载金碳解析电解装置在实验室的应用

袁 扬，潘大东

吉林省地质技术装备研究所，吉林 长春 130103

0 引言

黄金冶炼工艺流程中最后一道工序所产的半成品黄金，被称为载金碳。对于载金碳的处理，解析电解已有长足发展，几十年来，我国自行研制了常压解析降温电解设备、常压解析同温电解设备，以及高压无氰解析电解设备等，这些成果对我国的黄金生产有很大的促进作用。实践证明这些工艺具有各自的技术优势，如金解析率高，贫碳含金品位低，但也存在解析时间长设备造价高等不足等缺点。为能提高产量选取适合的解析电解设备和工艺显得尤为重要。因此实验室模拟选矿厂的多种解析电解工艺流程显得尤为重要。

1 解吸电解基本原理

1.1 解吸机理

在氰化物物溶液中金被活性炭吸附之后，氰化体系中载金碳表面的金和氰化物溶液中的金之间建立了可逆的平衡状态，载金碳解吸时也处于类似的平衡状态。当向解吸体系中添加CN-或OH-时，由于这些阴离子更易被活性炭所吸附，而将已吸附的Au(CN)-2置换出来，金吸附的可逆平衡被破坏，并向着不利于金吸附的方向进行，这便是金的解吸。其过程如图1。

图 1 金被解吸的机理Fig.1 Desorption mechanism of gold

可认为从载金碳上解吸金实质上是尽可能地破坏活性炭吸附的平衡，使过程向着不利于金的吸附的方向进行。因此增加氰化物浓度，增大碱性，提高温度，加大压力或添加有机溶剂等都能促使金从活性炭上解吸下来。

增加氰化物浓度，增加碱性，添加有机溶济都会加大生产成本，而提高温度加大压力则比较经济且效果显著。

解吸液的温度对从载金碳上解吸金是一个重要的动力学因素。随着温度的提高，活性炭吸附金的平衡容量常数迅速下降，因此温度越高，金的解吸越彻底。

金的解吸剂一般为水溶液，在常压下最高不会超过100 ℃，采用加压设备，可将解吸温度进一步提高。当压力提高至0.5 MPa时温度可达150 ℃，此状态下金的解吸速度比常压时高数倍。

1.2 电解机理

解吸载金碳得到的贵液无疑含有金这部分金可用电解法回收入电解时没有新的物质进入溶液，可以获得较纯的金的沉积物，便于下一步处理，因此，电解法被大多数金矿使用。

金在解吸贵液中以Au(CN)-2存在，电解过程中的阴极析出金，银和少量铜等，同时还由于水的还原而析出氢，在阳极析出氧并发生离子的氧化而析出二氧化碳和氮气。反应如下：

阴极反应：阳极反应：40H--4e → O2+2H2O

主体溶液的反应：2CN-+O2+4H2O →2NH3+2HCO-3

注：（“e”表示电子）

电解过程中也发生其他的反应，而以上三种化学反应是主要的。

试验研究表明：在正常的电解条件下，金电解过程的主要控制步骤取决于Au(CN)-2向阴极表面的扩散速度，金的沉积速度只受传质过程控制，其电解效率可用下式表示：

式中：Km=P/δ为传质系数；P是放电粒子（Au(CN)-2）的扩散系数；δ是扩散层的厚度；Co是金的原始浓度；Ct是电解后金的浓度；t是电解时间；S是阴极表面积；F是法拉第（电解1摩尔物质所需电量1F=96 485 C）

提高电解液的温度，能使电解液的导电率提高，同时使金氰络离子或放电粒子Au(CN)-2的扩散速度加快，而且降低氧在电解液中的溶解减少竞争电流的反应，因此，随着电解液温度的提高，金的沉积速度加快，金的沉积效率也提高。

