微波辅助浸出含砷金矿中砷的研究.pdf

2 0 1 4 年第1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 船n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．1 2 ．0 0 9 微波辅助浸出含砷金矿中砷的研究 马红周1 ，燕超1 ，王耀宁1 ，仵宇轩1 ，张向昭2 ，毋海峰1 1 ．陕西省冶金工程技术研究中心，陕西省黄金与资源重点实验室， 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安7 1 0 0 5 5 ；2 ．灵宝黄金股份有限公司，河南灵宝4 7 2 5 0 0 摘要采用微波辐射碱溶液浸出的方法脱除含砷金矿中的砷，通过正交试验研究了氢氧化钠浓度、液固 比及微波功率等对砷浸出的影响。结果表明，浸出砷的最优条件为氢氧化钠浓度1 0 ％、液固比4 1 、 微波功率3 8 5w 、浸出时间6 0m i n ，砷的浸出率达到6 8 ．6 4 ％。矿物中的A s S 及F e A s s 已全部溶解，有 部分砷转变为A s O 。，铁有F e S 新相形成。 关键词微波；砷；浸出；含砷金矿 中图分类号T F l l l ．3 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 1 2 一0 0 3 1 一0 3 L e a c h i n gO fA r s e n i cf r o mA r s e n i c b e a r i n gG o l d O r ew i t hM i c r o w a v eR a d i a t i o n M AH o n g z h o u l ，Y A NC h a 0 1 ，W A N GY a o n i n 9 1 ，W UY u x u a n l ， Z H A N GX i a n g z h a 0 2 ，W UH a i f e n 9 1 1 ．S h a a n x iT e c h n o l o g i c a l I n s t i t u t eo fM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ，S h a a n x iK e yI 。a b o r a t o r yo f G o I da n dR e s o u r c eS c h o o lo fM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ，X i ’a nU n i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n d T e c h n 0 1 0 9 y ，X i ’a n7 1 0 0 5 5 ，C h i n a ；2 ．I ，i n g b a oG o l dC o m p a n yL t d ，L i n g b a o4 7 2 5 0 0 ，H e n a n ，C h i n a A b s t r a c t A r s e n i cw a s1 e a c h e df r o ma r s e n i c 曲e a r i n g9 0 1 do r ew i t hm i c r o w a V er a d i a t i o ni ns o d i u mh y d r o x i d e s o l u t i o n ．T h ee f f e c t so fc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d es o l u t i o n ，r a t i oo fl i q u i dt os o l i d L ／S ，a n d m i c r o w a v ep o w e ro nl e a c h i n go fa r s e n i cw e r ei n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a lt e s t ． T h er e s u l t ss h o wt h a t a r s e n i cl e a c h i n gr a t ei s6 8 ．