·1040 工程科学学报，第40卷，第9期 表4最大设定温度为80℃时的响应曲面优化值 04 Table 4 Response surface optimization values at maximum temperature of80℃ 0.3 NaOH浓度/Na2S浓度/ 种质量 序号 T/℃ 0.2 (molL-1)(mol-L-1) 分数/% 0.34 0.12 80.00 0.0868411 01 2 0.34 0.12 80.00 0.0868427 3 0.35 0.12 80.00 0.0868446 0.33 0.12 80.00 0.0868493 0) 0.3 0.4 5 0.36 0.12 80.00 0.0868641 实际值 6 0.34 0.12 80.00 0.0868916 图5模型预测值同实际值对比曲线 0.35 0.12 80.00 0.0871198 Fig.5 Comparison of model predictions with actual values 0.37 0.12 80.00 0.0872291 9 0.39 0.12 80.00 0.0872563 当Na,S浓度为0.08molL-1,随着NaOH浓度的增 10 0.41 0.11 80.00 0.0875844 大，响应值砷的质量分数逐渐变小，进入等高线0.1 11 0.43 0.11 80.00 0.0882573 包围的区域：当NaOH浓度增大到接近0.9molL-1 12 0.15 0.12 80.00 0.0902324 13 0.55 0.0911422 时，该响应值砷的质量分数进入等高线0.1和0.12 0.12 80.00 0.69 0.09 80.00 0.0935241 之间的区域，所以这一结论也验证了单因素实验结 15 0.70 0.08 80.00 0.0940302 果，随着氢氧化钠用量的增大，浸渣中砷含量逐渐 降低 表5优化验证试验结果 此外，图中结果显示温度对砷的浸出是有利的. Table 5 Optimization verification test results 在60℃时，等高线0.1包围的区域（即砷的质量分 温度/NaOH浓度/Na2S浓度/As质量分数/% 序号 数小于0.1%)只有很小的一个区域，随着反应温度 c (mol-L-1) (mol-L-1) 预测值实验值 的提高，等高线O.1包围的区域逐渐增大.这说明 60 0.46 0.12 0.09930.11 提高反应温度，最佳的Na,S和NaOH反应浓度范围 2 70 0.56 0.10 0.0924 0.1 也会逐渐扩大：温度越低就需要更加精确的控制 0 0.34 0.12 0.08680.08 Na,S和NaOH反应浓度 4 80 0.70 0.08 0.09400.09 2.2.4优化条件 化较小，甚至略有增大；Zn的质量分数有所降低，从 利用Design-Exert软件对仿真结果进一步优化 最初的1.51%下降到了1.38%；其中As的质量分 参数，当设置不同的反应温度区间时，得到的最优反 数变化最为明显，从最初的0.45%下降到了 应条件，如表4仅以80℃时的优化值做说明. 0.09%,说明绝大部分的砷都被浸出 从优化结果看，反应温度越大越利于药剂用量 的降低.在不影响浸出效率的情况下，希望温度越 表6浸出后硫酸渣中主要有价元素质量分数 Table 6 Chemical composition of the pyrite cinders after leaching 低越好、硫化钠的用量越少越好.因此，分别选取 % 60、70和80℃条件下的最优值进行试验，以验证优 Cu Zn Pb Fe As Au/(g-L-1) 化条件的可靠性，结果如表5所示.表5中的验证 0.781.38 0.9461.010.091.52 结果看，实验结果同预测值比较接近，在60℃的条 件下，预测值砷质量分数为0.0993%，经过试验得 图7是表5中最优条件4浸出得到渣的表面形 到的结果为0.11%：80℃的条件下，第一组预测值 貌.通过对图7中1、2、3处进行点扫，结果显示三 砷质量分数为0.0868%，而试验得到的结果为 处的物质成分大体一致，都包含0、Al、Si、Fe、Zn几 0.08%,所以实际试验结果同预测结果是非常接近 种元素.如图7中的二次电子扫描结果所示，其中 的，说明优化模型是可靠的. Fe质量分数高达57.98%，所以可以推断浸出渣中 2.3浸出后渣的分析及表征 的主要成分是氧化铁.从矿粒的表面形貌看，相比 将表5中最优条件4浸出得到的渣进行化学分 浸出前（图2），浸出后的矿相颗粒变得模糊，矿粒表 析，主要成分如表6所示.对比表1中的结果可以 面好像被腐蚀.可能是由于渣中含有氧化硅和氧化 发现，浸出前后烧渣中的Cu、Ph、Fe和Au的含量变 铝，均可同NaOH发生化学反应，生成的产物覆盖在工程科学学报，第 40 卷，第 9 期 图 5 模型预测值同实际值对比曲线 Fig． 5 Comparison of model predictions with actual values 当 Na2 S 浓度为 0. 08 mol·L － 1，随着 NaOH 浓度的增 大，响应值砷的质量分数逐渐变小，进入等高线 0. 