含銅金精礦氰化過程銅氰配位數(shù)計(jì)算研究

邰建華，張永昕，路曉楠，曹巧達(dá)

（1.山東金都冶煉股份有限公司，山東 煙臺(tái) 265400；2.山東中礦集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái) 265400）

黃金冶煉行業(yè)一直是工業(yè)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中的重點(diǎn)行業(yè)，應(yīng)用氰化工藝處理含銅金精礦是這一行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用頻率較高的方法。在此期間，應(yīng)當(dāng)重視氰化溶液中銅氰絡(luò)合物配位數(shù)的計(jì)算，這可以幫助相關(guān)單位更加精準(zhǔn)的掌握含銅金精礦中銅物質(zhì)所消耗的氰化鈉的具體規(guī)模，從而以此為基礎(chǔ)采取更加針對(duì)性的手段控制氰化鈉的消耗量，減少企業(yè)成本的消耗，達(dá)成優(yōu)化成本和指標(biāo)的目的。

1 含銅金精礦處理現(xiàn)狀

一般來說，輝銅礦以及黃銅礦是與金精礦同時(shí)存在的兩種比較常見的原生銅礦物，在氰化溶液中，比較容易發(fā)生溶解的物質(zhì)主要有自然銅、銅礦、斑銅礦、孔雀石、藍(lán)銅礦以及輝銅礦等[1]。這些銅礦物質(zhì)當(dāng)溫度達(dá)到25℃之后，就可以有效浸出。通常情況下，銅物質(zhì)的浸出率可以由5%～10%一直發(fā)展到超過90%。就一些含銅金精礦而言，特別是對(duì)于一些含銅物質(zhì)含量較高的金精礦而言，在使用氰化工藝對(duì)其進(jìn)行浸出金操作的過程中，往往需要消耗較大規(guī)模的氰化鈉，不僅如此，金物質(zhì)的浸出水平也會(huì)表現(xiàn)為一種較差的局面。一般情況下，不同的銅礦物在氰化過程中消耗的氰化鈉量也是存在差異的，通常來說，1g銅物質(zhì)在溶解時(shí)需要消耗2.3g～3.4g的氰化鈉。除此之外，含銅金精礦中存在的銅物質(zhì)在氰化過程中產(chǎn)生溶解現(xiàn)象時(shí)還需要消耗氰化溶液中存在的氧。

以某一金精礦氰化廠為例，其在處理含銅金精礦時(shí)分別從以下五個(gè)方面入手。

第一，在實(shí)際利用氰化工藝完成含銅金精礦浸出金操作之前，事先完成銅精礦的浮選，在通過銅金分離這一工序之后，再借助氰化工藝將金物質(zhì)浸出，但是在具體使用這種方法時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)金物質(zhì)和銅物質(zhì)的分離需要面臨較高的難度。

第二，對(duì)氰化溶液中高氰根濃度進(jìn)行有效控制，使用強(qiáng)制手段完成金物質(zhì)的浸出[2]。盡管這種方法可以實(shí)現(xiàn)金物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)浸出效率的提升，但是隨著時(shí)間的推移，以銅為代表其他金屬雜質(zhì)離子的浸出規(guī)模也會(huì)得到顯著的提升，這會(huì)致使消耗的氯化鈉物質(zhì)的規(guī)模大幅度增加，在長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)之后，氯化鈉物質(zhì)本身的作用也無法真正有效的發(fā)揮出來，此時(shí)就需要投入更多的氰化物質(zhì)，生產(chǎn)成本也會(huì)隨之增加。

第三，將含銅金精礦在氨氰體系的作用下進(jìn)行處理，對(duì)金物質(zhì)進(jìn)行選擇性的浸出，這種方法在使用時(shí)會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

第四，借助配礦處理的形式進(jìn)行含銅金精礦的處理。具體而言，這種方法主要是將銅物質(zhì)含量較高的金精礦和銅物質(zhì)含量較低的金精礦按照特定的比例展開配礦處理，從而通過氰根濃度較低的氰化溶液完成金物質(zhì)的浸出。

第五，在應(yīng)用氰化工藝之前，事先完成焙燒預(yù)處理，不過，從某種程度上來看，與一般的氰化工藝相比，焙燒預(yù)處理的工序本身的復(fù)雜程度較高。

