焙烧温度对高岭石与硫代硫酸金相互作用的影响

刘淑杰，代淑娟，李鹏程，苏 馨

(辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051)

高岭石是地球表面上分布最广泛的硅酸盐矿物之一，黏土矿物中大部分金以化合物形式与黏土矿物结合[1-3]，金与高岭石等硅酸盐类矿物可能存在相互作用，可能是硅与金发生某种形式的键合作用，导致金回收难度增大。火法试金分析一般采用超细磨矿样，并添加二氧化硅以减少金在含氧化铅的玻璃相里的溶解度。金溶解于试金分析过程所产生的玻璃相(非晶硅胶类)，得出的金含量可能大大降低，因此，传统的火法试金分析常常不能准确测定硅酸盐类矿物中的金含量[4]。在湿法提金过程中，金的流失通常归咎于典型的“劫金”现象[5]，即溶解的金化合物吸附到碳质上，吸附并还原到硫化矿上，以及吸附到黏土颗粒上[6]。在湿法提金过程中，理论上不存在“劫金”现象，然而实际处理这类矿石过程中同样出现金的流失。特别是在矿石中含有大量的硅酸盐类矿物的情况下，金的流失变得更加严重。目前对金与硅相互作用机理及对浸金过程的影响研究较少[7]。赵志曼等[8]研究了高岭石脱水分子动力学及密度泛函，得出经700 ℃活化后的高岭石态密度变化明显，Al—O—H被活化后成键作用能力增强；宋丹波[9]对某金矿进行了焙烧-氰化浸出试验，得出在不同温度下焙砂的红外光谱变化规律，但高温对各矿物的影响及700 ℃后的金浸出率降低未做深入研究；黎文辉等[10]对贵州板其金矿进行焙烧-氰化浸出，得出经800 ℃焙烧后的焙渣浸出率低，在此温度下高岭石结构破坏转变为半晶体相物，对金形成了束缚效应。通过将高岭石与硫代硫酸金充分混合进行搅拌试验，得出室温高岭石与硫代硫酸金相互作用的影响；将不同温度下的高岭石焙渣分别与硫代硫酸金充分混合进行搅拌试验，得出焙烧温度对高岭石与硫代硫酸金相互作用的影响，结合红外光谱和X射线衍射对高岭石与硫代硫酸金相互作用进行机理探讨，研究成果可丰富和完善金矿选冶理论，并为改进金的提取工艺提供科学依据。

1 试验原料及试验方法

1.1 矿石性质

高岭石来自于徐州高岭化工科技有限公司，矿石颜色呈浅灰色，土状光泽，构造呈致密块状，硬度2.0～3.5，属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。样品化学多元素分析见表1，X射线衍射分析见图1。

由表1可知，高岭石主要由SiO2、Al2O3和H2O组成，杂质主要以铁、钙的氧化物形式存在，高岭石的化学组成反映了样品纯度较高。由图1可知，高岭石结晶度良好。

表1 高岭石化学多元素分析结果Table 1 The analysis results of chemical multi-elementsof kaolinite

1.2 高岭石粒度分析

用BT-9300S型激光粒度分布仪对高岭石进行粒度分析，分析结果见图2。由图2可知，高岭石的中位径(D50)为7.28 μm，粒度分布主要集中在0.29～45 μm之间，占94.05%。

图1 高岭石X射线衍射分析结果Fig.1 X-ray diffraction analysis of kaolinite

图2 高岭石粒度组成分析结果Fig.2 The analysis results of particle size compositionof kaolinite

1.3 试验方法

将高岭石与硫代硫酸金充分混合用85-2A数显恒温测速磁力搅拌器进行搅拌试验，在高岭石用量5 g、搅拌转数500 r/min、搅拌时间30 min条件下，考察矿浆浓度及初始金浓度等因素对高岭石与硫代硫酸金吸附的影响。在高岭石用量5 g、升温速率为10 ℃/min、焙烧1 h条件下进行焙烧试验，取不同焙烧温度下的焙渣分别与硫代硫酸金充分混合进行搅拌试验。搅拌后的矿浆经离心机固液分离，液体通过原子吸收法测定金的浓度，根据初始金浓度与离心后上清液中金的浓度来计算高岭石对溶液中金的吸附量及吸附率，通过吸附量、吸附率的变化趋势，探索高岭石与硫代硫酸金的吸附规律。固体经洗涤烘干后进行红外光谱及X射线衍射分析，考察高岭石的物相转化、高岭石与硫代硫酸金相互作用规律。

高岭石对溶液中金的吸附量和吸附率计算公式见式(1)和式(2)。

(1)

式中：α为金的吸附量，mg/g；c2为初始金浓度，mg/L；c1为离心后矿浆中金的浓度，mg/L；v为金溶液的体积，mL；m为矿量，g。

(2)

