含铜金精矿氰化过程铜氰配位数计算研究

邰建华，张永昕，路晓楠，曹巧达

（1.山东金都冶炼股份有限公司，山东 烟台 265400；2.山东中矿集团有限公司，山东 烟台 265400）

黄金冶炼行业一直是工业发展和社会发展进程中的重点行业，应用氰化工艺处理含铜金精矿是这一行业生产环节中使用频率较高的方法。在此期间，应当重视氰化溶液中铜氰络合物配位数的计算，这可以帮助相关单位更加精准的掌握含铜金精矿中铜物质所消耗的氰化钠的具体规模，从而以此为基础采取更加针对性的手段控制氰化钠的消耗量，减少企业成本的消耗，达成优化成本和指标的目的。

1 含铜金精矿处理现状

一般来说，辉铜矿以及黄铜矿是与金精矿同时存在的两种比较常见的原生铜矿物，在氰化溶液中，比较容易发生溶解的物质主要有自然铜、铜矿、斑铜矿、孔雀石、蓝铜矿以及辉铜矿等[1]。这些铜矿物质当温度达到25℃之后，就可以有效浸出。通常情况下，铜物质的浸出率可以由5%～10%一直发展到超过90%。就一些含铜金精矿而言，特别是对于一些含铜物质含量较高的金精矿而言，在使用氰化工艺对其进行浸出金操作的过程中，往往需要消耗较大规模的氰化钠，不仅如此，金物质的浸出水平也会表现为一种较差的局面。一般情况下，不同的铜矿物在氰化过程中消耗的氰化钠量也是存在差异的，通常来说，1g铜物质在溶解时需要消耗2.3g～3.4g的氰化钠。除此之外，含铜金精矿中存在的铜物质在氰化过程中产生溶解现象时还需要消耗氰化溶液中存在的氧。

以某一金精矿氰化厂为例，其在处理含铜金精矿时分别从以下五个方面入手。

第一，在实际利用氰化工艺完成含铜金精矿浸出金操作之前，事先完成铜精矿的浮选，在通过铜金分离这一工序之后，再借助氰化工艺将金物质浸出，但是在具体使用这种方法时，想要实现金物质和铜物质的分离需要面临较高的难度。

第二，对氰化溶液中高氰根浓度进行有效控制，使用强制手段完成金物质的浸出[2]。尽管这种方法可以实现金物质在短时间内浸出效率的提升，但是随着时间的推移，以铜为代表其他金属杂质离子的浸出规模也会得到显著的提升，这会致使消耗的氯化钠物质的规模大幅度增加，在长时间的反应之后，氯化钠物质本身的作用也无法真正有效的发挥出来，此时就需要投入更多的氰化物质，生产成本也会随之增加。

第三，将含铜金精矿在氨氰体系的作用下进行处理，对金物质进行选择性的浸出，这种方法在使用时会对现场操作环境产生较大的负面影响。

第四，借助配矿处理的形式进行含铜金精矿的处理。具体而言，这种方法主要是将铜物质含量较高的金精矿和铜物质含量较低的金精矿按照特定的比例展开配矿处理，从而通过氰根浓度较低的氰化溶液完成金物质的浸出。

第五，在应用氰化工艺之前，事先完成焙烧预处理，不过，从某种程度上来看，与一般的氰化工艺相比，焙烧预处理的工序本身的复杂程度较高。

基于上述情况，为了切实有效的改良并控制氰化工艺处理含铜金精矿的过程，立足于金物质进出期间铜氰配合的动力学平衡角度，对铜氰配位数展开理论计算，从而从理论层面为氰化过程的优化控制提供可以依赖的、更有意义的数据依据。

2 氰化溶液中铜氰配位数公式的推断与计算

铜氰配离子平衡分析。

在氰化溶液中，铜氰配离子之间有着如下所示的平衡关系：

一般情况下，可以这样认为，是否会产生式（3）中的反应，主要是由难以溶解的盐物质本身的溶度积以及配合物稳定常数的大小所决定的，Cu（CN-）-2在经过反应之后将自身解离为Cu（CN）（s）和CN-这一过程中的平衡常数ZΦ可以用如下形式表示：

由此可得，式（3）中的反应自右向左进行，上式中的a表示的含义为配合物的稳定常数；b的含义为溶度积常数[3]。

所以，在氰化溶液中，存在的铜元素共有4种不同的状 态，分 别 为Cu（CN-）3-4、Cu（CN-）2-3、Cu（CN-）-2、Cu+。由此可见，氰化溶液中铜元素的总浓度为上述四种不同状态的铜元素浓度相加之和。

