敖顺福
锌浸出渣中银的浮选回收综述
敖顺福
(云南驰宏锌锗股份有限公司,云南 曲靖 655011)
锌浸出渣是湿法炼锌过程中产生的固体废弃物,其含有的银具有巨大的经济价值,浮选回收银是重要的途径。锌浸出渣中浮选回收银,面临着含银矿物种类多而分散、矿物粒度细、酸性强及难免离子含量高等综合叠加影响。部分锌浸出渣可采用直接浮选法回收银,但对银赋存状态异常复杂的锌浸出渣,直接浮选往往难以实现银的高效选别回收,多采用进行一定的预处理后再浮选的间接浮选法。常用的预处理技术主要有浆洗、磨矿、外加载体、焙烧及热酸浸出等,预处理可针对性的调控矿浆环境、改变矿物的赋存状态及矿物表面性质,以提高选择性和捕收能力。各种预处理都有其独特的优缺点,合适的预处理技术结合湿法炼锌工艺或预处理技术的有机联合应用,对浮选回收锌浸出渣中的银将更为有效。
有色金属冶金;锌冶金;浮选;预处理;银精矿
银是一种重要的贵金属。除在金融领域发挥重要作用外,因银化学性质稳定,具有良好的导电性、导热性、反射性及延展性等理化性能,被广泛应用于银饰品、导电导热材料、感光材料、防腐蚀材料及合金材料等,成为用量最大的贵金属。随着银矿资源被不断开发,全球呈现出开采品位降低,入选矿石质量变差,整体产出率降低的趋势,供应将会趋紧[1-2]。
在传统锌湿法冶金过程中,绝大部分的银残留在锌浸出渣中得到富集,含银达到100~600 g/t[3],高于我国银矿床80~100 g/t的最低工业品位。当前世界锌产量的85%以上由湿法炼锌工艺生产,每生产1吨电锌产出0.9~1.0吨锌浸出渣,而2020年我国锌产量为643万吨,仅我国每年就产生数百万吨的锌浸出渣,且呈逐年增长,锌浸出渣中的银具有巨大的经济价值[4-5]。锌浸出渣堆积存放,造成银资源浪费,占用大量土地资源,存在直接或潜在的安全隐患和环境风险,从锌浸出渣中回收利用银显得非常重要和迫切。
采用浮选法处理锌浸出渣是回收银的一种重要途径。但不同于原生矿石的浮选,锌浸出渣中浮选回收银面临着含银矿物种类多而分散、矿物粒度细、酸性强及难免离子(矿物的溶解与分解、矿浆用水引入以及磨矿介质磨损等新产生的离子)含量高等的综合叠加影响。因此,锌浸出渣中浮选回收银的技术问题已成为了国内外研究的焦点,基于近20年来的相关文献,本文对锌浸出渣中浮选回收银进行综述分析,为相关技术发展提供参考。
现代冶金锌的生产方法分为火法和湿法两大类。其中湿法炼锌工艺具有生产规模大、能耗低、作业条件好和自动化程度高等优点,从而得到迅速发展,其已经成为国内外最主流的锌冶炼方法。湿法炼锌处理硫化锌精矿一般要预先进行焙烧,使硫化锌转变为易于被稀硫酸溶解的氧化锌,在湿法浸出过程中与氧化锌一道溶解进入溶液的还有杂质金属。硫酸锌浸出液中的杂质将严重影响下一步的电积过程,因此硫酸锌溶液须进行净化。净化后的硫酸锌溶液经电积后,阴极析出锌,最终熔化铸锭,即产出电锌;而浸出工艺剩下的渣称为锌浸出渣。在1980年代,还发展了取消锌精矿焙烧工艺的氧压浸出法,硫化锌精矿在一定压力和温度条件下,直接酸浸可获得硫酸锌溶液[6-7]。
根据锌冶炼工艺和浸出液除铁工艺,锌浸出渣可分为黄钾铁矾渣、针铁矿渣及赤铁矿渣等。加之受处理的锌原料成分特性的影响,各类渣中所含的矿物种类和有价元素的数量不尽相同,但银是普遍存在且具有较高回收价值的元素之一。
锌浸出渣组成普遍较为复杂,原生矿物及冶炼中形成的次生物质粒度均较细,其中赋存的银绝大部分布在-0.074 mm的细颗粒中,因此可以免去磨矿直接进行选别。锌浸出渣中的银矿物种类较多,其中以硫化银和自然银最为常见,少部分银以氧化银、氯化银、硫酸银、硝酸银、硅酸银及银铁矾等化合物形态存在。硫化银和自然银等具有一定的可浮性,因此可以使用浮选方法进行银的选别回收[8]。锌浸出渣中矿物粒度细、酸性强及难免离子含量高等,甚至部分载银矿物被铁酸锌、铁矾等化合物包裹,裸露的载银矿物变少,且在锌冶炼过程中加入的药剂造成载银矿物表面的污染严重,不利于浮选药剂与载银矿物的作用,造成锌浸出渣中银的浮选回收极其困难。
浮选应用范围广,适应性强,分选效率高,已成为选别处理锌浸出渣的主要方法。根据锌浸出渣的性质,锌浸出渣浮选回收银可采用直接浮选法。但对于银赋存状态异常复杂的锌浸出渣,直接浮选往往难以实现银的高效选别回收,多采用预处理后再浮选的间接浮选法。
