降低亞鈉法沉金后液含金量的工業(yè)試驗

張曉兵 伍依愛

(大冶有色金屬有限公司，湖北 黃石 435005)

0 前言

電解精煉時，銅電解陽極泥的產(chǎn)率一般為粗銅陽極板重量的0.2%～1.0%[1]，其主要成分有Au、Ag、Cu、Pb、Se、Te、As、Sb、Bi、Ni、Fe、S、Sn、SiO2、Al2O3、鉑族等。目前，銅陽極泥已經(jīng)成為貴金屬(金、銀、鉑、鈀)以及稀散金屬(硒、碲)的主要來源。某冶煉廠的黃金生產(chǎn)主要是提取銅電解陽極泥中的金，年產(chǎn)黃金10 t(含金量為99.99%)。采用濕法工藝處理銅陽極泥，銅電解陽極泥焙燒后，焙砂(蒸硒渣)經(jīng)過分銅后氯化分金；分金后液通過亞硫酸鈉還原沉金得到粗金粉；沉金后液通過調(diào)節(jié)pH 值后，生成鉑鈀精礦，鉑鈀精礦進(jìn)入下一步工序再進(jìn)行金、鉑、鈀、碲等金屬元素的分離，各工序的主要物料成分見表1。

目前，沉金工序在生產(chǎn)時，溶液中經(jīng)常出現(xiàn)不易沉淀的絮凝狀顆粒，導(dǎo)致部分含金顆粒隨著沉金后液進(jìn)入鉑鈀精礦中[2]，延長了這部分金的生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)而造成金的生產(chǎn)成本上升。針對上述問題，通過一系列試驗方案對可能影響沉金后液含金量的各因素進(jìn)行分析，并根據(jù)試驗結(jié)論對沉金后液的處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期降低沉金后液中的金含量，進(jìn)而降低黃金的生產(chǎn)成本。

表1 某冶煉廠各工序主要物料成分

1 沉金試驗過程

1.1 試驗原料

某冶煉廠試驗用的原液為分金崗位正常生產(chǎn)時產(chǎn)出的分金后液，分金崗位的主要工藝參數(shù)和分金后液主要成分見表2。試驗試劑主要有亞硫酸鈉(Na2SO3)、焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)、工業(yè)硫酸(H2SO4，98%)、氯酸鈉(NaClO3)等。

表2 分金崗位的主要工藝參數(shù)和分金后液的主要成分

1.2 試驗原理

沉金過程的原理是在分金后液中加入亞硫酸鈉使其發(fā)生如下氧化還原反應(yīng):

上述氧化還原反應(yīng)的方向和趨勢大小可以用式(2)的電極電勢表示:

式中:φ——反應(yīng)的電極電勢；

1.3 試驗方法及過程

在實驗室環(huán)境下和實際工業(yè)條件下，沉金過程既存在原理的相通性又存在結(jié)果的差異性。因此，在實驗室進(jìn)行定性和可行性試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實際生產(chǎn)運行中的工業(yè)級試驗是必要的。沉金工藝流程如圖1 所示。分金工藝采用的是目前主流的氯化法，氧化劑為氯酸鈉，分金后液的金還原采用的是SO2還原法，還原劑為亞硫酸鈉或焦亞硫酸鈉。沉金過程的工業(yè)生產(chǎn)在一個容積為20 m3的反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)溶液體積控制在17 m3左右。反應(yīng)完成后，澄清1～2 h，然后將上清液(約15.5 m3)通過旁通閥直接排放至沉金后液槽作為沉鉑鈀工序的原料。反應(yīng)釜底部剩余的1.5 m3底液通過真空過濾桶過濾后，尾液排入沉金后液槽，濾餅部分即為該工序的產(chǎn)品——粗金粉。實驗室試驗時，用1 L 的燒杯作為反應(yīng)容器，取適量溶液，加入一定量還原劑，反應(yīng)一定時間后用抽濾瓶進(jìn)行過濾。

2 試驗結(jié)果與討論

結(jié)合上文提到的試驗原理和實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗，影響沉金效果的因素主要有pH 值、溶液中氯離子的含量、還原劑的添加量、反應(yīng)溫度等。

2.1 pH 值對沉金后液含金量的影響

為了判斷pH 值的降低對懸浮物的沉降是否有促進(jìn)作用，首先在現(xiàn)場進(jìn)行沉金過程加酸的小試。當(dāng)加入98%的濃硫酸后，渾濁的溶液立刻變清亮，但未見金粉沉降。推測加酸并不能加速金粉沉降，反而酸度高會導(dǎo)致一些重金屬雜質(zhì)離子和金大量溶解。為進(jìn)一步驗證效果，設(shè)計了實驗室對比試驗。由于pH 值在過低的情況下難以精確測量，對3 組原液分別添加4 g、8 g、12 g 的NaOH 進(jìn)行沉金的對比試驗，原液量均為1 L，試驗結(jié)果見表3。

