DOC《高铜高砷金精矿氧化焙烧还原熔炼试验》

高铜高砷金精矿氧化焙烧还原熔炼试验 黄海辉,王为振,常耀超,徐晓辉,靳冉公 (北京矿冶科技集团有限公司,北京 100160) 摘要:采用氧化焙烧―还原熔炼工艺对某高铜高砷金精矿进行研究.

结果表明,该金精矿在800 ℃氧化焙烧2 h得到的氧化焙砂,在SiO2添加量35%,无烟煤添加量8%,1

450 ℃还原熔炼60 min时,渣计铜回收率95.70%,渣计金回收率99.62%.还原熔炼过程中,硫、砷主要富集在合金中. 关键词:高铜砷金精矿;

氧化焙烧;

还原熔炼;

回收率 中图分类号:TF831 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2018)11-0000-00 Study on Gold Concentrate Bearing High Copper and Arsenic by Oxidative Roasting-Reduction Smelting HUANG Hai-hui, WANG Wei-zhen, CHANG Yao-chao, XU Xiao-hui, JIN Ran-gong (BGRIMM Technology Group, Beijing 100160, China) Abstract:Oxidative roasting-reduction smelting tests were carried out on high copper &

arsenic gold concentrate. The results show that calcine produced by oxidizing roasting of gold concentrate at

800 ℃ for

2 h was reduction smelted at

1 450 ℃ for

60 min with addition of 35% of SiO2 and 8% of anthracite. Copper recovery is 95.70% and gold recovery is 99.62%. Sulfur and arsenic are mainly concentrated in alloy during reduction smelting process. Key words:gold concentrate bearing high copper and arsenic;

oxidation roasting;

reduction smelting;

recovery 国外某高铜高砷金精矿,金呈微细粒状被黄铁矿、毒砂等矿物包裹,难以直接氰化浸出,属含砷难处理金矿[1].采用两段焙烧―酸浸―氰化处理工艺,金浸出率可达90%以上,但铜的浸出率偏低.加压氧化法可取得较好的金、铜回收率,但此工艺对设备要求较高,投资也高.因此,需要寻求其他途径对该高铜砷金精矿进行综合回收. 铜是贵金属的良好捕收剂,考虑以铜冶炼工艺流程为主线,将矿石中金、银、铜同时富集和回收,从而提出氧化焙烧―还原熔炼工艺.目前还原熔炼主要用于鼓风炉还原炼铅、鼓风炉炼锌、反射炉炼锡、电炉炼锡、氧化锑还原熔炼等[2-3].铜矿还原熔炼也有所应用,比如徐亚飞等[3]对硫化铜焙砂进行了还原熔炼研究,谢添等[4]对刚果(金)绿纱矿浮选铜钴精矿还原熔炼的工艺研究,边瑞民等[5]对铜氧化矿的鼓风炉还原熔炼生产进行了实践总结,陈永强等[6]对高硅铜钴矿电炉还原熔炼渣型进行过研究.但在金精矿冶炼领域,此工艺的研究还未见报道,本试验就高铜砷金精矿进行氧化焙烧―还原熔炼探索性研究.

1 试验原料 试验原料为国外某高铜高砷金精矿,含Au 36.78 g/t、Ag

210 g/t,其他元素含量(%):S 31.

95、TFe 33.

67、Cu 6.

60、As 10.

16、Pb 0.

12、SiO2 4.

49、Ca 1.

75、Mg 1.28.可以看出,金精矿含铜高、砷高.物相分析表明,金精矿中金属矿物主要为黄铁矿、毒砂,另见部分黄铜矿.80%金以硫化物包裹形式存在,其次为裸露金,占13.14%,铁矿物中金占5.69%,少数包裹在脉石矿物里.绝大多数铜以硫化物形式存在,占95.22%,其他为自由氧化铜与结合铜.砷主要赋存在毒砂中,占89.81%,雄黄、雌黄占10.03%,少量氧化砷及其它砷. 试验所用的辅料主要为分析纯石英与无烟煤(固定碳87.43%、挥发分2.82%、灰分6.02%、含硫量0.26%、水分3.47%).

