黃金精細化學品的深加工及其產(chǎn)業(yè)化方案

□文/ 周全法 王琪

黃金精細化學品的深加工及其產(chǎn)業(yè)化方案

Gold Fine Chemicals Deep Processing and Industrialization Program

□文/ 周全法 王琪

黃：金深加工可以分為廣義深加工和狹義深加工，通過一系列的深加工將黃金制成一定的產(chǎn)品后在工業(yè)上有極為廣泛的用途。本文對黃金精細化學品的深加工及其產(chǎn)業(yè)化過程進行了有益探討，提出適合中小企業(yè)生產(chǎn)的一套產(chǎn)業(yè)化方案。

一、貴金屬深加工的概念

貴金屬深加工指的是將貴金屬單質或化合物通過一系列的加工過程，使其物理或化學形態(tài)發(fā)生變化，變成更有使用價值的貴金屬制品的過程。從廣義角度講，貴金屬礦物的開采和冶煉、傳統(tǒng)的首飾加工、貴金屬化學品和電子化學品的生產(chǎn)以及這些產(chǎn)品的使用過程都屬于貴金屬深加工的范疇。狹義的貴金屬深加工則通常僅僅指將貴金屬單質或經(jīng)過加工的貴金屬化合物再進一步加工成現(xiàn)代工業(yè)所需的各種制品的過程。在此過程中以化學反應為主要手段，輔以必要的化工單元操作來完成加工過程。有時將貴金屬的合金化以及合金化以后進一步加工成貴金屬單質或合金的板、箔、管、線的過程也納入貴金屬深加工的范疇中。狹義的貴金屬深加工作為一個新興精細化工行業(yè)，近年來得到了很大發(fā)展。它的蓬勃興起得益于工業(yè)用貴金屬制品需求量的快速增加和國家對貴金屬?？卣叩姆砰_。貴金屬深加工產(chǎn)品正逐步為眾多工業(yè)行業(yè)所認識和接受。但長期以來在貴金屬生產(chǎn)、加工和使用上形成的計劃經(jīng)濟體制，使我國的貴金屬深加工技術還處于初級階段，相應深加工產(chǎn)品的質量與發(fā)達國家的同類產(chǎn)品的質量相比還有很大的差距。本文討論的黃金深加工為狹義深加工，即將原料黃金通過一系列化學加工過程轉變?yōu)榫哂袕V泛工業(yè)用途的含金產(chǎn)品的過程。

與工業(yè)使用量最大的貴金屬——銀相比，金及鉑族金屬的精細化學品深加工有以下特點：一是反應中一次投料的黃金量比銀少得多。生產(chǎn)含銀產(chǎn)品時，銀的一次投料量一般以百千克為單位，而對于金和鉑族金屬而言，投料時一般都是以千克或克為單位；二是反應條件比銀深加工苛刻得多，從反應容器的耐腐蝕性、反應過程的復雜性，到反應后的有關單元操作的精細和嚴格性，都比銀深加工更苛刻。這些特點決定了黃金深加工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化過程要比白銀復雜得多。

二、黃金深加工產(chǎn)品和用途

目前，在工業(yè)上得到廣泛應用的金的精細化學品主要包括氯金酸(氯化金)、氰化金鉀、氰化亞金鉀、亞硫酸金鹽（鉀、鈉、銨鹽）、超細金粉、金水和金漿料等品種。這些含金產(chǎn)品的主要用途是作為下游工業(yè)產(chǎn)品的表面裝飾（如氯金酸、氰化金鉀、氰化亞金鉀、亞硫酸金鹽和金水等）和電子漿料中的導電物質（如超細金粉和各種含金漿料等）。由此可見，目前在工業(yè)上所利用的金的性質僅僅是它的高穩(wěn)定性和優(yōu)良的導電性。近年來隨著納米技術的發(fā)展，人們相繼發(fā)現(xiàn)了金的其他一些重要性質，如納米金粉極高的化學活潑性，使得貴金屬催化劑又增添了新的成員，納米金粉或負載有納米金粉的催化劑已經(jīng)被用于許多反應的催化；納米金粉隨顆粒大小不同和隨光照波長不同而顯示出不同的顏色的性質，已經(jīng)被用于高檔汽車等表面的裝飾，其效果是其任何金屬所無法替代的；某些含金化合物具有特殊的療效，已經(jīng)被用于某些疾病的防治，效果相當不錯?？梢婞S金深加工的內(nèi)涵實際上是一個動態(tài)概念，這一特征必須引起從事黃金深加工開發(fā)和生產(chǎn)的人員的高度重視。

