高氰耗金礦礦漿濃度條件試驗氰化鈉濃度控制方法探討

陳艷波

(山東黃金礦業科技有限公司選冶實驗室分公司，山東 煙臺 261441)

為合理開發利用金礦資源，確定適宜的氰化浸出工藝流程，需要系統的對每一個影響因素開展氰化浸出條件試驗。礦漿濃度是影響礦物氰化浸出的重要因素，直接關系到藥劑用量、浸出時間和設備容積等問題[1]。礦漿濃度條件試驗著重研究不同礦漿濃度對礦物氰化浸出速率和浸出率的影響，是一項重要的單因素條件試驗。礦漿濃度條件試驗需要固定其他試驗條件，設定礦漿濃度為唯一變量[2]，其他試驗條件中，氰化鈉濃度是比較難控制的一項重要條件。

某些金礦(如浮選金精礦)磁黃鐵礦、次生硫化銅等伴生礦物含量較高，在開展氰化浸出試驗過程中氰化鈉藥耗量大，消耗速率較快[3]。在不清楚此種礦物氰化鈉消耗規律的情況下，簡單的通過在幾個時間點補加氰化鈉的方式不能使各組氰化鈉濃度維持一致。氰化鈉濃度對金的溶解速度、氰化鈉消耗以及金的浸出率都有一定影響[4]，所以，氰化鈉濃度存在差異相當于增加了一項試驗變量。如果不能消除這一差異，無法根據試驗結果判斷不同濃度條件下氰化浸出速率以及計算藥劑消耗量，原則上試驗是失敗的。為消除這一差異對試驗的不利影響，高氰耗礦物在開展礦漿濃度條件試驗的過程中，應采取較為科學有效的氰化鈉濃度控制方法。

1 等體積不同濃度礦漿的配制

氰化浸出試驗常用試驗設備為浸出攪拌機，為使各組試驗浸出槽內的礦漿液位相同，避免因礦漿量不同使礦漿攪拌強度產生差異，需要通過計算完成等體積不同濃度礦漿的配制。

礦漿體積等于礦樣體積與調漿水體積之和，公式為：

(1)

式中：m1——礦樣干重，g；

γ——礦樣密度，g/cm3；

m2——調漿水質量，g；

γ2——調漿水密度，g/cm3。

要使各組試驗礦漿體積一致，可使濃度低的礦漿體積等于濃度最高項的礦漿體積，計算公式為：

(2)

式中：mn——濃度較低組的礦樣質量，g；

kn——-礦漿濃度較低組的液固比；

m——礦漿濃度最高組礦樣質量，g；

γ1——礦漿濃度最高組的液固比；

γ2——礦樣密度，g/cm3；

γ2——調漿水密度，g/cm3。

依據標準YS/T3022-2013中規定,礦漿濃度條件試驗應至少設定四個變量，即至少設定四組試驗，濃度范圍宜在25%～45%之間[2]。測定礦樣和調漿水比重之后，可設定礦漿濃度最高的一組固體樣品干重，然后根據公式(2)計算出其他各組固、液量。

2 氰化鈉添加量計算

根據滴定結果，需要加入一定量的氰化鈉使氰化鈉濃度達到一定數值 。可通過理論計算得出礦漿氰化鈉濃度和藥劑(氰化鈉溶液)添加量之間的關系式，如下：

(3)

式中：C——氰化鈉濃度，/萬；

ρ1——氰化鈉溶液密度，g/mL；

V——氰化鈉溶液體積，mL；

ω——氰化鈉溶液中氰化鈉質量分數，%；

ρ2-調漿水密度，g/mL；

ν——調漿水體積，mL。

一般氰化鈉溶液中氰化鈉質量分數為30%，密度約為1.18g/mL，清水密度為1.0g/mL,代入公式(1)得：

(4)

3 氰化鈉濃度控制方法探討

在開展氰化浸出試驗過程中，常規氰化鈉濃度控制方式是在不同時間點取樣滴定，根據滴定結果補加一定藥量，使氰化鈉濃度都達到一定數值 。但實際氰化浸出過程中，尤其是藥耗量大、藥耗速率快的金礦，常規方法理論上只能使各組試驗加藥后瞬間氰化鈉濃度一致，隨著反應進行，礦漿濃度高的一組藥耗速率快，而礦漿濃度低的一組藥耗速率慢，如圖1所示，整個浸出過程低濃度礦漿一組的氰化鈉濃度一直高于高濃度礦漿一組，兩組氰化鈉濃度并不一致。

3.1 初始氰化鈉濃度控制

圖1 預浸試驗氰化鈉濃度變化圖Fig.1 Change of sodium cyanide concentration in prepreg test

如圖1所示，設有兩組礦漿濃度對比浸出試驗，分別編號a(礦漿濃度較低各組)和b(礦漿濃度最高一組)，b礦漿濃度高于a，b固體礦樣干重是a的n倍。兩組初始氰化鈉濃度都為 (試驗方案設定氰化鈉濃度值)，調漿水體積分別為Va和Vb。浸出時間為t時，取樣滴定，測出b氰化鈉濃度為Ct，a氰化鈉濃度為kCt。根據兩組試驗氰化鈉消耗量之間的關系，有如下關系式：

nVa(C-kCt)=Vb(C-Ct)

