解吸電解設備的優(yōu)化及應用研究

摘要：氰化浸出是黃金生產中的代表性工藝，其中解吸電解環(huán)節(jié)至關重要，直接關系到黃金產量。內蒙古太平礦業(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，在生產中，解吸電解設備常因粉炭過多導致堵塞，影響生產效率和黃金產量。探討了內蒙古太平礦業(yè)有限公司在黃金生產過程中解吸電解設備的應用及其面臨的挑戰(zhàn)。通過深入分析溫度、壓力、氫氧化鈉用量等工藝參數(shù)對解吸電解效果的影響，結合設備運行中出現(xiàn)的實際問題，提出了一系列針對性的優(yōu)化措施，包括調整解吸液用量、降低循環(huán)流量、擴大炭棒網開孔面積、增加過濾器過濾面積和目數(shù)等，有效解決了設備堵塞、生產效率受限等問題。研究結果可為同類型設備的優(yōu)化提供借鑒。

關鍵詞：解吸電解；氫氧化鈉；過濾器；優(yōu)化措施；粉炭；堵塞

引言

內蒙古太平礦業(yè)有限公司位于內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)設有6個系列，載金炭通過壓力輸送至解吸柱內，利用解吸液循環(huán)泵將配制好的解吸液從解吸液儲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泥，然后返回電解槽進行循環(huán)，解吸系統(tǒng)通過持續(xù)循環(huán)逐漸升溫，旨在預熱解吸系統(tǒng)并提升解吸液中金濃度；當解吸系統(tǒng)的溫度、壓力和貴液品位等參數(shù)達到標準后，啟動電解過程，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、電解貧液達到預定標準，解吸過程結束；完成一柱載金炭解吸后，電解貧液經冷卻器泄壓后排放至解吸液儲液槽，隨后添加解吸劑氫氧化鈉進行配液，作為下一柱解吸過程的解吸液繼續(xù)使用。在實際生產過程中，解吸柱的排水網及管道因粉炭的存在而頻繁堵塞，嚴重妨礙了生產的正常進行［1-3］。為解決上述問題，內蒙古太平礦業(yè)有限公司在解吸柱與電解槽之間增設了一個更大且網目更細的過濾裝置，以確保粉炭被有效截留于過濾器中，有效解決了設備堵塞問題，提升了生產效率和金泥品質，同時降低了生產成本。

1工程背景

內蒙古太平礦業(yè)有限公司采用的解吸電解設備由北京市金長城機械制造廠生產，是一種高效節(jié)能的高溫高壓無氰解吸電解設備［4］。該設備具備每批次處理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，實現(xiàn)解吸柱內載金炭中金離子的解吸，使之從載金炭中釋放并轉移到解吸液中。隨后，解吸液中的金離子在電解槽內電解，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］。該過程實現(xiàn)了從載金炭中提取金的目的，設備流程圖見圖1。

內蒙古太平礦業(yè)有限公司采用的解吸電解工藝設備包括儲液槽、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個炭棒網。炭棒網制作方法為：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目篩網緊密包裹，形成炭棒網。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，從而保障工藝指標的穩(wěn)定。解吸柱上部炭棒網的出口處，安裝了一個尺寸為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。在過濾器內部，同樣設置了一層篩網，在未改造前篩網目數(shù)為16目。其目的在于防止粒徑大于16目的合格活性炭進入工藝循環(huán)，確保解吸液的純凈度。

經過多年運行實踐，解吸電解設備整體運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)重大故障。然而，在生產過程中，由于活性炭在使用過程中產生大量粉炭，導致設備運行效率受限，生產過程中出現(xiàn)諸多問題。因此，必須針對解吸電解工藝實際運行情況，對相關問題進行完善和解決。

