解吸電解設(shè)備的優(yōu)化及應(yīng)用研究

摘要：氰化浸出是黃金生產(chǎn)中的代表性工藝，其中解吸電解環(huán)節(jié)至關(guān)重要，直接關(guān)系到黃金產(chǎn)量。內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司采用破碎—堆浸—活性炭吸附—解吸電解—冶煉的選礦工藝，在生產(chǎn)中，解吸電解設(shè)備常因粉炭過多導(dǎo)致堵塞，影響生產(chǎn)效率和黃金產(chǎn)量。探討了內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司在黃金生產(chǎn)過程中解吸電解設(shè)備的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。通過深入分析溫度、壓力、氫氧化鈉用量等工藝參數(shù)對(duì)解吸電解效果的影響，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的實(shí)際問題，提出了一系列針對(duì)性的優(yōu)化措施，包括調(diào)整解吸液用量、降低循環(huán)流量、擴(kuò)大炭棒網(wǎng)開孔面積、增加過濾器過濾面積和目數(shù)等，有效解決了設(shè)備堵塞、生產(chǎn)效率受限等問題。研究結(jié)果可為同類型設(shè)備的優(yōu)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞：解吸電解；氫氧化鈉；過濾器；優(yōu)化措施；粉炭；堵塞

引言

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市烏拉特中旗新忽熱蘇木東部11 km處，是中國西北地區(qū)規(guī)模最大的低品位礦石露天開采企業(yè)之一，采用破碎—堆浸—活性炭吸附—解吸電解—冶煉的選礦工藝。其中，解吸電解環(huán)節(jié)設(shè)有6個(gè)系列，載金炭通過壓力輸送至解吸柱內(nèi)，利用解吸液循環(huán)泵將配制好的解吸液從解吸液儲(chǔ)槽中輸送到解吸柱底部，再從頂部排出，解吸液加熱后，通過過濾器去除其中的粉炭和細(xì)泥，然后返回電解槽進(jìn)行循環(huán)，解吸系統(tǒng)通過持續(xù)循環(huán)逐漸升溫，旨在預(yù)熱解吸系統(tǒng)并提升解吸液中金濃度；當(dāng)解吸系統(tǒng)的溫度、壓力和貴液品位等參數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，啟動(dòng)電解過程，金離子將沉積于電解槽的陰極，通過持續(xù)循環(huán)，直至載金炭脫金完全、電解貧液達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，解吸過程結(jié)束；完成一柱載金炭解吸后，電解貧液經(jīng)冷卻器泄壓后排放至解吸液儲(chǔ)液槽，隨后添加解吸劑氫氧化鈉進(jìn)行配液，作為下一柱解吸過程的解吸液繼續(xù)使用。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，解吸柱的排水網(wǎng)及管道因粉炭的存在而頻繁堵塞，嚴(yán)重妨礙了生產(chǎn)的正常進(jìn)行［1-3］。為解決上述問題，內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司在解吸柱與電解槽之間增設(shè)了一個(gè)更大且網(wǎng)目更細(xì)的過濾裝置，以確保粉炭被有效截留于過濾器中，有效解決了設(shè)備堵塞問題，提升了生產(chǎn)效率和金泥品質(zhì)，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。

1工程背景

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司采用的解吸電解設(shè)備由北京市金長(zhǎng)城機(jī)械制造廠生產(chǎn)，是一種高效節(jié)能的高溫高壓無氰解吸電解設(shè)備［4］。該設(shè)備具備每批次處理2 500 kg載金炭的能力。其工作原理為基于氫氧化鈉溶液，在150 °C的高溫條件下，實(shí)現(xiàn)解吸柱內(nèi)載金炭中金離子的解吸，使之從載金炭中釋放并轉(zhuǎn)移到解吸液中。隨后，解吸液中的金離子在電解槽內(nèi)電解，獲得電子還原成金原子，并在電解槽的陰極聚集形成金粉顆粒（即金泥）［5-6］。該過程實(shí)現(xiàn)了從載金炭中提取金的目的，設(shè)備流程圖見圖1。