2 试验结果与讨论 2.1 氧化焙烧试验 氧化焙烧的作用是将金矿中的硫、砷氧化脱除,为后续的还原熔炼准备物料.试验考察了700~900 ℃的温度下,焙烧2 h,温度对脱硫、脱砷的影响见图1. 收稿日期:2018-07-17 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2011AA06A104) 作者简介:黄海辉(1982-),男,广东连州人,硕士. 图1 焙烧温度对脱砷、脱硫的影响 Fig.1 Effect of roasting temperature on removal of arsenic and sulfur 由图1可见,高铜高砷金精矿在氧化焙烧过程中,当焙烧温度达到750 ℃以上时,硫、砷脱除率均能达到90%以上,随温度升高,硫、砷脱除率均有所提高,但提高不明显,温度高于850℃后,焙砂有烧结现象,因此采用800 ℃焙烧的焙砂进行后续还原熔炼探索试验. 2.2 还原熔炼温度试验 固定条件:800 ℃焙烧的焙砂100 g、SiO2

35 g(TFe/SiO2=1.11)、无烟煤粉10 g、保温时间60 min,试验结果见表1.从表1可见,1

450 ℃还原熔炼时,金、银、铜回收率均高于1

350 ℃.原因主要是在相同渣型熔融状态下,温度高,炉渣黏度相对较小,更有利于金属沉降分离,因此,以1

450 ℃进行后续试验. 表1 还原熔炼温度试验结果 Table

1 Results of reduction smelting temperature test 温度/℃ 合金/% 还原熔炼渣/% 渣计回收率/% Cu Au* Ag* Cu Au* Ag* Cu Au Ag

1 350 35.18 214.24

1 131.75 1.18 2.57 34.8 86.77 94.83 87.74

1 450 35.59 274.76

1 526.18 0.39 0.22 8.1 95.10 99.50 96.80 注:*g/t 2.3 煤添加量对还原熔炼的影响 高铜砷金精矿经过氧化焙烧,金属硫化物基本转化为金属氧化物,其中铁主要是以Fe2O3形式存在,在还原熔炼过程中,需要将其还原为FeO,从而与SiO2造渣,还有一部分铁氧化物会被还原成金属铁.还原熔炼过程中,耗煤的成分主要为铁氧化物,其次为铜氧化物,另外还有铅、锌、砷的还原反应.经理论计算,消耗无烟煤约为5%. 固定条件:800 ℃焙烧的焙砂100 g、SiO2

35 g(TFe/SiO2=1.11)、还原熔炼温度1

450 ℃、保温时间60 min.无烟煤添加量对还原熔炼的影响见图2.可以看出,随无烟煤添加量的增加,铜、金、银回收率均增加.当无烟煤添加量8%时,铜、金、银回收率分别为95.05%、98.57%、92.51%,此时合金中铜含量46.30%.当无烟煤用量增加到10%时,铜、金回收率增加不明显,但合金中铜含量降低至35.6%.综合考虑,选定无烟煤添加量为8%. 图2 无烟煤添加量对金属回收率的影响 Fig.2 Effect of anthracite addition on metal recovery 2.4 二氧化硅添加量还原熔炼试验 固定条件:无烟煤添加量8%、还原熔炼温度1

450 ℃、保温时间60 min.SiO2添加量试验结果见表2.由于金、银走向基本与铜的走向一致,此条件下只检测了铜的回收率.从表2可看出,随着SiO2添加量的增加,铜回收率升高,当SiO2添加量为35%时,炉渣Fe/SiO2=0.98,铜回收率95.05%. 表2 SiO2添加量对还原熔炼的影响 Table

2 Effect of SiO2 addition on reduction melting SiO2添加 量/% 合金/% 熔炼渣 渣计回收率/% Cu Fe/% SiO2/% Cu/% Fe/SiO2 Cu

5 63.83 53.98 13.78 3.97 3.92 63.21

15 76.84 45.76 22.12 2.96 2.07 68.92

25 48.62 40.74 34.76 0.86 1.17 90.96

35 46.30 36.51 37.3 0.43 0.98 95.05 一般渣中Fe3O4含量越高,渣含铜量也越高.熔渣中Fe/SiO2比值越大、Fe3O4含量越高,熔渣的密度与黏度越大,合金液滴与熔渣的沉降分离时间越长.因此,试验中需适量减小Fe/SiO2的比值,但也不能太小,否则熔渣熔点过高,需要更高熔炼温度,本文选用炉渣Fe/SiO2=0.98较合适. 2.5 综合条件试验 固定条件:800 ℃焙烧的焙砂200 g、SiO2

70 g、无烟煤粉16 g、还原熔炼温度1

450 ℃、保温时间60 min.结果见表3.从表3可看出,铜回收率与金回收率均比较稳定,渣计铜平均回收率95.70%,渣计金平均回收率99.62%.渣中铜、金含量均已降到较低,含铜0.37%,含金0.18 g/t,渣中含砷0.002%,含硫0.63%.合金含铜46.11%、铁33.88%、硫11.57%、砷5.54%.合金中铜品位较低,主要原因是还原剂用量偏大,部分铁还原进入合金,同时合金硫含量也较高,最终导致合金铜含量下降. 表3 综合试验结果 Table