2解吸電解工藝

解吸過程在氰化浸出工藝中扮演著關鍵角色［3］，解吸過程又稱脫吸過程，即已吸收或吸附的物質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立。當載金炭表面的金與解吸液中的金達到動態(tài)平衡狀態(tài)時，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（解吸液）中的離子通常處于無序運動狀態(tài)，當直流電接通后，離子將進行定向移動。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，在陽極失去電子并被氧化。這一過程被稱為電解［9］。解吸電解過程化學反應方程式如下：

［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鍵動力學參數(shù)。隨著溫度的升高，活性炭對金的吸附平衡容量常數(shù)顯著下降，從而導致金的解吸過程更為徹底。吸附量與溫度之間的關系見圖2。溫度的提升不僅增強了電解液的導電性，還加速了金氰絡合離子的擴散速率，并降低了氧在電解液中的溶解度，減少了競爭電流反應的發(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- 濃度相應提高，可更有效置換吸附態(tài)的金離子，從而促進金的解吸。然而，過高的堿濃度會加劇設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率，進而增強電解過程效率，尤其是在金氰絡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，進而提高金的沉積效率［11-13］。

4解吸電解設備存在的問題及解決措施

4.1存在問題

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

2）粉炭泥沉積、黏附在加熱器內壁、加熱管、管道內壁等部位，導致管道頻繁堵塞，設備運行指標不穩(wěn)定；每次提取金泥時都需要清理加熱器、管道，清理難度大，不僅會對設備造成損害，而且增加了工人的勞動強度。

3）維修過程中會產生含金物料，需要調度、保安人員共同監(jiān)護；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，影響冶煉質量，合質金中金品位平均為88 %。

5）由于解吸電解設備運行壓力和溫度偏高，若降溫和泄壓不徹底，會增加崗位操作工的職業(yè)健康安全風險。

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。

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，導致炭粒磨損，從而產生一定量的粉炭；②在高溫高壓解吸電解工藝中，活性炭解吸是分批次進行的，每一批次均需經歷裝柱、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，同時炭粒內部吸附的水分迅速氣化，導致炭粒表面部分被剝離，形成粉炭或細粒活性炭；③在活性炭再生過程中，溫度可達到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，裂解過程中產生粉炭或細粒活性炭；④在吸附工藝中，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生一定量的粉炭；⑤活性炭本身質量問題，也會產生一定量的粉炭。

2）在每批次活性炭解吸電解過程結束后，解吸液需返回至儲液罐以實現(xiàn)循環(huán)利用。在返回過程中，由于缺乏過濾裝置，解吸過程中產生的粒徑小于16目的粉炭會通過炭棒網，大部分積聚于儲液罐內。隨著多次解吸操作的累積，儲液罐內的粉炭逐漸增多，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，導致解吸液循環(huán)過程中解吸柱上、下炭棒網受到粉炭和結垢的雙重影響，逐漸被堵塞。這進一步導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備進行維護，顯著降低了整個解吸電解過程的效率［15］。

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

5）加熱管通電后產生的電磁場效應，以及粉炭作為半導體材料的特性，導致粉炭在加熱管表面的附著速率加快，隨著時間的推移，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 %的標準。盡管該用量對解吸效果具有積極影響，但與粉炭混合后，溶液黏度增加，導致設備及管道內壁出現(xiàn)掛壁現(xiàn)象。

7）在載金炭解吸過程中，并未采取酸洗預處理步驟，而是選擇在解吸后進行酸洗處理（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)了嚴重的結鈣現(xiàn)象，結鈣量達到3 %～6 %（酸洗后降至1 %～2 %）。這一現(xiàn)象不僅對解吸效果產生了負面影響，而且在解吸液的循環(huán)過程中，導致了嚴重結鈣問題，成為炭棒網堵塞的主要原因之一。

