高氰耗金礦礦漿濃度條件試驗(yàn)氰化鈉濃度控制方法探討

陳艷波

(山東黃金礦業(yè)科技有限公司選冶實(shí)驗(yàn)室分公司，山東 煙臺(tái) 261441)

為合理開發(fā)利用金礦資源，確定適宜的氰化浸出工藝流程，需要系統(tǒng)的對(duì)每一個(gè)影響因素開展氰化浸出條件試驗(yàn)。礦漿濃度是影響礦物氰化浸出的重要因素，直接關(guān)系到藥劑用量、浸出時(shí)間和設(shè)備容積等問題[1]。礦漿濃度條件試驗(yàn)著重研究不同礦漿濃度對(duì)礦物氰化浸出速率和浸出率的影響，是一項(xiàng)重要的單因素條件試驗(yàn)。礦漿濃度條件試驗(yàn)需要固定其他試驗(yàn)條件，設(shè)定礦漿濃度為唯一變量[2]，其他試驗(yàn)條件中，氰化鈉濃度是比較難控制的一項(xiàng)重要條件。

某些金礦(如浮選金精礦)磁黃鐵礦、次生硫化銅等伴生礦物含量較高，在開展氰化浸出試驗(yàn)過程中氰化鈉藥耗量大，消耗速率較快[3]。在不清楚此種礦物氰化鈉消耗規(guī)律的情況下，簡單的通過在幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)補(bǔ)加氰化鈉的方式不能使各組氰化鈉濃度維持一致。氰化鈉濃度對(duì)金的溶解速度、氰化鈉消耗以及金的浸出率都有一定影響[4]，所以，氰化鈉濃度存在差異相當(dāng)于增加了一項(xiàng)試驗(yàn)變量。如果不能消除這一差異，無法根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷不同濃度條件下氰化浸出速率以及計(jì)算藥劑消耗量，原則上試驗(yàn)是失敗的。為消除這一差異對(duì)試驗(yàn)的不利影響，高氰耗礦物在開展礦漿濃度條件試驗(yàn)的過程中，應(yīng)采取較為科學(xué)有效的氰化鈉濃度控制方法。

1 等體積不同濃度礦漿的配制

氰化浸出試驗(yàn)常用試驗(yàn)設(shè)備為浸出攪拌機(jī)，為使各組試驗(yàn)浸出槽內(nèi)的礦漿液位相同，避免因礦漿量不同使礦漿攪拌強(qiáng)度產(chǎn)生差異，需要通過計(jì)算完成等體積不同濃度礦漿的配制。

礦漿體積等于礦樣體積與調(diào)漿水體積之和，公式為：

(1)

式中：m1——礦樣干重，g；

γ——礦樣密度，g/cm3；

m2——調(diào)漿水質(zhì)量，g；

γ2——調(diào)漿水密度，g/cm3。

要使各組試驗(yàn)礦漿體積一致，可使?jié)舛鹊偷牡V漿體積等于濃度最高項(xiàng)的礦漿體積，計(jì)算公式為：

(2)

式中：mn——濃度較低組的礦樣質(zhì)量，g；

kn——-礦漿濃度較低組的液固比；

m——礦漿濃度最高組礦樣質(zhì)量，g；

γ1——礦漿濃度最高組的液固比；

γ2——礦樣密度，g/cm3；

γ2——調(diào)漿水密度，g/cm3。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YS/T3022-2013中規(guī)定,礦漿濃度條件試驗(yàn)應(yīng)至少設(shè)定四個(gè)變量，即至少設(shè)定四組試驗(yàn)，濃度范圍宜在25%～45%之間[2]。測(cè)定礦樣和調(diào)漿水比重之后，可設(shè)定礦漿濃度最高的一組固體樣品干重，然后根據(jù)公式(2)計(jì)算出其他各組固、液量。

2 氰化鈉添加量計(jì)算

根據(jù)滴定結(jié)果，需要加入一定量的氰化鈉使氰化鈉濃度達(dá)到一定數(shù)值 。可通過理論計(jì)算得出礦漿氰化鈉濃度和藥劑(氰化鈉溶液)添加量之間的關(guān)系式，如下：

(3)

