黃金高效精煉電解新工藝的研究與應(yīng)用

溫建波　隆　崗　陳　敏

(中礦金業(yè)股份有限公司)

?

黃金高效精煉電解新工藝的研究與應(yīng)用

溫建波隆崗陳敏

(中礦金業(yè)股份有限公司)

傳統(tǒng)黃金電解精煉工藝存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、流程占?jí)狐S金多的問(wèn)題，采用離子擴(kuò)散強(qiáng)化裝置加強(qiáng)電解液中離子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以減少濃差極化，采用化學(xué)溶解法代替?zhèn)鹘y(tǒng)造液工藝造液、采用鈦合金陰極板代替純金陰極板等技術(shù)措施，研發(fā)了一種黃金高效精煉電解新工藝。應(yīng)用實(shí)踐結(jié)果表明，新工藝在以含金99.000%以上的粗金為原料、1 000 A/m2以上的高電流密度條件下，可將精煉周期縮減至24 h、造液周期縮短至6～8 h、產(chǎn)出的黃金產(chǎn)品金純度在99.995%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

黃金精煉電解造液陰極板

由于黃金交易逐漸實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化，優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的商品價(jià)格屬性給黃金生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。為適應(yīng)市場(chǎng)變化，采用先進(jìn)的黃金精煉技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)冶煉工藝進(jìn)行改造更新是十分必要的[1]。我國(guó)黃金精煉技術(shù)在近幾年得到了快速發(fā)展，工藝過(guò)程更趨于簡(jiǎn)化，提高了生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效益，但生產(chǎn)過(guò)程中的金屬占?jí)杭皳p耗等問(wèn)題依然嚴(yán)重[2]。在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的各種黃金精煉工藝中，電解精煉法產(chǎn)品質(zhì)量最穩(wěn)定，但傳統(tǒng)電解精煉法的不足之處是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，流程中積壓產(chǎn)品多，對(duì)原料適應(yīng)性差、直收率低、積壓資金[3-4]。因此，開(kāi)展高效黃金電解精煉工藝方面的研究和應(yīng)用意義重大。

1　黃金電解精煉工藝

黃金精煉是整個(gè)黃金生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝技術(shù)選擇的合理與否，直接影響黃金產(chǎn)品的質(zhì)量和金的總回收率[5]。國(guó)內(nèi)外黃金生產(chǎn)企業(yè)研究開(kāi)發(fā)出了多種高效、先進(jìn)的精煉工藝和設(shè)備，極大地促進(jìn)了黃金冶煉技術(shù)的發(fā)展。

1.1傳統(tǒng)黃金電解精煉工藝及存在問(wèn)題

傳統(tǒng)黃金電解精煉一般要求以金含量90%以上的粗金為原料，以粗金為陽(yáng)極，以純金片作陰極，以氯金酸水溶液及游離鹽酸作電解液。

由于Au/Au3+電極電位高于銀、銅、鉛、鐵、銻、鉍等雜質(zhì)元素，電解時(shí)金離子優(yōu)先于其它雜質(zhì)元素放電，在陰極上析出金屬金。通過(guò)適當(dāng)控制電解陰極電位，可保證陰極上只有金屬金析出，而使其它活潑雜質(zhì)仍留在電解液中，以達(dá)到純化金的目的。黃金電解精煉工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　黃金電解精煉工藝流程

傳統(tǒng)黃金冶煉工藝配電解液工序(簡(jiǎn)稱造液)，采用電解造液法，陽(yáng)極為粗金板，陰極為石墨片。采用陽(yáng)離子半透膜或素?zé)釄甯綦x出一個(gè)陰極區(qū)，初始電解液為鹽酸，最終形成高濃度氯金酸溶液，用于黃金電解精煉。該方法的主要缺點(diǎn)是造液周期較長(zhǎng)，隔膜或素?zé)釄逍枰芷谛愿鼡Q，使用過(guò)的隔膜或素?zé)釄逯械慕鸹厥绽щy，回收過(guò)程不可避免地要造成金的損失。