直接浮选具有工艺流程短、设备配置少、易于操作、运行成本低等优势,在选别处理锌浸出渣的应用中具有重要地位。但大多数锌浸出渣的酸性强、矿浆温度高、难免金属离子含量高,虽然黄药是应用最为广泛的硫化矿捕收剂,而在这样的矿浆环境下黄药类捕收剂难以发挥药效且容易分解,因此性能更为稳定的黑药、硫氮等作为捕收剂相对更为适用,且为了满足多种载银矿物的强化选别回收,多使用组合捕收剂。研发使用新型高效捕收剂更是研究的热点,BJX、RS-1、H-4、HT-1#等新型高效捕收剂在应用中取得了较好效果。
某锌冶炼厂高温高酸工艺得到的难选锌渣,以六偏磷酸钠为分散剂,硫化钠为活化剂,丁胺黑药+乙硫氮组合用药的药剂制度下,采用“1次快速浮选,1次粗选2次精选2次扫选”工艺的闭路试验,获得含银3087 g/t、回收率5.67%的银精矿1,含银2186 g/t、回收率61.23%的银精矿2[9]。
国内某冶炼厂锌浸出渣含银238 g/t,在矿浆浓度为38.5%的条件下,免去预处理环节,采用一种新的高选择性捕收剂BJX,直接通过1次粗选2次精选3次扫选的闭路试验流程进行处理,获得含银10075 g/t,银回收率为80.17%的银精矿,相比现场生产指标,回收率提高了5个百分点[10]。
某锌精矿浸出尾渣含银375 g/t,在矿浆pH值为4条件下,以RS-1为捕收剂,通过2次粗选2次精选2次扫选的浮选流程,获得精矿银品位2531 g/t、银回收率79.20%[11]。
株洲冶炼厂锌浸出渣浮选回收银,采用1次粗选3次精选3次扫选的工艺流程及丁铵黑药为捕收剂,银的回收率在40%~60%之间;使用银的特效浮选捕收剂H-4及活化剂NS-6,采用1次粗选1次精选3次扫选的流程进行闭路试验,获得银回收率84.5%、银品位为0.46%银精矿[12]。
某湿法炼锌浸出渣含银350 g/t,银主要以自然银存在,占60.13%,采用高效捕收剂HT-1#、起泡剂HT-2#进行浮选,经过1次粗选4次精选3次扫选工艺,获得产率4.39%,含银6616 g/t,银回收率82.98%的银精矿[13]。
锌浸出渣直接浮选普遍需要投加大量的选矿药剂来改善选别效果,且选矿废水中残留的选矿药剂还可能在回用中对湿法炼锌工艺也造成影响,因此需系统结合湿法炼锌工艺选择确定浮选工艺流程及药剂制度。
浮选回收锌浸出渣中的银具有较好的应用前景,但对于银赋存状态异常复杂的锌浸出渣,为实现对银矿物较好的选别回收,浮选之前不得不进行一定的预处理,常用预处理技术主要有浆洗、磨矿、外加载体、焙烧及热酸浸出等。
锌浸出渣含有较多的微细粒级,且含有大量锌、铅、铁、钙及镁等难免离子。过多的微细粒级会影响浮选效果,难免离子的存在会直接或间接的作用于矿物表面、矿浆电位及浮选药剂等,从而使浮选药剂对矿物的选择性作用降低、浮选药剂消耗量增加等。对锌浸出渣矿浆进行浆洗、脱水,浆洗渣加水二次浆化后再浮选银,浆洗起到调节矿浆pH和降低锌浸出渣矿浆中矿泥及难免离子等作用,可改善浮选效果。
株洲冶炼厂采用1次粗选3次精选2次扫选及中矿顺序返回的流程进行锌浸出渣中银的浮选回收,通过稳定浮选给矿性质、压滤机浆洗降低溶液含锌以及稳定浮选流量,其中压滤机浆洗将浮选原矿含锌离子浓度由160~180 g/L降低至90~100 g/L,最终锌浸出渣中银的浮选回收率可以提高10%左右,年创效益3050万元[14]。
某锌浸出渣中含银228 g/t,但粒度细、酸性强及银的物相分布复杂。采用添加乳化煤油选择性絮凝矿浆中的微细颗粒增大表观粒度,并通过洗矿调节矿浆pH值以及降低矿浆中锌离子的浓度,以六偏磷酸钠为分散剂,丁基铵黑药为捕收剂,MIBC为起泡剂。采用1次粗选2次扫选的浮选工艺,可获得含银3439 g/t,回收率为76.54%的浮选精矿[15]。
某湿法炼锌酸浸渣银品位200 g/t,但渣中可溶物产率为40.32%,锌溶解率达79.35%,铅溶解率82.29%,而银几乎不溶于水。直接浮选发现可溶物中锌、铅等离子对浮选的影响较大,进而采用浮选前进行溶解脱水,以YL+YS为分散剂、丁基铵黑药为捕收剂、松醇油为起泡剂,经1次粗选3次扫选2次精选的浮选工艺,获得银品位8349 g/t、回收率72%的银精矿[16]。
