DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2001.04.040
银精矿加石灰焙烧过程中银的化学物相变化
清华大学核能技术研究院!北京102201
中南大学冶金科学与工程系!长沙410083
摘 要:
采用化学物相分析方法 , 定量研究了石灰和焙烧气氛对银精矿加石灰焙烧过程中银的化学物相及其相对含量变化的影响 , 并借助热力学分析手段初步探讨了石灰在主要载银矿物的氧化、解离过程中的作用机制。结果表明 :添加石灰能够大大地降低焙砂中的氧化物包裹银含量 , 如焙烧 2h后的氧化物包裹银含量由直接焙烧时的 11.0 8%降到有石灰存在时的 4 .15 % , 而与焙烧气氛的关系不大
关键词:
中图分类号: TF832
收稿日期:2000-08-31
基金:中国博士后科学基金 (中博基 [1999] 17号 );国家自然科学基金资助项目 ( 5 0 0 740 2 0 );原中国有色金属工业测试基金资助课题;
Chemical phase changes of silver in lime roast prosess of silver-gold concentrate
Abstract:
In order to explain the fact that lime roasting process (LRP) can evidently improve silver leaching yield, the influences of lime and roasting atmosphere on chemical silver phase types and their contents in the LRP of silver concentrate were studied quantificationally by chemical phase analytical method. The action of lime on oxidation and dissociation of silver existed minerals was also discussed primarily in virtue of thermodynamics calculations. The results show that amount of silver encapsulated in oxides of a calcine can be reduced obviously from 11.08% in the absence of lime to 4.15% in the presence of lime when roasting time is equal to 2?h, and is regardless of air or oxygen riched atmosphere.
Keyword:
silver concentrate; lime roast process; chemical phase of silver;
Received: 2000-08-31
尽管银与金的许多化学性质相似且两者常常共生, 其提取方法也基本相同, 但由于银是化学性质最活泼且价格最贱的贵金属元素, 故如何经济地处理含银矿石仍然是国内外冶金工作者未能很好解决的重要难题
1 实验
1.1 原料
银精矿系吉林某银矿的浮选精矿, 其主要化学成分见表1, 有关的其它物理化学性质参见文献
表1 银精矿的主要化学成分
Table 1 Mainly chemical compositions of silver concentrate %
Ag |
Au | Pb | Zn | Cu | Fe | Ca | |||||
0.44 |
17.3* | 2.05 | 2.27 | 0.39 | 26.49 | 0.99 | |||||
As |
SiO2 | Al2O3 | ST | CT | COrg | ||||||
0.11 |
19.15 | 3.89 | 25.29 | 6.71 | 6.69 |
*—g/t
1.2 实验过程
试验是在管状炉中进行的, 焙烧气氛由工业纯氧和工业级氮气调配。 每次试验时称取精矿1 g, 或质量比1∶1的熟石灰与精矿混合料2 g, 并装在瓷烧舟中。 当温度到达设定温度时, 将其置入石英管中部 (烧舟对管内温度的扰动很小) , 达设定温度时从炉中取出、 冷却, 并称重计算焙砂产出率后送物相分析。
2 实验结果与讨论
2.1 在空气中焙烧
对于难浸银精矿, 通常采用焙烧作为主要的预处理手段, 有时还需添加氯化钠或硫酸钠等试剂, 使难浸的银矿物转化为易溶于氰化物或稀硫酸溶液的银化合物, 如氰化银或硫酸银等。 为了定量地说明这一点, 分别对银精矿和600 ℃下焙烧2 h后的焙砂进行了化学物相分析, 其结果见表2中No.1和2数据, 并将由此计算出的各银物相含量的变化绘于图1。 由图可以直观地看出: 银精矿在大气中焙烧后, 其硫化物包裹银大大减少, 而自然银和氧化银及氧化物包裹银相应增加, 特别氧化物包裹银由0急剧增加到11.80%, 而这些氧化物在氰化浸出过程中并不溶解, 故所包裹的银将不能与氰化液接触而浸出回收; 同样, 氰化法也难以浸出未氧化的硫化物包裹银和脉石中银。 显然, 该焙砂理想的氰化浸银率至多能达到86%。 不过, 在酸性硫脲溶液中, 因硫酸能溶解少量铁氧化物等, 从而使部分银矿物解离而被硫脲溶液溶解, 这就是硫脲浸出指标比氰化法略高的原因, 但要将氧化物全部溶解, 经济上是不可取的。
