DOC《脱除某难处理金矿中砷和硫的研究》

北京科技大学本科生科技创新项目(12020694;

13020107) 作者简介:张建涛(1989-),女,河北石家庄人,硕士研究生. 脱硫时,首先在优化条件下脱砷,然后在通氩条件下将加热炉升至设定温度后保温并通氧.脱硫结束后通氩降温,降至常温后取出石英舟.分别考察温度、氧气流量和时间等因素对脱硫的影响. 硫的分析用艾士卡法(GB/T 214-2007),用抗坏血酸钼蓝双波长等吸收法[18]分析砷.

2 脱砷试验结果 2.1 温度对脱砷的影响 固定脱砷时间为2 h,氩气流量为200 mL/min,温度对脱砷的影响结果如图1所示. 图1 不同温度的失重率和脱砷、脱硫率 Fig.1 Weight loss rate, dearsenization rate and desulfurization rate at different temperature 从图1可看出,脱砷过程中金矿失重率在600 ℃达到最大值28.3%.进一步升高温度,金矿失重率减小.不过升温过程中脱砷率和脱硫率一直在增加,在600 ℃以后脱砷率稳定在98%,脱硫率稳定在26%.此时矿中残留的砷和硫含量分别为0.075%和34%. 2.2 时间对脱砷的影响 在脱砷温度600 ℃,氩气流量200 mL/min的条件下,脱砷时间对脱砷的影响见图2. 图2 不同反应时间的失重率和脱砷、脱硫率 Fig.2 Weight loss rate, dearsenization rate and desulfurization rate at different reaction time 由图2可见,金矿失重率在2 h达到平台值28.3%,随着脱砷时间延长,金矿失重率变化不大.脱砷率和脱硫率随时间的延长而增大,2 h时脱砷率到达平台值98%,脱硫率为26%,随着时间的延长,脱硫率继续增大. 2.3 氩气流量对脱砷的影响 脱砷时间为2 h,脱砷温度为600 ℃时,氩气流量对脱砷的影响结果如图3所示. 图3 不同氩气流量的失重率和脱砷、脱硫率 Fig.3 Weight loss rate, dearsenization rate and desulfurization rate at different argon flow rate 图3表明,随着氩气流量的增加,金矿失重率变化不大,在200 mL/min时达到平台值28.3%.脱砷率随氩气流量增加略微增加,在200 mL/min时脱砷率达到最大值98%;

脱硫率随氩气流量增加而显著增加,在200 mL/min时脱硫率达到最大值26%,再继续增大氩气流量脱砷率和脱硫率开始下降. 2.4 脱砷机理 原矿及脱砷后的矿物及脱砷产物的XRD谱如图4所示. (a)原矿;

(b)脱砷后的金矿;

(c)脱砷产物 图4 不同矿物的XRD谱Fig.4 XRD patterns of different mineral 从图4可以看出,原矿中的主要成分为SiO2和Fe2O3(图4a),砷以FeAsS的形式存在于矿物中.在600 ℃、氧气流量200 mL/min的条件下脱砷2 h脱砷处理后的矿样中不含FeAsS,取而代之的是Fe1-xS(图4b). 试验中观察到透明石英管末端内壁上不断积累淡黄色固体,经XRD分析,该固体为纯As2O3(图4c),这种现象以前未见报道.在惰性氩气环境中,矿中砷黄铁矿FeAsS和矿中氧化物可能通过下式发生反应: FeAsS+O→FeS1-x+As2O3+ (1) 其中O代表矿中氧化物的晶格氧.

3 脱硫试验结果 3.1 温度对脱硫的影响 脱硫过程中氧气流量为200 mL/min,脱硫时间为2 h,不同温度的脱硫结果如图5所示. 图5 不同温度的失重率和脱硫率 Fig.5 Weight loss rate and desulfurization rate at different temperature 由图5可知,随温度的升高,金矿失重率在550℃略有下降,之后随着温度的上升而增大,在650 ℃达到33%.脱硫率和失重率的趋势相同.在650 ℃时的脱硫率为97%,此时矿中硫含量为1.59%,继续升高温度,脱硫率增加幅度很小.综合考虑选择脱硫温度为650 ℃. 3.2 时间对脱硫的影响 在脱硫温度650 ℃,氧气流量200 mL/min的条件下,时间对脱硫的影响结果见图6. 图6 不同反应时间的失重率和脱硫率 Fig.6 Weight loss rate and desulfurization rate at different reaction time 从图6可看出,金矿失重率和脱硫率随着时间的延长而增加,在2 h时,硫的脱除率为97%,金矿失重率为35%,继续增加时间,脱硫率和失重率变化不大. 3.3 氧气流量对脱硫的影响 固定脱硫温度为650 ℃,脱硫时间为2 h,氧气流量对脱硫的影响结果如图7所示. 图7 不同氧气流量的失重率和脱硫率 Fig.7 Fig.1 Weight loss rate and desulfurization rate at different oxygen flow rate 图7表明,随着氧气流量增大,金矿失重率略微增大,在200 mL/min到达最大值35%,流量继续增大矿重损失变化不大.脱硫率随着氧气流量增大而显著增加,在200 mL/min达到97%,继续增加氧气流量,脱硫率基本保持稳定. 根据以上试验可以确定氧气脱硫的优化条件为:温度650 ℃、时间2 h、氧气流量200 mL/min,优化条件下的脱硫率可达97%,此时矿中硫含量为1.59%.脱硫后矿样XRD谱如图8所示. 图8 脱硫后矿样的XRD谱Fig.8 XRD patterns of gold ore after desulfurization 对比图4和图8可知,脱硫过程中Fe1-xS和FeS2被氧化,生成Fe2O3[19-20],脱除的硫以硫氧化物的形式离开金矿(式2),从而达到金矿脱硫的目的. 2FeS+3.5O2=Fe2O3+2SO2 (2) 通过对比图5~7,可以看出,脱硫温度和氧气流量对脱硫的影响较小,脱硫时间对脱硫的影响比较大.