某黄金冶炼厂黄金精炼工艺的优化改进

杜主义

(1.河南省黄金资源综合利用重点实验室， 河南 三门峡 472100；2.河南中原黄金冶炼厂有限责任公司， 河南 三门峡 472100)

0 前言

金的精炼工艺主要分为王水法、水溶液氯化还原法、溶剂萃取法、火法熔炼、电解法等[1-2]，各精炼工艺有不同的处理特点，需要针对物料的特性来选择合适的精炼工艺。在金的提纯过程中，对于原料成分复杂的含金物料，工业化应用较多的是王水法、水溶液氯化还原法和溶剂萃取法等。

金的萃取研究开始较早，最早是应用于金和钯的分离，Mylius利用乙醚从含金、钯的氯离子体系中萃取金，达到将金和钯分离的目的[3]。近几十年来，随着提金工艺的发展，金的萃取工艺也取得了较大的进展，金的萃取体系从氯离子体系发展到了硫脲体系、硫代硫酸盐体系和多硫化物体系中[4-5]，体系中金的萃取也从Au(Ⅲ)发展到了Au(Ⅰ)。金的溶剂萃取是有机萃取剂与水相中金的络合离子形成新的有机络合物，实现金与其他杂质元素的选择性分离[6-7]。目前，金的萃取剂应用较多的有醇、酮、醚、酯等有机化合物。但由于与金伴生的元素往往会和金一同萃取进入有机相，从而降低了萃取的选择性，加之金的络合物较为稳定，要将其从有机相中反萃出来比较困难[8]；而且在萃取过程中需要定时补加萃取剂，萃取剂一般较为昂贵，造成生产成本高；同时由于萃取剂是有机物属于易燃物，这就需要在工业化应用过程中进行有针对性的改进和优化。

国内某黄金冶炼厂原有生产工艺采用化学- 溶剂萃取金精炼工艺处理内部载金炭解吸电积金泥和外购合质金，生产成品金。金的浸出采用酸性氯离子体系，其中金主要是以HAuCl4的形式存在。经过几年的生产实践，发现流程中存在诸多问题，本文针对这些问题对工艺流程进行改进，实践证明改进效果良好。

1 原化学- 溶剂萃取金精炼工艺

1.1 生产原料

国内某黄金冶炼厂原工艺生产原料为载金炭解吸电积金泥和合质金，合质金中金含量为85%～99%，载金炭解吸电积金泥的主要成分见表1。

表1 载金炭解吸电积金泥的主要成分

从表1中可以看出，载金炭解吸电积金泥中的贵金属含量较高，金和银的含量分别达到了43.33%和43.00%，其余杂质金属为铜、铅等，这些杂质金属在金的浸出过程中会进入溶液，对金的提纯有一定的影响。

1.2 工艺流程

国内某黄金冶炼厂原化学- 溶剂萃取金精炼工艺流程主要由王水分金、料液澄清过滤、萃取、反萃还原、物料输送与集中控制、烘干铸锭、三废的回收与治理系统等7个部分组成，如图1所示。

1)载金炭解吸电积金泥经硝酸除去杂质(银、铜、铅、铁等)，其酸分渣和合质金水淬渣一起进行王水分金。

2)分金液经萃取、还原所得金粉，经洗涤烘干、熔铸得成品金锭。

3)分金渣和硝酸除杂液沉银渣一起进行铁粉还原，所得粗银粉经洗涤烘干、熔铸后，变成粗银锭。

图1 原化学- 溶剂萃取金精炼工艺流程

1.3 反应机理

原化学- 溶剂萃取金精炼工艺中主要涉及到的反应如下：

Ag+2HNO3=AgNO3+NO2+H2O

(1)

AgNO3+NaCl=AgCl+NaNO3

(2)

Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

(3)

Pb+4HNO3=Pb(NO3)2+2NO2+2H2O

(4)

Au+3HNO3+4HCl=HAuCl4+3NO2+3H2O

(5)

2AgCl+Fe=2Ag+FeCl2

(6)

1.4 主要设备的选择要求

原化学- 溶剂萃取金精炼工艺涉及的主要设备有王水分金反应釜、溶剂萃取设备、尾气处理装置，其选型要求如下：

1)王水分金反应釜。密封性能要好，并带有加热、加压、搅拌装置，否则在金的浸出过程会影响反应速度，降低金的直收率。

2)溶剂萃取设备。萃取设备是萃取过程中实现两相混合与分离的装置，是萃取过程的核心设备，因此萃取设备的质量直接关系到萃取的效率。萃取设备的选择要求两相接触好、处理能力大、可在很宽的流比范围内实现稳定操作，同时还要充分考虑混合澄清槽中的滞留量的问题。

3)尾气处理装置。金的精炼过程中，尤其是王水溶金过程中会生成大量的氮氧化物，若尾气处理设施不能满足使用条件，会造成环境污染，因此氮氧化物的吸收装置至关重要。

1.5 生产过程中存在的问题

在原有工艺生产过程中，设计工艺及设备设施存在诸多问题，严重影响了金精炼处理效果，主要问题如下：

1)载金炭解吸电积金泥在硝酸除杂和王水分金过程中，加入了浓硝酸，尾气中生成大量NO2和NO，在碱液尾气吸收塔中不易被吸收，造成大气污染。另外浓硝酸具有强氧化性，易造成化学灼伤，属重大危险源。

2)由于合质金水淬渣为片状或粒状，在王水分金釡分金时静置于釡底，不能和王水一起均匀搅拌充分反应，表面形成氯化银层包裹，不易脱落而导致钝化，影响分解速度，造成一定量的合质金积存，形成釡底窝料，影响金的浸出率，且窝料不易从釡中取出，易伤及内部塘瓷。

