高溫高壓無氰解吸電解工藝的改進設計

（嵩縣金牛有限責任公司，河南 嵩縣 471435）

在本次研究中，我們以某礦業有限公司為例，其完成一期工程建成之后，企業在金礦石處理上可以達到每天生產100噸，去年和前年分別擴建兩座全泥氰化炭漿廠，目前已經可以實現每天1000噸的生產規模礦石，經過破碎、磨礦之后會進入氰化炭的吸附環節中，載金炭會被送入解吸車間之后，采用高溫高壓無氰解吸電解方法，在冶煉時經過濕法除去雜質之后烘干冶煉，最終制成符合標準的合質金錠出售。

1 原解吸電解工藝使用現狀分析

該公司是于2016年投入設備使用，該設備為金長城無氰解吸電解配套設備，載金炭計量、儲運罐，酸洗罐，貧炭計量、儲運罐，酸洗、尾氣回收噴淋塔，粉炭回收設備，廢液回收池載金炭采用的是常溫乙醇蒸餾解吸電解工藝的方法，該工藝采用的是4%的碳酸鈉和6%的氫氧化鈉溶液對載金炭進行浸出處理之后，在常溫常壓狀況下，解吸塔中進行金的蒸餾解吸，并進行乙醇的回收解吸含金貴液泵進入電解作業中，電解之后的液體被返回到預浸槽中，每次進行載金碳解吸時，電解時間長達半個小時，每個柱子可以生產250克的載金炭。具體乙醇蒸餾解吸電解工藝流程如下圖1所示。

圖1 原解吸電解工藝

然而，在實際生產過程中，通過乙醇蒸餾進行解吸電解工藝是存在很多問題，具體包括：一，由于解吸劑種類較多，包括碳酸鈉，氫氧化鈉，存在一定的爆炸或者可燃等危險性。二，貧炭品位較高，金回收時間長[1]。三，工業流程比較復雜，操作環節較多，生產力小，作業時間長。

除此之外，在高溫高壓無氰解吸電解工藝過程中，這種方法能夠提高選礦標準，降低成本，但是，由于現場情況的多樣性，這種方法在實際使用時也會存在一定的局限性，主要存在以下幾個問題：一，粉炭量大，在完成解吸電解之后，由于快速卸壓和卸壓突然，有時會產生爆米花現象，導致活性炭的管壁與棱角沖擊力增加，進而會產生粉炭，同時采用水噴射器完成活性炭的輸送時，也會使高壓水將活性炭在較高流速的影響下，與彎頭管道發生強烈的碰撞，使活性炭經過一次解吸就損失掉0.8%，相比常溫常壓下進行解吸電解時的損失要高出三倍左右。二，粉炭含金品位高。由于粉炭量較大，其粉炭金的品位也會相應增加載金炭的平均品位為每噸兩千克左右，可見粉炭平均品位回收率為1.6%，是載金炭的八倍，也是貧炭的88倍。粉炭之所以有較高的品位主要是由于解吸液中混有少量金泥，在實際過程中我們會發現電解槽中的壓力罩中會存在一定量的金泥，并且電解槽前端的緩沖槽中也會存在金泥[2]。利用這種新工藝方法進行操作時，解吸液隨著溫度的升高壓力也會升高，只進行解吸而不發生電解，但是解吸液會流經電解槽，當溫度達到150℃，壓力為0.5MPa時，開始完成電解工作，解吸電解也同時進行，相比來說，常溫常壓下的解吸電解在升溫時，解吸液實現外循環，不會流經電解槽中，而當溫度達到100℃時，解吸液實現內循環，此時解吸液會慢慢流進電解槽中。而這種新工藝隨溫度和壓力的升高，解吸液的流量加大，液體在電解槽的流動性也相應增強。基于這種情況下，流經電解槽的解吸液會對陰極板上的金泥也產生沖擊時，金泥會隨著解吸液流向外面，此外，炭纖維的陰極進行金補集時也會存在一種邊收集邊脫落的現象，新脫落的金泥比較小，而正是由于新解吸液流量不均勻，導致電解槽中流動紊亂，甚至會將剛脫落金泥帶入內循環系統中，解吸液中存在一些金泥，長時間下去會使金泥一直停留在解吸柱中，當完成解吸電解之后，金泥會與炭粉被作為產品回收，這也是導致粉炭金品位較高的原因。三，貧炭的品位以及電解指標不高。貧炭品位較高，導致這一問題主要是由于解吸液流量的影響，采取高溫高壓無氰解吸電解工藝及解吸柱規格為750mmx4500mm，長徑比為六。為了能夠確保良好的解吸效果，我們需要保持較大的解吸液流量，同時如果解吸液流量較低時無法達到體積要求，進而使在解吸柱中處于一種停留狀態。橫截面流速不均勻，進一步導致解吸率降低。貧炭品位較高能夠從解吸柱分段進行采樣，我們在后期進行炭金品位檢測時發現，品位不均勻就是由于這個原因造成的。