6 4 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gc o n c e n t r a t i o no fs o d i u mh y d r o x i d e o f1 0 ％，L ／S 一4 1 ，m i c r o w a v ep o w e ro f3 8 5W ，a n dl e a c h i n gt i m eo f6 0m i n ．A s Sa n dF e A s Si ng o l do r e a r ed i s s 0 1 u t e d ，a r s e n i ci sp a r t l yt r a n s f o r m e dt oA s 20 3 ，a n di r o ni sp a r t l yt r a n s f o r m e dt oF e S 2 ． K e yw o r d s m i c r o w a v e ；a r s e n i c ；1 e a c h i n g ；a r s e n i c b e a r i n gg o l do r e 全世界现在至少有3 0 ％的金产量来自含砷金 矿。但含砷金矿成分复杂，常规方法难以获得良好 的选冶指标。含砷金矿中有8 0 ％左右的金赋存在 毒砂中，1 0 ％以上的金存在于含砷黄铁矿中[ 1 。2 ] 。金 在毒砂和含砷黄铁矿中主要是以次显微金粒的形式 嵌布其中，在正常的磨矿细度下很难使金解离出来， 因此这些次显微金粒无法与氰化溶液接触，直接影 响金的提取。目前对含砷金矿的处理方法[ 3 。6 0 中，常 压化学氧化法比其它方法的投资和处理成本低[ 7 1 。 常压化学氧化法是在酸性或碱溶液中加入氧化剂将 砷氧化，但在氧化过程中生成的元素硫会覆盖在矿 物颗粒表面，阻碍氧化浸出的继续进行[ 8 。1 ⋯。微波 辅辐射在用于过硫酸铵氧化浸出黄铜矿r l u 时，被浸 出的元素硫在浸出渣中呈碎片状分散，规整呈块状 收稿日期2 0 1 4 一0 6 2 0 基金项目陕西省科技厅项目 2 0 1 4 J M 7 2 5 9 ；陕西省教育厅项目 1 2 J K 0 7 9 0 ；国家级大学生创新创业项目 2 0 1 3 1 0 7 0 3 0 3 6 作者简介马红周 1 9 7 3 一 ，男，陕西凤翔人，博士，副教授． 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l Ib g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第1 2 期 的元素硫少见，说明微波辐射产生的搅拌作用粉碎 了附着在黄铜矿颗粒表面上的元素硫，并使之脱落 分散在浸出渣中，使黄铜矿露出新鲜的表面与氧化 剂和催化剂接触，有利于黄铜矿颗粒表面铜、铁离子 的扩散，而采用常规加热浸出时，浸出产生的元素硫 覆盖在黄铜矿表面，阻碍黄铜矿继续反应。微波辐 射浸出反应速度较常规浸出速度可提高2 倍以上， 并且在微波辐射条件下，浸出反应过程属于化学反 应控制，而常规加热浸出过程属于扩散反应控 制[ 12 | 。针对微波辐射浸出的特点，本文研究在微波 辐射条件下利用碱溶液浸出含砷金矿，研究含砷金 矿中砷的浸出规律及砷在微波浸出过程中物相的变 化规律。 1试验方法 将一定重量含砷量为6 ．8 7 ％的金矿样与一定 浓度的碱溶液经调浆后放入圆底烧瓶中，将圆底烧 瓶放入微波炉中，圆底烧瓶顶部加装水冷凝器，防止 微波辐射过程中水的挥发损失，经一定时间的微波 辐射后，进行固液分离，分离后对浸出渣中的砷进行 测定，砷的测定采用卑磷酸盐滴定法进行，浸出渣进 行x 衍射分析。 2 试验结果 2 ．1 氢氧化钠浓度对砷浸出的影响 在液固比5 1 、微波功率3 8 5W 、碱浓度分别 为1 ％、3 ％、5 ％、7 ％、和1 0 ％的条件下，对2 0g 含 砷金矿进行浸出微波辐射浸出3 0m i n ，并计算砷的 浸出率。结果表明，砷的浸出率在碱浓度为1 ％和 3 ％时都在1 0 ％以下，碱浓度在5 ％以上时，砷的浸 出率有较大的增加，在碱浓度7 ％以上时，砷浸出率 为2 2 ．4 ％并趋于稳定。因此，在后续研究中采用碱 浓度为1 0 ％。 2 ．2 浸出时间对砷浸出的影响 在碱浓度为1 0 ％、微波炉功率3 8 5w 、液固比 5 l 的条件下，改变浸出时间 1 0 ～9 0m i n ，分析浸 出渣中砷的含量。