(5)

進一步推導得：

(6)

式中：k——時間t時兩組氰化鈉濃度比值；

C——初始氰化鈉濃度，/萬；

Ct——時間為t時b組氰化鈉濃度，/萬；

Va——a調漿水體積，mL；

Vb——b調漿水體積，mL；

n——b固體樣干重與a固體樣干重比值。

如圖1所示，實際浸出過程中氰化鈉濃度存在明顯差異。適當降低a組氰化鈉添加量，在時間t內，a組與b組鈉平均氰化鈉濃度接近，有效降低氰化鈉濃度偏差帶來的不利影響，如圖2所示。

在開展礦漿濃度條件試驗之前，應預先開展最高濃度一組一段時間t(20～60min)內的浸出試驗，t時氰化鈉濃度 。然后根據公式(6)，代入相關數據可理論計算出其他各組在的氰化鈉濃度 。

圖2 初始氰化鈉濃度控制方法簡圖Fig.2 Schematic diagram of the initial sodiumcyanide concentration control method

如圖2所示，在時間t時，兩組氰化鈉濃度差的一半處畫橫線，交于b組曲線一點o。假設a組的初始氰化鈉濃度為C′ ，氰化鈉濃度變化曲線交于點o，在時間t時，氰化鈉濃度大約降低了3(kCt-Ct)/4。

令C′ =C-3(kCt-Ct)/4，結合公式(4)推導出如下公式：

(7)

式中：k——兩組氰化鈉濃度比值；

C——初始氰化鈉濃度，/萬；

Ct——時間為t時b組氰化鈉濃度，/萬；

Va——a添加氰化鈉溶液體積，mL；

νa——a調漿水體積，mL。

由公式(4)可計算出礦漿濃度最高一組的藥劑添加量，將相關數據代入公式(6)可理論計算出時間t時兩組氰化鈉濃度比值(K)，然后將相關數據代入公式(7)可計算出其他各組氰化鈉初始添加量(V2)。如此，通過添加不等量的氰化鈉實現試驗之初t時間內的氰化鈉平均濃度基本一致。

3.2 試驗過程氰化鈉濃度的控制

試驗進行一段時間t后取樣滴定(a組氰化鈉濃度高于b組氰化鈉濃度，并且濃度差值與上一次加藥時滴定結果濃度差值相近時)，根據滴定結果并運用計算公式(8)、(9)完成氰化鈉補加。然后，每隔一段時間進行滴定，發現a組氰化鈉濃度再次高于b組氰化鈉濃度，并且濃度差值與上一次加藥時滴定結果濃度差值相近時，再次根據滴定結果和相應計算公式進行補藥。

如圖3所示，滴定結果顯示b組氰化鈉濃度低于a組氰化鈉濃度時，a、b兩組應分別按照如下公式補加氰化鈉。

(8)

(9)

式中：Va——a組補加氰化鈉溶液體積，mL；

νa——a組調漿水體積，mL；

Vb——b組補加氰化鈉溶液體積，mL；

νb——b組調漿水體積，mL；

C——初始氰化鈉濃度，/萬；

Ca——a組滴定氰化鈉濃度，/萬；

Cb——b組滴定氰化鈉濃度，/萬。

圖3 試驗過程氰化鈉濃度控制方法簡圖Fig.3 Schematic diagram of the control method ofsodium cyanide concentration in the test process

4 結論

(1)使用浸出攪拌機開展礦漿濃度條件試驗需要配制等體積不同濃度的礦漿，防止因礦漿體積不同造成各組試驗攪拌強度存在差異，增加試驗變量，對試驗產生不利影響。

(2)試驗開始前應預先開展一組礦漿濃度(最高礦漿濃度)條件氰化浸出試驗，初始氰化鈉濃度控制在設定濃度值，通過取樣滴定探究一段時間內此種高氰耗礦物的氰化鈉消耗規律。然后根據計算公式(6)、(7)可計算出其他各組(礦漿濃度較低)試驗開始應控制的氰化鈉濃度和加藥量，確保加藥后一段時間內各組試驗平均氰化鈉濃度基本一致。

(3)試驗過程中，每隔一段時間滴定一次各組氰化鈉濃度，當發現礦漿濃度較低的各組高于礦漿濃度最高的一組，并且濃度差值與上一次加藥時滴定結果濃度差值相近時，再次根據滴定結果和計算公式(8)、(9)進行補藥。其后試驗過程中，每次補藥后低濃度礦漿各組的氰化鈉濃度都低于最高濃度一組。試驗進行一段時間后，當低濃度各組的氰化鈉濃度再次高于礦漿濃度最高的一組時，再次根據滴定結果和相應計算公式進行補藥。

(4)整個試驗過程中，理論上僅有最高礦漿濃度一組在補藥后瞬時達到初始氰化鈉濃度 (試驗方案設定氰化鈉濃度值)，其它各組氰化鈉濃度一直低于這一數值。通過文中氰化鈉濃度控制方法可將各組平均氰化鈉濃度維持基本一致，降低各組氰化鈉濃度差異對試驗產生的不利影響。