配合物稳定常数a=[Cu（CN-）-2]/[Cu+]×[CN-]2

∴[Cu（CN-）-2]=a×[Cu+]×[CN-]2

同理可得[Cu（CN-）2-3]=a1×[Cu+]×[CN-]3

[Cu（CN-）3-4]=a2×[Cu+]×[CN-]4

在上式中，[]表示的含义是每一个部分的摩尔浓度，a、a1、a2代表的含义分别为式（3）、式（2）、式（1）这三个反应式中的稳定常数。

代入上式，可知：

TCu=[Cu+]×{1+a[CN-]2+a1[CN-]3+a2[CN-]4}

将氰化溶液中一价铜离子Cu+在溶液中总的铜元素中占有的分数设为K0：

同理可得，Cu（CN-）-2在溶液中总的铜元素中占有的分数K1=K0×a[CN-]2

Cu（CN-）2-3在溶液中总的铜元素中占有的分数K2==K0×a1[CN-]3

Cu（CN-）3-4在溶液中总的铜元素中占有的分数K3==K0×a2[CN-]4

所以，从理论的角度出发，在对氰化浸出液或者是贫液中的铜配位数进行计算时，因为在这两种溶液中存在的CN-本身的摩尔浓度是已知的，并且4、3、2是铜氰络合粒子配位数的几种形式，就上文中涉及的公式计算内容来看，氰化溶液中存在的游离氰根的浓度是决定溶液中存在的各个差异化配位数离子所占比例的唯一因素，所有铜氰配离子在氰化溶液中存在的浓度为其中游离氰含量的函数，其平均配位数P可以表示为2K1+3K2+4K3。另外，铜氰络合物在氰化溶液中平均配位数的计算公式如下：

P={2a[CN-]2+3a1[CN-]3+4a2[CN-]4}/{1+a[CN-]2+a1[CN-]3+a2[CN-]4}（5）

查阅相关资料可以得知铜氰配合无的稳定常数，如下：

3 铜物质含量较高的金精矿在氰化钠浓度不同的溶液中浸出情况实验

以我国某一地区的某一金精矿氰化厂的氰化工艺应用流程作为研究对象，展开相应的实验研究。该金精矿氰化厂选取的原料取自所在矿区的金精矿，闪锌矿、角银矿、方铅矿、斑铜矿、辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿以及自然银和自然金是该氰化厂主要的金属矿物原料，同时，也存在着部分非金属矿物，石英为最主要的一种形式。如表1所示，为该氰化厂含铜金精矿多种元素的具体情况。

表1 含铜金精矿多元素分析

3.1 每种氰化钠浓度环境下平均配位数计算

浸出游离氰化钠摩尔浓度要始终保持在0.25×10-2-0.30×10-2这一区间，与此同时，还要将质量百分浓度控制在0.25%～0.30%的区间，以下所展开的铜氰配位数（P）计算操作也是基于这一数据区间所进行的，根据上述内容中的公式（5），可以得出如下如表2所示的结果。

表2 差异化氰化钠浓度环境下铜氰络合物配位数

3.2 不同铜氰络合物配位数消耗氧化钠实际规模的计算

该金精矿氰化厂进行了3组搅拌浸出实验，分别基于含有氰化钠含量不同的氰化溶液条件，在经过试验之后，分别得出了三组实验数据以及铜溶解率，并在各组实验完成之后获取到了氰化钠消耗规模的实际数值，使用定量的形式，对铜氰络合物消耗氰化钠物质的具体影响进行了研究。每一吨铜氰络合物所消耗的氰化钠物质实际规模的计算公式如下：

M=1000×氰化钠摩尔质量×铜氰络合物配位数×溶解率（%）/铜摩尔质量×铜品位（%）

该金精矿氰化厂所进行的三组实验使用这一公式进行计算所获得的每一组氰化钠消耗量数据如下：

第一组：M1=1000×49×3.51×10.62%/63.5×1.5%=4.31kg/t

第二组：M2=1000×49×3.61×13.88%/63.5×1.5%=5.79kg/t

第三组：M3=1000×49×3.72×20.41%/63.5×1.5%=8.78kg/t

就这三组实验的计算数据进行研究可以发现，对于铜物质含量较高的金精矿而言，氰化过程受游离氰化钠浓度的具体影响主要体现在如下两点：

首先，在将氰化工艺实际应用到含铜金精矿处理的过程中，金物质浸出期间，氰化溶液中含有的氰化钠浓度越高，能够溶解铜物质的效率也就可以达到一个更高的水准，当氰化溶液中存在的氰化钠含量由0.10%增加到0.25%之后，溶解铜物质的实际效率也从原本的10.62%提高到了20.41%。

