黃金冶煉廠鋅粉置換系統(tǒng)的條件優(yōu)化及應用

練 建

（湖南中南黃金冶煉有限公司，湖南 岳陽 414517）

隨著科學技術的發(fā)展，黃金冶煉技術已趨于成熟，且各種精煉工藝相繼產(chǎn)生，但仍存在部分工藝回收率低、生產(chǎn)成本高等問題。目前氰化浸金工藝中的鋅粉置換法具有設備操作簡單、工藝成熟等優(yōu)點，但該方法存在如果鋅粉添加過量則會造成材料浪費和置換指標波動等問題。本文在通過分析傳統(tǒng)鋅粉置換方法及存在問題的基礎上，對焙燒-氰化優(yōu)化方法進行分析，并進行實驗應用探討，可為傳統(tǒng)技術提供新的處理方法和工藝，從而提高黃金冶煉的效率[1]。

1 傳統(tǒng)鋅粉置換方法及存在的問題

1.1 傳統(tǒng)鋅粉置換方法

鋅粉置換是指采用鋅置換法從含金氰化溶液中沉淀回收金，鋅粉置換的工藝過程包括貴液凈化、脫氧、置換等作業(yè)。首先凈化作業(yè)是為弄清楚貴液中的固體懸浮物，避免其進入置換作業(yè)，影響置換效果和金泥質(zhì)量；其次脫氧作業(yè)的目的是在置換前脫除貴液中的氧，避免已沉淀的金在氧的作用下發(fā)生再溶解；最后置換作業(yè)由鋅粉給料機將鋅粉連續(xù)、均勻地加入鋅粉混合桶內(nèi)，與貴液混合并開始發(fā)生置換反應。同時少量滴入醋酸鉛溶液，提高置換效率。鋅粉和貴液再經(jīng)過板框式壓濾機（置換板框）壓濾，使金泥與溶液（貧液）分離。其主要步驟如下：

（1）金（I）的氰化物從溶液遷移到鋅表面進行質(zhì)量傳遞。

（2）金（I）的氰化物被吸附到鋅的表面，中間吸附形成AuCN。

（3）吸附的金（I）的氰化物和鋅間進行電子轉(zhuǎn)移，并同時對發(fā)生金（I）的氰化物離解，形成鋅氰化配合物。

（4）鋅的氰化物從鋅表面解吸進入溶液中的質(zhì)量傳遞。

1.2 傳統(tǒng)鋅粉置換方法存在的問題

傳統(tǒng)鋅粉置換中螺旋給料均勻連續(xù)，解決了傳統(tǒng)機械鋅粉加入量調(diào)整困難、加入量不均勻的問題，降低了殘鋅的含量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，改善了冶煉效果；鋅粉暴露在空氣中的面積小，減少了鋅粉在使用過程中的氧化，改善了置換效果。

鋅粉置換法存在一定問題，鋅置換過程中也要與氰化物溶液產(chǎn)生反應，引起鋅耗上升，1g金理論上僅需0.19g鋅，但實際上要高出此數(shù)值數(shù)十倍。鋅粉置換過程中為減少鋅耗和防止金的返溶，置換前一定要將溶液中的氧除去，否則容易在鋅表明形成白色薄膜，妨礙置換的繼續(xù)進行。另外氰化貴液中氰化物和堿溶度應足夠高，但又不能過分高，才能給鋅置換過程創(chuàng)造良好的條件。

2 鋅粉置換影響因素分析

2.1 金的濃度

在稀金溶液中，沉積速度隨金濃度的增加而呈正比增加，這說明反應受金氰化物到鋅粉表面的質(zhì)量傳遞所控制。在高濃度金溶液中，反應速度實際上隨金濃度的增加而減少，其影響歸因于形成沉積物的結(jié)構(gòu)學；或是沉積金的抑制效應限制了金的氰化物接近鋅表面。例如從80g/m3金的溶液中沉積，得到的是圍繞鋅的多孔產(chǎn)品層；而從含金更高濃度640g/m3的溶液中沉積金，則生產(chǎn)的是圍繞鋅的密室無孔沉積層；在最極端的情況下，密室層可導致陽極反應完全停止[2，3]。

