格拉斯哥金礦載金炭處理方案對(duì)比與生產(chǎn)實(shí)踐

付先榮 喬占瑞

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六八大隊(duì))

隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)資源產(chǎn)品的需求逐漸上升。進(jìn)入21世紀(jì)后，黃金在世界經(jīng)濟(jì)中仍發(fā)揮著重要的作用。鑒于金礦投資的高回報(bào)率，導(dǎo)致眾多投資者將資金轉(zhuǎn)向資源品質(zhì)更好的海外，海外金礦的投資成為許多中資企業(yè)的重要選擇。

根據(jù)目前非洲各國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，非洲各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以資源開發(fā)為主。非洲的礦產(chǎn)資源十分豐富，并與我國(guó)具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性[1]。根據(jù)我國(guó)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的部署，我國(guó)很多國(guó)企和私企都積極走出去，投入非洲礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。

津巴布韋格拉斯哥金礦采用重選+池浸(活性炭吸附)的選礦生產(chǎn)工藝，由于日處理量較小，需要解吸的載金活性炭量少，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，從國(guó)內(nèi)購(gòu)買成套的解吸電解設(shè)備不經(jīng)濟(jì)。為此，選礦技術(shù)人員結(jié)合津巴布韋當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)現(xiàn)狀，并吸取了國(guó)內(nèi)部分礦山焚燒載金炭的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，特別是長(zhǎng)春黃金研究院研制的活性炭灰化爐及澳大利亞等國(guó)焚燒載金炭的成功經(jīng)驗(yàn)[2]，結(jié)合格拉斯哥金礦的生產(chǎn)實(shí)際，研制出了新的載金炭焚燒爐及其冶煉工藝，并成功的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，載金炭焚燒冶煉具有可就地取材，制作容易，操作簡(jiǎn)便，焚燒效果好，1次冶煉回收率達(dá)97%～99% 等特點(diǎn)。載金炭焚燒冶煉技術(shù)成功地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，得到了津巴布韋當(dāng)?shù)厝A人礦業(yè)同行的認(rèn)可與應(yīng)用。

1 載金炭處理方案對(duì)比分析

結(jié)合津巴布韋黃金生產(chǎn)的實(shí)際情況，格拉斯哥金礦載金炭處理有3種可選方案：①外委解吸；②自行購(gòu)買解吸電解設(shè)備(由于設(shè)備投資大，暫不進(jìn)行對(duì)比分析)；③自行制配載金炭焚燒冶煉設(shè)備。

外委活性炭解吸工藝因活性炭可重復(fù)利用，按照活性炭10次折舊計(jì)算成本，活性炭焚燒冶煉按照1次計(jì)算成本。活性炭采用國(guó)內(nèi)購(gòu)買的椰殼活性炭，運(yùn)至格拉斯哥金礦的費(fèi)用為1 850美元/t。經(jīng)過格拉斯哥金礦兩年的生產(chǎn)實(shí)踐，以200 kg活性炭為例，進(jìn)行載金炭外委解吸和載金炭焚燒冶煉方案的經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，分析結(jié)果見表1。

表1 載金炭處理方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析 美元

由表1可知，200 kg載金炭外委解吸成本需要637美元，200 kg載金炭焚燒冶煉成本只需要482美元，所以載金炭焚燒冶煉比外委解吸成本更低。載金炭外委解吸需要將載金炭運(yùn)送至解吸廠，運(yùn)輸途中乃至解吸電解時(shí)都會(huì)存在較大的安全隱患，而載金炭的焚燒在廠區(qū)內(nèi)，對(duì)于載金炭的安全更有保障；綜上所述，載金炭焚燒冶煉比外委解吸在經(jīng)濟(jì)上更合理，且安全性更高。

2 載金炭焚燒生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 載金炭預(yù)處理

載金炭焚燒前必須進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作。將載金活性炭取出，用清水洗凈其中的泥沙和石子等雜物，然后將洗凈的載金炭裝入透水的袋子中，放在陽(yáng)光下盡量降低水分。載金炭水分太大會(huì)延長(zhǎng)焚燒時(shí)間，不利于減少勞動(dòng)強(qiáng)度，從而增加生產(chǎn)成本。