其次，在将氰化工艺实际应用到含铜金精矿处理的过程中，金物质浸出期间，氰化溶液中含有的氰化钠浓度越高，铜氰络合物本身的配位数也会更大，此时，铜氰络合物在氰化过程中消耗的氰化钠规模也可以达到一个更高的标准。从实际的计算结果中能够发现，当该金精矿氰化厂将氰化溶液中的氰根浓度提升到0.30%时，单位重量的铜氰络合物要比氰根浓度处于0.10%时多消耗4.47kg/t的氰化钠。

4 开展含铜金精矿氰化过程铜氰配位数理论研究与计算的实际意义

就我国黄金冶炼行业发展的实际情况来看，使用氰化工艺来实现金物质的浸出是一种应用范围比较广阔的工艺形式。不管是对于我国本土的黄金冶炼行业而言，还是对于全球范围内他国的黄金发展领域来说，氰化工艺完成浸金都是从金精矿中提金这一目的实现期间一种使用频率较高的方法。

借助氰化工艺浸金本身有着十分长久的发展与应用历史，在大量不同类别的含铜金精矿中进行提金时，氰化工艺都可以表现出良好的适应性，并且实际应用所取得的应用效果也可以达到一个较高的水准。在科学技术手段不断向前迈进的背景下，含铜金精矿处理期间所应用的氰化工艺也已经得到了进一步的发展，堆浸法、树脂法、炭浆法、预氧化—氰化等方法正在黄金冶炼行业的发展进程中进行着大范围的推广和应用。

基于这一情况，为了能够优化氰化工艺在含铜金精矿处理中的应用，对氰化过程中铜氰络合物配位数的计算显得尤为重要。归根结底，使用氰化工艺处理含铜金精矿的根本目的就在于获取到数量更多、性质更纯的金物质，同时有效回收其中存在的有价值的金属物质和非金属物质，从而为金精矿氰化厂获取更多的经济收益。而对含铜金精矿氰化过程铜氰络合物配位数的计算，可以在很大程度上为控制氰化过程创造更加良好的条件，具备着十分重要的现实意义[4]。这种现实意义主要体现在以下三个方面：

第一，立足于铜物质与氰化物二者配合的角度，对铜氰络合物配位数展开定量计算可以为实现铜物质氰化钠消耗规模的定量确定这一目标奠定更加坚实的基础，从而帮助金精矿氰化厂更加明确投入到氰化溶液中氰化钠的实际规模，一方面，这可以帮助含铜金精矿在氰化溶液中更好地反应，另一方面，也可以为金精矿氰化厂成本控制创造更加良好的环境。

第二，在计算铜氰络合物配位数的过程中，我们可以得出这样一个结论：对于一些铜物质含量较高的金精矿而言，当其他条件处于一致的基础上，在其实际在氰化溶液中进行反应的过程中，游离氰根的摩尔浓度处于一个更高的水平时，铜物质的浸出率也会随之达到一个更高的水平。与此同时，如果氰化溶液中铜氰络合物的配位数数值更大，那么铜氰络合物本身所消耗的氰化钠规模也会随之变大。基于这一理论，我们可以这样认为，开展含铜金精矿氰化过程铜氰配位数理论研究与计算可以在一定程度上为有效控制氰化工艺提供真实且有价值的数据，从而使其具备可以参考的数据依据，换言之，当科学控制氰化过程中的其他因素的前提下，使用氰根浓度更低的氰化溶液完成浸出操作能够在很大程度上减少金精矿氰化厂所消耗的氰化钠数量。

第三，当金精矿净化厂在实际应用氰化工艺处理一些较高铜物质含量的金精矿时，应当始终秉持着改进相关指标和降低成本投入的原则。在利用氰化工艺处理原矿石的过程中，当矿石中存在的铜物质含量较低时，比较适宜应用的氰化工艺形式为使用氰根浓度更低的氰化溶液完成浸出操作，在金精矿氰化厂本身生产条件允许的情况下，还可以适当开展含高铜和含低铜金精矿配矿处理的操作。

5 总结

综上所述，氰化工艺在提取含铜金精矿中金物质这一生产环节中有着十分广泛的应用，并且可以取得良好的浸出金效果。针对氰化工艺应用过程中出现的铜氰络合物情况，可以从理论公式计算的角度出发，计算氰化过程的铜氰配位数，从而对其中存在的多种形式的铜元素物质消耗的氰化钠规模进行更加精准的掌握，这可以为进一步把控氰化工艺提供有力的理论数据参考，换言之，就是在合理控制氰化过程中其他因素的前提下，降低氰化钠的投入量。