式中：C——氰化鈉濃度，/萬；

ρ1——氰化鈉溶液密度，g/mL；

V——氰化鈉溶液體積，mL；

ω——氰化鈉溶液中氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

ρ2-調(diào)漿水密度，g/mL；

ν——調(diào)漿水體積，mL。

一般氰化鈉溶液中氰化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，密度約為1.18g/mL，清水密度為1.0g/mL,代入公式(1)得：

(4)

3 氰化鈉濃度控制方法探討

在開展氰化浸出試驗(yàn)過程中，常規(guī)氰化鈉濃度控制方式是在不同時(shí)間點(diǎn)取樣滴定，根據(jù)滴定結(jié)果補(bǔ)加一定藥量，使氰化鈉濃度都達(dá)到一定數(shù)值 。但實(shí)際氰化浸出過程中，尤其是藥耗量大、藥耗速率快的金礦，常規(guī)方法理論上只能使各組試驗(yàn)加藥后瞬間氰化鈉濃度一致，隨著反應(yīng)進(jìn)行，礦漿濃度高的一組藥耗速率快，而礦漿濃度低的一組藥耗速率慢，如圖1所示，整個(gè)浸出過程低濃度礦漿一組的氰化鈉濃度一直高于高濃度礦漿一組，兩組氰化鈉濃度并不一致。

3.1 初始氰化鈉濃度控制

圖1 預(yù)浸試驗(yàn)氰化鈉濃度變化圖Fig.1 Change of sodium cyanide concentration in prepreg test

如圖1所示，設(shè)有兩組礦漿濃度對(duì)比浸出試驗(yàn)，分別編號(hào)a(礦漿濃度較低各組)和b(礦漿濃度最高一組)，b礦漿濃度高于a，b固體礦樣干重是a的n倍。兩組初始氰化鈉濃度都為 (試驗(yàn)方案設(shè)定氰化鈉濃度值)，調(diào)漿水體積分別為Va和Vb。浸出時(shí)間為t時(shí)，取樣滴定，測(cè)出b氰化鈉濃度為Ct，a氰化鈉濃度為kCt。根據(jù)兩組試驗(yàn)氰化鈉消耗量之間的關(guān)系，有如下關(guān)系式：

nVa(C-kCt)=Vb(C-Ct)

(5)

進(jìn)一步推導(dǎo)得：

(6)

式中：k——時(shí)間t時(shí)兩組氰化鈉濃度比值；

C——初始氰化鈉濃度，/萬；

Ct——時(shí)間為t時(shí)b組氰化鈉濃度，/萬；

Va——a調(diào)漿水體積，mL；

Vb——b調(diào)漿水體積，mL；

n——b固體樣干重與a固體樣干重比值。

如圖1所示，實(shí)際浸出過程中氰化鈉濃度存在明顯差異。適當(dāng)降低a組氰化鈉添加量，在時(shí)間t內(nèi)，a組與b組鈉平均氰化鈉濃度接近，有效降低氰化鈉濃度偏差帶來的不利影響，如圖2所示。

在開展礦漿濃度條件試驗(yàn)之前，應(yīng)預(yù)先開展最高濃度一組一段時(shí)間t(20～60min)內(nèi)的浸出試驗(yàn)，t時(shí)氰化鈉濃度 。然后根據(jù)公式(6)，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可理論計(jì)算出其他各組在的氰化鈉濃度 。

圖2 初始氰化鈉濃度控制方法簡圖Fig.2 Schematic diagram of the initial sodiumcyanide concentration control method

如圖2所示，在時(shí)間t時(shí)，兩組氰化鈉濃度差的一半處畫橫線，交于b組曲線一點(diǎn)o。假設(shè)a組的初始氰化鈉濃度為C′ ，氰化鈉濃度變化曲線交于點(diǎn)o，在時(shí)間t時(shí)，氰化鈉濃度大約降低了3(kCt-Ct)/4。

令C′ =C-3(kCt-Ct)/4，結(jié)合公式(4)推導(dǎo)出如下公式：

(7)