3)萃取剂价格较高、易消耗，需定期补加，且萃取剂多为有机物，易挥发、易燃易爆，属于重大安全隐患。

4)王水分金渣经铁粉还原后所得粗银粉直接铸锭，其中金含量在0.5%左右，直接销售后，计价系数较低，影响企业的效益。

5)流程中物料的液固分离采用自然渗滤分离，造成成品金的生产周期长(4～5天)，资金周转慢，影响企业的生产经营。

2 改进氯化法生产工艺

针对某黄金冶炼厂原有化学- 溶剂萃取金精炼工艺流程存在的不足，采用水溶液氯化还原法对其进行改进，即依靠氯气或者氯酸盐的氧化作用和新生成的次氯酸使含金物料溶解。其溶解能力和王水相当，而且省去了王水溶解金过程中的赶硝工序，因此生成的尾气主要是易于吸收处理的氯气，避免了难处理的氮氧化物污染。改进后的工艺流程如图2所示。

图2 改进后的生产工艺流程

2.1 反应机理

改进后的金精炼工艺中主要涉及的反应如下：

2Au+8HCl+2NaClO3=2NaAuCl4+Cl2+O2+4H2O

(7)

6Ag+6HCl+NaClO3=6AgCl+NaCl+3H2O

(8)

10Cu+20HCl+4NaClO3=10CuCl2+
4NaCl+O2+10H2O

(9)

10Pb+20HCl+4NaClO3=10PbCl2+
4NaCl+O2+10H2O

(10)

(11)

2AgCl+Fe=2Ag+FeCl2

(12)

2NaAuCl4+3Na2SO3+3H2O=2Au+3H2SO4+8NaCl

(13)

2.2 改进措施

改进后的生产工艺与原工艺相比，主要改进措施如下：

2.2.1 控电除杂

载金炭解吸电积所得金泥由原来的硝酸除杂改为控电除杂，除杂率提高，铜、铅、铁的除杂率分别达到95.8%、78.5%和97%，为水溶液氯化创造了较好的条件。控电氯化条件：液固比4∶1，温度70～80 ℃，终点电位约300 mV，氯化剂是40%左右氯酸钠溶液。均匀加入氯化剂，使其控制电位缓慢上升，严防氯化剂加入不均匀导致局部电位较高，造成金、银溶液损失。控电除杂结束后，物料在真空过滤时，尽量保持其温度在90 ℃左右，以保证铅的脱除率，为下一步成品金的生产提供条件。

2.2.2 合质金粉化

合质金由原来的高温熔融水淬改进为粉化，粉化金粒度-200目含量大于95%，加入反应釜中可均匀搅拌进行水溶液氯化，有效改善了原工艺反应速度慢、窝料和搪瓷反应釜内瓷损伤等问题。而且由于高压粉化技术的发展，国产粉化技术不断完善，能满足生产需要。

2.2.3 水溶液氯化法

采用水溶液氯化所得金粉完全能满足国标成品金的标准要求，因而可用水溶液氯化法代替王水溶金，然后加入Na2SO3还原，这样就去掉了萃取过程。

1)氯酸钠浸金条件：固液比为1∶3～5，盐酸质量浓度为200 g/t，NaCl加入量为渣重的10%左右，反应温度为80 ℃。

2)氯酸钠浸金：随着NaClO3的不断加入电位开始上升，当电位达到700～750 mv时银开始激烈反应，电位出现恒定；当银反应结束时，电位迅速上升至1 000～1 050 mv，金开始激烈反应，这时通过控制氯化剂的加入量，将电位恒定在1 050 mv左右；当金反应接近结束时，电位快速上升至1 100 mv左右，并不再下降，可结束操作，受氯化剂加入速度的影响，反应时间一般在8～10 h；氯浸作业结束后，必须将溶液冷却至30～40 ℃，使AgCl、PbCl2沉淀析出，有效抑制它们进入溶液，消除对金溶液的污染。

3)氯浸液还原：用NaOH溶液调节pH在0～0.5，然后缓慢加入Na2SO3溶液，适当控制溶液中氧化还原电位，从而将溶液中NaAuCl4的金还原出来。此过程中温度控制在55～57 ℃，还原结束时电位控制在600～700 mv，金还原率可达90%左右，金粉可达到1号金标准。

2.2.4 粗银粉电解精炼

原工艺中铁粉还原后所得粗银粉直接铸锭销售，现改为粗银粉先电解精炼再生产成品电银销售，既直接增加了销售收入，又可将阳极泥及时返回流程提高金的回收率。

2.2.5 增加真空过滤

改进后的系统增加了真空过滤，液固分离后，生产周期由原来的4～5天缩短到1～2天，加速了资金周转，盘活了流动资金。

3 结论

改进后的生产工艺与原工艺相比，简化了工艺流程，缩短了生产周期，降低了生产成本，消除了安全隐患，保证了产品质量，实现了较好的改造效果：

1)生产周期由原来的4～5天缩短为1～2天，加速了资金周转，盘活了流动资金。

2)取消溶剂萃取过程，每公斤金消耗萃取剂约22元，按年产30 t成品金计算，每年可节约成本约66万元。

3)取消王水分金，预防了氮氧化物对空气的污染。

4)粗银粉电解精炼，可直接生产成品电银，增加了销售收入，也可将阳极泥及时返回流程提高金的回收率。

5)取消硝酸和萃取剂，减少了两个重大危险源，防止了事故的发生。