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司采用的解吸電解工藝設(shè)備包括儲(chǔ)液槽、磁力泵、加熱器、解吸柱、過濾器、電解槽等［2］。其中，解吸柱的上部和下部共安裝了4個(gè)炭棒網(wǎng)。炭棒網(wǎng)制作方法為：在直徑為50 mm的不銹鋼管外表面，按照10～15 mm的間距鉆孔，孔徑為10 mm，用16目篩網(wǎng)緊密包裹，形成炭棒網(wǎng)。其功能在于，將粒徑小于16目的不合格活性炭排除，確保解吸液循環(huán)系統(tǒng)的暢通無阻，避免頻繁堵塞，從而保障工藝指標(biāo)的穩(wěn)定。解吸柱上部炭棒網(wǎng)的出口處，安裝了一個(gè)尺寸為260 mm×900 mm的過濾器，該過濾器是解吸電解系統(tǒng)的核心組件之一，主要作用是凈化解吸液。在過濾器內(nèi)部，同樣設(shè)置了一層篩網(wǎng)，在未改造前篩網(wǎng)目數(shù)為16目。其目的在于防止粒徑大于16目的合格活性炭進(jìn)入工藝循環(huán)，確保解吸液的純凈度。

經(jīng)過多年運(yùn)行實(shí)踐，解吸電解設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)重大故障。然而，在生產(chǎn)過程中，由于活性炭在使用過程中產(chǎn)生大量粉炭，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率受限，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)諸多問題。因此，必須針對(duì)解吸電解工藝實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行完善和解決。

2解吸電解工藝

解吸過程在氰化浸出工藝中扮演著關(guān)鍵角色［3］，解吸過程又稱脫吸過程，即已吸收或吸附的物質(zhì)從吸收劑或吸附劑中釋放的過程，與活性炭吸附工藝中的吸附過程相對(duì)立。當(dāng)載金炭表面的金與解吸液中的金達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，向解吸液中引入氫氧根離子，由于這些離子易被載金炭吸附，導(dǎo)致載金炭表面吸附金的平衡狀態(tài)被打破，［Au（CN）2］-持續(xù)被置換釋放，從而完成解吸過程［7-8］。

電解質(zhì)（解吸液）中的離子通常處于無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)直流電接通后，離子將進(jìn)行定向移動(dòng)。陽離子向陰極遷移，在陰極獲得電子并被還原；陰離子則向陽極移動(dòng)，在陽極失去電子并被氧化。這一過程被稱為電解［9］。解吸電解過程化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

［Au（CN）2］-+e→Au+2CN-，

2H++2e→H2↑，

CN-+2OH-→CNO-+2H2O+2e，

2CNO-+4OH-→2CO2↑+N2↑+2H2O+6e，

4OH-→2H2O+O2↑+4e。

3解吸電解效果影響因素

3.1溫度與壓力

1）溫度是影響金從載金炭上解吸的關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)參數(shù)。隨著溫度的升高，活性炭對(duì)金的吸附平衡容量常數(shù)顯著下降，從而導(dǎo)致金的解吸過程更為徹底。吸附量與溫度之間的關(guān)系見圖2。溫度的提升不僅增強(qiáng)了電解液的導(dǎo)電性，還加速了金氰絡(luò)合離子的擴(kuò)散速率，并降低了氧在電解液中的溶解度，減少了競(jìng)爭(zhēng)電流反應(yīng)的發(fā)生。因此，溫度的增加有助于加快金的沉積速率，并提高金的沉積效率［10］。

2）高壓對(duì)解吸電解沒有顯著影響，解吸電解過程中采用高壓主要是為了獲得較高的溫度。

3.2氫氧化鈉用量

隨著氫氧化鈉用量的增加，溶液中的OH- 濃度相應(yīng)提高，可更有效置換吸附態(tài)的金離子，從而促進(jìn)金的解吸。然而，過高的堿濃度會(huì)加劇設(shè)備腐蝕并增加操作難度，因此，通常將氫氧化鈉用量維持在5 %。在電解液中，氫氧化鈉的存在能夠提升電解液的電導(dǎo)率，進(jìn)而增強(qiáng)電解過程效率，尤其是在金氰絡(luò)合離子濃度較低的條件下。此外，電解液中OH- 濃度提升，金沉積速率加快，進(jìn)而提高金的沉積效率［11-13］。

4解吸電解設(shè)備存在的問題及解決措施

4.1存在問題

1）解吸柱上、下炭棒網(wǎng)頻繁被粉炭堵塞，導(dǎo)致不銹鋼網(wǎng)需頻繁更換；更換過程中需停機(jī)、降溫、泄壓，不僅影響解吸電解指標(biāo)，而且增加了電能、材料、人力等成本。