圖1 某冶煉廠沉金工藝流程圖

表3 pH 值對沉金后液含金量的影響結(jié)果

從表3 可以得出，在目前的pH 值環(huán)境下，提高pH 值對沉后液含金量的影響很小，而且pH 值的升高，會導(dǎo)致部分鉑鈀沉降到粗金粉中，對鉑鈀的富集起到了負(fù)面效果[4-5]。

2.2 氯酸鈉添加量對分金渣含金量的影響

根據(jù)反應(yīng)原理，溶液中氯離子的減少，應(yīng)有利于金粉的沉降，且在高酸高氯的氛圍下，已沉降的金粉也會發(fā)生反應(yīng)，重新被氧化成(俗稱返溶)。而分金后液中的氯離子，來源于分金反應(yīng)過程中添加的氯酸鈉，目前添加量為9 包/釜，每包25 kg。分金過程中氯酸鈉的過量添加主要是為了降低分金渣中的金含量。針對是否可以降低分金過程中氯酸鈉的添加量，在分金反應(yīng)釜做了6 組對比試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 氯酸鈉添加量對分金渣含金量的影響

從表4 中可以看出，氯酸鈉添加量降低至4 包時，分金渣含金量出現(xiàn)了急劇升高現(xiàn)象；在添加量為5～6包時，分金渣含金量有升高現(xiàn)象；在添加量為7～9 包時，分金渣含金量沒有明顯變化。

2.3 升溫趕氯對分金后液含金量的影響

氯離子的減少，除了在前面工序減少氯酸鈉添加量外，還可以通過對溶液的處理來實現(xiàn)。根據(jù)氯氣在水中的溶解度隨溫度和酸度的升高而降低的原理，在實驗室設(shè)計了4 組對比試驗，各取1 L 分金后液在燒杯中進(jìn)行試驗，不同處理方式下分金后液的變化情況見表5。處理完成后，將各組溶液自然降溫至室溫，然后進(jìn)行沉金反應(yīng)，試驗結(jié)果見表6。

表5 不同趕氯處理方式下的分金后液變化情況

表6 不同趕氯處理方式下的沉金情況

由表5 和表6 可知，加酸趕氯，即溫度升至溶液沸騰后加酸，反應(yīng)太過劇烈，溶液有飛濺現(xiàn)象。加3 mL 硫酸后停止，工業(yè)生產(chǎn)中也不允許在高溫溶液中加酸，該方案不可行。在進(jìn)行升溫處理的3 組試驗中，分金后液均未有固體析出，溶液顏色都出現(xiàn)了由亮黃色變至棕色的過程，初步判斷為氯氣的顏色，趕氯有利于溶液中氧化氛圍的降低。趕氯后的分金后液再進(jìn)行沉金，溶液均迅速變渾濁，有大量金粉析出，且金粉團(tuán)聚現(xiàn)象較好，靜置一段時間后，均在1 h內(nèi)澄清，固液出現(xiàn)明顯界線。由于沉金后液在沉鉑鈀工序作為原料進(jìn)行生產(chǎn)時，需加堿使溶液呈弱堿性，在沉金工序加酸，會使沉鉑鈀工序成本相對上升，因此在加酸沒有明顯優(yōu)勢的情況下，暫不考慮在沉金工序加酸。

2.4 溫度變化對沉金后液含金量的影響

通過趕氯試驗可知，通過溶液升溫來減少氯離子的濃度，進(jìn)而降低沉金后液的含金量具有可行性，為進(jìn)一步探索合適的條件，繼續(xù)對反應(yīng)溫度進(jìn)行試驗。工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)釜的升溫由反應(yīng)釜夾套通蒸汽完成，升溫后再降溫，所需時間較長。與常溫沉金過程相比，生產(chǎn)時間延長。為找出沉金反應(yīng)的最佳溫度，在溫度10～100 ℃以每10 ℃為一個間隔，分別取1 L 分金后液進(jìn)行試驗，結(jié)果見表7。

表7 溫度變化對沉金后液含金量的影響

由于沉金反應(yīng)亞硫酸鈉的加入量是根據(jù)反應(yīng)終點的判斷來進(jìn)行調(diào)節(jié)，在不同的溫度下，亞硫酸鈉的添加量有所區(qū)別。從表7 可以看出，溫度超過50 ℃時，沉金后液中的金含量并未出現(xiàn)明顯降低，故初步判定50 ℃為最佳反應(yīng)溫度。為驗證反應(yīng)溫度50 ℃在工業(yè)生產(chǎn)中的具體效果，進(jìn)行了現(xiàn)場工業(yè)試驗，試驗結(jié)果見表8。

表8 溫度50 ℃時沉金反應(yīng)的各指標(biāo)情況統(tǒng)計

由表8 可知，以50 ℃作為生產(chǎn)作業(yè)時的反應(yīng)溫度是可行的，沉金后液含金量與常溫沉金的平均含金量85.3 mg/L 相比，大幅度降低。