式中，β为金的吸附率，%。

2 试验结果及分析

2.1 高岭石对硫代硫酸金的吸附效果

2.1.1 矿浆浓度对吸附效果的影响

适宜的矿浆浓度可以保证硫代硫酸金足够与高岭石反应，矿浆浓度偏低或过高会影响高岭石与Au(S2O3)23-的相互作用。 在初始金浓度85 mg/L、搅拌转数500 r/min、搅拌时间30 min条件下，矿浆浓度分别取20%、28.6%、33.3%和40%，通过改变矿浆浓度来探索高岭石与Au(S2O3)23-的相互吸附规律(图3)。由图3可知，随着矿浆浓度的升高，高岭石对硫代硫酸金的吸附量呈先上升后下降、吸附率呈上升趋势。矿浆浓度低于28.6%，吸附量上升是硫代硫酸金的浓度起主要作用；矿浆浓度高于28.6%，吸附量下降是因为金溶液的体积降低，金溶液中的金不足以与高岭石充分作用，从而导致吸附量下降。吸附率上升是因为高岭石吸附硫代硫酸金的总量增加。改变矿浆浓度，会影响高岭石与Au(S2O3)23-之间的相互作用。最佳的矿浆浓度取28.6%，高岭石与Au(S2O3)23-吸附作用强。

图3 矿浆浓度对吸附效果的影响Fig.3 Effect of pulp concentration onadsorption efficiency

2.1.2 初始金浓度对吸附效果的影响

高岭石对硫代硫酸金溶液中金的吸附量、吸附率与初始金浓度有关，适宜的初始金溶度能使高岭石与Au(S2O3)23-充分作用。在矿浆浓度28.6%、搅拌转数500 r/min、搅拌时间30 min条件下，通过调节初始金浓度来探索高岭石与Au(S2O3)23-的相互吸附规律(图4)。由图4可知，初始金浓度的增加，高岭石对硫代硫酸金的吸附量、吸附率呈上升趋势。吸附量上升速率基本相同，吸附率上升是因为高岭石吸附硫代硫酸金的总量增加，这说明高岭石与Au(S2O3)23-的吸附与初始金浓度有关。这与HAN等[11]研究的结果一致，其得出金浓度对体系中金的吸附有显著影响，较高的金溶液浓度使高岭石吸附金效果增强，吸附在很大程度上也取决于高岭石的有序度。

图4 初始金浓度对吸附效果的影响Fig.4 Effect of initial gold concentration onadsorption efficiency

2.1.3 焙烧温度对焙渣吸附硫代硫酸金效果的影响

为探索不同焙烧温度下的焙渣与硫代硫酸金相互作用的影响，在500 ℃、600 ℃、700 ℃和800 ℃条件下分别焙烧高岭石1 h，焙渣经冷却后分别与硫代硫酸金充分混合进行搅拌试验，在矿浆浓度28.6%、初始金浓度85 mg/L、搅拌转数500 r/min、搅拌时间30 min条件下，探索焙烧后的高岭石对硫代硫酸金的吸附影响(图5)。由图5可知，随着对高岭石焙烧温度的升高，焙渣对硫代硫酸金的吸附量与吸附率升高。经700 ℃焙烧后的焙渣对硫代硫酸金的吸附量急剧增加，这说明该温度下的焙渣对硫代硫酸金的吸附能力强。这与ZIBK等[12]的研究结果一致，热处理后的高岭石有序度降低，具有较高活性，无序度的高岭石容易产生更活跃的位点，这将促进吸附过程。与室温搅拌相比，焙烧活化了高岭石，经高温活化后的高岭石对硫代硫酸金的吸附能力增强。

图5 焙烧温度对焙渣吸附硫代硫酸金效果的影响Fig.5 Effect of calcination temperature on adsorptionof gold thiosulfate by roast slag

2.2 高岭石与硫代硫酸金吸附机理探讨

2.2.1 红外分析

2.2.2X射线衍射分析

图6 试样与作用的红外光谱分析图Fig.6 Infrared spectrum analysis of the interaction

图7 试样与Au(S2O3)23-作用的X射线衍射分析图Fig.7 X-ray diffraction analysis of the interactionbetween sample and Au(S2O3)23-

对室温高岭石和经500 ℃、600 ℃、700 ℃和800 ℃焙烧后的高岭石焙渣，与Au(S2O3)23-搅拌后的试样进行X射线衍射分析。试样与Au(S2O3)23-作用的X射线衍射如图7所示。由图7可知，随着焙烧温度的升高，高岭石内外羟基脱除，各衍射峰大幅度的削弱和消失，600 ℃在20°～30°时开始出现非晶态高岭石“馒头峰”，并随着高温的活化尖锐度降低，即非晶态结构比例增多，其活性增大，高岭石晶体结构的破坏，使高岭石对硫代硫酸金的吸附能力增强，这与黎文辉等[18]的研究结果一致，其将高岭石与金溶液混合，烘干后进行研磨搅拌，对不同焙烧温度下的焙渣进行氰化浸出试验，得出随着温度的升高，高岭石晶体结构的破坏，金的浸出率降低，这表明焙烧使金与高岭石相互作用增强。

3 结 论