真空热解工艺脱除金矿石中的砷铅研究

2022-07-13阳建国马红周王致娴王耀宁谢鸿蔚王丁丁

现代矿业 2022年6期

阳建国马红周王致娴王耀宁谢鸿蔚王丁丁

（1.中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司；2.西安建筑科技大学冶金工程学院；3.陕西省黄金与资源重点实验室）

砷铅对金矿石提金均产生不利影响。金矿中的砷主要以毒砂的形式存在，脱砷方法主要有焙烧氧化法［1-4］、溶液浸出法［5-6］、真空分解法［7-8］等。焙烧氧化法是将砷矿物中的砷转变为As2O3气体而脱除，溶液浸出法是将砷矿物中的砷转入溶液而脱除，这2种方法均会产生二次污染物，需要进一步处理。真空分解法是将矿物中的含砷成分分解并冷凝为砷或硫化砷［9］，由于真空分解过程可在封闭体系中完成，因而可控制污染物的无组织排放，对环境污染较小。在含硫金矿提金过程中，其中的铅无法直接提取，为尽量消除铅对提金的不利影响，普遍对金矿铅含量提出严格要求。

本研究采用真空分解脱砷及真空碳热还原铅的方法分别对含硫金矿中砷的脱除及铅的回收进行了研究，即在低温条件下进行热分解脱砷，脱砷后升温回收矿物中的铅，从而实现含砷铅金矿中砷、铅的分离提取。

1 试验原料

将含砷铅金矿石碎至D90≤1 mm。试验原料主要化学成分分析结果见表1，主要矿物组成见表2。

注：Au、Ag的含量单位为g/t。

从表2可以看出，原料中的主要含砷矿物为毒砂，含铅矿物为方铅矿。

2 主要矿物受热分解分析

原料中的主要矿物为闪锌矿、方铅矿、毒砂、黄铁矿、白云石等。真空分解硫化物产生的硫蒸气中硫主要为S2［10］，ZnS在1 100℃无添加剂参与时无法分解［11］，黄铁矿常压下的分解温度为400～800℃（最大分解反应速度区间在600～700℃［12］。各主要硫化物的热分解反应式：

利用HSCchemistry 6.0计算反应式（1）～（6）体系压力为20 Pa时的△G—T图，计算结果见图1。

从图1可以看出，真空条件下6个反应均可发生，硫化铅的分解反应温度为900℃，硫化锌的分解反应温度为1 000℃左右，硫化铅直接挥发的温度为900℃左右，硫化铅在有碳与CaO参与条件下生成铅蒸气的反应温度为600℃左右，即硫化铅在配入CaO后进行碳还原可显著降低硫化铅生成铅的温度。因此，基于上述理论开展了含砷铅硫化金矿石中砷、铅的分离研究。

3 试验方法

（1）脱砷试验方法。在原料中配入质量比1.5%的膨润土及2%的水，混合均匀后用20 MPa压力压制成φ20 mm×10 mm的圆柱体，在100℃下干燥4 h后备用。将烘干后的压块称重后放入刚玉坩埚内，坩埚放入管式炉内后抽真空（20 Pa），加热至一定温度后保温一定时间，然后随炉冷却至100℃时破真空，测定产物的质量、主要成分含量，并计算脱砷率。

（2）脱铅试验方法。在原料中配入质量比1.5%的膨润土、2%的水和0.5%的兰炭粉，混合均匀后用20 MPa压力压制成φ20 mm×10 mm的圆柱体，在100℃下干燥4 h后备用。将烘干后的压块称重后放入刚玉坩埚内，坩埚放入管式炉内后抽真空（20 Pa），加热至一定温度后保温30 min，然后随炉冷却至100℃时破真空，测定产物的质量、主要成分含量，并计算脱砷率。将脱砷后的物料再置于真空炉内（20 Pa），升温至脱铅温度后保温一定时间，然后随炉冷却至100℃时破真空，测定产物的质量，分析铅、砷含量，计算脱砷率和脱铅率。

4 试验结果与分析

4.1 真空加热脱砷试验

干燥后的压块在600℃保温一定时间，砷、硫脱除率试验结果见表3，保温30 min后产物的主要矿物含量见表4。

4.2 真空加热脱铅试验

对600℃和900℃保温30 min的脱砷、硫（图2）产物继续进行脱铅，试验结果见表5。

4.3 结果分析

（1）产物中主要矿物在常压及真空条件下的分解规律。根据热力学计算可得，常压、无氧化剂参与、1 200℃以下矿物中毒砂和黄铁矿可以分解，并且毒砂较黄铁矿易分解；矿物中的方铅矿和闪锌矿不能分解；在真空度为20 Pa、1 200℃以下时，产物中的主要矿物随温度升高的分解顺序为毒砂、黄铁矿、硫化铅、硫化锌；硫化铅在1 000℃左右能直接转变为气态硫化铅；在有碳与CaO参与时，硫化铅开始转变为气态铅蒸气的温度为600℃左右，较硫化铅直接转变为气态硫化铅的温度低。

（2）砷铅脱除规律。在600℃可实现金矿中砷的脱除，渣中砷含量可降至0.2%以下，碳对矿物脱砷无影响，脱砷时铅不会被脱除；有还原剂兰炭粉情况下，铅在900℃可有效脱除。白云石在527℃即可分解为MgO和CaO［13］，白云石分解产生的CaO会参与到PbS的还原挥发过程中，促进铅的挥发（反应式（6））。