合質(zhì)金收熔干式制片技術(shù)及應(yīng)用*

周 興，陳德海，劉俊林，梁祖禎，余萬(wàn)元，王仁輝

（云南黃金礦業(yè)集團(tuán)云南滇金投資有限公司，云南 昆明 650000）

合質(zhì)金即粗金，是經(jīng)過(guò)初步冶煉的尚含有很多其他元素的一種自然金合金。合質(zhì)金大多與其他金屬伴生，如銀、鉑、鋅等，在其他金屬未提出之前稱(chēng)為合質(zhì)金。合質(zhì)金產(chǎn)于不同的礦山而所含的其他金屬的成分不同，因此成色高低不一，一般在50%～90%[1]。而黃金提純的方法很多，主要包括火法氧化精煉、氯化精煉法、電解精煉法、化學(xué)精煉法、溶劑精煉法等[2]。

目前，某企業(yè)黃金提純采用化學(xué)精煉法，俗稱(chēng)王水還原法[3]，與電解法和萃取法相比，還原法工藝具有流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、流程金積壓少、所得金純度高等優(yōu)點(diǎn)[4]。該方法需將合質(zhì)金進(jìn)行破片處理，傳統(tǒng)工藝采用水循環(huán)淬珠烘干工藝進(jìn)行破片，主要工藝流程為：熔前稱(chēng)重—中頻爐熔融—水淬珠—烘干—熔后稱(chēng)重。合質(zhì)金水循環(huán)淬珠工藝存在諸多缺點(diǎn)：

1）作業(yè)環(huán)境差，中頻爐熔融合質(zhì)金以及使用乙炔槍烘干過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煙塵，造成作業(yè)環(huán)境差，不利于職業(yè)健康和環(huán)保要求；

2）自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，金液傾倒淬珠過(guò)程采用2名操作人員用抱鉗夾坩堝并抬至吊葫蘆的方式進(jìn)行（坩堝使用后期會(huì)在夾抱鉗處造成損傷從而可能斷裂），烘干過(guò)程需要操作人員手持乙炔槍操作，上述兩個(gè)過(guò)程使操作人員直接面對(duì)熱輻射，同時(shí)每一爐熔煉過(guò)程中需對(duì)不銹鋼大桶加水和人工舀水（采用自吸泵吸水會(huì)將極細(xì)金粒抽出，造成金損耗增加，不利于維護(hù)客戶(hù)穩(wěn)定性），進(jìn)一步增加勞動(dòng)強(qiáng)度；

3）金損耗高，在熔融過(guò)程中由于石墨坩堝受熱不均，同時(shí)在電磁感應(yīng)作用下金液不斷翻滾，使金珠在坩堝周?chē)鴦?dòng)，造成金損耗增加；而在坩堝使用后期，隨著坩堝內(nèi)壁被金液來(lái)回沖刷和人工清掃造成腐蝕，使金液滲入坩堝無(wú)法清出，造成金損耗增加；同時(shí)采用乙炔槍烘干過(guò)程中，由于憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整乙炔焰壓力，會(huì)吹飛極細(xì)的金屑，造成金損耗增加；敞開(kāi)式熔煉環(huán)境會(huì)使金液少量氧化蒸發(fā)于環(huán)境中，造成金損耗增加；而合質(zhì)金采用水淬會(huì)生成極細(xì)的粉末狀漂浮于水面，隨水一起舀出，進(jìn)一步增加金損耗；

4）淬珠易形成致密的塊狀物料，合質(zhì)金水淬珠時(shí)由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)金液溫度高低、金液流速大小進(jìn)行控制，操作難度大，在合質(zhì)金成色高時(shí)淬珠易形成致密的塊狀物料，造成一次王水作業(yè)余金量過(guò)大從而反復(fù)淬珠，進(jìn)一步增加生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。

該企業(yè)旗下“滇金”品牌是中國(guó)黃金行業(yè)知名品牌，近年來(lái)黃金生產(chǎn)加工量隨企業(yè)發(fā)展逐年增加，且1 kg標(biāo)準(zhǔn)金錠的產(chǎn)量占比越來(lái)越高，2018年金錠產(chǎn)量達(dá)40 t，其中1 kg標(biāo)準(zhǔn)金錠超過(guò)30 t[5]。并且每年產(chǎn)量在持續(xù)增加中，每年黃金市場(chǎng)采購(gòu)合質(zhì)金大概10 t左右，為進(jìn)一步維穩(wěn)客戶(hù)，滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，減少王水作業(yè)過(guò)程余金量，降低企業(yè)環(huán)保壓力，縮短金錠出入庫(kù)時(shí)間，提升公司合質(zhì)金收熔制片相關(guān)工藝技術(shù)，在進(jìn)行充分調(diào)研后，引進(jìn)了某品牌合質(zhì)金制片機(jī)設(shè)備和工藝，并通過(guò)進(jìn)一步技術(shù)優(yōu)化改造解決了制片機(jī)技術(shù)短板，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，對(duì)我國(guó)合質(zhì)金王水作業(yè)工藝具有良好的示范作用。