4.3解決措施

為應對上述問題，本研究通過對解吸電解工藝設備運行狀態(tài)的深入分析，提出從解吸液和過濾器2方面著手，以實現(xiàn)過濾器的過濾和凈化功能。

1）調整解吸液用量，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，實際應用效果顯著。

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，進而提升電解效率。

3）擴大上、下炭棒網的開孔面積，將炭棒上孔直徑由10 mm調整為20 mm，孔距縮短至6 mm，面積增加1倍，提高了透水性和速率，實際使用效果良好。

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

5）增加過濾器的過濾網目數(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（原設備為每批次2.5 t），尺寸為400 mm×900 mm，過濾面積是原設備的2.2倍，過濾網目數(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，炭棒網堵塞現(xiàn)象減少了80" %。

6）在退液管路中串聯(lián)一個與解吸電解環(huán)節(jié)中規(guī)格型號一致、篩網目數(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。盡管篩網目數(shù)的提升會導致過濾器篩網偶爾出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，但這為正常現(xiàn)象。其目的在于確保過濾器篩網而非炭棒網發(fā)生堵塞，從而在維修時僅需更換過濾器篩網，此舉顯著節(jié)約了人力與時間成本。后續(xù)在過濾器的出口側增設反吹風管，對于壓力升高的批次，在解吸完成后利用風管對過濾器篩網進行約3 min的反吹，以清除黏附于篩網表面的粉炭，使其落入過濾器底部空間儲存。在提取金泥時進行清理，直至流量和壓力完全無法滿足指標要求時，再自行拆卸過濾器及管路。

5應用效果

5.1技術指標

經過凈化處理的解吸液，其工藝管路堵塞顯著降低，從而確保了工藝設備的穩(wěn)定運行。通過定期（如在金泥提取期間）對過濾器和管路進行清理，解吸效率和相關指標得到了顯著提升。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，金泥品位及合質金質量均有所提高。根據(jù)化驗數(shù)據(jù)，金泥平均品位從之前的16 %提升至約20 %，而合質金中金平均品位則從88 %提升至約92 %，這一改進顯著提升了電解效率和產品質量。

5.2經濟效益

隨著解吸液濃度的降低，氫氧化鈉用量亦相應減少。每個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（相當于28袋），6個系列總計節(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。綜合計算，6個系列每月可節(jié)約氫氧化鈉用量252袋，以每噸氫氧化鈉成本4 000元計算，年節(jié)約成本可達504 000元。此外，粉炭被有效攔截于過濾器及儲液罐內，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，若金價按400元/g計算，則可增加效益約100萬元。設備運行穩(wěn)定性提升，加熱管、電動機等設備的電能損耗降低約3 %。每臺加熱器功率為126 kW，每個系列配置2臺，共計12臺。每批次運行16 h，每月每個系列42批次，電費按0.5元/（kW·h）計算，年節(jié)約電費約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的時間縮短了10 min。金泥和粉炭的減少縮短了酸洗時間，既減輕了冶煉酸洗過程的工作量，也減少了硝酸用量。

5.3社會效益

經過改造，解吸電解過程的運行壓力保持穩(wěn)定，顯著降低了維護頻率，同時減少了職業(yè)健康安全方面的風險。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。設備運行的穩(wěn)定性得到了提升，從而便于操作管理。

6結語

本文探討了內蒙古太平礦業(yè)有限公司在氰化浸出生產黃金過程中解吸電解設備的應用及其面臨的挑戰(zhàn)。通過深入分析溫度、壓力、氫氧化鈉用量等工藝參數(shù)對解吸電解效果的影響，結合設備運行中出現(xiàn)的實際問題，提出了一系列針對性的優(yōu)化措施，包括調整解吸液濃度、降低循環(huán)流量、擴大炭棒網開孔面積、增加過濾器過濾面積和目數(shù)等，有效解決了設備堵塞、生產效率受限等問題。實踐證明，改造后的解吸電解設備運行穩(wěn)定，工藝指標顯著提升，不僅提高了金泥品質和合質金品位，還顯著降低了生產成本，實現(xiàn)了良好的經濟效益和社會效益。同時，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