賈露萍

(瑞木鎳鈷管理(中冶)有限公司,北京 100028)

0 前言

黃金色澤艷麗、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,價(jià)格昂貴,在地殼中含量稀少,世界陸基黃金儲(chǔ)量?jī)H50 000 t[1]。它具有良好的加工、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、較強(qiáng)的抗腐蝕性能,除了在首飾品、美術(shù)工藝、貨幣等傳統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用外,也廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域中。

“優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)保”是當(dāng)前對(duì)黃金精煉工藝的總體要求,本文總結(jié)了主要的黃金精煉工藝,介紹各類黃金精煉工藝發(fā)展淵源、應(yīng)用現(xiàn)狀、原理,綜合分析其優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)于黃金精煉工藝的工程化應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展有著重要意義,同時(shí)也指出了黃金精煉工藝未來發(fā)展的方向。

1 黃金精煉工藝

由于原料的多樣性、成分的復(fù)雜性、產(chǎn)品要求的差異性,黃金的精煉工藝方法種類較多,主要的黃金精煉工藝匯總?cè)鐖D1 所示。

1.1 貴鉛火法工藝

圖1 主要的黃金精煉方法

熔融的金屬鉛是貴金屬的良好捕集劑,這一特性是貴鉛火法工藝的應(yīng)用基礎(chǔ)。貴鉛火法工藝(流程見圖2)包括貴鉛熔煉和氧化精煉(俗稱“灰吹”)。貴鉛熔煉是將固體熔劑與含金物料混合進(jìn)行高溫熔融反應(yīng),生成的鉛試金固溶體因密度大而沉于底部,賤金屬等其它成分一部分以氧化物或鹽的形成進(jìn)入熔渣而浮于上層實(shí)現(xiàn)了分離,另一部分揮發(fā)進(jìn)入煙塵。氧化精煉是指在高于主體金屬(鉛)的氧化物的熔點(diǎn)溫度,往貴鉛熔池表面鼓風(fēng),并加入氧化劑,使鉛和其它雜質(zhì)氧化,使溶解于其中的銅、銻、砷、鉍等雜質(zhì)氧化形成不溶金銀的浮渣而與金銀分離,砷、銻形成低價(jià)氧化物,揮發(fā)進(jìn)入空氣中,最終得到金銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%以上的金銀合金。

貴鉛火法工藝處理原料一般為銅陽(yáng)極泥、鉛陽(yáng)極泥,若銅陽(yáng)極泥進(jìn)行貴鉛火法工藝前需要除銅、硒,使金銀進(jìn)一步富集,然后進(jìn)行貴鉛火法工藝,鉛陽(yáng)極泥則可直接采用貴鉛火法工藝。經(jīng)過不斷技術(shù)改革和設(shè)備更新,較為典型的貴鉛火法工藝見圖2,通過焙燒去除硒、硫,酸浸主要去除銅、部分去除銀和碲,貴鉛熔煉去除貴金屬、鉛以外的其它雜質(zhì)金屬,產(chǎn)出貴鉛合金,貴鉛合金可以通過氧化精煉進(jìn)一步除去鉛、砷、銻、鉍、銅、碲等元素得到金銀合金。

圖2 貴鉛火法工藝流程圖

1.2 高溫氯化法

高溫氯化法是在高溫(金熔融狀態(tài))下通入氯氣,利用雜質(zhì)金屬對(duì)氯的親和力強(qiáng)于金而進(jìn)行氯化,金不氯化。然后利用大多數(shù)雜質(zhì)金屬氯化物沸點(diǎn)較低的特點(diǎn),通過揮發(fā)除去,銅、銀等貴金屬的氯化物雖沸點(diǎn)較高但不溶于金,浮于熔融狀態(tài)金的表面而被分離。

主要金屬元素氯化順序?yàn)閆n、Pb、Cu、Ag、Bi、Au。主要金屬元素氯化物熔點(diǎn)、沸點(diǎn)見表1[2],從表1 可以看出,AuCl3的沸點(diǎn)很低,所以在氯化過程中,要控制Au 不被氯化,并將溫度控制1 250 ℃左右,促使Cu、Pb、Zn、Bi 等元素氯化后揮發(fā)除去,Ag氯化后變成AgCl,雖然其沸點(diǎn)較高,但會(huì)成熔融狀態(tài)浮于金熔體表面而被分離,金產(chǎn)品純度95%～99%。

表1 各金屬氯化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)

1.3 萃取工藝

黃金的萃取工藝的工業(yè)化應(yīng)用始于南非,萃取工藝適合處理的物料包括:銅、鎳精煉廠的陽(yáng)極泥、銅鎳冰銅的浸出渣、廢催化劑和電子工業(yè)含貴金屬?gòu)U料、廢舊合金等[3]。

萃取工藝前一般采用Cl2和HCl 混合物浸出含金原料制備萃取液,若涉及回收原料中的Os、Ru、Ir、Rh 等元素,還必須進(jìn)行還原、堿熔等預(yù)處理。萃取劑的選擇較多,常用的萃取劑有LIX65N、LIX70、乙醚、叔胺、甲基異丁基胴、二丁基卡必醇等。