1 工藝流程

1.1 設(shè)備流程簡(jiǎn)介

合質(zhì)金制片機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖1所示，其工藝是將合質(zhì)金填裝進(jìn)制片機(jī)中，采用惰性氣體保護(hù)，PLC自動(dòng)控制加熱熔融，密閉無(wú)煙氣，快速熔化后并保溫，放料口設(shè)置高速旋轉(zhuǎn)石墨碟盤(pán)進(jìn)行制片，石墨碟盤(pán)下方配有定制小推車(chē)接金片，在小推車(chē)金片接滿(mǎn)后，可手動(dòng)關(guān)閉放料口，替換小推車(chē)，繼續(xù)放料制片，此時(shí)已制金片可直接稱(chēng)重，制片結(jié)束清掃腔體。主要工藝流程為：熔前稱(chēng)重→熔融→制片→熔后稱(chēng)重。合質(zhì)金水淬和制片實(shí)物對(duì)比圖如圖2。

圖1 合質(zhì)金制片機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of crude gold sheet processing machine

圖2 合質(zhì)金水淬和制片實(shí)物對(duì)比圖Fig.2 Comparison diagram of crude gold water quenching and flaking object

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

工藝主體設(shè)備是合質(zhì)金制片機(jī)，采用大功率中頻感應(yīng)加熱，全固態(tài)進(jìn)口IGBT變頻及功率調(diào)節(jié)，HMI觸屏參數(shù)設(shè)置，PLC控制系統(tǒng)進(jìn)程，其主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 制片機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of sheet processing machine

2 生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 傳統(tǒng)水循環(huán)淬珠

傳統(tǒng)工藝中，把“合質(zhì)金”放入坩堝熔化[6]，金液溫度升至1 200℃左右進(jìn)行人工傾倒，冷水在氣動(dòng)攪拌下形成旋渦進(jìn)行淬珠，淬珠完畢清掃坩堝，烘干淬珠片，熔后稱(chēng)重，水淬法示意圖如圖3。

圖3 水淬法示意圖Fig.3 Schematic diagram of water quenching method

實(shí)際生產(chǎn)中3批合質(zhì)金共240 kg，采用原有水循環(huán)淬珠烘干工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表2，此時(shí)人工需要8人，金損耗高，在50.4 g左右，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境差，安全隱患大，自動(dòng)化水平低。

表2 水循環(huán)淬珠工藝統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.2 Statistical results of water cycling quenching bead process

2.2 制片工藝優(yōu)化前結(jié)果

合質(zhì)金制片工藝技術(shù)優(yōu)化改造前制片時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)能低、金片成片率低，金片厚度太薄，王水作業(yè)反應(yīng)劇烈，不易控制，統(tǒng)計(jì)如表3。

表3 合質(zhì)金工藝優(yōu)化前統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.3 Statistical results of crude gold process before optimization

2.3 實(shí)施改進(jìn)

針對(duì)制片機(jī)在工業(yè)實(shí)踐中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，研究在不大范圍改變?cè)に嚵鞒痰那闆r下，對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行全面改造優(yōu)化：①通過(guò)優(yōu)化設(shè)備主板過(guò)載報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)備功率由30 kW提升至45 kW，第一批次合質(zhì)金加熱熔化制片時(shí)間由60 min降低至40 min，第二、第三批合質(zhì)金熔化時(shí)間由30 min降低至20 min；②通過(guò)將制片溫度由1 100℃降低至1 000℃，石墨轉(zhuǎn)盤(pán)速度由（700～750） r/min降低至（550～600） r/min，該優(yōu)化措施明顯增厚了金片厚度，利于王水作業(yè)；③制片孔徑由1.0 mm加大至2.0 mm，制片時(shí)間由30 min減少至10 min，并且金片成片率>95%，且金片厚度完全滿(mǎn)足王水作業(yè)；④通過(guò)工業(yè)實(shí)踐找到設(shè)備坩堝冷卻時(shí)間與溫度的關(guān)系，自主組裝定時(shí)延時(shí)開(kāi)關(guān)，起到節(jié)約能耗與人工的目的。優(yōu)化改造后統(tǒng)計(jì)如表4。

