載金碳解析電解裝置在實驗室的應(yīng)用

袁 揚(yáng)，潘大東

吉林省地質(zhì)技術(shù)裝備研究所，吉林 長春 130103

0 引言

黃金冶煉工藝流程中最后一道工序所產(chǎn)的半成品黃金，被稱為載金碳。對于載金碳的處理，解析電解已有長足發(fā)展，幾十年來，我國自行研制了常壓解析降溫電解設(shè)備、常壓解析同溫電解設(shè)備，以及高壓無氰解析電解設(shè)備等，這些成果對我國的黃金生產(chǎn)有很大的促進(jìn)作用。實踐證明這些工藝具有各自的技術(shù)優(yōu)勢，如金解析率高，貧碳含金品位低，但也存在解析時間長設(shè)備造價高等不足等缺點。為能提高產(chǎn)量選取適合的解析電解設(shè)備和工藝顯得尤為重要。因此實驗室模擬選礦廠的多種解析電解工藝流程顯得尤為重要。

1 解吸電解基本原理

1.1 解吸機(jī)理

在氰化物物溶液中金被活性炭吸附之后，氰化體系中載金碳表面的金和氰化物溶液中的金之間建立了可逆的平衡狀態(tài)，載金碳解吸時也處于類似的平衡狀態(tài)。當(dāng)向解吸體系中添加CN-或OH-時，由于這些陰離子更易被活性炭所吸附，而將已吸附的Au(CN)-2置換出來，金吸附的可逆平衡被破壞，并向著不利于金吸附的方向進(jìn)行，這便是金的解吸。其過程如圖1。

圖 1 金被解吸的機(jī)理Fig.1 Desorption mechanism of gold

可認(rèn)為從載金碳上解吸金實質(zhì)上是盡可能地破壞活性炭吸附的平衡，使過程向著不利于金的吸附的方向進(jìn)行。因此增加氰化物濃度，增大堿性，提高溫度，加大壓力或添加有機(jī)溶劑等都能促使金從活性炭上解吸下來。

增加氰化物濃度，增加堿性，添加有機(jī)溶濟(jì)都會加大生產(chǎn)成本，而提高溫度加大壓力則比較經(jīng)濟(jì)且效果顯著。

解吸液的溫度對從載金碳上解吸金是一個重要的動力學(xué)因素。隨著溫度的提高，活性炭吸附金的平衡容量常數(shù)迅速下降，因此溫度越高，金的解吸越徹底。

金的解吸劑一般為水溶液，在常壓下最高不會超過100 ℃，采用加壓設(shè)備，可將解吸溫度進(jìn)一步提高。當(dāng)壓力提高至0.5 MPa時溫度可達(dá)150 ℃，此狀態(tài)下金的解吸速度比常壓時高數(shù)倍。

1.2 電解機(jī)理

解吸載金碳得到的貴液無疑含有金這部分金可用電解法回收入電解時沒有新的物質(zhì)進(jìn)入溶液，可以獲得較純的金的沉積物，便于下一步處理，因此，電解法被大多數(shù)金礦使用。

金在解吸貴液中以Au(CN)-2存在，電解過程中的陰極析出金，銀和少量銅等，同時還由于水的還原而析出氫，在陽極析出氧并發(fā)生離子的氧化而析出二氧化碳和氮?dú)?。反?yīng)如下：

陰極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：40H--4e → O2+2H2O

主體溶液的反應(yīng)：2CN-+O2+4H2O →2NH3+2HCO-3

注：（“e”表示電子）

電解過程中也發(fā)生其他的反應(yīng)，而以上三種化學(xué)反應(yīng)是主要的。

試驗研究表明：在正常的電解條件下，金電解過程的主要控制步驟取決于Au(CN)-2向陰極表面的擴(kuò)散速度，金的沉積速度只受傳質(zhì)過程控制，其電解效率可用下式表示：

式中：Km=P/δ為傳質(zhì)系數(shù)；P是放電粒子（Au(CN)-2）的擴(kuò)散系數(shù)；δ是擴(kuò)散層的厚度；Co是金的原始濃度；Ct是電解后金的濃度；t是電解時間；S是陰極表面積；F是法拉第（電解1摩爾物質(zhì)所需電量1F=96 485 C）

提高電解液的溫度，能使電解液的導(dǎo)電率提高，同時使金氰絡(luò)離子或放電粒子Au(CN)-2的擴(kuò)散速度加快，而且降低氧在電解液中的溶解減少競爭電流的反應(yīng)，因此，隨著電解液溫度的提高，金的沉積速度加快，金的沉積效率也提高。

2 設(shè)備需要實現(xiàn)和控制的主要功能

根據(jù)解析電解原理設(shè)備需要實現(xiàn)在不同壓力和溫度下的解析電解過程。而在整個設(shè)備流程控制中要實現(xiàn)多種解析電解工藝流程。