萃取工藝黃金的萃取率＞99.5%,金產(chǎn)品純度為99.99%,典型流程圖如圖3 所示。

圖3 黃金萃取工藝

1.4 硫酸煮洗工藝

硫酸煮洗工藝適合于處理含金不大于33%、含鉛不高于0.25%的合金。是用濃硫酸在高溫下進(jìn)行浸煮,合金中的銀、銅等金屬形成硫酸鹽而被除去。硫酸煮洗工藝流程如圖4 所示,硫酸煮洗和洗滌根據(jù)實(shí)際情況可此次進(jìn)行,最終產(chǎn)品金錠品位可達(dá)99.6%以上。

圖4 硫酸煮洗工藝流程圖

1.5 王水工藝

王水工藝一般用來精煉含銀＜8%的粗金,典型流程如圖5 所示。王水是由濃鹽酸和濃硝酸按體積比3∶1配置而成的混合物,黃金能夠溶于王水,主要是硝酸將鹽酸氧化生成氯氣和氯化亞硝酰,氯化亞硝酰又分解為氯氣和一氧化氮,反應(yīng)式如下:

王水溶解液冷卻加少量水,以便于氯化銀沉淀析出,同時(shí)加入適量濃硫酸與鉛反應(yīng)生成硫酸鉛沉淀,過濾后,濾液加熱沸騰并添加鹽酸以揮發(fā)去除殘留的硝酸,加入草酸還原沉淀過濾后得到海綿金,再用硝酸煮洗去除殘余草酸和雜質(zhì)金屬,然后經(jīng)烘干澆鑄得到品位99.99%金錠。草酸可用硫酸亞鐵或亞硫酸鈉代替。

1.6 酸性氯化工藝

酸性氯化工藝一般在HCl -NaCl 或H2SO4-NaCl 溶液中加入氯氣(或氯酸鈉)浸金,浸出液過程中PH 越低越有利于金的浸出,過濾后往濾液中通入SO2(可用草酸、甲酸、二氯化錫、碳、一氧化碳、二氧化硫等代替)還原得海綿金,經(jīng)過濾、硝酸煮洗、烘干、澆鑄后產(chǎn)出99.9%金錠。酸性氯化工藝流程圖如圖6 所示。

酸性氯化工藝浸金原理為金在飽和含Cl2的酸性氯化物溶液中被氧化生成三價(jià)金的絡(luò)陰離子,化學(xué)反應(yīng)式為:

圖5 王水工藝流程圖

酸性氯化工藝流程圖如圖6 所示。

1.7 電解工藝

電解工藝是以粗金(含Au 90%以上)為陽(yáng)極,純金片作陰極,進(jìn)行電解精煉產(chǎn)出電金,電金純度可達(dá)99.99%,電解液可用金的氯化絡(luò)合物水溶液和游離鹽酸,也可用氰化絡(luò)合物水溶液。

電解過程中,陽(yáng)極粗金不斷反應(yīng)溶解,主要化學(xué)反應(yīng)式為:

陽(yáng)極往往容易發(fā)生鈍化,鈍化后可導(dǎo)致生成氯氣析出,一般通過提高電解液溫度(50 ℃左右)和酸度(HCl250～300 g/L)[2]、同時(shí)通入直流電和交流電形成非對(duì)稱性脈動(dòng)電流等措施避免。反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致一部分金粉掉入陽(yáng)極泥中,降低電流密度(700 A/m2左右)以抑制其發(fā)生。

圖6 酸性氯化工藝流程圖

陰極析出金,主要化學(xué)反應(yīng)式為:

2 綜合評(píng)價(jià)

主要的黃金精煉工藝綜合評(píng)價(jià)如表2 所示[4],總體而言,貴鉛火法工藝、硫酸煮洗工藝、王水工藝視為傳統(tǒng)的黃金精煉工藝,高溫氯化工藝、萃取工藝、酸性氯化工藝、電解工藝視為現(xiàn)代黃金精煉工藝,當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用較多的黃金精煉工藝為電解工藝。

3 發(fā)展方向

黃金精煉工藝始終在不斷地在改進(jìn)和優(yōu)化,未來可著力于以下幾個(gè)方面進(jìn)行發(fā)展:

(1)改進(jìn)優(yōu)化現(xiàn)有黃金精煉工藝,通過不斷優(yōu)化工程化設(shè)備結(jié)構(gòu)、應(yīng)用新材料,提高精煉效率和回收率、降低運(yùn)營(yíng)成本、增加經(jīng)濟(jì)效益。

(2)大力促進(jìn)在線監(jiān)測(cè)及在線分析儀表、黃金精煉工藝生產(chǎn)智能管理軟件等技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)提高精細(xì)化操作水平、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、強(qiáng)化科學(xué)管理和決策能力、有效消除職業(yè)安全隱患,最終實(shí)現(xiàn)人工智能化運(yùn)營(yíng)。

表2 主要的黃金精煉工藝綜合評(píng)價(jià)

續(xù)表2

(3)探索減少黃金精煉工藝“三廢”產(chǎn)生的方法,同時(shí)加強(qiáng)黃金精煉工藝“三廢”處理的研究,在滿足環(huán)保要求的同時(shí),不斷降低企業(yè)“三廢”處理的成本,甚至變廢為寶,實(shí)現(xiàn)資源的充分利用并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益[5]。

(4)積極開發(fā)新型化學(xué)試劑,例如高效環(huán)保的溶金試劑、萃取劑、除雜劑等。

(5)開展新工藝的研究,例如低品位礦的堆浸、細(xì)菌浸出、海水中提取黃金等工藝的研究,若能大規(guī)模應(yīng)用成功,將會(huì)是黃金精煉工藝突破性的發(fā)展。