3 Results of comprehensive test 序号 合金/g 合金成分/% 熔炼渣/g 还原熔炼渣成分/% 渣计回收率/% Cu Fe SiO2 As S Au* Cu Fe SiO2 As S Au* Fe Cu Au ZH-1 34.80 46.78 34.21 1.13 5.88 11.36 297.80 207.40 0.37 37.25 36.68 0.002 0.68 0.10 15.10 95.70 99.79 ZH-2 36.20 45.14 34.92 1.29 5.28 12.11 265.57 206.90 0.31 35.77 37.88 0.003 0.57 0.20 18.67 96.40 99.60 ZH-3 35.40 46.4 34.5 1.32 5.46 11.24 276.70 207.10 0.43 35.56 37.34 0.003 0.63 0.25 19.07 95.01 99.48 平均 35.47 46.11 34.54 1.25 5.54 11.57 280.02 207.13 0.37 36.19 37.30 0.002 0.63 0.18 17.62 95.70 99.62 注:*g/t 2.6 还原熔炼中硫、砷的走向 还原熔炼过程中硫、砷的走向见表4.从表4可看出,还原熔炼过程中,72.53%硫与83.20%砷进入合金;

22.94%硫与0.21%砷保留在熔炼渣中,进入烟气的硫、砷分别占其总量的4.53%、16.59%. 表4 还原熔炼过程中硫、砷的走向 Table

4 Trend of sulfur and arsenic during reduction smelting process 编号 焙砂/g 合金 熔炼渣 S As S/g S分配 比/% As/g As分配 比/% S/g S分配 比/% As/mg As分配 比/% ZH-1 5.66 2.36 3.95 69.85 2.05 86.71 1.41 24.92 3.9 0.17 ZH-2 5.66 2.36 4.38 77.45 1.91 80.99 1.18 20.84 6.0 0.25 ZH-3 5.66 2.36 3.98 70.30 1.93 81.90 1.30 23.05 5.2 0.22 平均 5.66 2.36 4.11 72.53 1.96 83.20 1.30 22.94 5.0 0.21 焙砂中残余Cu2S不发生任何变化进入合金中,部分氧化铜与残留硫化物在还原气氛下发生硫化反应[7](式1),反应式(1)的平衡常数K值很大(在1

250 ℃时,lg K=9.86),体系中只要有FeS存在,Cu2O就将变成Cu2S,进而与FeS形成冰铜,最终沉降进入炉底合金相中,因此,焙砂中大部分硫进入合金. Cu2O + FeS = Cu2S + FeO (1) 焙砂中残留砷主要以砷酸盐形式存在,在还原熔炼过程中,一部分变成As2O3挥发进入烟气,一部分被还原为单质砷,单质砷与铜、铁形成砷化物,如Fe2As、FeAs、Cu3As

2、Cu3As等[2],进入合金. 焙砂中硫,砷大部分进入合金,导致合金铜含量下降. 2.7 深度脱硫还原熔炼试验 从2.5与2.6节可看出,砷、硫对合金铜含量影响较大,取8

00 ℃的焙砂在1

200 ℃下再焙烧2 h,得到含硫0.075%、砷0.96%的深度焙烧的焙砂,将此焙砂进行还原熔炼试验. 固定条件:深度焙烧的焙砂100 g、SiO2

35 g、还原熔炼温度1

350 ℃、保温时间60 min.结果如表5所示.可以看出,当焙砂中硫含量降低时,合金中铜品位明显提高,当无烟煤添加量5%时,合金含铜82.60%、砷11.33%、铁0.46%,铜、金、银回收率分别为81.98%、97.10%、93.74%.说明无烟煤添加量5%时,可避免铁过分还原,可得到含铜比较高的合金. 表5 低硫焙砂还原熔炼结果 Table

5 Results of low sulfur calcine reduction smelting 无烟煤 添加量/% 合金/% 还原熔炼渣/% 渣计回收率% Cu Fe As Cu Fe Au* Ag* Cu Fe Au Ag

5 82.60 0.46 11.33 1.37 36.47 1.29 15.9 81.98 2.55 97.10 93.74

6 60.89 29.90 7.70 0.71 37.28 1.52 11.5 91.22 6.31 96.78 95.74

8 50.09 36.26 5.75 0.40 36.69 1.25 10.2 95.22 10.96 97.48 96.40 注:*g/t

3 结论 1)高铜砷金精矿在氧化焙烧过程中,脱砷率、脱硫率均较高,当焙烧温度达到800 ℃时,脱砷率91.41%,脱硫率93.45%. 2)800 ℃焙烧的焙砂在SiO2添加量35%、无烟煤添加量8%、1

450 ℃还原熔炼60 min时,渣计铜回收率95.70%,渣计金回收率99.62%.渣中含铜0.37%、含金0.18 g/t,合金含铜46.11%,含铁33.88%,铁被过分还原........