雷 刚,刘永平,陈善文,黄晶明

(江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂)

引 言

黄金因其特殊的物理化学性质及交易价值,被广泛应用于电子科技、航空航天、珠宝首饰等行业领域[1-2]。金在地幔和地壳中,常伴生于铜、铅、钴、镍等矿石中,因极其稀少而十分珍贵。近年来,中国黄金冶炼行业发展迅速,不断涌现出新的生产技术和工艺,涉及选矿、预处理、浸出、提取与回收、精炼等多个过程单元。其中,金的还原法是以金与Cl-发生配位反应转变成金氯络离子,再通过还原剂的作用使金氯络合离子中金转移至单质固料,达到回收、提炼金的目的[3-6]。

选矿行业技术人员针对金还原法开展了大量研究,总结提炼出多种各具优点的金还原方法及试剂。张忠堂[7]采用亚硫酸钠溶液还原沉淀氯化浸出液中的金,金还原率达到 99 %;潘从明等[8]采用预水解法去除金氯化液中Ag、Sb、Bi等杂质,再通过草酸还原得到满足IC-Au99.99要求的金粉;胡意文等[9]采用亚硫酸钠控制金还原电位530～550 mV,氯化浸出液中98 %以上金被还原沉淀至粗金粉中,该方法对不同金含量或酸度的氯化浸出液都具有良好适应性;章尚发等[10]采用硫酸亚铁选择性还原氯化浸出液中的金,金还原率可达 99.7 %;方荣茂等[11]采用二氧化硫脲还原回收黄金冶炼厂电解废液中的金,操作方便,回收率高;宁瑞等[12]采用片碱调节还原液初始pH,常温下加入亚硫酸钠控制终点电位538～560 mV,还原后溶液中金质量浓度≤30 mg/L。上述研究结果为含金溶液还原金提供了良好的工艺试剂选择和终点判断控制参考,具有流程短、成本低、易操作、反应速度快等特点;但不同国家、区域的原料和气候不尽相同,存在还原出的粗金粉品质差异较大问题[13]。

因此,综合现有研究成果,针对不同季节不同地域,尤其是在气温较低的冬季及其他寒冷地域,使用SO2气体从低金高杂质氯化溶液中一步法还原得到颗粒粒度稳定、品质达到国家标准的粗金粉。

1 试验部分

1.1 试验原料

研究选用铜阳极泥预处理脱除部分杂质后的渣经氯化浸出得到的含金溶液作为试验原料,其化学成分分析结果见表1。由表1可知:溶液中Au质量浓度不足2 %,与杂质占比差额较大,为低金高杂质氯化溶液。

表1 含金溶液化学成分分析结果

1.2 试验原理

向低金高杂质氯化溶液中通入还原性气体SO2,控制反应电位,将溶液中的HAuCl4还原成粗金粉,反应方程式为:

1.3 试验方法

量取一定量低金高杂质氯化溶液,开启搅拌装置,升温后向溶液中通入12 %～14 %SO2气体,对溶液中的Au进行还原,还原至终点电位580 mV后,过滤得到粗金粉和金还原后液。粗金粉使用盐酸及清水各洗涤1次,烘干后用火试金法进行主金属品位分析,经王水消解后采用原子吸收光谱法或电感耦合等离子体原子发射光谱法检测分析样品主要金属含量;金还原后液进入深度还原,进一步提取回收溶液中Pt、Pd、Te、Se等。

2 试验结果与讨论

2.1 反应温度

在低金高杂质氯化溶液50 L,搅拌速度100 r/min,SO2气体流量15 mL/min,终点电位580 mV条件下,考察反应温度对粗金粉品质的影响,试验结果见图1。由图1可知:反应温度50 ℃时,比较适合低金高杂质氯化溶液进行金还原。此时,粗金粉中杂质含量基本达到最低,金品位达到99.95 %以上,而Pb、Te、Pd等杂质元素含量较低。根据阿伦尼乌斯公式lnk=Ea/RT+lnA(式中:k为速率常数,Ea为表观活化能,R为摩尔气体常量,T为热力学温度,A为指前因子),随着反应温度降低,反应速率减慢,粗金粉的生成速率和颗粒增长速率缓慢,颗粒较小,表面不规则,夹带杂质的能力更大。此外,Pb在溶液中主要以PbCl2存在,溶解度随温度下降而降低,易结晶析出后与金粉夹杂。但随着温度不断升高,反应速率过快容易使溶液中Te、Pd等杂质被还原,降低金品位。综合考虑,确定体系反应温度50 ℃较为合适。

图1 反应温度对粗金粉品质的影响

2.2 搅拌速度

在低金高杂质氯化溶液50 L,反应温度50 ℃,SO2气体流量15 mL/min,终点电位580 mV条件下,考察搅拌速度对粗金粉品质的影响,试验结果见图2。由图2可知:随着搅拌速度增大,金颗粒受到的剪切力增大,表面细小颗粒溶解抑制了颗粒进一步长大,导致微量细小金粉容易被高杂质元素晶体或颗粒吸附,影响还原金的品质。搅拌速度过小,金颗粒受到剪切力小,颗粒相应增大,虽然大的金颗粒表面形貌单一平滑、致密性高、不易包裹或吸附其他杂质晶体,但在杂质含量较大条件下,搅拌速度过小,会出现局部过还原情况,造成溶液中杂质元素被还原,并与金颗粒一同沉降。因此,确定最佳搅拌速度为100 r/min。

图2 搅拌速度对粗金粉品质的影响

2.3 SO2气体流量

在低金高杂质氯化溶液50 L,反应温度50 ℃,搅拌速度100 r/min,终点电位580 mV条件下,考察SO2气体流量对粗金粉品质的影响,试验结果见图3。

图3 气体流量对粗金粉品质的影响

由图3可知:SO2气体流量过大,溶液中氧化电位下降过快,一些氧化电位较低的金属氯络离子会被还原,如[TeCl5]-、[PdCl6]2-、[PtCl6]2-等还原成Te、Pd、Pt。主要化学反应方程式为:

SO2气体流量过大,粗金粉中杂质含量上升,且不利于Te、Pd、Pt等有价金属回收;SO2气体流量过小,金的还原效果差,尾液中金含量高,造成金的损失。最终确定SO2气体流量为15 mL/min。

2.4 氯离子用量

图4 氯离子对粗金粉品质的影响

2.5 验证试验

表2 粗金粉主要化学成分分析结果

3 结 语

针对杂质含量高的低品位含金氯化溶液,采用SO2气体一步法还原制备高品质粗金粉,技术上是可行的。适宜条件下,可以较好地控制杂质析出,所得的粗金粉金品位可达99.95 %以上,符合国家标准要求。与其他方法相比,本方法步骤简便,适用性广,产品质量稳定,有价金属回收率高;特别是在严寒地区或气温低的冬季,本方法温度条件控制稳定,不受外界气温影响;还原前除铅有效保证了产品杂质含量在较低水平,工艺稳定性高,具有良好的工业化推广价值。