2）粉炭泥沉積、黏附在加熱器內(nèi)壁、加熱管、管道內(nèi)壁等部位，導(dǎo)致管道頻繁堵塞，設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)不穩(wěn)定；每次提取金泥時(shí)都需要清理加熱器、管道，清理難度大，不僅會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害，而且增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）維修過程中會(huì)產(chǎn)生含金物料，需要調(diào)度、保安人員共同監(jiān)護(hù)；頻繁維修不利于含金物料的管理。

4）電解出的金泥品位低，一般在16 %左右，金泥中含有大量炭泥，影響冶煉質(zhì)量，合質(zhì)金中金品位平均為88 %。

5）由于解吸電解設(shè)備運(yùn)行壓力和溫度偏高，若降溫和泄壓不徹底，會(huì)增加崗位操作工的職業(yè)健康安全風(fēng)險(xiǎn)。

6）加熱管外壁黏附1～2 cm厚度的金泥和粉炭，影響加熱效果；解吸過程中溫度提升慢，造成能源浪費(fèi)。

4.2原因分析

1）在解吸電解過程中，粒徑小于16目的粉炭含量較高［14］，原因如下：①在常規(guī)的炭串聯(lián)及輸送過程中，由于高壓水的作用，炭粒與炭粒之間、炭粒與管道壁之間、炭粒與水之間發(fā)生摩擦，導(dǎo)致炭粒磨損，從而產(chǎn)生一定量的粉炭；②在高溫高壓解吸電解工藝中，活性炭解吸是分批次進(jìn)行的，每一批次均需經(jīng)歷裝柱、解吸、放柱、酸洗、高溫再生等工序，在放柱退液及冷卻活性炭過程中，由于突然泄壓，炭粒表面發(fā)生破裂，同時(shí)炭粒內(nèi)部吸附的水分迅速氣化，導(dǎo)致炭粒表面部分被剝離，形成粉炭或細(xì)?；钚蕴浚虎墼诨钚蕴吭偕^程中，溫度可達(dá)到600 °C～700 °C，再生后采用冷水迅速冷卻，在冷熱交換過程中，活性炭發(fā)生裂解，裂解過程中產(chǎn)生粉炭或細(xì)?；钚蕴浚虎茉谖焦に囍?，炭粒在清水中通過水流壓力懸浮吸附，炭粒間的摩擦作用產(chǎn)生一定量的粉炭；⑤活性炭本身質(zhì)量問題，也會(huì)產(chǎn)生一定量的粉炭。

2）在每批次活性炭解吸電解過程結(jié)束后，解吸液需返回至儲(chǔ)液罐以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。在返回過程中，由于缺乏過濾裝置，解吸過程中產(chǎn)生的粒徑小于16目的粉炭會(huì)通過炭棒網(wǎng)，大部分積聚于儲(chǔ)液罐內(nèi)。隨著多次解吸操作的累積，儲(chǔ)液罐內(nèi)的粉炭逐漸增多，解吸液的渾濁度增加。

3）在解吸電解過程中，由于過濾器的過濾效率欠佳，無法有效過濾和凈化解吸液，導(dǎo)致解吸液循環(huán)過程中解吸柱上、下炭棒網(wǎng)受到粉炭和結(jié)垢的雙重影響，逐漸被堵塞。這進(jìn)一步導(dǎo)致了流量的減少和壓力的升高，使得解吸過程中需要中斷設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，顯著降低了整個(gè)解吸電解過程的效率［15］。

4）粉炭具有較強(qiáng)的黏附性，其黏附于陰極板表面，導(dǎo)致電解能力減弱和電解效率降低。

5）加熱管通電后產(chǎn)生的電磁場(chǎng)效應(yīng)，以及粉炭作為半導(dǎo)體材料的特性，導(dǎo)致粉炭在加熱管表面的附著速率加快，隨著時(shí)間的推移，粉炭層厚度逐漸增加。

6）解吸液用量維持在6 %～7 %，顯著高于5 %的標(biāo)準(zhǔn)。盡管該用量對(duì)解吸效果具有積極影響，但與粉炭混合后，溶液黏度增加，導(dǎo)致設(shè)備及管道內(nèi)壁出現(xiàn)掛壁現(xiàn)象。