湖南某湿法炼锌厂的锌浸出渣含银325 g/t,银主要以自然银和硫化银存在,含有大量的可溶性硫酸盐,使得浮选矿浆中出现大量锌离子,对银浮选十分不利,将浸出渣造浆后过滤,再二次造浆后用于浮选,以丁铵黑药为捕收剂,同时利用乳化煤油的聚团作用增强对细粒级银的回收,通过1次粗选1次扫选2次精选的浮选工艺,获得银品位为2477 g/t、回收率80.06%的银精矿[17]。
浮选需要消耗大量的水,选别精矿及尾矿的过滤液的排出,会使得废水的收集处理循环利用变得复杂。锌浸出渣浆洗无疑还会进一步增加用水量,浆洗液返回锌冶炼系统循环利用,易造成系统体积额外增加以及系统有害杂质离子的富集,而排入末端废水处理会造成废水处理负荷增加。
矿物的分选需要合适的粒度。部分锌浸出渣的粒度组成仍不能符合浮选高效分离的要求,需进一步磨矿以提高有用矿物与脉石的有效解离。合适的磨矿还使得锌浸出渣中矿物颗粒的新鲜表面、比表面积及分散性的增加,以及矿物颗粒晶体结构改变和矿浆电化学调控等,可进一步提高浮选分离效果。
某锌浸出渣银选矿厂的浮选试验研究与生产实践中,进行了再磨浮选与直接浮选的对比研究。结果表明,再磨重新暴露出银及其伴生矿物的新鲜表面,以利于捕收剂对其作用。与直接浮选相比,银回收率提高了13%左右,银回收的产值远远地高于再磨的选矿成本投入[18]。
某湿法冶炼锌渣中银矿物主要为自然银、金银矿。在磨矿细度﹣0.043 mm占82%,捕收剂在球磨机中和粗选中分别各加入1/2,通过1次粗选4次精选2次扫选的闭路试验流程,从含银80 g/t的渣中获得含银6518 g/t、回收率71.57%的银精矿[19]。
某锌浸出渣中90%以上的银集中在﹣0.074 mm的细粒级,且一部分银被包裹。通过磨矿细度试验确定最佳磨矿粒度﹣200目为90.72%,采用氯化钠、硫化钠作为调整剂,乙硫氮+丁基铵黑药的组合捕收剂,通过1次粗选2次精选3次扫选的闭路试验流程,得到了品位达到1860~2060 g/t、回收率达到75.2%~79.0%的银精矿[20]。
锌浸出渣的粒度细,易溶物含量高,再磨可使被包裹的银矿物充分的单体解离及暴露更多的新鲜表面。但再磨后粒度太细会降低矿物与气泡发生碰撞粘附的概率,以及产生更多的难免离子,会恶化浮选指标,且再磨后的锌浸出渣粒度变细也不便于后续的处置或利用,因此再磨预处理的选用要慎重考虑。在磨矿设备选用方面,常规的卧式球磨机设备并不能很好的满足细磨要求,宜选用搅拌磨、艾萨磨等细磨设备[21]。
外加载体预处理浮选是利用其它易浮的物质作为载体,选择性的吸附锌浸出渣中的微细粒载银矿物并与之一同浮出的方法。是选别微细粒载银矿物极为有效的方法之一,开拓了微细粒锌浸出渣浮选回收银的技术领域。
甘肃某湿法炼锌厂锌浸出渣组成复杂、粒度细、酸性强,银的赋存状态主要为含银闪锌矿、硫化银和类质同相中的银。用﹣0.074 mm粉末状、高比表面积的物质AC-0作为载体,石灰为pH调整剂、丁铵黑药和GC为捕收剂,通过1次粗选1次精选1次扫选和中矿集中返回粗选的浮选流程,在矿浆自然pH=2和pH=4条件下,分别可获得银品位为3363 g/t、回收率为71.01%和银品位为3760 g/t、回收率为69.47%的银精矿[22]。
内蒙古某湿法炼锌厂锌浸出渣中的银主要以微细粒分布,常规浮选回收率低下。以﹣0.037 mm粒度的有机物AC-0为载体、石灰为pH调整剂、硫化钠为活化剂、丁铵黑药和乙硫氨酯为捕收剂,通过1次粗选1次精选1次扫选闭路载体浮选流程,获得银精矿银品位为8670 g/t、银回收率为61.67%[23]。
某湿法炼锌厂锌浸出渣含银340 g/t。以硫化钠作调整剂,OC为浮选载体,以ABD及GC为组合捕收剂,控制矿浆pH值3.0~4.0,经1次粗选1次精选1次扫选,中矿集中返粗选的流程,获得银品位为10890 g/t、银回收率为77.43%的银精矿[24]。
内蒙古某湿法炼锌浸出渣﹣75 μm占92.48%,银含量达218 g/t,75.51%的银以金属银、硫化银及硫化物包裹银的形式存在。以活性炭为微细粒银矿物浮选的载体和溶解银的吸附剂,采用1次粗选3次精选2次扫选及中矿顺序返回流程,获得银品位为4084 g/t、银回收率为79.63%的银精矿[25]。