2.2 焚燒爐制作

焚燒爐由3部分組成，底部為鼓風(fēng)系統(tǒng)，中部為焚燒系統(tǒng)，上部為簡(jiǎn)易收塵系統(tǒng)。底部通風(fēng)系統(tǒng)用φ38 cm×58 cm的氰化鈉桶，在距離桶底10 cm的側(cè)面焊接一根內(nèi)徑為50 mm長(zhǎng)度為80 cm的鐵管作為通風(fēng)管，通風(fēng)管與1臺(tái)150 W的鼓風(fēng)機(jī)連接。中部焚燒系統(tǒng)同樣用φ38 cm×58 cm的氰化鈉桶，在桶底部用鐵釘鉆出諸多直徑為3～6 mm的孔。在底部與中部筒體之間的縫隙用膠泥進(jìn)行密封。上部煙塵收集室用φ44 cm×44 cm的鐵桶倒扣于燃燒桶之上，在燃燒系統(tǒng)氰化鈉桶頂部與上部煙塵收集鐵桶之間留有10 cm的孔隙，以便于廢氣的排出和煙塵收集。利用現(xiàn)有的廢舊氰化鈉桶制造出的焚燒爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。此焚燒爐單臺(tái)24 h處理能力為80～120 kg。

2.3 載金炭焚燒步驟及注意事項(xiàng)

焚燒時(shí)，先將木塊點(diǎn)燃，待其燃燒旺盛后放入燃燒室的桶底作為底火，在桶底有底火的情況下，為了縮短載金炭被點(diǎn)燃的時(shí)間，用含水量低的載金炭將燃燒的木塊完全覆蓋。在燃燒室底部從小到大逐步通風(fēng)，直至載金炭燃燒至“旺火”。用大鐵勺向燃燒室筒體四周間斷添加載金炭，使燃燒室筒體中間流出“火心”以便逸出燃?xì)猓乐挂驗(yàn)檩d金炭過多導(dǎo)致“爆燃現(xiàn)象”，致使載金炭飛濺，造成載金炭灰的損失。在焚燒后期應(yīng)減小風(fēng)量，使火燃燒相對(duì)較小且不會(huì)造成載金炭飛濺，直至無火，載金炭焚燒完畢。載金炭焚燒后的載金炭灰呈現(xiàn)膠結(jié)狀，待冷卻后加入適量無水硼砂清理干凈焚燒筒體，從而降低載金炭灰的損失，同樣更加有利于坩堝冶煉。載金炭焚燒的關(guān)鍵在于減少載金炭灰的損失，從而降低金屬量損失，提高回收率。

3 炭灰冶煉

3.1 焦炭爐制作與使用

焦炭爐因?yàn)槠渲谱骱?jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本較低，是小型冶煉不可缺少的設(shè)施。焦炭爐的制作采用φ56 cm×90 cm的柴油桶，將柴油桶沿頂部割開，沿著柴油桶內(nèi)壁用膠泥和耐火磚砌筑，距離桶底24 cm 的耐火磚上部鋪設(shè)孔徑為3 cm的粗鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)下部為送風(fēng)及爐灰收集室，鐵絲網(wǎng)上部為焦炭燃燒及冶煉室，柴油桶上部為煙氣出口。鐵絲網(wǎng)下部采用直徑50 mm的鐵管焊接1個(gè)通風(fēng)管，并在鐵絲網(wǎng)下部的鐵桶側(cè)面切割一塊20 cm×20 cm的爐灰清理窗口，此窗口做成可以開關(guān)的結(jié)構(gòu)，用來控制通風(fēng)量的大小從而控制爐溫。該焦炭爐的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用，同時(shí)也有利于焦炭充分燃燒，坩堝升溫快，爐渣灰易清理，坩堝取放較為方便。

焦炭爐生火采用木柴將焦炭點(diǎn)燃的方法，該方法需注意幾個(gè)非常關(guān)鍵的問題，由于焦炭點(diǎn)燃需要較長(zhǎng)時(shí)間，所以必須放入足夠的木柴，以保證焦炭能夠被順利點(diǎn)燃。在木炭點(diǎn)燃焦炭期間，應(yīng)該打開底部爐灰清理窗口減小通風(fēng)量，以在同樣的木炭條件下，獲得更長(zhǎng)的燃燒時(shí)間。如通風(fēng)量大，木柴在很短時(shí)間就會(huì)燃燒完全，而焦炭還未被點(diǎn)燃。當(dāng)焦炭被點(diǎn)燃后，應(yīng)加大風(fēng)量，促進(jìn)焦炭燃燒，從而獲得更高的冶煉溫度。