7）在載金炭解吸過程中，并未采取酸洗預(yù)處理步驟，而是選擇在解吸后進(jìn)行酸洗處理（鑒于在酸洗過程中使用鹽酸，為避免其與氰化鈉反應(yīng)生成具有劇毒且易揮發(fā)的氫氰酸，故采取此措施）。因此，載金炭出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)鈣現(xiàn)象，結(jié)鈣量達(dá)到3 %～6 %（酸洗后降至1 %～2 %）。這一現(xiàn)象不僅對(duì)解吸效果產(chǎn)生了負(fù)面影響，而且在解吸液的循環(huán)過程中，導(dǎo)致了嚴(yán)重結(jié)鈣問題，成為炭棒網(wǎng)堵塞的主要原因之一。

4.3解決措施

為應(yīng)對(duì)上述問題，本研究通過對(duì)解吸電解工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的深入分析，提出從解吸液和過濾器2方面著手，以實(shí)現(xiàn)過濾器的過濾和凈化功能。

1）調(diào)整解吸液用量，將其從6 %～7 %降至約5 %。解吸液用量的降低顯著減少了粉炭的附著力及掛壁現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用效果顯著。

2）將解吸液循環(huán)流量從8～10 m3/h降至約6.5 m3/h，從而降低電解槽內(nèi)解吸液的流量和流速。一方面，為粉炭提供了沉淀和沉降的時(shí)間；另一方面，降低了金屬離子濃度，確保金屬離子能被徹底電解，進(jìn)而提升電解效率。

3）擴(kuò)大上、下炭棒網(wǎng)的開孔面積，將炭棒上孔直徑由10 mm調(diào)整為20 mm，孔距縮短至6 mm，面積增加1倍，提高了透水性和速率，實(shí)際使用效果良好。

4）根據(jù)儲(chǔ)液罐的容積，將儲(chǔ)液罐的沉淀高度從200 cm提升至400 cm，并將清洗沉淀層的管路從200 cm降至儲(chǔ)液罐最低處。每周更換一次解吸液，以清除儲(chǔ)液罐內(nèi)沉淀的粉炭。

5）增加過濾器的過濾網(wǎng)目數(shù)和過濾面積，過濾器剖面圖見圖3。新過濾器解吸量為每批次5 t（原設(shè)備為每批次2.5 t），尺寸為400 mm×900 mm，過濾面積是原設(shè)備的2.2倍，過濾網(wǎng)目數(shù)從16目提升至100目。盡管解吸液仍存在渾濁現(xiàn)象，但相較于以往已顯著改善，炭棒網(wǎng)堵塞現(xiàn)象減少了80" %。

6）在退液管路中串聯(lián)一個(gè)與解吸電解環(huán)節(jié)中規(guī)格型號(hào)一致、篩網(wǎng)目數(shù)相同的過濾器。鑒于退液環(huán)節(jié)不具備高壓特性，不屬于壓力容器范疇，因此自制過濾器，具體見圖4。盡管篩網(wǎng)目數(shù)的提升會(huì)導(dǎo)致過濾器篩網(wǎng)偶爾出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，但這為正?，F(xiàn)象。其目的在于確保過濾器篩網(wǎng)而非炭棒網(wǎng)發(fā)生堵塞，從而在維修時(shí)僅需更換過濾器篩網(wǎng)，此舉顯著節(jié)約了人力與時(shí)間成本。后續(xù)在過濾器的出口側(cè)增設(shè)反吹風(fēng)管，對(duì)于壓力升高的批次，在解吸完成后利用風(fēng)管對(duì)過濾器篩網(wǎng)進(jìn)行約3 min的反吹，以清除黏附于篩網(wǎng)表面的粉炭，使其落入過濾器底部空間儲(chǔ)存。在提取金泥時(shí)進(jìn)行清理，直至流量和壓力完全無法滿足指標(biāo)要求時(shí)，再自行拆卸過濾器及管路。

5應(yīng)用效果

5.1技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)過凈化處理的解吸液，其工藝管路堵塞顯著降低，從而確保了工藝設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。通過定期（如在金泥提取期間）對(duì)過濾器和管路進(jìn)行清理，解吸效率和相關(guān)指標(biāo)得到了顯著提升。貧炭品位從原先的約60 g/t降低至約40 g/t，下降了約25 %。同時(shí)，金泥品位及合質(zhì)金質(zhì)量均有所提高。根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，金泥平均品位從之前的16 %提升至約20 %，而合質(zhì)金中金平均品位則從88 %提升至約92 %，這一改進(jìn)顯著提升了電解效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