基于上述情況，為了切實(shí)有效的改良并控制氰化工藝處理含銅金精礦的過程，立足于金物質(zhì)進(jìn)出期間銅氰配合的動(dòng)力學(xué)平衡角度，對(duì)銅氰配位數(shù)展開理論計(jì)算，從而從理論層面為氰化過程的優(yōu)化控制提供可以依賴的、更有意義的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 氰化溶液中銅氰配位數(shù)公式的推斷與計(jì)算

銅氰配離子平衡分析。

在氰化溶液中，銅氰配離子之間有著如下所示的平衡關(guān)系：

一般情況下，可以這樣認(rèn)為，是否會(huì)產(chǎn)生式（3）中的反應(yīng)，主要是由難以溶解的鹽物質(zhì)本身的溶度積以及配合物穩(wěn)定常數(shù)的大小所決定的，Cu（CN-）-2在經(jīng)過反應(yīng)之后將自身解離為Cu（CN）（s）和CN-這一過程中的平衡常數(shù)ZΦ可以用如下形式表示：

由此可得，式（3）中的反應(yīng)自右向左進(jìn)行，上式中的a表示的含義為配合物的穩(wěn)定常數(shù)；b的含義為溶度積常數(shù)[3]。

所以，在氰化溶液中，存在的銅元素共有4種不同的狀 態(tài)，分 別 為Cu（CN-）3-4、Cu（CN-）2-3、Cu（CN-）-2、Cu+。由此可見，氰化溶液中銅元素的總濃度為上述四種不同狀態(tài)的銅元素濃度相加之和。

配合物穩(wěn)定常數(shù)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，[]表示的含義是每一個(gè)部分的摩爾濃度，a、a1、a2代表的含義分別為式（3）、式（2）、式（1）這三個(gè)反應(yīng)式中的穩(wěn)定常數(shù)。

代入上式，可知：

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

將氰化溶液中一價(jià)銅離子Cu+在溶液中總的銅元素中占有的分?jǐn)?shù)設(shè)為K0：

同理可得，Cu（CN-）-2在溶液中總的銅元素中占有的分?jǐn)?shù)K1=K0×a[CN-]2

Cu（CN-）2-3在溶液中總的銅元素中占有的分?jǐn)?shù)K2==K0×a1[CN-]3

Cu（CN-）3-4在溶液中總的銅元素中占有的分?jǐn)?shù)K3==K0×a2[CN-]4

所以，從理論的角度出發(fā)，在對(duì)氰化浸出液或者是貧液中的銅配位數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，因?yàn)樵谶@兩種溶液中存在的CN-本身的摩爾濃度是已知的，并且4、3、2是銅氰絡(luò)合粒子配位數(shù)的幾種形式，就上文中涉及的公式計(jì)算內(nèi)容來看，氰化溶液中存在的游離氰根的濃度是決定溶液中存在的各個(gè)差異化配位數(shù)離子所占比例的唯一因素，所有銅氰配離子在氰化溶液中存在的濃度為其中游離氰含量的函數(shù)，其平均配位數(shù)P可以表示為2K1+3K2+4K3。另外，銅氰絡(luò)合物在氰化溶液中平均配位數(shù)的計(jì)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）

查閱相關(guān)資料可以得知銅氰配合無的穩(wěn)定常數(shù)，如下：

3 銅物質(zhì)含量較高的金精礦在氰化鈉濃度不同的溶液中浸出情況實(shí)驗(yàn)

以我國(guó)某一地區(qū)的某一金精礦氰化廠的氰化工藝應(yīng)用流程作為研究對(duì)象，展開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。該金精礦氰化廠選取的原料取自所在礦區(qū)的金精礦，閃鋅礦、角銀礦、方鉛礦、斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦、黃鐵礦以及自然銀和自然金是該氰化廠主要的金屬礦物原料，同時(shí)，也存在著部分非金屬礦物，石英為最主要的一種形式。如表1所示，為該氰化廠含銅金精礦多種元素的具體情況。

表1 含銅金精礦多元素分析

3.1 每種氰化鈉濃度環(huán)境下平均配位數(shù)計(jì)算

浸出游離氰化鈉摩爾濃度要始終保持在0.25×10-2-0.30×10-2這一區(qū)間，與此同時(shí)，還要將質(zhì)量百分濃度控制在0.25%～0.30%的區(qū)間，以下所展開的銅氰配位數(shù)（P）計(jì)算操作也是基于這一數(shù)據(jù)區(qū)間所進(jìn)行的，根據(jù)上述內(nèi)容中的公式（5），可以得出如下如表2所示的結(jié)果。