河南某锌冶炼厂低酸浸出渣浮选回收银进行了浮选优化工业试验。采用原生产流程,使用有机载体活性炭实施载体浮选,微细金、银优先吸附在载体上再随泡沫产品进入精矿。用Z-200作辅助捕收剂,不再添加黄药,调整矿浆浓度、浮选机转速等。工艺优化后,银精矿品位由3000 g/t提高至6740 g/t,银回收率由60%~64%提高到73.17%,精矿产率降低到原工艺的1/3,减少了银精矿所带走的锌损失,精矿中金品位由1.5 g/t提高到5.3 g/t以上[26]。
外加载体预处理浮选可以采用常规的药剂和普通的选矿设备,且不用延长工艺流程,并便于在原有的浮选工艺流程中改造应用。但外加载体预处理浮选会增加选矿药剂消耗,且还可能存在后续对载体与银精矿分离的问题。
锌浸出渣中的铁酸锌、铁矾等物质的大量存在并包裹银矿物,使银的浮选回收率降低。焙烧预处理主要是通过焙烧破坏或分解锌浸出渣中的铁酸锌、铁矾等物质,使被包裹的载银矿物暴露出,甚至焙烧转化为硫化银和单质银,从而易于被浮选捕集回收。
西北某铅锌冶炼厂湿法冶炼渣中铅银矿物被铁酸锌包裹,利用传统的浮选工艺难以有效回收。通过将铅银渣在650℃,硫酸用量为25%的条件下进行酸性焙烧50 min后浮选的联合工艺流程可以获得含铅46.76%、铅回收率75.89%,含银2846 g/t、银回收率为84.06%的铅银精矿。酸性焙烧破坏包裹铅银的铁酸锌包裹层,其中的有价铅银矿物得以释放,是提高浮选回收铅银渣中铅银的主要原因[27]。
甘肃白银某冶炼厂湿法炼锌渣粒度较细,银以硫酸银、自然银、氯化银、硫化银及氧化银等多种物相形式存在。其中赋存在铅铁矾中的银占到64.74%,不宜直接浮选回收银。采用焙烧预处理后再浮选的联合工艺,在一般空气环境,焙烧温度为650℃,焙烧时间为2.5 h,再采用1次粗选1次精选1次扫选和中矿集中再选返回粗选的浮选闭路流程,获得银品位5334 g/t、银回收率71.41%的银精矿产品。锌浸渣焙烧热分解破坏了铁矾类的物质结构,水铁矾和黄钾铁矾基本消失,从而使包裹于其中的银得以释放[28]。
内蒙古某黄钾铁矾渣粒度极细,且大部分银都分布在﹣0.025 mm细粒级黄钾铁矾中,直接浮选回收银效果较差。通过还原焙烧,温度600℃,焙烧时间1 h,还原剂碳的含量10%,再经脱碳-洗涤-2次粗选3次精选3次扫选浮选流程,最终得到了银品位7516 g/t、回收率81.49%的银精矿。焙烧后黄钾铁矾中的银矿物主要成分转变为单质银与硫化银,其中硫酸银经焙烧最终还原产物为单质银[29]。
焙烧预处理后再浮选可以改善银的浮选回收效果,但焙烧工艺复杂、环境污染严重、耗能大及生产运行成本高。且焙烧对给料成分变化敏感,操作不当还易造成过烧或欠烧。
热酸浸出是一种强化浸出手段。在高温高酸条件下使锌浸出渣中难溶的铁酸锌得到有效分解,进一步提高锌的浸出率,而银在浸出渣中得到富集提高,以及释放被包裹的载银矿物,以便浮选回收。
某高酸锌冶炼渣中银品位为360 g/t,银以硫化银和氧化银为主,其中硫化银占所有银的64.26%;银矿物粒度细小,﹣500目占90%以上,绝大多数被黄钾铁矾包裹。采用硫酸加热浸出除锌、铁,酸浸渣以戊基黄药+丁铵黑药为捕收剂,松醇油为起泡剂,以六偏磷酸钠、硅酸钠及硫化钠为调整剂,选别得到银精矿品位3201 g/t,银回收率82.58%[30]。
比利时巴伦电锌厂从高温高酸锌浸出渣中采用浮选生产含银24 kg/t的银精矿,银总回收率达到92%以上。浮选法成功的原因是该厂采用了有效的热酸浸出工艺,该工艺溶解铁酸锌及分解铁矾,被包裹的银得到了有效释放[31]。
相对于焙烧预处理破坏或分解锌浸出渣中的铁酸锌、铁矾等物质释放出载银矿物,热酸浸出预处理的选择性强和能耗低,酸浸液可以返回锌冶炼的酸浸工序循环使用。在湿法炼锌冶炼厂制定冶炼工艺流程时宜一并统筹考虑,尤其是浸出液净化除杂等,以便为锌湿法冶炼工艺及后续浮选回收银创造更加有利的条件。
1) 湿法炼锌工艺已成为国内外最主流的锌冶炼方法。其产生的浸出渣种类多,但银是锌浸出渣中普遍存在且具回收价值的元素之一。采用浮选法处理是锌浸出渣中银回收利用的一种重要途径。
2) 锌浸出渣中浮选回收银面临着含银矿物种类多而分散、矿物粒度细、酸性强及难免离子含量高等的综合叠加影响。虽然锌浸出渣浮选回收银可采用直接浮选法,但对银赋存状态异常复杂的锌浸出渣,直接浮选往往难以实现银的高效选别回收。