2.5 藥劑種類對沉金后液含金量的影響

沉金反應(yīng)采用的藥劑，根據(jù)市場價格波動，除亞硫酸鈉外，有時也會采用焦亞硫酸鈉。為對比分析2 種藥劑在50 ℃時的反應(yīng)效果是否一致，各取1 L原液在實驗室用濾瓶抽濾后，進(jìn)行藥劑不同添加量的對比試驗，試驗結(jié)果見表9。

表9 藥劑種類及添加量對沉金后液含金量的影響

從表9 可以看出，無論是亞硫酸鈉還是焦亞硫酸鈉，在50 ℃的反應(yīng)溫度下，沉金效果趨勢都基本一致。隨著藥劑添加量的增加，沉金后液含金量減少；當(dāng)兩種藥劑的添加量相同時，焦亞硫酸鈉的沉金效果更好，這與焦亞硫酸鈉中SO2的有效含量更高有關(guān)，但是焦亞硫酸鈉的市場單價也比亞硫酸鈉稍高。

2.6 電位對沉金后液含金量的影響

實際生產(chǎn)中，亞硫酸鈉的添加終點都是通過現(xiàn)場取樣和肉眼觀察溶液的渾濁情況來判斷。在本次試驗中發(fā)現(xiàn)，通過檢測電位來進(jìn)行終點的判斷是可行的。為確定實際生產(chǎn)時的最佳電位，進(jìn)行了連續(xù)8 批次的現(xiàn)場工業(yè)試驗，結(jié)果見表10。

表10 電位對沉金后液含金量的影響

由于原液中的含金量及其他成分每批次都不一樣，每次沉金生產(chǎn)時藥劑的添加量都不一樣。由表10 可知，電位在300 mV 左右時，沉金效果最佳；電位偏高時，沉金后液含金量偏高；但電位也不宜過低，否則其他重金屬雜質(zhì)離子會進(jìn)入粗金粉中，影響粗金粉品質(zhì)。

3 生產(chǎn)應(yīng)用

某冶煉廠通過試驗驗證pH 值、氯酸鈉添加量、溫度、藥劑種類以及反應(yīng)終點的判斷方式等因素對沉金后液含金量的影響，可知:

1)pH 值的升高，會導(dǎo)致部分鉑鈀沉降到粗金粉中，不利于碲的生產(chǎn)，而且對降低沉金后液含金量的影響較小，不具備調(diào)整價值。

2)對分金后液進(jìn)行趕氯，有利于沉金。

3)通過升溫沉金，金粉團(tuán)聚效果較好，有利于固液分離，且還原過程中析出金粉，返溶現(xiàn)象不明顯，升溫沉金方式對不同原料的適應(yīng)性也很強。

4)在一定溫度下，采用亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉沉金，效果基本相當(dāng)，與理論情況一致。

5)分金過程中，應(yīng)盡量減少氧化劑的加入量，降低分金后液的氧化性。

6)采用控電位還原更有利于沉金終點的判斷。

根據(jù)上述試驗結(jié)論，并結(jié)合實際情況，某冶煉廠對生產(chǎn)進(jìn)行了調(diào)整:

1)將分金工序氯酸鈉的添加量從9 包降低至6包。通過化驗檢測，該調(diào)整對尾渣含金量影響較?。欢覐睦碚撋现v，對后續(xù)氨浸分銀液不會產(chǎn)生負(fù)面影響[6]。

2)對沉金工序的生產(chǎn)操作做出重大調(diào)整，將沉金過程的溫度由常溫調(diào)整至50 ℃；亞硫酸鈉的添加，由工人根據(jù)操作經(jīng)驗進(jìn)行肉眼判斷反應(yīng)終點的方式，改為結(jié)合反應(yīng)現(xiàn)象和溶液電位進(jìn)行綜合終點判斷。

按照上述操作對沉金工序做出調(diào)整并穩(wěn)定生產(chǎn)后，連續(xù)進(jìn)行1 個月的沉金后液取樣跟蹤，沉金后液含金量的月均值由85.3 mg/L 降至4.6 mg/L，該次試驗取得了預(yù)期效果。

4 結(jié)束語

本次試驗所取得的結(jié)果，除對沉金工序有利外，對某冶煉廠其他含金銀物料的提取也起到了積極的作用。在粗金粉提取的過程中，金粉中的含銀量一直是影響金粉提純的重要因素[7-8]，如何降低粗金粉沉降過程中的含銀量，也是下一步需要研究的方向。原液的不同、人員操作技能的高低、藥劑品位的差異等因素依然影響沉金效果的好壞，在大數(shù)據(jù)、智能制造和高質(zhì)量發(fā)展的時代背景下，如何用現(xiàn)代化的技術(shù)取代傳統(tǒng)黃金生產(chǎn)工藝中大量的人工操作和人工判斷，也是后續(xù)需要探索的課題。