黃金電解精煉工藝中保證黃金產(chǎn)品純度與提高電流密度的矛盾較為突出。提高電流密度可以提高單位體積電解槽的黃金精煉產(chǎn)量、生產(chǎn)效率，減少電解液中占?jí)狐S金量，但也會(huì)引起電解液中金離子濃度出現(xiàn)嚴(yán)重的濃差極化，從而惡化金在陰極的析出狀態(tài)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的黃金電解精煉工藝多采用比較低的電流密度來(lái)生產(chǎn)(200～300 A/m2)，生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)(80～100 h)，導(dǎo)致流程中的黃金占?jí)憾唷２粌H占?jí)捍罅抠Y金，還影響企業(yè)的靈活性，這是傳統(tǒng)黃金電解精煉工藝存在的最大問(wèn)題。

1.2新型黃金精煉技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐

中礦金業(yè)股份有限公司在傳統(tǒng)電解精煉工藝的基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)黃金高效電解精煉新工藝，對(duì)含金99.000%以上的粗金原料，以鈦合金作陰極板，在高電流密度條件下進(jìn)行電解，取得了多項(xiàng)技術(shù)突破。

1.2.1高電流密度的采用和強(qiáng)化離子擴(kuò)散裝置的開(kāi)發(fā)

在電解精煉工藝中，濃差極化現(xiàn)象是制約高電流密度的主要障礙，可導(dǎo)致陰極板表面電解液中金離子嚴(yán)重貧化、電解液中的雜質(zhì)離子被夾雜或還原混入產(chǎn)品中等。

減少濃差極化的主要措施是加強(qiáng)電解液中離子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)不斷探索完善，自主開(kāi)發(fā)了一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)的離子擴(kuò)散強(qiáng)化裝置，從而實(shí)現(xiàn)了高電流密度的應(yīng)用。離子擴(kuò)散強(qiáng)化裝置有效減少了電解液中的濃差極化程度，穩(wěn)定并提高了陰極析出的黃金產(chǎn)品的質(zhì)量，簡(jiǎn)化了控制條件。新設(shè)備投入運(yùn)行以來(lái)，黃金產(chǎn)品金含量始終保持在99.995%以上，高于GB/T 4135—1994的Au-1要求，化學(xué)成分對(duì)照見(jiàn)表1。

表1　黃金化學(xué)成分對(duì)照表 %

離子擴(kuò)散強(qiáng)化裝置將電解液含金濃度由原240～300 g/L降低至100 g/L左右，實(shí)現(xiàn)了電解液低濃度化，同時(shí)有助于清理陽(yáng)極板表面粘附的陽(yáng)極泥，不再需要交直疊加電流，只用單純直流電源即可，簡(jiǎn)化了電源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)操作程序。陽(yáng)極的殘極率也有所降低，因此降低了流程中金的積壓。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在保證電解黃金產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，電流密度可由原 300 A/m2左右大幅提高至1 000 A/m2以上，精煉周期縮短至24 h以內(nèi)。

1.2.2造液技術(shù)的改進(jìn)

黃金電解精煉新工藝開(kāi)發(fā)了一種帶有冷凝回流裝置的密閉玻璃反應(yīng)釜，見(jiàn)圖2。

圖2　密閉玻璃造液反應(yīng)釜

該反應(yīng)釜采用化學(xué)溶解法進(jìn)行造液，同時(shí)使用新的藥劑和操作方法，可加快造液速度，大大減少趕硝時(shí)間。造液工藝和設(shè)備的改進(jìn)有效克服了傳統(tǒng)造液工藝的不足，取消了電解造液中回收處理含金隔膜或素?zé)釄宓墓ば?，并將造液周期由?8 h大幅縮短至現(xiàn)在的6～8 h。

1.2.3復(fù)合鈦合金陰極板的使用

黃金電解精煉新工藝采用鈦合金板取代純金壓片做陰極，有效減少了純金陰極中黃金的周轉(zhuǎn)積壓和制作過(guò)程中金的損耗。為方便從鈦合金板上剝離陰極產(chǎn)品，采用一種特殊的導(dǎo)電涂層覆蓋在鈦板陰極上，可大大簡(jiǎn)化操作過(guò)程。倪迎瑞等[6]曾研究采用高純鈦板替代純金板作為陰極板，電解過(guò)程中金的積壓量減少了1/2，極大地降低了生產(chǎn)成本。

