載金碳解析電解裝置在實驗室的應用

袁 揚，潘大東

吉林省地質技術裝備研究所，吉林 長春 130103

0 引言

黃金冶煉工藝流程中最后一道工序所產的半成品黃金，被稱為載金碳。對于載金碳的處理，解析電解已有長足發展，幾十年來，我國自行研制了常壓解析降溫電解設備、常壓解析同溫電解設備，以及高壓無氰解析電解設備等，這些成果對我國的黃金生產有很大的促進作用。實踐證明這些工藝具有各自的技術優勢，如金解析率高，貧碳含金品位低，但也存在解析時間長設備造價高等不足等缺點。為能提高產量選取適合的解析電解設備和工藝顯得尤為重要。因此實驗室模擬選礦廠的多種解析電解工藝流程顯得尤為重要。

1 解吸電解基本原理

1.1 解吸機理

在氰化物物溶液中金被活性炭吸附之后，氰化體系中載金碳表面的金和氰化物溶液中的金之間建立了可逆的平衡狀態，載金碳解吸時也處于類似的平衡狀態。當向解吸體系中添加CN-或OH-時，由于這些陰離子更易被活性炭所吸附，而將已吸附的Au(CN)-2置換出來，金吸附的可逆平衡被破壞，并向著不利于金吸附的方向進行，這便是金的解吸。其過程如圖1。

圖 1 金被解吸的機理Fig.1 Desorption mechanism of gold

可認為從載金碳上解吸金實質上是盡可能地破壞活性炭吸附的平衡，使過程向著不利于金的吸附的方向進行。因此增加氰化物濃度，增大堿性，提高溫度，加大壓力或添加有機溶劑等都能促使金從活性炭上解吸下來。

增加氰化物濃度，增加堿性，添加有機溶濟都會加大生產成本，而提高溫度加大壓力則比較經濟且效果顯著。

解吸液的溫度對從載金碳上解吸金是一個重要的動力學因素。隨著溫度的提高，活性炭吸附金的平衡容量常數迅速下降，因此溫度越高，金的解吸越徹底。

金的解吸劑一般為水溶液，在常壓下最高不會超過100 ℃，采用加壓設備，可將解吸溫度進一步提高。當壓力提高至0.5 MPa時溫度可達150 ℃，此狀態下金的解吸速度比常壓時高數倍。

1.2 電解機理

解吸載金碳得到的貴液無疑含有金這部分金可用電解法回收入電解時沒有新的物質進入溶液，可以獲得較純的金的沉積物，便于下一步處理，因此，電解法被大多數金礦使用。

金在解吸貴液中以Au(CN)-2存在，電解過程中的陰極析出金，銀和少量銅等，同時還由于水的還原而析出氫，在陽極析出氧并發生離子的氧化而析出二氧化碳和氮氣。反應如下：

陰極反應：陽極反應：40H--4e → O2+2H2O

主體溶液的反應：2CN-+O2+4H2O →2NH3+2HCO-3

注：（“e”表示電子）

電解過程中也發生其他的反應，而以上三種化學反應是主要的。

試驗研究表明：在正常的電解條件下，金電解過程的主要控制步驟取決于Au(CN)-2向陰極表面的擴散速度，金的沉積速度只受傳質過程控制，其電解效率可用下式表示：

式中：Km=P/δ為傳質系數；P是放電粒子（Au(CN)-2）的擴散系數；δ是擴散層的厚度；Co是金的原始濃度；Ct是電解后金的濃度；t是電解時間；S是陰極表面積；F是法拉第（電解1摩爾物質所需電量1F=96 485 C）

提高電解液的溫度，能使電解液的導電率提高，同時使金氰絡離子或放電粒子Au(CN)-2的擴散速度加快，而且降低氧在電解液中的溶解減少競爭電流的反應，因此，隨著電解液溫度的提高，金的沉積速度加快，金的沉積效率也提高。