2 高溫高壓無氰解吸電解工藝的實際應用

近年來，隨著企業生產規模的擴大，傳統方法中采用乙醇進行蒸餾解吸的電解方法無法滿足大批量的生產要求，經過多次研究，最終我們采用高溫高壓無氰解吸電解方法來取代原有的解吸電解工藝方式，然而這種電解工藝具體的過程為：在儲炭槽中將載金炭進行充分的清洗，之后進入解吸柱，按照配置好的解吸液，經過循環泵和電加熱器加熱之后，從解吸柱底部給入，并從頂部流出，經過濾器除去一些雜質后，在電解槽中不斷進行循環，當達到一定溫度和壓力要求之后進行電解，這時金會停留在相應的陰極上，多次循環，直到脫金貧炭，或者電解貧液可以達到解吸要求，完成整個金工藝流程根據生產需要。我們選用某廠家生產的2000千克每柱子的電解裝置，該裝置可以在12小時之內完成載金炭結解吸電解任務。相比與傳統的利用乙醇蒸餾進行解吸電解工藝來說，這種解吸方法在技術要求上較高，能夠顯著降低解吸成本，具有高效快速，自動等特點，該裝置安裝之后便立即投入使用，其操作參數為溫度150℃，解吸時間八小時，解吸液流量3.5每小時到4.0每小時，壓力大小為0.5Mpa到0.6MPa。炭纖維為陰極，氫氧化鈉為解吸液實現對載金炭的解吸。經過檢測之后，我們發現相比乙醇蒸餾解吸電解工藝來說，高溫高壓的無氰解金解吸工藝來說，在技術指標方面有明顯提升，但金的解吸率也有了顯著提高，同時每年還是要對活性炭進行火法再生，會從一定程度上降低活性炭金的吸附能力，增加載金炭的解吸難度，也能夠從一定程度上提升解吸電解技術指標，使其能夠實現節能減耗的目的，減少了生產成本，從后期試驗結果來看，對高溫高壓無情解吸工藝進行優化改進，取得了良好的效果。

3 高溫高壓無氰解吸電解工藝改進

從之前的研究來看，影響載金炭的解吸效果主要是解吸的溫度，在載金炭的電解解吸過程中，為了能夠讓［Au(CN)2］-獲得更大的能量，使其脫離活性炭的概率較高，然而由于能量是通過溫度獲得的，因此在金解吸時影響最大的條件是溫度。將溫度控制在一定變化范圍內，即高于160℃之后，我們發現對解吸沒有任何意義，因此當溫度為150攝氏度時，壓力為0.5Mpa到0.6Mpa時，該條件為最佳的解吸條件。我們發現影響解吸效果的主要因素為解吸液的堿濃度，解吸液流量，電解槽的陰陽極狀態，我們分別對這三種因素進行實驗研究。

首先，將鋼毛的陰極利用炭纖維來代替，能夠有效改善電解環境，由于在載金炭解吸過程中，電解過程實際上是將電能轉化為化學能的過程，在載金炭上解吸出來的銅和銀離子在解吸液中會慢慢流進電解槽。在電解過程中這兩種溶液被還原成金和銀單質，并且在陰極上同時產生氫氣。在實際生產中，溶液中的金和銀分別在陰極析出，該過程發生在密閉的電解槽中，并取決于陰陽兩極的工作狀態，在改造之前所采用的炭纖維的陰極材料，其也是一種非金屬材料，具有較高的耐腐蝕性，耐高溫，高強度等性能，近年來被廣泛利用于生產實踐中，然而將炭纖維作為陰極材料使用時，各個解吸指標性能較好，而隨著時間的增長，由于載金炭會受到清潔度，高溫溶液，強堿溶液的影響，會在其表面附著重金屬結晶鹽，防止沉積甚至會影響粉末金的沉淀。隨時間的延長，導致載金炭效率降低，最終導致載金炭的解吸率降低。通過研究發現，利用鋼毛作為陰極材料時有較大的容量，其表面積大，而且成本較低。同時通過研究我們發現相比炭纖維的陰極材料來說，鋼毛來代替作為陰極材料具有良好的解吸效果，且成本較低。

其次我們從解吸液的流量上來看，在解吸柱中，活性炭由于受到解吸液上升流的影響，其會被活性炭吸附，對體積產生膨脹作用，其膨脹程度是與解吸液的流量相關的。當解吸流量較大時，解吸處內活塞流狀態，且在橫截面上流速分布均勻，炭的蓬松度增加，進而能夠實現與解吸液的良好接觸，使得金解吸率提高。在實際生產中，解吸液的流量主要從以下幾方面影響解吸過程：當解吸液流量較大時，同時如果載金炭中的木屑等雜質較多，這種雜質會解吸液上升流的影響下，通過過濾器被堵塞在解吸柱中，導致壓力上升，當解吸液的流量較大時，溫度將近一百五十攝氏度，由于系統中發生汽化，使壓力升高，進而會嚴重影響解吸電解系統的穩定性和持續性運行。

為了能夠解決這些問題，我們需要對解吸液流量進行合理優化，經過研究，我們發現，解吸柱的裝炭量可以達到2500千克，溫度為150℃，壓力為0.45Mpa～0.5Mpa，時間為8小時～10小時，氫氧化鈉濃度為4%時，為最佳的金電解解吸條件。

除此之外，解吸液的堿濃度也會影響最終的解吸率。為了能夠獲取最佳氫氧化鈉濃度，我們進行了不同氰化鈉濃度的實驗。可以發現，當氫氧化鈉濃度過低時，會對金解吸產生影響，而隨著氫氧化鈉濃度的升高，金的解吸率隨之增大速率不明顯。有研究發現，當氫氧化鈉濃度較高時，解吸液的粘稠度會隨之增加，與減少載金炭表面向溶液擴散的速度，進而降降低解吸率，甚至會導致碳酸鹽結晶堵塞管道，間接提高生產成本。此外，濃度較高的氫氧化鈉也會腐蝕設備，因此我們需要將氫氧化鈉的濃度控制在3%到5%的范圍內。

4 小結

本次研究，我們通過對高溫高壓無氰解吸電解工藝技術進行優化和改進，最終能夠顯著提升載金炭的解吸指標，減少生產成本并獲得良好的效果。