三、黃金深加工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化過程

在黃金深加工過程中，如何將有關的基本原理和生產(chǎn)工藝轉變?yōu)楝F(xiàn)實的、可操作的生產(chǎn)圖紙，或者說如何把有關車間建造起來，是廣大深加工企業(yè)和深加工人員十分關心的事。在黃金深加工的車間設計和建造過程中，重點應該考慮以下幾方面的問題。

1. 生產(chǎn)工藝的切實可行性

這是在車間設計和建造過程中首先應該考慮的問題。如果有關深加工工藝不是自己親自設計和小試的，第一步工作應該是，對照工藝說明，親自將有關工藝操作一遍。一是為了論證工藝說明的科學性，二是為了在小試過程中，找出現(xiàn)行工藝上的不足，以便在中試過程中加以克服。如果經(jīng)過小試，沒有發(fā)現(xiàn)工藝科學性的問題，同時已經(jīng)完全掌握小試操作，對中試階段應該做的工作已經(jīng)心中有數(shù)，則可以進入中試階段。如果小試過程中發(fā)現(xiàn)問題不少或有關工藝根本不可行，或者根據(jù)自身情況和條件，無法滿足工藝上提出的原料、水電、環(huán)保等建立車間或工廠必須滿足的條件，則有關工作應該考慮停止，不能急于求成而硬著頭皮上馬項目。

2. 中試

在有關工藝經(jīng)過小試，沒有發(fā)現(xiàn)原則性問題后，應該考慮將小試中的規(guī)模放大，以便將來進一步擴大規(guī)模進入正式生產(chǎn)。對于黃金深加工而言，由于原料的貴重和其他安全原因，中試方案應該經(jīng)過充分論證。

（1）中試時一次投料的黃金量，至少應該處于正式生產(chǎn)的一次投料量的10%~50%之間。投料量過少，達不到中試的目的；投料量過大，會造成中試萬一失敗招致?lián)p失過大的麻煩。同時，在考慮中試方案時，應同時考慮黃金的回收方案。因為即使中試成功，所得產(chǎn)品也無法作為產(chǎn)品出售，一是數(shù)量問題，二是中試過程的工藝條件與最終正式生產(chǎn)的工藝條件畢竟還有差異。為了保證產(chǎn)品在技術指標上的均一性，所得中試產(chǎn)品除了留下少量作為樣品封存外，其他產(chǎn)品都應該重新回收。中試中考慮黃金的回收，也是為了在中試萬一失敗的情況下將損失降到最低限度。

（2）中試過程所用設備除了體積和大小外，應該與正式生產(chǎn)中所用設備采用相同質地的相同材料制成。黃金小試過程中所用的設備絕大部分為實驗設備，有關反應器、過濾器等均為玻璃材質，耐腐蝕性能強于中試和正式生產(chǎn)設備，但強度往往低于中試設備。例如，玻璃燒杯可以耐硝酸和王水腐蝕，但生產(chǎn)上不可能用玻璃燒杯來大量生產(chǎn)氯金酸和其他深加工產(chǎn)品，因為玻璃燒杯的體積對生產(chǎn)而言太小，同時機械強度不夠。因此，在需要使用王水的場合應使用聚四氟乙烯容器或經(jīng)過高溫燒結并可耐王水腐蝕的瓷質反應器。

（3）要充分考慮中試放大過程對反應過程的影響。小試時由于反應物的量比較少，攪拌等混合過程一般比較充分，相應的反應時間可以較短。而進入中試階段，隨著反應物料量的增加，反應物料的混合過程所占時間比小試要多得多，同時除反應以外的其他單元操作比小試復雜，占用時間也更多。因此在考慮中試方案時，反應時間和各有關單元操作的時間要比小試適當延長。

（4）人員配備應該考慮實際生產(chǎn)時的狀況。小試操作一般由有關技術人員獨立完成。進入中試階段，不能再由技術人員獨立操作，應該將實際生產(chǎn)中的有關操作人員(包括工人和技術人員)按照正式生產(chǎn)過程排班，將各有關操作人員的工作具體化和制度化，使他們能夠各司其職，盡快適應新的工作崗位和工作內(nèi)容。中試過程也是培養(yǎng)工人操作技能和形成正式生產(chǎn)操作規(guī)程和制度的過程。