在溫度和壓力控制上，設(shè)備需要采用單獨(dú)的電加熱器和冷卻器控制溫度而且系統(tǒng)需要全部采用外保溫材料隔絕外部溫度的設(shè)計。壓力控制方面電解槽要采用承壓罐體設(shè)計并配備單獨(dú)的氣體外部加壓裝置。系統(tǒng)在關(guān)鍵部位設(shè)立單獨(dú)的溫度和壓力檢測裝置并與PLC控制器相連。系統(tǒng)還設(shè)有壓力保護(hù)裝置和多處電解液取樣點可保證實驗安全有效進(jìn)行。

3 設(shè)備主要配置及工作流程圖

根據(jù)以上設(shè)計思路設(shè)計設(shè)備工作系統(tǒng)的流程圖和可實現(xiàn)的工藝流程（圖2）。

4 工藝流程：

4.1 獨(dú)立炭解吸試驗過程

（1）首先通過人工配制好解吸液，然后倒入貧液槽。

（2）解吸液預(yù)熱循環(huán)：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→貧液槽。

（3）當(dāng)解吸液溫度達(dá)到90 ℃時，終止預(yù)熱循環(huán)，解吸液開始進(jìn)入解析柱。

（4）預(yù)浸循環(huán)：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解析柱→過濾器→冷卻器→貴液槽。

（5）炭洗滌。預(yù)先人工配制好洗滌液并倒入貧液槽。

（6）洗滌液預(yù)熱循環(huán)：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→貧液槽分。當(dāng)洗滌液溫度達(dá)到90 ℃時，終止預(yù)熱循環(huán)，洗滌液開始進(jìn)入解析柱。

圖 2 設(shè)備工作原理圖Fig.2 The working principle of equipment 1.貴液槽；2.冷卻器；3.不銹鋼解析柱；4.不銹鋼過濾器；5.承壓平衡電解槽；6.柱塞解析液泵；7.電加熱器 ；8.貧液槽 ；9.接頭 ；10.配電柜 ；11.整流柜 ；12.接頭 ；T1～T3.溫度傳感器 ；P.耐高溫壓力表 ；L.流量計；Y.液位計；F1～F33不銹鋼球閥；Fa.不銹鋼安全閥；Fz.不銹鋼止回閥。

(7)其洗滌過程是：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解析柱→過濾器→冷卻器→貴液槽。

4.2 獨(dú)立電解試驗過程

第一次電解：貴液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→電解槽→貧液槽。

第二次電解：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→電解槽→貴液槽。

第三次電解：貴液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→電解槽→貧液槽。

...繼續(xù)直到電解全部完成。

4.3 Zadra法解吸電解連續(xù)試驗過程

（1）解吸液預(yù)熱循環(huán)同上。

（2）解吸電解循環(huán)過程：解吸液槽（貴液槽）→柱塞泵→流量計→加熱器→解吸柱→過濾器→冷卻器→電解槽→貧液槽（或者貴液槽）→計量泵。

4.4 高效節(jié)能無氰解吸電解試驗過程

（1）首先通過人工配制好解吸液，然后倒入貧液槽。

（2）貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解吸柱→過濾器→電解槽

（3）當(dāng)電解槽的液位達(dá)到要求時：電解槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解吸柱→過濾器→電解槽。

（4）解吸液在系統(tǒng)中被加熱到150 ℃，系統(tǒng)壓力0.50 MPa。

5 結(jié)論

（1）這套常溫常壓-高溫高壓實驗室解析電解裝置是實驗室黃金提取過程中炭吸附法提金的關(guān)鍵設(shè)備。它可模擬生產(chǎn)中常溫常壓和高溫高壓下解析電解裝置不同工作狀態(tài)，為大專院校、科研事業(yè)單位的小型試驗和教學(xué)提供可靠的依據(jù)。

（2）該設(shè)備配套齊全結(jié)構(gòu)新穎可進(jìn)行高溫高壓、常溫常壓下多種解析電解或單獨(dú)解析、電解試驗。設(shè)備配有旋轉(zhuǎn)柱塞泵和質(zhì)量流量計，可以實時監(jiān)控解析液的流量，自動化程度高，安全設(shè)施齊全，解析速度快。配有PLC觸摸屏，通過觸摸屏進(jìn)行操作，可以實現(xiàn)多種工藝流程試驗，操作簡單方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。設(shè)備還具有效率高、成本低、占地面積小等特點。

[1] 《中國選礦設(shè)備手冊》編委會.中國選礦設(shè)備手冊[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] 吉林省探礦機(jī)械廠.JCDG-1.0型實驗室解析電解裝置產(chǎn)品說明書[Z].長春：吉林省探礦機(jī)械廠，2012.