1 包围的区域; 当 NaOH 浓度增大到接近 0. 9 mol·L － 1 时，该响应值砷的质量分数进入等高线 0. 1 和 0. 12 之间的区域，所以这一结论也验证了单因素实验结 果，随着氢氧化钠用量的增大，浸渣中砷含量逐渐 降低． 此外，图中结果显示温度对砷的浸出是有利的． 在 60 ℃ 时，等高线 0. 1 包围的区域( 即砷的质量分 数小于 0. 1% ) 只有很小的一个区域，随着反应温度 的提高，等高线 0. 1 包围的区域逐渐增大． 这说明 提高反应温度，最佳的 Na2 S 和 NaOH 反应浓度范围 也会逐渐扩大; 温度越低就需要更加精确的控制 Na2 S 和 NaOH 反应浓度． 2. 2. 4 优化条件 利用 Design-Exert 软件对仿真结果进一步优化 参数，当设置不同的反应温度区间时，得到的最优反 应条件，如表 4 仅以 80 ℃时的优化值做说明． 从优化结果看，反应温度越大越利于药剂用量 的降低． 在不影响浸出效率的情况下，希望温度越 低越好、硫化钠的用量越少越好． 因此，分别选取 60、70 和 80 ℃条件下的最优值进行试验，以验证优 化条件的可靠性，结果如表 5 所示． 表 5 中的验证 结果看，实验结果同预测值比较接近，在 60 ℃ 的条 件下，预测值砷质量分数为 0. 0993% ，经过试验得 到的结果为 0. 11% ; 80 ℃ 的条件下，第一组预测值 砷质 量 分 数 为 0. 0868% ，而试验得到的结果为 0. 08% ，所以实际试验结果同预测结果是非常接近 的，说明优化模型是可靠的． 2. 3 浸出后渣的分析及表征 将表 5 中最优条件 4 浸出得到的渣进行化学分 析，主要成分如表 6 所示． 对比表 1 中的结果可以 发现，浸出前后烧渣中的 Cu、Pb、Fe 和 Au 的含量变 表 4 最大设定温度为 80 ℃时的响应曲面优化值 Table 4 Ｒesponse surface optimization values at maximum temperature of 80 ℃ 序号 NaOH 浓度/ ( mol·L － 1 ) Na2 S 浓度/ ( mol·L － 1 ) T /℃ 砷质量 分数/% 1 0. 34 0. 12 80. 00 0. 0868411 2 0. 34 0. 12 80. 00 0. 0868427 3 0. 35 0. 12 80. 00 0. 0868446 4 0. 33 0. 12 80. 00 0. 0868493 5 0. 36 0. 12 80. 00 0. 0868641 6 0. 34 0. 12 80. 00 0. 0868916 7 0. 35 0. 12 80. 00 0. 0871198 8 0. 37 0. 12 80. 00 0. 0872291 9 0. 39 0. 12 80. 00 0. 0872563 10 0. 41 0. 11 80. 00 0. 0875844 11 0. 43 0. 11 80. 00 0. 0882573 12 0. 15 0. 12 80. 00 0. 0902324 13 0. 55 0. 12 80. 00 0. 0911422 14 0. 69 0. 09 80. 00 0. 0935241 15 0. 70 0. 08 80. 00 0. 0940302 表 5 优化验证试验结果 Table 5 Optimization verification test results 序号 温度/ ℃ NaOH 浓度/ ( mol·L － 1 ) Na2 S 浓度/ ( mol·L － 1 ) As 质量分数/% 预测值 实验值 1 60 0. 46 0. 12 0. 0993 0. 11 2 70 0. 56 0. 10 0. 0924 0. 1 3 80 0. 34 0. 12 0. 0868 0. 08 4 80 0. 70 0. 08 0. 0940 0. 09 化较小，甚至略有增大; Zn 的质量分数有所降低，从 最初的 1. 51% 下降到了 1. 38% ; 其中 As 的质量分 数变 化 最 为 明 显，从 最 初 的 0. 45% 下 降 到 了 0. 09% ，说明绝大部分的砷都被浸出． 表 6 浸出后硫酸渣中主要有价元素质量分数 Table 6 Chemical composition of the pyrite cinders after leaching % Cu Zn Pb Fe As Au /( g·L － 1 ) 0. 78 1. 38 0. 94 61. 01 0. 09 1. 52 图 7 是表 5 中最优条件 4 浸出得到渣的表面形 貌． 通过对图 7 中 1、2、3 处进行点扫，结果显示三 处的物质成分大体一致，都包含 O、Al、Si、Fe、Zn 几 种元素． 如图 7 中的二次电子扫描结果所示，其中 Fe 质量分数高达 57. 98% ，所以可以推断浸出渣中 的主要成分是氧化铁． 从矿粒的表面形貌看，相比 浸出前( 图 2) ，浸出后的矿相颗粒变得模糊，矿粒表 面好像被腐蚀． 可能是由于渣中含有氧化硅和氧化 铝，均可同 NaOH 发生化学反应，生成的产物覆盖在 · 0401 ·