2 设备需要实现和控制的主要功能

根据解析电解原理设备需要实现在不同压力和温度下的解析电解过程。而在整个设备流程控制中要实现多种解析电解工艺流程。

在温度和压力控制上，设备需要采用单独的电加热器和冷却器控制温度而且系统需要全部采用外保温材料隔绝外部温度的设计。压力控制方面电解槽要采用承压罐体设计并配备单独的气体外部加压装置。系统在关键部位设立单独的温度和压力检测装置并与PLC控制器相连。系统还设有压力保护装置和多处电解液取样点可保证实验安全有效进行。

3 设备主要配置及工作流程图

根据以上设计思路设计设备工作系统的流程图和可实现的工艺流程（图2）。

4 工艺流程：

4.1 独立炭解吸试验过程

（1）首先通过人工配制好解吸液，然后倒入贫液槽。

（2）解吸液预热循环：贫液槽→柱塞泵→流量计→加热器→贫液槽。

（3）当解吸液温度达到90 ℃时，终止预热循环，解吸液开始进入解析柱。

（4）预浸循环：贫液槽→柱塞泵→流量计→加热器→解析柱→过滤器→冷却器→贵液槽。

（5）炭洗涤。预先人工配制好洗涤液并倒入贫液槽。

（6）洗涤液预热循环：贫液槽→柱塞泵→流量计→加热器→贫液槽分。当洗涤液温度达到90 ℃时，终止预热循环，洗涤液开始进入解析柱。

图 2 设备工作原理图Fig.2 The working principle of equipment 1.贵液槽；2.冷却器；3.不锈钢解析柱；4.不锈钢过滤器；5.承压平衡电解槽；6.柱塞解析液泵；7.电加热器 ；8.贫液槽 ；9.接头 ；10.配电柜 ；11.整流柜 ；12.接头 ；T1～T3.温度传感器 ；P.耐高温压力表 ；L.流量计；Y.液位计；F1～F33不锈钢球阀；Fa.不锈钢安全阀；Fz.不锈钢止回阀。

(7)其洗涤过程是：贫液槽→柱塞泵→流量计→加热器→解析柱→过滤器→冷却器→贵液槽。

4.2 独立电解试验过程

第一次电解：贵液槽→柱塞泵→流量计→加热器→电解槽→贫液槽。

第二次电解：贫液槽→柱塞泵→流量计→加热器→电解槽→贵液槽。

第三次电解：贵液槽→柱塞泵→流量计→加热器→电解槽→贫液槽。

...继续直到电解全部完成。

4.3 Zadra法解吸电解连续试验过程

（1）解吸液预热循环同上。

（2）解吸电解循环过程：解吸液槽（贵液槽）→柱塞泵→流量计→加热器→解吸柱→过滤器→冷却器→电解槽→贫液槽（或者贵液槽）→计量泵。

4.4 高效节能无氰解吸电解试验过程

（1）首先通过人工配制好解吸液，然后倒入贫液槽。

（2）贫液槽→柱塞泵→流量计→加热器→解吸柱→过滤器→电解槽

（3）当电解槽的液位达到要求时：电解槽→柱塞泵→流量计→加热器→解吸柱→过滤器→电解槽。

（4）解吸液在系统中被加热到150 ℃，系统压力0.50 MPa。

5 结论

（1）这套常温常压-高温高压实验室解析电解装置是实验室黄金提取过程中炭吸附法提金的关键设备。它可模拟生产中常温常压和高温高压下解析电解装置不同工作状态，为大专院校、科研事业单位的小型试验和教学提供可靠的依据。

（2）该设备配套齐全结构新颖可进行高温高压、常温常压下多种解析电解或单独解析、电解试验。设备配有旋转柱塞泵和质量流量计，可以实时监控解析液的流量，自动化程度高，安全设施齐全，解析速度快。配有PLC触摸屏，通过触摸屏进行操作，可以实现多种工艺流程试验，操作简单方便，运行稳定可靠。设备还具有效率高、成本低、占地面积小等特点。

[1] 《中国选矿设备手册》编委会.中国选矿设备手册[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 吉林省探矿机械厂.JCDG-1.0型实验室解析电解装置产品说明书[Z].长春：吉林省探矿机械厂，2012.