加壓氧化浸出工藝的機(jī)理研究

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1、張文波廈門紫金礦冶技術(shù)有限公司，福建廈門361101摘要：加壓浸出法具有流程短、砷浸出率高、浸出時間短及無SO2等有毒物質(zhì)產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，是預(yù)處理含硫、砷金礦石或金精礦的有效手段。在酸性介質(zhì)中，硫化物、鐵化合物與砷化物發(fā)生高溫氧化的主要反應(yīng)包括3種形式：硫化物全部被氧化成硫或硫酸鹽，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe2+被氧化成Fe3+，砷被氧化成砷酸鹽。隨著易處理礦石資源日益減少，加壓浸出法在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛，但對其浸出機(jī)理的研究相對較少。本文對熱壓氧化處理中的3個主要元素砷、硫和鐵在加壓浸出過程中的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵

2、詞：金；砷；硫；鐵；加壓浸出；熱壓氧化；化學(xué)反應(yīng)中圖分類號：TD953文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1005-2518（2011）05-0040-05加壓氧化法加壓氧化法始于20世紀(jì)50年代有色冶金工業(yè)中，用于從硫化礦精礦（如硫化鋅精礦）中提取有色金屬，后來由于以加拿大SherrittGordon公司為代表的一些單位卓有成效的工作，該方法已成為預(yù)處理含硫、砷金礦石或精礦的有效手段。由于高溫氧化作用使金精礦等礦物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)發(fā)生改變，致使原來被包裹的金充分暴露，有利于氰化浸出[1]。加壓浸出法的優(yōu)點(diǎn)：首先，使精礦中的硫化物轉(zhuǎn)

3、變?yōu)镾元素或硫酸鹽，不產(chǎn)生SO2，防止了有害氣體的排放；其次，物料中的鐵能沉淀為赤鐵礦副產(chǎn)品，約含有60%（質(zhì)量）的鐵，可直接銷售，減小了尾礦的處置；另外，加壓浸出廠與焙燒爐不同，工藝過程的嚴(yán)格控制不是關(guān)鍵因素。加壓浸出工藝能使難浸物料變得易于浸出與氰化，通常金屬回收率較高。加壓浸出法對礦石（含有4%~5%的硫就能進(jìn)行自熱氧化）和精礦都可進(jìn)行處理，甚至能處理硫品位較低的精礦，如在某些情況下直接處理礦石，可獲得更高的金屬回收率。同時，便于處理一些環(huán)境敏感雜質(zhì)，工藝過程中不排放SO2或As2O3。加壓氧化可在酸性和堿性

4、介質(zhì)中進(jìn)行，但由于試劑（NaOH）費(fèi)用高和砷（Na3AsO4）難處理的問題，阻礙了堿性加壓法的發(fā)展，所以多數(shù)企業(yè)采用在酸性介質(zhì)中進(jìn)行加壓浸出。因此，氧氣（約60％）與中和處理（約40％）的費(fèi)用是加壓浸出工藝中最大的兩項(xiàng)直接費(fèi)用。目前，砷、硫和鐵在加壓氧化處理過程中的浸出機(jī)理大多是在研究金精礦熱壓氧化預(yù)處理過程中發(fā)展來的。金精礦熱壓氧化預(yù)處理過程中涉及砷、硫和鐵的礦物主要有砷黃鐵礦、黃鐵礦和磁鐵礦。1加壓氧化法的反應(yīng)機(jī)理酸性加壓浸出法是目前常用的金精礦處理方法。在預(yù)處理金精礦中一般都應(yīng)采用高于S0熔點(diǎn)（119℃）的溫

5、度，最好采用170℃以上的溫度，以便于黃鐵礦和砷黃鐵礦完全氧化，使S0的生成量最少。因?yàn)榱驎菇鸢?，并且在加壓氧化過程中硫化物不發(fā)生反應(yīng)，甚至?xí)黾雍罄m(xù)氰化處理的試劑用量，所以應(yīng)盡量減少S元素的生成量。目前，采用加壓氧化法預(yù)處理金精礦的工藝，一般是在溫度為170~225℃、壓力為1100~3200KPa及氧分壓為350~700KPa的條件下進(jìn)行，并且在1~3h內(nèi)使硫化物基本上達(dá)到完全氧化，難浸金完全解離[2]。加壓氧化的原理：在酸性介質(zhì)中，硫化物、鐵化合物與砷化物發(fā)生高溫氧化的主要反應(yīng)包括硫化物全部被氧化成硫酸鹽

6、，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的Fe2+被氧化成Fe3+，砷被氧化成砷酸鹽。在工業(yè)實(shí)踐中，F(xiàn)e3+2與AsO2-在高壓釜中水解后沉淀為赤鐵礦、堿式硫4酸鐵、黃鉀鐵礬、臭蔥石（FeAsO·2HO）和（或）堿式42砷酸鐵[2-3]，當(dāng)存在鉀和鈉時（由某些脈石組分溶解產(chǎn)生），預(yù)計(jì)有一部分硫酸鐵會水解成相應(yīng)的黃鉀鐵礬。在金精礦預(yù)處理過程中，砷和鐵的沉淀率以及沉淀物的性質(zhì)和組分均與溫度、酸濃度、硫酸鹽總濃收稿日期：2011-08-25；修訂日期：2011-09-16.作者簡介:張文波（1987-），男，福建永春人，助理工程師，從事濕法冶金

7、工作.zwenbo87@foxmail.com402011年10月度、礦漿濃度、硫化礦成分金品位及脈石組分的性質(zhì)和數(shù)量有關(guān)。一般情況下，在加壓浸出過程中可使80%~98%的砷和60%~95%的鐵沉淀。進(jìn)一步處理酸性氧化浸出液時（無論是否預(yù)先進(jìn)行固—液分離，用石灰將酸性廢液中和至pH約為10~11，此時，砷酸鐵、硫酸鈣及其他金屬的氫氧化物將沉淀出來），能以沉淀物形式除去所有污染環(huán)境的雜質(zhì)，而被解離的金仍保留在氧化浸渣中，以便用常規(guī)方法進(jìn)行回收[2]。美國EPA（環(huán)境保護(hù)署）標(biāo)準(zhǔn)毒性試驗(yàn)證明這類固體廢料無毒。當(dāng)砷酸鐵中

8、的鐵與砷之比＞2時，被認(rèn)為是穩(wěn)定的，這一特點(diǎn)對含砷高的礦石很重要，因?yàn)楸簾擃惖V石會嚴(yán)重污染大氣。為了解決高溫加壓預(yù)氧化工藝在工業(yè)化過程中遇到的問題，根據(jù)不同的礦性，還可采用堿性加壓和低壓催化氧化預(yù)處理等工藝[1]。熱壓氧化處理過程中，砷、硫和鐵的相關(guān)化學(xué)反應(yīng)情況如下。2.1砷黃鐵礦（FeAsS）反應(yīng)機(jī)理金精礦在硫酸和硫酸鐵大量存在且溫度為100~150℃的