式中：k——兩組氰化鈉濃度比值；

C——初始氰化鈉濃度，/萬；

Ct——時(shí)間為t時(shí)b組氰化鈉濃度，/萬；

Va——a添加氰化鈉溶液體積，mL；

νa——a調(diào)漿水體積，mL。

由公式(4)可計(jì)算出礦漿濃度最高一組的藥劑添加量，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(6)可理論計(jì)算出時(shí)間t時(shí)兩組氰化鈉濃度比值(K)，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(7)可計(jì)算出其他各組氰化鈉初始添加量(V2)。如此，通過添加不等量的氰化鈉實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)之初t時(shí)間內(nèi)的氰化鈉平均濃度基本一致。

3.2 試驗(yàn)過程氰化鈉濃度的控制

試驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間t后取樣滴定(a組氰化鈉濃度高于b組氰化鈉濃度，并且濃度差值與上一次加藥時(shí)滴定結(jié)果濃度差值相近時(shí))，根據(jù)滴定結(jié)果并運(yùn)用計(jì)算公式(8)、(9)完成氰化鈉補(bǔ)加。然后，每隔一段時(shí)間進(jìn)行滴定，發(fā)現(xiàn)a組氰化鈉濃度再次高于b組氰化鈉濃度，并且濃度差值與上一次加藥時(shí)滴定結(jié)果濃度差值相近時(shí)，再次根據(jù)滴定結(jié)果和相應(yīng)計(jì)算公式進(jìn)行補(bǔ)藥。

如圖3所示，滴定結(jié)果顯示b組氰化鈉濃度低于a組氰化鈉濃度時(shí)，a、b兩組應(yīng)分別按照如下公式補(bǔ)加氰化鈉。

(8)

(9)

式中：Va——a組補(bǔ)加氰化鈉溶液體積，mL；

νa——a組調(diào)漿水體積，mL；

Vb——b組補(bǔ)加氰化鈉溶液體積，mL；

νb——b組調(diào)漿水體積，mL；

C——初始氰化鈉濃度，/萬；

Ca——a組滴定氰化鈉濃度，/萬；

Cb——b組滴定氰化鈉濃度，/萬。

圖3 試驗(yàn)過程氰化鈉濃度控制方法簡圖Fig.3 Schematic diagram of the control method ofsodium cyanide concentration in the test process

4 結(jié)論

(1)使用浸出攪拌機(jī)開展礦漿濃度條件試驗(yàn)需要配制等體積不同濃度的礦漿，防止因礦漿體積不同造成各組試驗(yàn)攪拌強(qiáng)度存在差異，增加試驗(yàn)變量，對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生不利影響。

(2)試驗(yàn)開始前應(yīng)預(yù)先開展一組礦漿濃度(最高礦漿濃度)條件氰化浸出試驗(yàn)，初始氰化鈉濃度控制在設(shè)定濃度值，通過取樣滴定探究一段時(shí)間內(nèi)此種高氰耗礦物的氰化鈉消耗規(guī)律。然后根據(jù)計(jì)算公式(6)、(7)可計(jì)算出其他各組(礦漿濃度較低)試驗(yàn)開始應(yīng)控制的氰化鈉濃度和加藥量，確保加藥后一段時(shí)間內(nèi)各組試驗(yàn)平均氰化鈉濃度基本一致。

(3)試驗(yàn)過程中，每隔一段時(shí)間滴定一次各組氰化鈉濃度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)礦漿濃度較低的各組高于礦漿濃度最高的一組，并且濃度差值與上一次加藥時(shí)滴定結(jié)果濃度差值相近時(shí)，再次根據(jù)滴定結(jié)果和計(jì)算公式(8)、(9)進(jìn)行補(bǔ)藥。其后試驗(yàn)過程中，每次補(bǔ)藥后低濃度礦漿各組的氰化鈉濃度都低于最高濃度一組。試驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，當(dāng)?shù)蜐舛雀鹘M的氰化鈉濃度再次高于礦漿濃度最高的一組時(shí)，再次根據(jù)滴定結(jié)果和相應(yīng)計(jì)算公式進(jìn)行補(bǔ)藥。

(4)整個(gè)試驗(yàn)過程中，理論上僅有最高礦漿濃度一組在補(bǔ)藥后瞬時(shí)達(dá)到初始氰化鈉濃度 (試驗(yàn)方案設(shè)定氰化鈉濃度值)，其它各組氰化鈉濃度一直低于這一數(shù)值。通過文中氰化鈉濃度控制方法可將各組平均氰化鈉濃度維持基本一致，降低各組氰化鈉濃度差異對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生的不利影響。