2.2 在空气中加石灰焙烧
在600 ℃的大气气氛中将银精矿焙烧2 h后, 大部分银矿物虽然可以被解离出来, 但由于产生了11%左右的氧化物 (二次) 包裹银, 不仅其预处理效果不能令人满意, 同时还存在二氧化硫烟气的治理问题; 但银精矿加石灰焙烧不仅将有助于解决含二氧化硫的烟气治理问题, 而且会使焙砂中的氧化物包裹银数量明显减小。 现将银精矿与石灰焙烧0.5 h和2 h的焙砂分析结果列于表2 (即No.3和4样品) , 并将银精矿和焙砂中银物相间相对含量的变化情况绘于图2。 由此可见, 当焙烧时间由0.5 h延长至2 h时, 氧化物包裹部分由0增至22.73%, 最后又降至4.15%, 而硫化物包裹银从精矿的47.2%降至1.59%, 最终降至0.45%; 同时, 该图还表明:加石灰焙烧可大大降低氧化物包裹银。 这很好地解释了氰化加石灰焙烧的焙砂时, 银浸出率比普通焙烧条件下高约8%的试验现象
2.3 在富氧空气中加石灰焙烧
在普通空气气氛中, 加石灰焙烧时银矿物在一定的时间内可被解离出来, 而美国Freeport独立公司的专利
2.4 讨论
以上研究表明: 该银精矿在600 ℃的空气中焙烧2 h时后, 其焙砂中的银将有约11%的是以氧化物包裹银的形式存在, 因而难以用氰化法将其回收; 但在普通空气或富氧空气中与石灰一起焙烧时, 其焙烧产物中的氧化物包裹银含量却随着焙烧时间的延长而大幅度降低, 因而有利于提高银的浸出回收率。 显然, 石灰在银精矿的焙烧过程中起了很重要的作用。 为了初步探讨其作用机制, 首先探讨一下主要载银矿物—黄铁矿、 闪锌矿、 方铅矿等在石灰存在下的焙烧行为。
表2 银精矿及其焙砂中的银物相
Table 2 Chemical phases of silver in concentrate and calcines
No. |
Roasting conditions |
Silver content/ (g·t-1) |
|||||||||
θ/℃ |
t/h | Roasting atmosphere |
Additive | Natural oxide |
Argentite | Encapsulating minerals |
Total | ||||
Oxides |
Sulfides | Silicates | |||||||||
1 | RM | 490 | 1 780 | — | 2 030 | 31 | 4 331 | ||||
2 |
600 | 2 | Air | 1 950 | 1 780 | 480 | 80 | 41 | 4 331 | ||
3 |
600 | 0.5 | Air | Lime | 105 | 1 550 | 500 | 35.0 | — | 2 200 | |
4 |
600 | 2 | Air | Lime | 350 | 1 760 | 92.5 | 10 | 2.5 | 2 230 | |
5 |
600 | 0.5 | O2-riched | Lime | 85 | 1 570 | 523 | 25 | — | 2 205 | |
6 |
600 | 2 | O2-riched | Lime | 290 | 1 845 | 92.5 | 2.5 | 2.5 | 2 232 |
Note: The differences between sum of analytical data and total silver contents are mainly attributed to analytical error.
图1 银精矿及其焙砂中银物相含量的柱状分布图
Fig.1 Silver distribution in each silver phase in concentrate and its calcines
1—Natural silver and its oxide; 2—Argentite; 3—Silver encapsulated in oxides; 4—Silver encapsulatedin sulfides; 5—Silver encapsulated in silicates
图2 银精矿及其加石灰焙烧产物中银物相含量的柱状分布图
Fig.2 Silver distribution in each silver phase in concentrate and roasting products
1—Natural silver and its oxide; 2—Argentite; 3—Silver encapsulated in oxides; 4—Silver encapsulated in sulfides; 5—Silver encapsulated in silicates
由于黄铁矿 (FeS2) 是闪锌矿、 方铅矿和黄铜矿等有色金属硫化矿的主要共生矿物, 人们已对它们的焙烧行为进行了深入研究, 其主要结论为: 1) 黄铁矿的着火点温度为402 ℃, 粒度越细其着火点温度越低; 2) 在温度较低的条件下, 黄铁矿可以被氧化成低价铁盐, 而在较高的焙烧温度 (>500 ℃) 下, 低价或高价铁盐的热离解反应一般都进行得很快, 其氧化产物为Fe2O3或Fe3O4, 并且易与闪锌矿 (ZnS) 的氧化物 (ZnO) 生成铁酸锌, 而铁酸锌难以在碱性的氰化物体系中溶解, 故赋存在黄铁矿和闪锌矿中的银若被铁酸锌包裹则难以通过氰化法回收。 而另一主要载银矿物—方铅矿 (PbS) 在360~380 ℃时就会开始氧化生成PbO, PbSO4, 从表3的热力学计算可知, PbO及ZnO与该精矿中大量存在的SiO2 (含量高达19.15%) 相接触时, 易反应生成硅酸铅 (2PbO·SiO2或PbO·SiO2) 和硅酸锌 (2ZnO·SiO2) , 并随着温度的升高而其反应速度将稍有增加。 由于硅酸铅的熔点仅750~780 ℃的, 而硫化物燃烧时所放出的大量热量通常会导致炉料过热, 如Taylor等