2 設備需要實現和控制的主要功能

根據解析電解原理設備需要實現在不同壓力和溫度下的解析電解過程。而在整個設備流程控制中要實現多種解析電解工藝流程。

在溫度和壓力控制上，設備需要采用單獨的電加熱器和冷卻器控制溫度而且系統需要全部采用外保溫材料隔絕外部溫度的設計。壓力控制方面電解槽要采用承壓罐體設計并配備單獨的氣體外部加壓裝置。系統在關鍵部位設立單獨的溫度和壓力檢測裝置并與PLC控制器相連。系統還設有壓力保護裝置和多處電解液取樣點可保證實驗安全有效進行。

3 設備主要配置及工作流程圖

根據以上設計思路設計設備工作系統的流程圖和可實現的工藝流程（圖2）。

4 工藝流程：

4.1 獨立炭解吸試驗過程

（1）首先通過人工配制好解吸液，然后倒入貧液槽。

（2）解吸液預熱循環：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→貧液槽。

（3）當解吸液溫度達到90 ℃時，終止預熱循環，解吸液開始進入解析柱。

（4）預浸循環：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解析柱→過濾器→冷卻器→貴液槽。

（5）炭洗滌。預先人工配制好洗滌液并倒入貧液槽。

（6）洗滌液預熱循環：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→貧液槽分。當洗滌液溫度達到90 ℃時，終止預熱循環，洗滌液開始進入解析柱。

圖 2 設備工作原理圖Fig.2 The working principle of equipment 1.貴液槽；2.冷卻器；3.不銹鋼解析柱；4.不銹鋼過濾器；5.承壓平衡電解槽；6.柱塞解析液泵；7.電加熱器 ；8.貧液槽 ；9.接頭 ；10.配電柜 ；11.整流柜 ；12.接頭 ；T1～T3.溫度傳感器 ；P.耐高溫壓力表 ；L.流量計；Y.液位計；F1～F33不銹鋼球閥；Fa.不銹鋼安全閥；Fz.不銹鋼止回閥。

(7)其洗滌過程是：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解析柱→過濾器→冷卻器→貴液槽。

4.2 獨立電解試驗過程

第一次電解：貴液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→電解槽→貧液槽。

第二次電解：貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→電解槽→貴液槽。

第三次電解：貴液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→電解槽→貧液槽。

...繼續直到電解全部完成。

4.3 Zadra法解吸電解連續試驗過程

（1）解吸液預熱循環同上。

（2）解吸電解循環過程：解吸液槽（貴液槽）→柱塞泵→流量計→加熱器→解吸柱→過濾器→冷卻器→電解槽→貧液槽（或者貴液槽）→計量泵。

4.4 高效節能無氰解吸電解試驗過程

（1）首先通過人工配制好解吸液，然后倒入貧液槽。

（2）貧液槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解吸柱→過濾器→電解槽

（3）當電解槽的液位達到要求時：電解槽→柱塞泵→流量計→加熱器→解吸柱→過濾器→電解槽。

（4）解吸液在系統中被加熱到150 ℃，系統壓力0.50 MPa。

5 結論

（1）這套常溫常壓-高溫高壓實驗室解析電解裝置是實驗室黃金提取過程中炭吸附法提金的關鍵設備。它可模擬生產中常溫常壓和高溫高壓下解析電解裝置不同工作狀態，為大專院校、科研事業單位的小型試驗和教學提供可靠的依據。

（2）該設備配套齊全結構新穎可進行高溫高壓、常溫常壓下多種解析電解或單獨解析、電解試驗。設備配有旋轉柱塞泵和質量流量計，可以實時監控解析液的流量，自動化程度高，安全設施齊全，解析速度快。配有PLC觸摸屏，通過觸摸屏進行操作，可以實現多種工藝流程試驗，操作簡單方便，運行穩定可靠。設備還具有效率高、成本低、占地面積小等特點。

[1] 《中國選礦設備手冊》編委會.中國選礦設備手冊[M].北京：科學出版社，2006.

[2] 吉林省探礦機械廠.JCDG-1.0型實驗室解析電解裝置產品說明書[Z].長春：吉林省探礦機械廠，2012.