金粉快速除雜工藝改進的生產(chǎn)實踐

劉 超， 陳海軍， 張新生， 高冬生

(河南豫光金鉛集團， 河南 濟源 454650)

0 引言

黃金的純度越高其價值就越高，隨著近代黃金工業(yè)化生產(chǎn)技術的不斷進步，已涌現(xiàn)出越來越多的黃金精煉新工藝，在進行深度提純之前需要對粗金物料中含量很高的Fe、Ag、Bi雜質進行去除，目前對粗金物料中Fe、Ag、Bi等雜質主要通過長時間熬煮去除，效率較低，除雜率也不高，影響了金錠的品質。

河南某企業(yè)以生產(chǎn)黃金、白銀為主，該企業(yè)工藝技術先進、產(chǎn)品質量穩(wěn)定，在金銀冶煉行業(yè)中具有較高的知名度，火法段采用企業(yè)自主研發(fā)的鉛陽極泥金、銀底吹冶煉工藝，自動化程度高、工藝指標優(yōu)良、冶煉環(huán)境好、生產(chǎn)效率高[1-2]，其主要產(chǎn)品為黃金、白銀。主產(chǎn)品金、銀錠產(chǎn)品分別執(zhí)行GB/T 4134—2003《金錠》、GB/T 4135—2002《銀》，其產(chǎn)品主元素品位分別穩(wěn)定在99.994%、99.995%以上。

本文主要介紹該公司的金粉熬煮除雜工藝的改進情況。

1 改進前生產(chǎn)狀況及問題分析

1.1 金粉的制備方法

該企業(yè)金粉主要采用氯化分金、金萃取-還原的方法，工藝流程見圖1。

圖1 金錠生產(chǎn)工藝流程

1.2 生產(chǎn)設備

生產(chǎn)設備明細表見表1。

表1 設備明細表

1.3 金粉熬煮除雜技術參數(shù)

金粉熬煮除雜技術參數(shù)見表2。

表2 金粉熬煮除雜技術參數(shù)匯總表

1.4 工藝原理

采用金萃取- 還原工藝得到的粗金中含有Fe、Ag、Bi雜質，在熔融狀態(tài)下加入氧化劑和造渣劑后，使Fe、Ag、Bi雜質形成煙灰和浮渣除去，從而提高金的品位，其原理如下所述。

在粗金物料完全熔化后，當金熔體溫度達到1 200～1 400 ℃時，在金熔體表面分批加入氧化劑和造渣劑，增加粗金物料在坩堝熬煮除雜過程中的氧化性氣氛，使除金以外的金屬與氧發(fā)生反應，生成氧化物或以煙灰的形式揮發(fā)，或與造渣劑結合形成浮渣與金分離。在這個過程中，金熔體中的Fe、Ag、Bi雜質容易被除去，氧化造渣過程中的主要化學反應見式(1)～(11)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2KNO3? 2KNO2+ O2↑

(6)

4KNO3?2K2O+4NO↑ +3O2↑

(7)

2KClO3?2KCl+3O2↑

(8)

Na2CO3?Na2O+CO2↑

(9)

(10)

(11)

1.5 存在問題

由于各班組所產(chǎn)金錠合格率差別較大，公司對金錠生產(chǎn)情況進行了統(tǒng)計，詳見表3。

表3 金粉熬煮除雜技術參數(shù)匯總表

注：統(tǒng)計周期2014年5月～2015年5月；目前生產(chǎn)金粉的金萃取- 還原工序只有1個班組。

由表3可知：金一級品率達不到100%，時常有不合格現(xiàn)象產(chǎn)生；班組之間熬煮除雜技術差異較大，其中有1個班組近一年沒有一批不合格情況發(fā)生，2個班組不合格率較大只有90%左右。

1.6 現(xiàn)狀調研

為了摸清差異原因，分廠技術人員對四個班組進行跟班調查，其熬煮和澆鑄的具體參數(shù)見表4。

表4 各班組操作方式比對表

由表4和現(xiàn)場調研知：各班組之間主要操作差異在于電壓、電流控制和輔料消耗量。產(chǎn)品合格率高的A、B兩班特點是：A班熬煮時輔料加入量較大；B班在熬煮的過程中部分時間段電壓控制較高，爐內(nèi)熔體成劇烈翻滾狀態(tài)；A班組熬煮時間明顯比其余三班的熬煮時間短，且合格率也較高；A班在熬煮后對金樣判斷上明顯技高一籌，雖然A班所產(chǎn)金錠的內(nèi)在品質并不是所有班組中最好的，但是A班鑄金錠的內(nèi)在成分均達到1#錠的要求，且內(nèi)在成分波動較小。