3.2 炭灰配料

載金炭焚燒出的載金炭灰有30%左右呈灰分狀態(tài)，有70%左右呈膠結(jié)狀態(tài)。為了載金炭灰更好的熔煉，縮短熔煉時(shí)間，將膠結(jié)狀態(tài)的載金炭灰進(jìn)行打碎配料，將配好料的載金炭灰放入經(jīng)過預(yù)熱的20#石墨坩堝。經(jīng)過不斷試驗(yàn)，采用每100 g載金炭灰添加無水硼砂50 g，硝石10 g的配料比例。此種以硼砂為主的配料，其熔煉效果較好。

3.3 炭灰熔煉

坩堝裝料前必須檢查，首先將坩堝在700～800 ℃ 溫度下預(yù)熱30 min，防止因加熱不均導(dǎo)致坩堝破損，確保坩堝無異常時(shí)再裝料。焦炭爐內(nèi)應(yīng)填加足量焦炭，防止因焦炭不足導(dǎo)致載金炭灰無法充分熔融，從而引發(fā)干爐現(xiàn)象。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，每次裝料必須低于坩堝上沿20 mm左右，并用硼砂覆蓋，方可給焦炭爐送風(fēng)加速升溫。隨著爐溫不斷升高，裝料開始熔化。融化后分批補(bǔ)加填料，并觀察爐料熔化及爐火情況，保證熔料不得溢出，待熔料完全熔化后停止送風(fēng)。用細(xì)木棍不斷攪動(dòng)坩堝上表層，防止熔料外溢和排出氣體。必要時(shí)再加少量無水硼砂繼續(xù)攪動(dòng)熔煉，直至造渣完成，停止通風(fēng)，待熔池表面平穩(wěn)后方可出爐與澆鑄。獲得的合質(zhì)金純度為30%～45%，載金炭灰的1次冶煉回收率達(dá)97%～99%。

3.4 合質(zhì)金提純

對(duì)于合質(zhì)金的提純分離，主要參照化學(xué)精煉中的硝酸分銀法，但在津巴布韋采購(gòu)銀較昂貴。通過分析，根據(jù)硝酸分銀法的提純?cè)恚Y(jié)合相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)，將硝酸分銀法所需要的銀用銅替代。金銅分離的主要步驟分為兩步:①為補(bǔ)加金屬銅選擇補(bǔ)加銅的工藝方法，主要是為了降低金銅合金中金的含量，將金銅合金與補(bǔ)加銅熔融后潑珠，得到金銅合金顆粒。補(bǔ)加銅與合質(zhì)金質(zhì)量比例不低于3∶1，否則會(huì)影響后期硝酸除雜。②硝酸溶浸與洗滌。其反應(yīng)機(jī)理為:

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑

(1)

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑

(2)

將潑珠得到的金銅合金顆粒置于搪瓷盆中加入濃硝酸，間斷加溫與洗滌。一般硝酸溶解6～7次，溫度為80～100 ℃，洗滌次數(shù)為5～8次。加溫的目的在于加快金銅合金與硝酸的反應(yīng)速度，洗滌目的為除去酸溶后溶液中的Cu(NO3)2及其他金屬雜質(zhì)。最后一次溶浸的標(biāo)志是硝酸呈白色氣體狀態(tài)散出，且硝酸與搪瓷盆中的物品無反應(yīng)。然后用熱水洗滌至溶液pH值為7，最后倒凈洗水，用小火慢慢烘干金粉。將烘干后的金粉加入適量硼砂，再轉(zhuǎn)入經(jīng)過預(yù)熱檢查合格的小石墨坩堝中，然后置入焦炭爐中熔煉，最后鑄錠。按上述火法熔煉載金炭灰，潑珠水淬法分離金銅合金，多次酸溶與洗滌，然后熔煉鑄錠，最終獲得了含量為98%～99.6%的金錠。

4 載金炭焚燒及冶煉實(shí)例

格拉斯哥金礦每次載金炭量為200～250 kg，一般冶煉材料耗量為:焦炭80 kg，硝酸12 kg，硼砂10 kg，硝石2 kg，銅絲6 kg，20#坩堝2個(gè)，搪瓷盆1 個(gè)。

(1)載金炭焚燒及冶煉工藝流程為：

金錠載金炭預(yù)處理:載金炭取出，用清水洗凈，將洗干凈的載金炭裝入透水的蛇皮袋中進(jìn)行晾曬，然后對(duì)載金炭進(jìn)行稱重，并取樣測(cè)試水分和化驗(yàn)品位。載金炭焚燒前技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 載金炭焚燒前技術(shù)指標(biāo)