表4 合質(zhì)金工藝優(yōu)化后統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.4 Statistical results of crude gold process after optimization

2.4 王水作業(yè)效果對(duì)比

公司合質(zhì)金提純采用王水溶金還原法，針對(duì)水淬工藝和合質(zhì)金制片工藝金片提純工藝技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表5，從表5看出：①合質(zhì)金制片工藝王水作業(yè)中硝酸用量明顯降低，相應(yīng)的廢水及廢氣產(chǎn)生量減小，產(chǎn)生的廢氣為酸霧，主要含有氮氧化物、硫化氫和二氧化硫等，該廢氣用引風(fēng)機(jī)抽入酸霧凈化塔堿液淋洗中和吸收，達(dá)到國(guó)家大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣[7]，處理成本降低，作業(yè)環(huán)境得到有效改善，同時(shí)降低了王水作業(yè)易冒槽的可能性；②通過(guò)制片處理后增加了其比表面積，與化學(xué)試劑能夠充分接觸，有利于提高化學(xué)反應(yīng)速率[8]，余金量大大降低，減小了合質(zhì)金積壓量，可提高資金周轉(zhuǎn)率，減小余金返溶帶來(lái)的作業(yè)強(qiáng)度；③明顯降低溶金時(shí)間，提高出金速度；④減少加熱時(shí)間，降低能耗，節(jié)約成本。

表5 合質(zhì)金水淬工藝與合質(zhì)金制片工藝提純參數(shù)對(duì)比Tab.5 Comparison on purification parameters of crude gold water quenching process and crude gold flaking process

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

針對(duì)合質(zhì)金收熔干式制片工藝在工業(yè)實(shí)踐上出現(xiàn)的不足，通過(guò)一系列的技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，提高了整機(jī)輸出功率，大大降低了合質(zhì)金收熔制片時(shí)間，制片成片率大大提高，且金片制片質(zhì)量能更好滿(mǎn)足后續(xù)王水作業(yè)過(guò)程，成熟的合質(zhì)金收熔干式制片工藝與傳統(tǒng)水循環(huán)淬珠工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析如表6。

表6 240 kg合質(zhì)金水淬工藝與合質(zhì)金制片工藝效益對(duì)比Tab.6 Comparison on benefits of crude gold water quenching process and crude gold flaking process 單位：元

應(yīng)用合質(zhì)金制片工藝后，王水作業(yè)也明顯等到了有效改善，技術(shù)指標(biāo)如表5：減少了硝酸用量，同時(shí)減少了酸氣及氮氧化物生成，減小了余金量，減少了溶金時(shí)間，減少了加熱時(shí)間，全年公司采購(gòu)合質(zhì)金10 t，經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

制片過(guò)程：50+（42.28+2.4+48+120-65+11 520）×10 000/240=98.6萬(wàn)元；

王水過(guò)程：76 000（資金利息）+105×10 000/240（電費(fèi)）=80 375元；

綜上，采用合質(zhì)金收熔干式制片技術(shù)后，公司全年可形成經(jīng)濟(jì)效益約106.6萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

1）合質(zhì)金制片工藝應(yīng)用工業(yè)實(shí)踐后，徹底取代了合質(zhì)金傳統(tǒng)水循環(huán)淬珠工藝，合質(zhì)金制片結(jié)束金片可直接稱(chēng)重，無(wú)需再行烘干，消除了乙炔槍烘干帶來(lái)的安全隱患；

2）在合質(zhì)金總量不變的情況下，人工由8人次減少至3人次，金損耗由0.021%降低到0.009%，單批王水作業(yè)余金量減少3.8 kg，提高了資金周轉(zhuǎn)率，加快了產(chǎn)品出入庫(kù)，王水作業(yè)硝酸用量明顯減少，相應(yīng)的減少了廢氣和氮氧化物的生成，降低了企業(yè)環(huán)保壓力；

3）研究的合質(zhì)金制片工藝技術(shù)在全封閉環(huán)境下操作，采用惰性氣體保護(hù)，無(wú)氧化蒸發(fā)，隔絕了高溫所產(chǎn)生的熱輻射、煙氣和明火焰等對(duì)員工身體的傷害，作業(yè)環(huán)境好，安全環(huán)保，金片回收方便，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低；

4）無(wú)飛濺無(wú)金料的損失，金片質(zhì)量完全滿(mǎn)足后續(xù)王水作業(yè)，提高了企業(yè)技術(shù)裝備水平，增強(qiáng)了精煉企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)其它精煉企業(yè)有一定借鑒指導(dǎo)作用。