3. 基建和設備采購安裝

中試成功以后，將進入基建和設備采購安裝階段。對黃金深加工而言，車間位置放在何處，應該充分考慮兩個因素：一是安全，二是環(huán)保。按照預定生產(chǎn)品種和生產(chǎn)量確定基建規(guī)模，同時適當考慮黃金深加工內(nèi)容的動態(tài)性，留有余地，搞出基建設計圖、施工圖和設備安裝圖。對于深加工過程中涉及到的大型設備（如鍋爐等）或需要在基建時同時考慮安裝的設備，應考慮將設備的選型和安裝與基建過程結合起來。設備安裝完畢后，經(jīng)過調(diào)試即可進入試生產(chǎn)階段。

4. 試生產(chǎn)

根據(jù)中試過程形成的操作規(guī)程和有關制度，將有關人員分配進入生產(chǎn)過程。按照正式生產(chǎn)的投料量進行投料，將整個試生產(chǎn)過程的操作參數(shù)作好詳細記錄，以便形成正式操作規(guī)程。所得產(chǎn)品經(jīng)過檢驗，如果合格，則表明試生產(chǎn)成功；如不合格，則應分析原因，進行第二次試生產(chǎn)，直至完全合格為止。

四、小型黃金深加工車間的設計實例

本設計按年消耗黃金500kg，生產(chǎn)氯金酸、氰化金鉀、氰化亞金鉀、亞硫酸金鹽、超細金粉、金水和含金電子漿料等品種設計?？偨ㄖ娣e為350m2，各工序和產(chǎn)品用房如圖1所示。黃金深加工的原則流程如圖2所示。

圖1 年消耗500kg黃金進行深加工用房示意圖

說明：

庫房：用于生產(chǎn)過程中貴重和劇毒物料的臨時存放。要求安裝2只抽風機用于通風，并設報警裝置。

值班室：白天用于生產(chǎn)人員臨時辦公和休息，晚上用于值班和夜班人員辦公。

溶金室：用于王水溶金，要求通風設施良好，電、氣、照明、上下水良好。IV為溶金控制室，III與IV之間設玻璃門。

電解室：要求同III，用于粗金提純、生產(chǎn)中的含金廢料的電解提純以及電解法生產(chǎn)氰化亞金鉀等產(chǎn)品，VI為電解控制室，與V之間設玻璃門。

金鹽生產(chǎn)室：用于將經(jīng)過III室溶金后的氯金酸轉化為氰化金鉀、氰化亞金鉀、亞硫酸金鹽等含金鹽。

金粉生產(chǎn)室：用于生產(chǎn)超細金粉、納米金粉以及含金催化劑。與金鹽生產(chǎn)室之間有門連通。

金水生產(chǎn)室：用于生產(chǎn)陶瓷工業(yè)所用的表面裝飾金水和亮鈀金水。與X（電子漿料生產(chǎn)室）之間開有連通門，X（電子漿料生產(chǎn)室）用于生產(chǎn)電子工業(yè)所需的各類含金電子漿料，在條件許可的情況下，也可以含銀、含鈀等各類貴金屬漿料?？紤]到黃金深加工內(nèi)容的動態(tài)性質，在設計時留出一間備用室，以便在開發(fā)和生產(chǎn)其它深加工產(chǎn)品時所用。

圖2 黃金深加工的原則流程圖

說明：

步驟①是王水溶金得到氯金酸：此步通常是黃金深加工的第一步。操作中應注意的問題有：

a．原料金應保證有足夠的純度。雖然在溶金后可以將原料金中的大部分銀以氯化銀的形式過濾除去，但原料金中所含有的其他金屬雜質在后續(xù)步驟中很難除去，影響后續(xù)深加工產(chǎn)品的質量；

b．小批量溶金可以用燒杯，大批量溶金則通常用耐王水的高溫燒結瓷質容器或聚四氟乙烯容器，內(nèi)置加熱裝置；

c．投料時必須保證黃金過量，反應結束時未反應的金轉入下一循環(huán)使用；

d．氯金酸固體容易吸濕和潮解，因此除了少量必須以固體形式作為產(chǎn)品出售以外，王水溶金后的氯金酸一般以液體狀態(tài)包裝。

②~⑧步驟是目前黃金深加工的主要內(nèi)容，每一類產(chǎn)品的生產(chǎn)方法有許多種，在考慮生產(chǎn)工藝時可以參考有關文獻，結合自身實際而選擇。

作者單位： 江蘇省貴金屬深加工技術及其應用重點建設實驗室
江蘇省電子廢棄物資源循環(huán)工程中心

（略）