1.7 原因分析

針對以上的調研情況，技術人員進行了技術分析，其原因總結如下所述。

1)熬煮金粉前期溫度不可過高，讓金熔體進行跑煙作業(yè)，待跑煙結束后，提升爐溫進行造渣，根據(jù)浮渣數(shù)量，決定投入輔料量。如果跑煙作業(yè)結束后，金熔體液面基本沒有浮渣，不要加入輔料造渣，這時如果加入輔料，會導致金熔體內(nèi)浮渣過多，增加撈渣難度，反而使熬煮時間延長。

2)輔料的加入方式和加入量有一定的技巧。輔料加入要遵循少量多次的原則，一次不可過多，過多不僅造成輔料的浪費，而且腐蝕坩堝內(nèi)壁，降低坩堝壽命。同時，最重要的一點是造成金熔體表面浮渣量增大，增加撈渣難度。

3)在熬煮過程中，間歇性的提高爐溫，使爐內(nèi)熔體翻滾，可有利于熔體內(nèi)部雜質快速移至熔體表面參與氧化造渣，從而加速熬煮除雜速度。同時，在爐內(nèi)熔體翻滾過程中，熔體的表面積加大，液面的氧化更加劇烈。

通過查閱技術資料發(fā)現(xiàn)：黃金，純金塊具有金黃色光澤。粉末狀的金，隨著顆粒的變小其顏色變深變暗。當金中含有雜質時，隨著雜質的種類和含量，其顏色深淺各異。金的顏色還與金塊厚度與金粒聚集狀態(tài)有關[3]。

為此，通過論證得出建立金樣收縮面顏色與金中銀、鐵含量的關系，可快速判斷金樣是否達到合格要求，具有一定的可操作性。

2 技術改進

針對以上問題，該廠技術人員制訂了詳細的解決方案，具體措施如下所述。

1)細化輔料加入方式、加入量。在熬煮過程中，加入的氧化劑為硝酸鉀(或硝酸鈉、氯酸鉀)，加入的造渣劑為碳酸鈉。硝酸鉀(或硝酸鈉、氯酸鉀)消耗量為粗金物料0%～0.01%，碳酸鈉根據(jù)浮渣情況適量加入。

2)加強金熔體熬煮時的對流速度。金熔體在高溫正常熬煮的過程中，每隔0.5～1 h應將金熔體的熱原能量提高至原來的1.5～2倍，使金熔體劇烈攪動；金熔體內(nèi)外部的物質交換更加的頻繁，熔體內(nèi)部的Fe、Ag、Bi雜質也更頻繁的暴露在熔體表面，在高溫的作用下與空氣的氧氣或與氧化劑接觸而被氧化，生成氧化物或以煙灰的形式揮發(fā)，或與造渣劑結合形成浮渣與金分離。

3)選用適當?shù)膿圃ぞ?。在高溫熬煮的過程中，當金熔體表面有較多浮渣時，用專用撈渣工具進行撈渣，氧化渣因遇冷凝固在專用撈渣工具上被帶出坩堝。

4)通過觀察金樣收縮面顏色來判斷金中銀、鐵含量是否達標，當金樣收縮面大面積顏色發(fā)紅時，鐵含量超標，發(fā)紅面積小于20%時，鐵含量達標；當顏色發(fā)白時，銀含量超標，需要繼續(xù)熬煮，該廠銀含量超標情況較少。

3 效果檢驗

在進行了以上技術改進后，技術人員統(tǒng)計了四個班組近一年生產(chǎn)情況，見表5。

由表5可知：經(jīng)過技術改進后，基本消除了班組之間的技術差異，同時大幅提高了金粉熬煮除渣效率，降低了物料消耗，提高了合格率。

表5 各班組操作方式比對表

注：統(tǒng)計周期2015年6月～2016年5月。

4 結論

1) 在金粉熬煮除雜前期，爐溫不可過高。待跑煙結束后，可提高爐溫造渣，并根據(jù)浮渣數(shù)量確定輔料加入數(shù)量，輔料硝酸鉀加入量約為0%～0.01%，碳酸鈉按比例加入。

2) 在熬煮造渣階段，每0.5～1 h提升電壓1次，使單位時間內(nèi)提供熱量增加，起到強化攪拌的目的。

3) 造渣結束，用玻璃棒將金熔體表面的浮渣撈除干凈，造渣要反復進行。

4) 熬煮除雜后期要勤觀察金樣收縮面顏色，從而判斷金錠是否合格。

5) 改進后個別班組熬煮時間縮短0.5 h，各班組金錠合格率均提高到98%以上。