1.2.4電解精煉過(guò)程中黃金損耗的控制

在電解精煉工藝中，黃金損耗主要是由于含金溶液“跑、冒、滴、漏”等造成的。黃金電解精煉新工藝有利于控制黃金損耗的減少，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①電解液含金濃度低(100 g/L左右)，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電解精煉的240～300 g/L，在相同的電解液滴漏概率下，黃金損耗較低；②盡量簡(jiǎn)化處理工序，如以鈦合金板取代純金陰極壓片、以擴(kuò)散強(qiáng)化裝置來(lái)減少電解過(guò)程中陽(yáng)極泥的人工清理、以化學(xué)造液取代電解造液的坩堝或隔膜處理工序等；③改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的密閉性，使造液和電解精煉過(guò)程完全在密閉條件下進(jìn)行，有效減少了含金蒸汽的逸出，同時(shí)改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境；④高純度(99.999%以上)金的提煉，用純度99.990%以上的金配制電解液，將其再次電解提純，產(chǎn)出含量99.999%以上的高純度黃金。

2　新工藝應(yīng)用實(shí)踐

新工藝應(yīng)用實(shí)踐后，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，平均每年為中礦金業(yè)股份有限公司創(chuàng)造1 220萬(wàn)元以上的經(jīng)濟(jì)效益，效果顯著。

2.1產(chǎn)品質(zhì)量

黃金電解新工藝應(yīng)用后，中礦金業(yè)黃金產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，成為“可提供標(biāo)準(zhǔn)金錠生產(chǎn)單位”，具備了開(kāi)展收購(gòu)合質(zhì)金精煉加工業(yè)務(wù)的能力，獲利空間得到大幅提升，產(chǎn)品得到了增值。與原銷售給其他精煉廠相比，可增加經(jīng)濟(jì)效益500元/kg，按年產(chǎn)黃金15 t計(jì)算，每年可增加效益750萬(wàn)元。

2.2經(jīng)濟(jì)效益

(1)減少黃金占?jí)旱慕?jīng)濟(jì)效益。新工藝實(shí)施后，金錠產(chǎn)品產(chǎn)出周期由原3～4 d減少至1 d內(nèi)。按每天精煉100 kg、黃金價(jià)格200元/g計(jì)算，占用的流動(dòng)資金減少7千萬(wàn)元，每年可節(jié)省財(cái)務(wù)費(fèi)用350萬(wàn)元以上。

(2)增加黃金回收率的經(jīng)濟(jì)效益。新工藝將黃金電解精煉回收率由99.91%提高到99.95%。按年產(chǎn)15 t、黃金價(jià)格200元/g計(jì)算，可新增經(jīng)濟(jì)效益120萬(wàn)元。

3　結(jié)　論

黃金電解精煉新工藝是對(duì)傳統(tǒng)電解精煉工藝的優(yōu)化升級(jí)，通過(guò)采用離子擴(kuò)散強(qiáng)化裝置、化學(xué)溶解法造液、鈦合金陰極板等技術(shù)措施，有效解決了生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品積壓多、離子擴(kuò)散效果差的問(wèn)題，可將精煉周期縮短至24 h以內(nèi)、造液周期縮短至6～8 h，產(chǎn)出含量99.999%以上的高純度黃金，同時(shí)每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1 220萬(wàn)元以上，促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展，有效提升了我國(guó)黃金精煉行業(yè)的技術(shù)水平，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]董德喜. 黃金精煉工藝特點(diǎn)分析及選擇[J].黃金，2004(9): 38-40.

[2]霍松齡. 黃金精煉工藝綜述[J].黃金，2014(8):65-68.

[3]秦曉鵬，胡春融，董德喜，等. 淺談我國(guó)黃金精煉技術(shù)與工藝[J].黃金，2003(8)：34-37.

[4]張濟(jì)祥，謝宏潮，陽(yáng)岸恒，等. 高純金制備技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].貴金屬，2015(5): 81-86.

[5]孫戩. 金銀冶金[M]. 2版. 北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

[6]倪迎瑞，李中璽，李海濤，等. 高銀合質(zhì)金快速電解精煉工藝[J]. 黃金，2013，34(1): 52-54.

2016-06-26)

溫建波(1970—)，男，工程師，265401 山東省招遠(yuǎn)市辛莊鎮(zhèn)北截村。