在浸出时间为4 0m i n 时，砷的浸 出率达到6 0 ％以上，并且随时问的延长，浸出率趋 于稳定，在9 0m i n 时有小幅升高至6 3 ％。 2 ．3 液固比对砷浸出的影响 微波辐射浸出过程要在较大容器内进行，以防 止液体暴沸喷溅，在较小的液固比条件下进行浸出 容易蒸干，因此较小液固比的浸出未进行研究。在 碱浓度为1 0 ％、微波炉功率3 8 5w 、浸出时间6 0 m i n 的条件下，砷浸出率在液固比为5 1 时较高， 达到6 1 ％，液固比为6 1 时砷的浸出率与5 1 时 相当。 2 ．4 微波辐射功率对砷浸出的影响 在保持液固比1 0 ％、浸出时间6 0m i n 、氢氧化 钠浓度1 0 ％的条件下，改变微波辐射功率 2 1 0 ～ 7 0 0w ，分析浸出渣中砷的含量，计算砷的浸出率。 在不同微波功率浸出时，2 1 0w 的浸出率为5 8 ％； 3 8 5w 的浸出率最高，浸出率达到6 3 ％；4 9 5w 的 浸出率最低，为2 6 ．8 ％。 2 ．5 正交试验 固定浸出时间为6 0m i n ，通过L 。 3 3 正交试验 考察砷含量的变化。正交试验因素和因子分别为 微波功率 2 1 0 、3 8 5 、4 9 5W 、液固比 4 1 、5 1 、 6 1 、氢氧化钠浓度 5 ％、7 ％、1 0 ％ ，结果如表1 所示。 由表1 结果可以看出，氢氧化钠的浓度对砷的 浸出效果影响最大。同时还可以看出较优条件为 A 。c B 。，即氢氧化钠浓度为1 0 ％、液固比为4 1 、 微波功率为3 8 5W ，在较优条件下进行砷的浸出验 证试验，砷的浸出率达到6 8 ．6 4 ％。 2 ．6 微波对矿物物相的影响 对含砷金矿原矿及微波浸出后的浸出渣进行 X R D 分析，原矿的主要物相为 ％ C a C O 。8 ．5 7 、 S i 0 25 0 ．6 1 、C a S 0 4 2 H 2 07 ．1 8 、A s S1 9 ．8 2 、 罨焉瓣瓣釜睾蒌囊纂 结帆一 一验哩一七一 篡磊可褂斟㈠⋯ b 一 石一 瓤～一艄～～。。。，，，加加加 芝一 5詈一婀一。。。。。，。。 万方数据 2 0 1 4 年第1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 3 F e A s S5 ．0 2 。微波辐射浸出渣的主要物相为 ％ A 8 2 0 35 ．5 6 、S i 0 26 7 ．4 8 、A 1 2 S i 2 0 5 O H 。2 ．7 5 、 F e S 21 5 ．1 0 、F e A l 0 49 ．1 0 。 3结果讨论 3 ．1 氢氧化钠浓度对砷的影响 根据文献[ 1 3 ] 计算的2 9 8 ．1 5K 时F e S 。一F e A s S - H 。O 系电位一p H 图，毒砂的稳定区的p H 在o ～5 ，电位在O ～0 ．2V ，在此范围以外，毒砂即可分 解为H 。A s O 。和F e S 。，在溶液中不加入氧化剂的条 件下，F e S 不进一步分解。由文献[ 1 4 ] 可知，在碱 性条件下F e A s S 、A s S 在碱性条件下可溶解于浸出 液中，因此，随着氢氧化钠浓度的升高，矿物中的砷 浸出率也升高。 3 ．2 微波对砷浸出的影响 微波是一种电磁波，含砷金矿中的吸波物质如 含砷黄铁矿、毒砂等可当作导体来看，则砷黄铁矿、 毒砂中的正负电子会在电场作用下向颗粒的两端移 动，使矿物颗粒两端电子密度升高，在电荷运动的同 时，由于微波磁场的方向与电荷运动方向垂直，并且 磁场变化速度较快，会在电荷运动方向再附加一个 电压，使颗粒两端的电压更高，同时，在浸出过程中 浸出液是水溶液，水溶液也会发生如固体颗粒相似 的电子不均匀分布，使浸出反应速度加快。另一方 面，在微波作用下，由于矿物颗粒内部对微波吸收的 不均匀性，使矿物颗粒受到热内应力而破坏，使反应 速度加快口5 | 。 从原矿和浸出渣的X R D 分析结果来看，经过 微波辐射浸出后，矿物中的毒砂已被充分分解，原矿 中的F e A s S 及A s S 均未检出，说明浸出后渣中的 F e A s S 及A s S 均已很低，但在浸出渣中出现了新相 A s 。O 。和F e S 。。文献[ 1 4 ] 中F e A s S 与碱反应的产 物为N a 。A s O 。