对金、银、铜置换率的影响

由图1看出：铁粉用量较低时，金、银有部分被置换出来，而铜基本不被置换；随铁粉用量增加，金、银、铜置换率不断升高，最后趋于平缓；铁粉用量超过5 g/L后，铜置换率显著升高。可能的原因是：铁粉先与氧化性较强的金、银离子反应，之后与铜离子反应，所以，当铁粉用量不足时，铜置换率较低；铁粉用量超过5 g/L后，过量的铁粉开始置换溶液中的铜离子使铜离子置换率提高。综合考虑，确定铁粉用量以9 g/L为宜。

3.3 置换时间对金属置换率的影响

铁粉用量9 g/L，温度60 ℃，置换时间对金、银、铜置换率的影响试验结果如图2所示。

图2 置换时间对金、银、铜置换率的影响

由图2看出：金、银置换率随置换时间延长先升高后趋于稳定；置换30 min后，金、银置换率维持较高水平，变化不大；置换50 min后，铜置换率趋于稳定。综合考虑，确定置换时间以50 min为宜。

3.4 温度对金属置换率的影响

铁粉用量9 g/L，置换时间50 min，温度对金、银、铜置换率的影响试验结果如图3所示。

图3 温度对金、银、铜置换率的影响

由图3看出：温度低于55 ℃，金、银、铜置换率随温度升高而提高，金、银置换率明显高于铜置换率，但铜置换率随温度升高变化幅度更大；温度高于60 ℃，金、银、铜置换率基本维持在95%以上。综合考虑，确定温度以60 ℃为宜。

4 结论

金冶炼渣氯化焙砂淋洗液中含有金、银、铜等有价金属，有一定回收价值。采用铁粉置换法可从中回收金、银、铜。在铁粉用量9 g/L、置换时间50 min、温度60 ℃条件下，金、银、铜置换率可分别达98.51%、98.85%和96.51%。铁粉置换法相比其他方法工艺简单，成本较低。采用此方法，可初步实现金冶炼渣氯化焙砂酸性淋洗液中有价金属的回收。