用鐵粉從酸性淋洗液中置換金銀銅試驗研究

柳 林，王 威，孫啟亮，劉紅召，曹耀華

(1.中國地質科學院 鄭州礦產綜合利用研究所，河南 鄭州 450006； 2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術研究中心，河南 鄭州 450006； 3.河南省黃金資源綜合利用重點實驗室，河南 鄭州 450006； 4.國土資源部多金屬礦評價與綜合利用重點實驗室，河南 鄭州 450006)

金冶煉過程中產出大量固體廢渣，每生產1 t黃金就會產生2.5～3.5萬t冶煉渣[1-2]。高溫氯化焙燒[3]可以使金冶煉渣中的金、銀、銅等有價金屬形成相應金屬氯化物，揮發(fā)進入煙塵[4-6]，再通過后續(xù)噴淋塔噴淋等方式將部分金屬氯化物溶解到噴淋液中，之后可從噴淋液中回收金、銀、銅[7-8]。目前，從酸性溶液體系中回收金、銀等有價金屬的方法主要有溶劑萃取法[9-11]、沉淀法[12]、直接還原法[13]、活性炭吸附法、金屬置換法[14]等。溶劑萃取法主要以二丁基卡必醇為萃取劑，其水溶性較小(0.3%)，萃取率高，但該萃取劑價格較貴，生產成本高。沉淀法主要以硫化沉淀為主，由于溶液酸性較強，試劑消耗量大，反應過程中也會產生大量硫化氫氣體。活性炭在酸性溶液中對金、銀的吸附性能效果不佳。前期探索試驗過程中，采用石灰中和法回收淋洗液中有價金屬，因為溶液呈酸性，且成分復雜，伴隨石灰加入會產生大量沉渣，且有價金屬回收率不高。為此，試驗研究了采用鐵粉置換法從該淋洗液中回收金、銀、銅有價金屬，并確定最佳工藝條件。

1 試驗原料與設備

淋洗液：試驗所用酸性淋洗液為金冶煉渣在高溫氯化焙燒過程中，有價金屬揮發(fā)進入后續(xù)濕式收塵系統(tǒng)，在噴淋塔內經清水噴淋、噴淋液再循環(huán)富集有價金屬后的溶液。該溶液酸度較高，pH<1，其中，金、銀、銅質量濃度分別為1.21、91.6、1 193 mg/L。

鐵粉：分析純，F(xiàn)e質量分數(shù)不低于98%，硫酸不溶物質量分數(shù)小于0.1%，硫化合物(以SO2計)質量分數(shù)小于0.06%，氮化合物(以N計)質量分數(shù)小于0.005%，水溶物質量分數(shù)小于0.03%。

試驗設備：4孔HH型恒溫水浴鍋，DW-2型多功能電動攪拌器，250 mL燒杯等。

2 試驗原理與方法

試驗原理：溶液中，強還原性金屬可置換出比其還原性弱的金屬。標準電極電位表示某種離子或原子獲得電子而被還原的趨勢：電極電位值越小，其還原能力越強；反之，電極電位越大，其氧化能力越強，而還原能力越弱[15]。溶液中，金主要以HAuCl4形式存在，AgCl在通常狀態(tài)下為沉淀，但溶液中HCl濃度較高、Cl-過量時，Ag+與Cl-可形成[AgCl2]-配合物，銅主要以CuCl2形式存在。參照標準電極電位[16]，對比各目標元素在酸性溶液中的標準電極電位，各金屬元素電極反應見式(1)～(4):

E1=-0.447 V；

(1)

E2=+1.498V；

(2)

E3=+0.799 6 V；

(3)

E4=+0.341 9 V。

(4)

由反應式(1)～(4)中各元素電極電位大小可知：E1<0

(5)

(6)

(7)

(8)

試驗方法：取200 mL淋洗液倒入250 mL燒杯中，將燒杯放入一定溫度的HH型恒溫水浴鍋中，保證燒杯浸入水中超過燒杯的2/3。燒杯在水浴鍋中保溫10 min后，淋洗液溫度與預設溫度相同。將稱量好的鐵粉加入燒杯中，再將DW-2型多功能電動攪拌器的攪拌槳放入燒杯，開始攪拌計時。攪拌過程中，保證燒杯底部形成渦流，攪拌充分。水浴鍋中水分蒸發(fā)過多時需及時補水。每次試驗所用淋洗液200 mL。置換過濾后測定濾液中金、銀、銅質量濃度，并分別計算金屬置換率。

3 試驗結果與討論

3.1 正交試驗

影響金屬置換的條件有溫度、置換時間、鐵粉用量。設計3因素3水平正交方案并進行試驗，正交試驗條件及結果見表1。

表1 正交試驗條件及結果

由表1看出：鐵粉用量是影響金置換率的主要因素，其次是浸出時間，溫度影響則不大。

3.2 鐵粉用量對金屬置換率的影響

置換時間50 min，溫度60 ℃，鐵粉用量對金、銀、銅置換率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 鐵粉用量對金、銀、銅置換率的影響

由圖1看出：鐵粉用量較低時，金、銀有部分被置換出來，而銅基本不被置換；隨鐵粉用量增加，金、銀、銅置換率不斷升高，最后趨于平緩；鐵粉用量超過5 g/L后，銅置換率顯著升高?？赡艿脑蚴牵鸿F粉先與氧化性較強的金、銀離子反應，之后與銅離子反應，所以，當鐵粉用量不足時，銅置換率較低；鐵粉用量超過5 g/L后，過量的鐵粉開始置換溶液中的銅離子使銅離子置換率提高。綜合考慮，確定鐵粉用量以9 g/L為宜。

3.3 置換時間對金屬置換率的影響

鐵粉用量9 g/L，溫度60 ℃，置換時間對金、銀、銅置換率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 置換時間對金、銀、銅置換率的影響

由圖2看出：金、銀置換率隨置換時間延長先升高后趨于穩(wěn)定；置換30 min后，金、銀置換率維持較高水平，變化不大；置換50 min后，銅置換率趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定置換時間以50 min為宜。

3.4 溫度對金屬置換率的影響

鐵粉用量9 g/L，置換時間50 min，溫度對金、銀、銅置換率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 溫度對金、銀、銅置換率的影響

由圖3看出：溫度低于55 ℃，金、銀、銅置換率隨溫度升高而提高，金、銀置換率明顯高于銅置換率，但銅置換率隨溫度升高變化幅度更大；溫度高于60 ℃，金、銀、銅置換率基本維持在95%以上。綜合考慮，確定溫度以60 ℃為宜。

4 結論

金冶煉渣氯化焙砂淋洗液中含有金、銀、銅等有價金屬，有一定回收價值。采用鐵粉置換法可從中回收金、銀、銅。在鐵粉用量9 g/L、置換時間50 min、溫度60 ℃條件下，金、銀、銅置換率可分別達98.51%、98.85%和96.51%。鐵粉置換法相比其他方法工藝簡單，成本較低。采用此方法，可初步實現(xiàn)金冶煉渣氯化焙砂酸性淋洗液中有價金屬的回收。