及F e O H 。，而本试验浸出渣中砷 化物和铁转变为A s 。O 。和F e S ，与文献[ 1 4 ] 有较大 差异。文献[ 1 6 ] 表明，利用微波在惰性气氛中加热 含砷难处理金矿时，毒砂在2 0 0 ～3 2 0 ℃生成硫化亚 铁和单质砷，黄铁矿在2 7 0 ～4 3 0 ℃生成磁黄铁矿和 单质硫。本试验过程是在有水溶液参与下进行的， 反应温度在1 0 0 ℃左右，不能使黄铁矿分解，但F e A s S 实现了分解，并且从矿物及浸出渣的物相来看， A s S 及F e A s S 已全部溶解，有部分砷转变为 A s 。O 。，并有F e S 新相形成。 4结论 采用微波辐射氢氧化钠溶液浸出含砷金矿中砷 的优化条件为氢氧化钠浓度1 0 ％、液固比4 1 、微 波功率3 8 5w 、浸出时间6 0m i n ，砷的浸出率达到 6 8 ．6 4 ％。矿物中的A s S 及F e A s S 已全部溶解，有 部分砷转变为A s 。O 。，并有F e S 新相形成。 参考文献 [ 1 ] 鲍利军，吴国元．高砷硫金矿的预处理[ J ] ．贵金属， 2 0 0 3 ，2 4 0 3 6 l 一6 6 ． [ 2 ] 胡燕清，杨声海，陈永明，等．某毒砂金矿硫氰酸盐氨性 体系加压氧化提金探索试验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 2 9 3 4 3 7 ． [ 3 ] 李云，袁朝新，王云，等．难处理砷金矿原矿焙烧试验研 究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 2 2 卜2 3 ． [ 4 ] 张泽彪，张正勇，彭金辉，等．难处理金精矿半工业化提 金试验研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 6 2 4 2 6 ． [ 5 ] 郭持皓，李云，王云，等．从难处理含砷金矿中湿法回收 砷[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 5 8 1 0 ． [ 6 ] 谭希发．难处理金矿的热压氧化预处理技术[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 9 3 8 4 3 ． [ 7 ] 徐景士，邱学婷，王元纪．含砷金矿的湿法除砷[ J ] ．化 学世界，1 9 9 9 ，4 0 1 0 5 1 8 5 2 0 ． [ 8 ] 黎铉海，王淀佐，邱冠周，等．用机械活化方法强化难处 理金矿浸金过程的研究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 l 1 1 2 1 5 ． [ 9 ] 程壶，张建涛，陈帅，等．难处理金矿脱硫预处理对水氯 化提金的影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 6 5 2 5 4 ． [ 1 0 ] 张建涛，程矗，陈帅，等．脱除某难处理金矿中砷和硫的 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 5 1 2 1 6 ． [ 1 1 ] 孙家寿．微波在矿物化学处理中的应用[ J ] ．湖南有色 金属，2 0 0 1 ，1 7 6 9 一l O ，2 4 ． [ 1 2 ] 周源，田树国，刘亮．高砷金矿脱砷预处理技术进展 [ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 2 9 8 1 0 1 ． [ 1 3 ] 金创石，张廷安，牟望重，等．难处理金矿浸出预处理过 程的F e S 一F e A s 孓H 。0 系电位一p H 图[ J ] ．材料与冶金 学报，2 0 1 1 ，1 0 2 1 2 0 1 2 4 ． [ 1 4 ] 孟宇群，吴敏杰，宿少玲，等．难浸金矿常温常压强化碱 浸预处理新工艺[ J ] ．有色金属，2 0 0 3 ，5 5 1 4 3 4 7 ． [ 1 5 ] 曾茂青．微波能在难处理金矿中的应用[ J ] ．矿物学 报，2 0 1 1 ，3 1 增刊1 7 4 3 7 4 4 ． [ 1 6 ] 崔礼生．难选冶金矿石的微波预处理[ D ] ．沈阳东北 大学，2 0 0 7 ． 万方数据