表2 差異化氰化鈉濃度環(huán)境下銅氰絡(luò)合物配位數(shù)

3.2 不同銅氰絡(luò)合物配位數(shù)消耗氧化鈉實(shí)際規(guī)模的計(jì)算

該金精礦氰化廠進(jìn)行了3組攪拌浸出實(shí)驗(yàn)，分別基于含有氰化鈉含量不同的氰化溶液條件，在經(jīng)過試驗(yàn)之后，分別得出了三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及銅溶解率，并在各組實(shí)驗(yàn)完成之后獲取到了氰化鈉消耗規(guī)模的實(shí)際數(shù)值，使用定量的形式，對(duì)銅氰絡(luò)合物消耗氰化鈉物質(zhì)的具體影響進(jìn)行了研究。每一噸銅氰絡(luò)合物所消耗的氰化鈉物質(zhì)實(shí)際規(guī)模的計(jì)算公式如下：

M=1000×氰化鈉摩爾質(zhì)量×銅氰絡(luò)合物配位數(shù)×溶解率（%）/銅摩爾質(zhì)量×銅品位（%）

該金精礦氰化廠所進(jìn)行的三組實(shí)驗(yàn)使用這一公式進(jìn)行計(jì)算所獲得的每一組氰化鈉消耗量數(shù)據(jù)如下：

第一組：M1=1000×49×3.51×10.62%/63.5×1.5%=4.31kg/t

第二組：M2=1000×49×3.61×13.88%/63.5×1.5%=5.79kg/t

第三組：M3=1000×49×3.72×20.41%/63.5×1.5%=8.78kg/t

就這三組實(shí)驗(yàn)的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于銅物質(zhì)含量較高的金精礦而言，氰化過程受游離氰化鈉濃度的具體影響主要體現(xiàn)在如下兩點(diǎn)：

首先，在將氰化工藝實(shí)際應(yīng)用到含銅金精礦處理的過程中，金物質(zhì)浸出期間，氰化溶液中含有的氰化鈉濃度越高，能夠溶解銅物質(zhì)的效率也就可以達(dá)到一個(gè)更高的水準(zhǔn)，當(dāng)氰化溶液中存在的氰化鈉含量由0.10%增加到0.25%之后，溶解銅物質(zhì)的實(shí)際效率也從原本的10.62%提高到了20.41%。

其次，在將氰化工藝實(shí)際應(yīng)用到含銅金精礦處理的過程中，金物質(zhì)浸出期間，氰化溶液中含有的氰化鈉濃度越高，銅氰絡(luò)合物本身的配位數(shù)也會(huì)更大，此時(shí)，銅氰絡(luò)合物在氰化過程中消耗的氰化鈉規(guī)模也可以達(dá)到一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際的計(jì)算結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該金精礦氰化廠將氰化溶液中的氰根濃度提升到0.30%時(shí)，單位重量的銅氰絡(luò)合物要比氰根濃度處于0.10%時(shí)多消耗4.47kg/t的氰化鈉。

4 開展含銅金精礦氰化過程銅氰配位數(shù)理論研究與計(jì)算的實(shí)際意義

就我國(guó)黃金冶煉行業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況來看，使用氰化工藝來實(shí)現(xiàn)金物質(zhì)的浸出是一種應(yīng)用范圍比較廣闊的工藝形式。不管是對(duì)于我國(guó)本土的黃金冶煉行業(yè)而言，還是對(duì)于全球范圍內(nèi)他國(guó)的黃金發(fā)展領(lǐng)域來說，氰化工藝完成浸金都是從金精礦中提金這一目的實(shí)現(xiàn)期間一種使用頻率較高的方法。

借助氰化工藝浸金本身有著十分長(zhǎng)久的發(fā)展與應(yīng)用歷史，在大量不同類別的含銅金精礦中進(jìn)行提金時(shí)，氰化工藝都可以表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，并且實(shí)際應(yīng)用所取得的應(yīng)用效果也可以達(dá)到一個(gè)較高的水準(zhǔn)。在科學(xué)技術(shù)手段不斷向前邁進(jìn)的背景下，含銅金精礦處理期間所應(yīng)用的氰化工藝也已經(jīng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，堆浸法、樹脂法、炭漿法、預(yù)氧化—氰化等方法正在黃金冶煉行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中進(jìn)行著大范圍的推廣和應(yīng)用。