2.2 氰化物濃度

理論上游離氰化物濃度增加一個數(shù)量級時，陽極和陰極反應的電流-電位曲線會負遷移約0.12V。但實際上，只有當游離氰根濃度低于某一極小值時才影響沉積速度，而這一極小值又取決于金的溶度和pH值。低于極小值時，沉積速度受氰化物到鋅表面的擴散控制，或者受阻于形成的氫氧化鋅鈍化層。在pH值10.5時，處理稀金（＜1 g/m3）氰化物溶液，游離氰根的臨界濃度介于0.001mol～0.004mol（0.05g/L～0.20g/L）NaCN之間，這一臨界濃度與菲克定律導出理論值完全一致。在冷的稀金溶液和熱的濃金溶液中，金的沉積速度不受最小臨界值以上氰化物濃度的支配。但是，鋅的溶解速度隨著氰化物濃度的增加而增加。因此，金的有效沉積并不需要氰化物的濃度明顯高于所需的最小臨界值。

2.3 鋅溶液組分

鋅的溶解速度隨鋅離子濃度增加而降低；高鋅濃度會導致不溶性氫氧化鋅的形成，后者會產(chǎn)生鈍化的鋅表面而降低金的沉積速度。金沉積的最佳pH值范圍在11～12，當pH低于8時沉積嚴重受阻，主要是由于游離氰根濃度急劇下降所致，當pH大于12時，由于大量氫氣放出使沉積速度急劇下降。因為氧還原與金的還原發(fā)生競爭，溶解氧的存在會降低金的沉積動力學。在環(huán)境溫度下，在溶解氧濃度超過0.5mg/L～1.0mg/L時，這一影響將變得很嚴重。但在低濃度溶解氧的條件下，氧與生成的氫反應，使鋅表面的陰極區(qū)發(fā)生氧的去極化，可強化稀金氰化物溶液中的沉積。Hg、Th、Cd、Cu等金屬離子在濃度極低時，對鋅置換沉積影響與Pb2+類似，但是As、Sb、Cu、Ni、Co在一定濃度下對金的沉積均會產(chǎn)生不利影響。另外鋅溶液中存在各種有機物質(zhì)，如浮選捕收劑和起沫劑，來自工藝設備的油、絮凝劑，某些礦石和表面活性劑中的腐殖酸和富里酸等物質(zhì)會在一定條件下會隱蔽鋅表面，破壞產(chǎn)品的過濾性能，對沉積過程產(chǎn)生不利影響。

表1 2021年1～6月份貴液置換量統(tǒng)計

3 鋅粉置換方法的優(yōu)化及應用

3.1 濕法冶煉鋅粉置換方法

濕法冶煉鋅粉置換崗位所采取的方法是：

氰化物溶液中，鋅的標準電位（250℃）為-1.26V，而金標準電位為-0.56V，因此，用金屬鋅可從氰化物溶液中置換出金。置換崗位技術控制指標為脫氧真空度≤-0.09MPa，貴液懸浮物含量不高于5g/m3，鋅粉要求最大粒徑45μm以下（約-325目），全鋅含量不小于98%，金屬鋅含量不低于94%。

鋅粉置換需要進行掛漿和“打循環(huán)”操作。所謂掛漿是在濾紙上形成一層鋅粉初始層。置換板框壓濾機裝好后，用貴液將初加量的鋅粉(視壓濾機規(guī)格及貴液質(zhì)量分數(shù)而定，一般為25kg～50kg在0.5h內(nèi)均勻泵入置換板框）。掛漿時貧液流量盡量大些可使鋅粉充分懸浮，鋅粉層鋪掛均勻且牢固。在掛機添加鋅粉的同時，要注意連續(xù)滴入醋酸鉛溶液。掛漿時，因濾布鋅粉層是逐漸增加的過程，初始時置換板框出水含金一般超標。此時板框出水不能排入貧液池，而要返回貴液池；此外，當日故障導致置換率異常時，置換板框出水也不能排入貧液池，同樣要返回貴液池。這種操作一般稱為“打循環(huán)”。除掛漿作業(yè)時“打循環(huán)”外，一般正常生產(chǎn)時不允許“打循環(huán)”，“打循環(huán)”操作會導致貴液和金泥品位降低，同時也會降低鋅粉置換生產(chǎn)能力[4,5]。

