從低金高雜質氯化溶液中制備高品質粗金粉的試驗研究

雷 剛,劉永平,陳善文,黃晶明

(江西銅業股份有限公司貴溪冶煉廠)

引 言

黃金因其特殊的物理化學性質及交易價值,被廣泛應用于電子科技、航空航天、珠寶首飾等行業領域[1-2]。金在地幔和地殼中,常伴生于銅、鉛、鈷、鎳等礦石中,因極其稀少而十分珍貴。近年來,中國黃金冶煉行業發展迅速,不斷涌現出新的生產技術和工藝,涉及選礦、預處理、浸出、提取與回收、精煉等多個過程單元。其中,金的還原法是以金與Cl-發生配位反應轉變成金氯絡離子,再通過還原劑的作用使金氯絡合離子中金轉移至單質固料,達到回收、提煉金的目的[3-6]。

選礦行業技術人員針對金還原法開展了大量研究,總結提煉出多種各具優點的金還原方法及試劑。張忠堂[7]采用亞硫酸鈉溶液還原沉淀氯化浸出液中的金,金還原率達到 99 %;潘從明等[8]采用預水解法去除金氯化液中Ag、Sb、Bi等雜質,再通過草酸還原得到滿足IC-Au99.99要求的金粉;胡意文等[9]采用亞硫酸鈉控制金還原電位530～550 mV,氯化浸出液中98 %以上金被還原沉淀至粗金粉中,該方法對不同金含量或酸度的氯化浸出液都具有良好適應性;章尚發等[10]采用硫酸亞鐵選擇性還原氯化浸出液中的金,金還原率可達 99.7 %;方榮茂等[11]采用二氧化硫脲還原回收黃金冶煉廠電解廢液中的金,操作方便,回收率高;寧瑞等[12]采用片堿調節還原液初始pH,常溫下加入亞硫酸鈉控制終點電位538～560 mV,還原后溶液中金質量濃度≤30 mg/L。上述研究結果為含金溶液還原金提供了良好的工藝試劑選擇和終點判斷控制參考,具有流程短、成本低、易操作、反應速度快等特點;但不同國家、區域的原料和氣候不盡相同,存在還原出的粗金粉品質差異較大問題[13]。

因此,綜合現有研究成果,針對不同季節不同地域,尤其是在氣溫較低的冬季及其他寒冷地域,使用SO2氣體從低金高雜質氯化溶液中一步法還原得到顆粒粒度穩定、品質達到國家標準的粗金粉。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

研究選用銅陽極泥預處理脫除部分雜質后的渣經氯化浸出得到的含金溶液作為試驗原料,其化學成分分析結果見表1。由表1可知:溶液中Au質量濃度不足2 %,與雜質占比差額較大,為低金高雜質氯化溶液。

表1 含金溶液化學成分分析結果

1.2 試驗原理

向低金高雜質氯化溶液中通入還原性氣體SO2,控制反應電位,將溶液中的HAuCl4還原成粗金粉,反應方程式為:

1.3 試驗方法

量取一定量低金高雜質氯化溶液,開啟攪拌裝置,升溫后向溶液中通入12 %～14 %SO2氣體,對溶液中的Au進行還原,還原至終點電位580 mV后,過濾得到粗金粉和金還原后液。粗金粉使用鹽酸及清水各洗滌1次,烘干后用火試金法進行主金屬品位分析,經王水消解后采用原子吸收光譜法或電感耦合等離子體原子發射光譜法檢測分析樣品主要金屬含量;金還原后液進入深度還原,進一步提取回收溶液中Pt、Pd、Te、Se等。

2 試驗結果與討論

2.1 反應溫度

在低金高雜質氯化溶液50 L,攪拌速度100 r/min,SO2氣體流量15 mL/min,終點電位580 mV條件下,考察反應溫度對粗金粉品質的影響,試驗結果見圖1。由圖1可知:反應溫度50 ℃時,比較適合低金高雜質氯化溶液進行金還原。此時,粗金粉中雜質含量基本達到最低,金品位達到99.95 %以上,而Pb、Te、Pd等雜質元素含量較低。根據阿倫尼烏斯公式lnk=Ea/RT+lnA(式中:k為速率常數,Ea為表觀活化能,R為摩爾氣體常量,T為熱力學溫度,A為指前因子),隨著反應溫度降低,反應速率減慢,粗金粉的生成速率和顆粒增長速率緩慢,顆粒較小,表面不規則,夾帶雜質的能力更大。此外,Pb在溶液中主要以PbCl2存在,溶解度隨溫度下降而降低,易結晶析出后與金粉夾雜。但隨著溫度不斷升高,反應速率過快容易使溶液中Te、Pd等雜質被還原,降低金品位。綜合考慮,確定體系反應溫度50 ℃較為合適。

圖1 反應溫度對粗金粉品質的影響

2.2 攪拌速度

在低金高雜質氯化溶液50 L,反應溫度50 ℃,SO2氣體流量15 mL/min,終點電位580 mV條件下,考察攪拌速度對粗金粉品質的影響,試驗結果見圖2。由圖2可知:隨著攪拌速度增大,金顆粒受到的剪切力增大,表面細小顆粒溶解抑制了顆粒進一步長大,導致微量細小金粉容易被高雜質元素晶體或顆粒吸附,影響還原金的品質。攪拌速度過小,金顆粒受到剪切力小,顆粒相應增大,雖然大的金顆粒表面形貌單一平滑、致密性高、不易包裹或吸附其他雜質晶體,但在雜質含量較大條件下,攪拌速度過小,會出現局部過還原情況,造成溶液中雜質元素被還原,并與金顆粒一同沉降。因此,確定最佳攪拌速度為100 r/min。

圖2 攪拌速度對粗金粉品質的影響

2.3 SO2氣體流量

在低金高雜質氯化溶液50 L,反應溫度50 ℃,攪拌速度100 r/min,終點電位580 mV條件下,考察SO2氣體流量對粗金粉品質的影響,試驗結果見圖3。

圖3 氣體流量對粗金粉品質的影響

由圖3可知:SO2氣體流量過大,溶液中氧化電位下降過快,一些氧化電位較低的金屬氯絡離子會被還原,如[TeCl5]-、[PdCl6]2-、[PtCl6]2-等還原成Te、Pd、Pt。主要化學反應方程式為:

SO2氣體流量過大,粗金粉中雜質含量上升,且不利于Te、Pd、Pt等有價金屬回收;SO2氣體流量過小,金的還原效果差,尾液中金含量高,造成金的損失。最終確定SO2氣體流量為15 mL/min。

2.4 氯離子用量

圖4 氯離子對粗金粉品質的影響

2.5 驗證試驗

表2 粗金粉主要化學成分分析結果

3 結 語

針對雜質含量高的低品位含金氯化溶液,采用SO2氣體一步法還原制備高品質粗金粉,技術上是可行的。適宜條件下,可以較好地控制雜質析出,所得的粗金粉金品位可達99.95 %以上,符合國家標準要求。與其他方法相比,本方法步驟簡便,適用性廣,產品質量穩定,有價金屬回收率高;特別是在嚴寒地區或氣溫低的冬季,本方法溫度條件控制穩定,不受外界氣溫影響;還原前除鉛有效保證了產品雜質含量在較低水平,工藝穩定性高,具有良好的工業化推廣價值。