基于這一情況，為了能夠優(yōu)化氰化工藝在含銅金精礦處理中的應(yīng)用，對(duì)氰化過程中銅氰絡(luò)合物配位數(shù)的計(jì)算顯得尤為重要。歸根結(jié)底，使用氰化工藝處理含銅金精礦的根本目的就在于獲取到數(shù)量更多、性質(zhì)更純的金物質(zhì)，同時(shí)有效回收其中存在的有價(jià)值的金屬物質(zhì)和非金屬物質(zhì)，從而為金精礦氰化廠獲取更多的經(jīng)濟(jì)收益。而對(duì)含銅金精礦氰化過程銅氰絡(luò)合物配位數(shù)的計(jì)算，可以在很大程度上為控制氰化過程創(chuàng)造更加良好的條件，具備著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。這種現(xiàn)實(shí)意義主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

第一，立足于銅物質(zhì)與氰化物二者配合的角度，對(duì)銅氰絡(luò)合物配位數(shù)展開定量計(jì)算可以為實(shí)現(xiàn)銅物質(zhì)氰化鈉消耗規(guī)模的定量確定這一目標(biāo)奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而幫助金精礦氰化廠更加明確投入到氰化溶液中氰化鈉的實(shí)際規(guī)模，一方面，這可以幫助含銅金精礦在氰化溶液中更好地反應(yīng)，另一方面，也可以為金精礦氰化廠成本控制創(chuàng)造更加良好的環(huán)境。

第二，在計(jì)算銅氰絡(luò)合物配位數(shù)的過程中，我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：對(duì)于一些銅物質(zhì)含量較高的金精礦而言，當(dāng)其他條件處于一致的基礎(chǔ)上，在其實(shí)際在氰化溶液中進(jìn)行反應(yīng)的過程中，游離氰根的摩爾濃度處于一個(gè)更高的水平時(shí)，銅物質(zhì)的浸出率也會(huì)隨之達(dá)到一個(gè)更高的水平。與此同時(shí)，如果氰化溶液中銅氰絡(luò)合物的配位數(shù)數(shù)值更大，那么銅氰絡(luò)合物本身所消耗的氰化鈉規(guī)模也會(huì)隨之變大。基于這一理論，我們可以這樣認(rèn)為，開展含銅金精礦氰化過程銅氰配位數(shù)理論研究與計(jì)算可以在一定程度上為有效控制氰化工藝提供真實(shí)且有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而使其具備可以參考的數(shù)據(jù)依據(jù)，換言之，當(dāng)科學(xué)控制氰化過程中的其他因素的前提下，使用氰根濃度更低的氰化溶液完成浸出操作能夠在很大程度上減少金精礦氰化廠所消耗的氰化鈉數(shù)量。

第三，當(dāng)金精礦凈化廠在實(shí)際應(yīng)用氰化工藝處理一些較高銅物質(zhì)含量的金精礦時(shí)，應(yīng)當(dāng)始終秉持著改進(jìn)相關(guān)指標(biāo)和降低成本投入的原則。在利用氰化工藝處理原礦石的過程中，當(dāng)?shù)V石中存在的銅物質(zhì)含量較低時(shí)，比較適宜應(yīng)用的氰化工藝形式為使用氰根濃度更低的氰化溶液完成浸出操作，在金精礦氰化廠本身生產(chǎn)條件允許的情況下，還可以適當(dāng)開展含高銅和含低銅金精礦配礦處理的操作。

5 總結(jié)

綜上所述，氰化工藝在提取含銅金精礦中金物質(zhì)這一生產(chǎn)環(huán)節(jié)中有著十分廣泛的應(yīng)用，并且可以取得良好的浸出金效果。針對(duì)氰化工藝應(yīng)用過程中出現(xiàn)的銅氰絡(luò)合物情況，可以從理論公式計(jì)算的角度出發(fā)，計(jì)算氰化過程的銅氰配位數(shù)，從而對(duì)其中存在的多種形式的銅元素物質(zhì)消耗的氰化鈉規(guī)模進(jìn)行更加精準(zhǔn)的掌握，這可以為進(jìn)一步把控氰化工藝提供有力的理論數(shù)據(jù)參考，換言之，就是在合理控制氰化過程中其他因素的前提下，降低氰化鈉的投入量。