3.2 濕法冶煉鋅粉置換系統(tǒng)

置換系統(tǒng)是濕法冶煉廠主產(chǎn)品金泥產(chǎn)出的關鍵系統(tǒng)，直接決定了金泥的產(chǎn)量與品質(zhì)。浸前濃密機的上清液流入貴液池后通過凈化、脫氧等步驟，再進入到鋅粉混合桶內(nèi)，通過均勻、穩(wěn)定地添加鋅粉和醋酸鉛，將液相中的金以單質(zhì)的形式置換出來，最后通過置換板框壓濾得到金泥。金泥品質(zhì)主要影響因素為鋅粉加入量、真空度、鋅粉加入均勻性、醋酸鉛加入量。置換板框的技術參數(shù)主要包括：過濾壓力≤0.4MPa，過濾面積=50m2，濾室容積=0.85m3，板框濾布一般為“兩布一紙”，即棉帆布、薄棉布和濾紙，濾布開孔要規(guī)范，開孔略大于板孔大小，裝濾布時，濾板邊緣鋰基脂涂抹均勻，確保邊緣均充分涂抹，板框裝完后，要求板框整體平齊。置換板框入料為貴液與鋅粉混合液，通過置換及過濾后，得到濾渣為金泥。每次卸完金泥，必須將板框徹底清理干凈。每月對鋅粉置換相關管道進行一次檢查，視結(jié)垢情況組織清理或更換。

3.3 現(xiàn)場操作優(yōu)化應用

為提高黃金冶煉效率，采用優(yōu)化的鋅粉置換工藝進行黃金冶煉試驗，具體操作優(yōu)化應用如下。

（1）加強酸洗液退除處理工作，降低系統(tǒng)雜質(zhì)含量，減少了鋅粉置換管路堵塞的情況，減少了系統(tǒng)停車時間，置換開車時間同比增加0.69%，貴液置換量同比增加2.04%。

（2）建立了鋅粉置換系統(tǒng)故障處理臺賬，對要求停止置換的情況進行事前分析，優(yōu)化、綜合各級人員處理意見，全程對處理過程進行專人監(jiān)管，檢修完成后進行總結(jié)分析。這樣有利于積累經(jīng)驗、加強管理，有效規(guī)避長時間停車的風險，優(yōu)化系統(tǒng)運行。2021年上半年累計登記處理16次。

（3）改進鋅粉混料桶結(jié)構(gòu)，將混料桶攪拌槳葉增大約1cm，有利于提高鋅粉攪拌力度和混料均勻性，有利于將液相中的金置換出來。改進前后的攪拌槳葉如圖1所示。

圖1 改進前后的攪拌槳葉（左：改進前，右：改進后）

（4）調(diào)整鋅粉的加入量。以前為確保貧液達標，掛漿時鋅粉加入量為40kg左右，2020下半年開始，掛漿時鋅粉加入量在25kg～30kg左右，確保貧液達標的前提下盡可能減少鋅粉加入量，可減少設備及管路堵塞情況，最直觀的現(xiàn)象就是鋅粉桶下料邊沿，之前下來邊沿結(jié)厚厚的一層固化鋅粉，且一周左右鋅粉桶就結(jié)死，鋅粉桶下水不暢通要進行清理，改進過后，一個月左右清理一次鋅粉桶和管道，有利于提高金泥品位。金泥品位情況如下。

表2 2020和2021年金泥品位對比情況

（5）加強置換系統(tǒng)真空度、醋酸鉛加入量的管控，確保其余影響因素指標正常。

4 結(jié)語

隨著環(huán)保要求越來越高，黃金冶煉方法和工藝要求也越來越嚴格。本文分析了影響鋅粉置換的金濃度、氰化物濃度和鋅溶液等影響因素，對濕法冶煉鋅粉置換方法和置換系統(tǒng)進行優(yōu)化，現(xiàn)場操作優(yōu)化應用得出該方法可顯著提高金泥品位，提高黃金冶煉效率，為傳統(tǒng)技術提供新的處理方法和工藝。