3) 为实现银的充分选别回收,实际生产中多采用预处理后再浮选的间接浮选法。常用的预处理技术主要有浆洗、磨矿、外加载体、焙烧及热酸浸出等。各种预处理都有独特的针对性、环保性及经济性等,合适的预处理技术结合湿法炼锌工艺或预处理技术的有机联合应用,对浮选回收锌浸出渣中的银将更为有效,预处理-浮选是重要的研究方向。
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A review on flotation recovery silver in zinc leaching residues
AO Shun-fu
(Yunnan Chihong Zn&Ge Co. Ltd., Qujing 655011, Yunnan, China)
Zinc leaching residues are solid wastes produced in the process of zinc hydrometallurgy, but they contained valuable silver and the flotation method is an important way to recover silver. The flotation recovery of silver in zinc leaching residues is faced with the combined effects of various and dispersed silver-containing minerals, fine mineral particle size, strong acidity, high unavoidable ions content. Some zinc leaching residues can be recovered by the direct flotation method, but for zinc leaching residues with extremely complex silver occurrence state, it is often difficult to achieve high-efficiency separation and recovery of silver by the direct method, while the indirect flotation method is mostly used after certain pretreatment. The commonly used pretreatment technologies mainly include slurry washing, grinding, external-carrier, roasting and hot acid leaching. Pretreatments can adjust and control the pulp properties, change the occurrence state of silver and surface properties of minerals to improve selectivity and collection capacity. Each pretreatment has its unique advantages and disadvantages. An appropriate pretreatment technology combined with zinc hydrometallurgy process or organic combined the application of pretreatment technology will be more effective for flotation recovery silver in zinc leaching residues.
non-ferrous metallurgy; zinc metallurgy; flotation; pretreatment; silver concentrates
TF831
A
1004-0676(2022)03-0082-07
2021-11-14
第 者:敖顺福,男,高级工程师。研究方向:选矿技术、矿产综合利用及清洁生产。E-mail:aoshunfu1982@126.com