图3 银精矿及其在富氧条件下加石灰焙烧产物中银物相含量的柱状分布图
Fig.3 Silver distribution in each silver phase in concentrate and oxygen-riched roasting products
1—Natural silver and its oxide; 2—Argentite;3—Silver encapsulated in oxides; 4—Silver encapsulated in sulfides; 5—Silver encapsulated in silicates
表3 某些化学反应的吉布斯自由能变化[16]
Table 3 Gibbs free energies of some chemical reactions at different temperatures
No. |
Chemical reaction equations | ΔG?600 | ΔG?800 | ΔG?1000 |
1 |
ZnO+Fe2O3=ZnO·Fe2O3 | -7.17 | -6.96 | -5.68 |
2 |
CaO+Fe2O3=CaO·Fe2O3 | -26.45 | -28.48 | -30.04 |
3 |
ZnO+SiO2=ZnO·SiO2 | 24.47 | 25.31 | 26.96 |
4 |
ZnO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+ZnO | -113.97 | -114.78 | -116.07 |
5 |
2ZnO+SiO2=2ZnO·SiO2 | -33.96 | -33.85 | -33.39 |
6 |
2ZnO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+2ZnO | -55.54 | -55.62 | -55.72 |
7 |
PbO+SiO2=PbO·SiO2 | -19.68 | -20.47 | -20.063 |
8 |
PbO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+PbO | -69.82 | -69.00 | -68.48 |
9 |
2PbO+SiO2=2PbO·SiO2 | -27.37 | -30.43 | -32.47 |
10 |
2PbO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+2PbO | -62.13 | -59.04 | -56.64 |
11 |
FeO+SiO2=FeO·SiO2 | 37.55 | 41.34 | 45.45 |
12 |
FeO·SiO2+CaO=CaO·SiO2+FeO | -127.05 | -130.81 | -134.56 |
13 |
FeO·SiO2+CaO+1/4O2=CaO·SiO2+1/2Fe2O3 | -258.37 | -260.51 | -263.73 |
此外, Milke等[15]研究砷黝铜矿的热行为时也发现: 550 ℃时脱硫、 砷的效果好, 但在强氧化气氛下因有一种低熔点化合物Cu3 (AsO4) 2生成, 即3CuO+As2O3+O2=Cu3 (AsO4) 2, 从而影响了该精矿颗粒的进一步氧化脱砷, 然而当有CaO存在时, As2O3将优先与CaO反应生成Ca3 (AsO4) 2。 由于采用的银精矿仅含少量的砷, 其氧化产物与CaO结合生成Ca3 (AsO4) 2后, 对主要银矿物的解离并不会有大的影响, 说明加石灰焙烧能够减少低熔点化合物, 有利于氧的传质过程。
3 结论
1) 银精矿在普通空气中焙烧时, 焙烧产物中自然银及氧化银 (硫酸银) 占主要部分, 其次为硫化银, 但氧化物包裹银达11.08%, 这是通常情况下焙烧时银浸出率偏低的主要原因。
2) 银精矿与石灰混合物, 不论是在普通空气中, 还是在较低浓度的富氧空气中焙烧 (600 ℃, 2 h) , 硫化银都是主要物相, 约占80%, 并且都经历了一个氧化包裹银从无到有 (高约24% 左右) , 随之又被解离的过程, 最终氧化物包裹银部分所占比例最高仅约4%, 即使加上其它包裹银, 其总和也不足5%。 这就很好地解释了银精矿加石灰焙烧后, 银回收率可显著改善的试验现象。 在银精矿焙烧过程中所加入的CaO有可能有效地减少了低熔点产物生成或使低熔点化合物慢慢地转化为CaSiO3等高熔点化合物, 最终使银矿物最大限度地解离。
致谢
长沙矿冶研究院黄宝贵教授和湖南有色金属研究院分析室熊玉英高工帮助完成了银的化学物相, 特此致谢。
参考文献
[1] WANGYun (王 云) .复杂银精矿的冶炼工艺概况[J].NonferrousMetals·MetallurgySection (有色金属·冶炼部分) , 1994 (1) :38.
[3] ThomasKG .Alkalineandacidautoalavingofrefractorygoldores[J].JOM , 1991, 43 (2) :16.