(2)載金炭焚燒。焚燒前，應(yīng)盡量減少水分以縮短焚燒時(shí)間，焚燒過程中應(yīng)通過觀察焚燒室載金炭的燃燒情況，逐步調(diào)整送風(fēng)量的大小。添加載金炭時(shí)應(yīng)采用間斷填料法，特別是最后剩余載金炭不多的情況下，一定要控制小風(fēng)量，以最大限度減少載金炭灰的損失。在清理焚燒爐時(shí)應(yīng)摻入適量無水硼砂，這樣不僅能減少載金炭灰的損失，更加有利于載金炭灰的熔煉。載金炭灰重量為16.36 kg，是原載金炭重量的7.68%。

(3)載金炭灰冶煉。將載金炭灰按一定比例與硼砂、硝石混勻進(jìn)行冶煉。爐內(nèi)應(yīng)添加足量焦炭，通過送風(fēng)量控制爐溫，同時(shí)調(diào)整間斷填料和除雜直接的關(guān)系。熔煉造渣過程中，造渣的顏色應(yīng)多為黑色，造渣為黑色表明具有較高的冶煉回收率，金的冶煉損失小。獲得合質(zhì)金總重量為3 750.45 g，合質(zhì)金理論含金量為38.79%。

(4)合質(zhì)金提純采用硝酸分銅法。潑珠水淬法分離金銅合金中的金與其他雜質(zhì)金屬，一是必須控制好金銅合金與補(bǔ)加銅的配料質(zhì)量比，即金銅合金與補(bǔ)加銅之比為1∶(3～3.5)。二是潑珠過程中保持水在低溫狀態(tài)，即用深度>50 cm的鐵桶盛滿水，并用木棒持續(xù)不斷攪動(dòng)，通過加速水的旋轉(zhuǎn)，使水溫保持在相對(duì)較低的水平。三是在向冷水中傾倒熔化狀態(tài)的合質(zhì)金(潑珠)時(shí)，應(yīng)采用較小的流量，最好以細(xì)流線狀，從而易于得到顆粒均勻、大小適宜的金銅合金顆粒，易于硝酸除雜。將金銅合金顆粒裝入搪瓷盆中，加入濃硝酸浸煮并洗滌，得到金泥，將金泥用溫火慢慢烘干金粉。

(5)金粉烘干鑄錠，烘干后的細(xì)粒金粉與硼砂混合均勻，盛入已經(jīng)預(yù)熱、檢查合格的坩堝。嚴(yán)格控制好金粉熔煉時(shí)間，時(shí)刻觀察熔化狀態(tài)及爐火溫度。時(shí)間過長(zhǎng)將燒穿坩堝，造成事故。金粉熔煉過程中，熔煉時(shí)間和坩堝中的熔融狀態(tài)相結(jié)合，以確保金粉熔化及鑄錠成功，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般金粉熔煉時(shí)間為20～30 min，最終獲得金錠重量為1 462.8 g，金錠純度為98.45%，純金質(zhì)量為1 440.13 g，載金炭焚燒冶煉綜合回收率為98.99%。

以處理213 kg的載金炭所得載金炭灰為例，載金炭焚燒冶煉鑄錠成本為482美元，每千克炭的綜合成本為2.26美元。若將載金炭送到解吸廠解吸電解，總費(fèi)用為637美元，每千克炭的綜合成本為2.99美元。相比之下，采用載金炭焚燒的提金工藝不僅有成本低的優(yōu)勢(shì)，而且也可取得較好的技術(shù)指標(biāo)。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)格拉斯哥金礦采用載金炭焚燒—載金炭炭灰熔煉—合質(zhì)金提純—金粉熔煉鑄錠的工藝技術(shù)，通過兩年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該冶煉工藝得到了成功應(yīng)用。

(2)該工藝技術(shù)雖為手工操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大，但由于制作簡(jiǎn)單、可就地產(chǎn)金、冶煉時(shí)間較短、資金周轉(zhuǎn)快、技術(shù)指標(biāo)高、有利于企業(yè)經(jīng)營(yíng)。

(3)該生產(chǎn)工藝技術(shù)具有投資少、成本低、簡(jiǎn)單實(shí)用，特別是對(duì)于在非洲投資的小型金礦具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張 華.我國(guó)對(duì)非洲礦業(yè)投資的戰(zhàn)略[J].中國(guó)礦業(yè)，2009，18(7)：19-32

[2] 李國(guó)中，何新春，李世禎.載金炭焚燒及冶煉的生產(chǎn)實(shí)踐[J].黃金，2001，22(4)：41-43