5.2經(jīng)濟(jì)效益

隨著解吸液濃度的降低，氫氧化鈉用量亦相應(yīng)減少。每個(gè)系列的首批次氫氧化鈉用量從原先的12袋（每袋25 kg）減至10袋，而每月每個(gè)系列的換液次數(shù)亦從4次減至2次。由此，每月?lián)Q液過程中的氫氧化鈉用量可節(jié)約700 kg（相當(dāng)于28袋），6個(gè)系列總計(jì)節(jié)約4 200 kg。在解吸周期方面，每16 h完成1批次解吸，每月平均解吸42批次，除首批次外，其余批次的氫氧化鈉用量從6袋減少至5袋。綜合計(jì)算，6個(gè)系列每月可節(jié)約氫氧化鈉用量252袋，以每噸氫氧化鈉成本4 000元計(jì)算，年節(jié)約成本可達(dá)504 000元。此外，粉炭被有效攔截于過濾器及儲(chǔ)液罐內(nèi)，避免了其循環(huán)，從而可直接回收粉炭。據(jù)估算，每年可攔截約5 t粉炭，其平均金品位為500 g/t，若金價(jià)按400元/g計(jì)算，則可增加效益約100萬元。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性提升，加熱管、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的電能損耗降低約3 %。每臺(tái)加熱器功率為126 kW，每個(gè)系列配置2臺(tái)，共計(jì)12臺(tái)。每批次運(yùn)行16 h，每月每個(gè)系列42批次，電費(fèi)按0.5元/（kW·h）計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)約11.43萬元。通過減少清理管道和過濾器的次數(shù)，節(jié)約了大量人力資源，機(jī)修人員減少4人，年節(jié)約工資約40萬元。加熱管外壁黏附的金泥和粉炭厚度降低至0.3～0.8 cm，解吸過程中溫度提升速度加快，與以往相比，加熱至150 °C的時(shí)間縮短了10 min。金泥和粉炭的減少縮短了酸洗時(shí)間，既減輕了冶煉酸洗過程的工作量，也減少了硝酸用量。

5.3社會(huì)效益

經(jīng)過改造，解吸電解過程的運(yùn)行壓力保持穩(wěn)定，顯著降低了維護(hù)頻率，同時(shí)減少了職業(yè)健康安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該措施有效防止了含金物料的流失，確保了物料的安全管理。設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了提升，從而便于操作管理。

6結(jié)語

本文探討了內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司在氰化浸出生產(chǎn)黃金過程中解吸電解設(shè)備的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。通過深入分析溫度、壓力、氫氧化鈉用量等工藝參數(shù)對(duì)解吸電解效果的影響，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的實(shí)際問題，提出了一系列針對(duì)性的優(yōu)化措施，包括調(diào)整解吸液濃度、降低循環(huán)流量、擴(kuò)大炭棒網(wǎng)開孔面積、增加過濾器過濾面積和目數(shù)等，有效解決了設(shè)備堵塞、生產(chǎn)效率受限等問題。實(shí)踐證明，改造后的解吸電解設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，工藝指標(biāo)顯著提升，不僅提高了金泥品質(zhì)和合質(zhì)金品位，還顯著降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，該優(yōu)化方案可為同行業(yè)其他企業(yè)提供有益的參考和借鑒。

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Optimization and application of desorption electrolysis equipment

Miao Tengfei

（Inner Mongolia Pacific Mining Co.， Ltd.）

Abstract：The cyanide leaching is a representative method in gold production， with the desorption electrolysis stage being crucial as it directly affects gold output. Inner Mongolia Pacific Mining Co.， Ltd. employs a beneficiation process of crushing-heap leaching-activated carbon adsorption-desorption electrolysis-smelting. However， during production， excessive carbon powder frequently clogs the desorption electrolysis equipment， reducing production efficiency and gold yield. This study examines the application of desorption electrolysis equipment in the gold production process and its associated challenges. By analyzing the effects of process parameters such as temperature， pressure， and sodium hydroxide concentration on desorption electrolysis performance， and addressing issues observed during equipment operation， a series of targeted optimization measures were proposed. These include adjusting desorption solution dosage， reducing circulation flow， enlarging the carbon rod mesh openings， and increasing the filtration area and meshes of filters. These measures effectively solved clogging and efficiency limitations， providing valuable insights for optimizing similar equipment.

Keywords：desorption electrolysis; sodium hydroxide; filter; optimization measures; carbon powder; clogging

作者簡(jiǎn)介：苗騰飛（1992—），男，工程師，從事黃金選礦工藝管理工作；E?mail：miaotf@chinagoldintl.com