沉淀轉化法綜合回收酸浸渣中鉛的工藝研究

張福元，俎小鳳，彭國敏

（河南中原黃金冶煉廠有限責任公司，河南三門峽 472000）

目前，中國金精礦成熟的濕法冶煉工藝主要采用漿式進料—硫酸化焙燒—酸浸除雜—氰化提金流程［1］。金精礦中伴生金屬元素鉛、鋅、銅等在硫酸化焙燒工藝流程中形成相應硫酸鹽形式，而金屬鉛則在礦物顆粒表面形成一層致密的非可溶性硫酸鉛氧化膜［2］，一定程度上影響金銀回收率。 文獻［3-4］報道采用氯化鈉鹽浸方式可以對鉛進行回收利用，并可提高金銀回收率。考慮到氯離子對金屬材料具有非常強的腐蝕性，筆者針對酸浸渣中低品位金屬鉛，根據金屬鉛不同鹽類溶度積相異性，采用廉價碳酸氫銨轉化硫酸鉛，使其轉化為可溶于硝酸的碳酸鉛，經酸溶使金屬鉛進入溶液中再對其進行回收，不但可以減少金屬鉛環境污染，而且可以達到提高企業綜合利用水平和經濟效益的目的。

1 實驗原理

采用廉價碳酸氫銨作為轉化劑，利用硫酸鉛和碳酸鉛溶度積的差異，常溫下將酸浸渣與碳酸氫銨反應，使溶度積大的硫酸鉛轉化為溶度積更小的碳酸鉛，固液分離后濾液循環利用到一定濃度后進行蒸發回收硫酸銨，濾渣洗滌干凈后采用硝酸作為溶劑，使碳酸鉛形成可溶于水的硝酸鉛，固液分離后濾渣氰化提金銀，濾液加入硫酸使硝酸鉛形成硫酸鉛沉淀，固液分離后得到硫酸鉛產品，濾液轉化為硝酸溶液循環利用。涉及到的化學反應方程式如下：

2 實驗部分

2.1 實驗原料

以金精礦硫酸化焙燒—酸浸除雜的酸浸渣為原料，其多元素分析結果見表1。酸浸渣中金屬鉛物相分析結果表明，硫酸鉛質量分數為97%，硅酸鉛質量分數為2%，其余為其他形式存在，可見金屬鉛在酸浸渣中主要是以硫酸鉛形式存在。

表1 酸浸渣多元素分析

2.2 正交實驗設計

通過初步實驗證明影響硫酸鉛轉化的主要影響因素有碳酸氫銨用量、轉化液固質量比（簡稱液固比）和轉化時間，為快捷地獲得鉛轉化的最佳工藝條件，采用正交實驗設計方案考察了各因素對鉛轉化率的影響，正交實驗因素水平取值見表2。

表2 正交實驗因素與水平取值表

實驗過程：稱取自然風干的酸浸渣200.00 g，放入1000 mL燒杯中，加適量工業碳酸氫銨和自來水，維持礦漿濃度及原始pH，常溫常壓下，在S210型電磁攪拌器持續攪拌下進行鉛轉化。為考察鉛轉化率，稱取碳酸氫銨轉化渣150.00 g，加入450 mL自來水，為了保證碳酸鉛的充分溶解，加50 mL濃硝酸，電磁攪拌反應2 h后過濾，將濾液定容為1 L。

3 結果與討論

3.1 正交實驗結果

表3為依據表2中正交條件進行正交實驗的實驗結果。表3表明，各影響因素中液固比極差值最大，為27.86，對鉛轉化率影響最強；其次是轉化時間；碳酸氫銨用量在取值范圍內對鉛轉化率影響最小，可取較低的用量。由表3中k值可以得出最佳工藝條件組合為A3B2C4，即液固比為2.0、碳酸氫銨用量為70 g、轉化時間為2.0 h的實驗條件最有利于鉛的轉化。因碳酸氫銨用量對轉化率影響最小，綜合考慮成本因素，選擇碳酸氫銨用量為30 g。各因素的F檢驗如表4所示。由表4可知，只有液固比的F比值較大，其他因素F比值較小，故選擇實驗條件的時候應該綜合考慮各因素的作用，采用適當液固比提高鉛的轉化率。

表3 正交實驗結果

表4 因素F檢驗結果（α=0.05）

3.2 液固比對鉛的轉化率的影響

由正交實驗結果可知，液固比對鉛轉化率影響最大，隨液固比的提高，鉛的轉化率有明顯的提高，液固比由1.0提高到2.0轉化率提高27%左右，再進一步提高液固比轉化率基本不再增加。在其他條件確定的基礎上，合適的液固比可以增加鉛的轉化率，液固比較大時反應器體積較大，設備和藥劑的消耗量也較大，故液固比要根據設備要求和浸出條件綜合考慮，確定液固比為2.0為較適宜的實驗條件。酸浸渣中硫酸鉛的轉化過程是一多組分的多相體系復雜的液－固多相催化反應過程，轉化過程首先在酸浸渣固體顆粒表面進行，轉化速率主要由擴散速率控制，液固比間接影響著各種離子的擴散傳質過程。液固比較大時礦漿黏度較小，各種反應離子的擴散速度較快，因而加快了反應的速度和程度；反之液固比較小時礦漿黏度較大，在某種程度上束縛了反應離子的傳質速率，降低了反應效率。

3.3 碳酸氫銨用量對鉛轉化率的影響

由正交實驗結果可知，碳酸氫銨用量在取值范圍內對鉛的轉化率影響最小，隨碳酸氫銨用量增加轉化率逐漸增加，30 g的用量基本保證了轉化率在85%以上，實驗用量由10 g提高到70 g轉化率只提高5%左右。碳酸氫銨的加入主要提供碳酸根與硫酸鉛反應形成碳酸鉛，碳酸根的增加可以提高硫酸鉛的轉化率，生產中需要綜合考慮增加的成本費用和轉化率之間的綜合關系，所以碳酸氫銨用量為30 g較適宜。難溶的硫酸鉛轉化為碳酸鉛進而酸溶金屬鉛以離子狀態進入溶液，鉛的溶出不僅可使酸浸渣質量減少、增加金銀品位，還可使金、銀等貴金屬充分暴露出來，進而提高金銀回收率。

3.4 轉化時間對鉛轉化率的影響

轉化時間對鉛轉化率的影響較小，隨轉化時間的增加鉛轉化率波動較大。在轉化時間為2.0 h時已有較高的轉化率，再延長反應時間對提高鉛轉化率的作用不大，只要滿足浸出要求轉化時間不宜過長，選擇2.0 h為適宜的轉化時間。

3.5 驗證性實驗及放大實驗

驗證性實驗：在液固比為2.0、碳酸氫銨用量為30 g、轉化時間為2.0 h的條件下進行驗證實驗，3次實驗鉛轉化率結果分別為98.50%，98.56%，98.72%，平均轉化率可達到98.59%。

放大實驗：稱取自然風干的酸浸渣2000 g，根據最佳實驗條件進行了實驗室放大實驗，3次實驗結果鉛轉化率分別為97.34%，97.48%，98.12%，平均轉化率可達97.65%。

4 小結

黃金冶煉酸浸渣采用碳酸氫銨轉化法，可以有效回收其中的固態硫酸鉛，最佳實驗條件為：液固比為2.0、碳酸氫銨用量為30 g、轉化時間為 2.0 h，在此條件下進行實驗，鉛轉化率可達到97%以上。

［1］薛光，任文生.我國金精礦焙燒-氰化浸出工藝的發展［J］.中國有色冶金，2007（3）：44-49.

［2］全忠.黃金生產工藝學［M］.沈陽：東北大學出版社，1994：402-431.

［3］彭國敏，俎小鳳，張福元.酸浸渣綜合回收浸鉛工藝研究［J］.無機鹽工業，2012，44（1）：52-54.

［4］張榮良，唐淑貞，佘媛媛，等.HCl-NaCl浸出鉛銻合金氧化吹煉渣過程中銻的浸出動力學［J］.過程工程學報，2006（4）：544-547.