巫太云

紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司 福建上杭 364200

目 前，國內(nèi)外大部分金礦采用氰化浸出—活性炭吸附—解吸電積—金泥冶煉工藝處理[1]，載金炭與礦漿或氰化浸出液接觸時(shí)間長(zhǎng)，受處理礦石性質(zhì)以及溶液中鈣離子等因素的影響，礦漿中的載金炭很容易結(jié)鈣，結(jié)鈣的載金炭表面覆蓋著一層白色物質(zhì)，導(dǎo)致載金炭碘值降低、吸附能力下降和金的損失加大。為此，在活性炭吸附過程中常需要對(duì)載金炭采用酸洗除鈣處理，使其恢復(fù)碘值，提高載金炭吸附能力。常規(guī)酸洗除鈣槽存在處理能力小、酸洗效果差、作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，嚴(yán)重影響載金炭的吸附能力。因此，筆者通過對(duì)載金炭酸洗槽的槽體結(jié)構(gòu)、攪拌方式和工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提供了一種較為高效的載金炭酸洗除鈣槽，為炭浸提金工藝中載金炭結(jié)垢酸洗工作提供了參考。

1 載金炭常規(guī)酸洗除鈣槽問題及原因分析

載金炭常規(guī)酸洗除鈣作業(yè)步驟為：結(jié)鈣載金炭充滿酸洗槽 2/5 左右的容積，用水把夾帶到槽中的泥漿清洗干凈，然后開始抽取已經(jīng)稀釋的鹽酸，酸沒至炭面以上 10 cm，浸泡一段時(shí)間之后，開啟空壓機(jī)，作業(yè)人員每隔 15 min 左右使用移動(dòng)式充氣管，在載金炭與水的混合體內(nèi)進(jìn)行頻繁移動(dòng)充氣管進(jìn)行翻滾攪拌，使得槽中的炭盡量能與鹽酸進(jìn)行接觸反應(yīng)，保證酸洗效果，酸洗 1 次載金炭全過程 (載金炭碘值從 100 g/kg以下恢復(fù)到 250 g/kg 以上) 需 2～3 h 以上甚至更長(zhǎng)時(shí)間。載金炭常規(guī)酸洗除鈣槽結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。由圖 1可知，常規(guī)酸洗除鈣槽存在明顯的缺點(diǎn)：①鹽酸加入到酸洗槽后是通過重力從上到下與結(jié)鈣載金炭進(jìn)行接觸，上層結(jié)鈣載金炭與鹽酸的接觸時(shí)間長(zhǎng)、鹽酸濃度強(qiáng)，而下層結(jié)鈣載金炭與鹽酸的接觸時(shí)間較短、鹽酸濃度也較低，導(dǎo)致結(jié)鈣載金炭酸洗除鈣效果差；②在酸洗過程中需要人工頻繁地移動(dòng)風(fēng)管進(jìn)行攪拌，勞動(dòng)強(qiáng)度大；③鹽酸與結(jié)鈣載金炭反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量二氧化碳和酸霧氣體，對(duì)環(huán)境不友好，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員產(chǎn)生職業(yè)健康危害。

圖1 載金炭常規(guī)酸洗除鈣槽結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of common tank for removing calcium carbonate from gold-bearing charcoal via acid pickling

2 載金炭酸洗除鈣槽優(yōu)化

在載金炭吸附提金過程中，因工藝需求，各槽體之間需利用一種空氣提炭器進(jìn)行提炭，以調(diào)整各槽體之間活性炭的分布密度。載金炭提炭器結(jié)構(gòu)如圖 2所示，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣液混合室時(shí)，氣液固混合體(載金炭、礦漿、氣體) 將通過管道從較低的攪拌槽流通到較高的攪拌槽。

圖2 載金炭提炭器結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of gold-bearing charcoal mover

改進(jìn)后的載金炭酸洗除鈣槽結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。根據(jù)載金炭提炭器原理[2]，可在載金炭酸洗除鈣槽內(nèi)部設(shè)立一個(gè)中心循環(huán)桶 (即提炭器)，作為攪拌器對(duì)桶中的結(jié)鈣載金炭混合體進(jìn)行攪拌。在中心循環(huán)桶體上端安裝有傘形防濺帽，結(jié)鈣載金炭在混合室內(nèi)與壓縮空氣形成氣液固混合體后，沿著中心循環(huán)桶提升到一定高度。當(dāng)混合體上升溢出中心筒碰到傘形防濺帽后壓縮空氣逸散到空氣中，載金炭與鹽酸的混合物掉落到炭層表面，底層載金炭與鹽酸繼續(xù)被壓入中心圓筒內(nèi)，掉落在炭層表面的載金炭與鹽酸混合物繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，直至進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。

圖3 改進(jìn)后的載金炭酸洗除鈣槽結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of optimized gold-bearing charcoal acid-pickling tank

改進(jìn)后的載金炭酸洗除鈣槽的關(guān)鍵在于中心循環(huán)桶提炭器的結(jié)構(gòu)設(shè)置。要提高酸洗槽的處理效率，必須對(duì)中心循環(huán)桶提炭器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理計(jì)算。酸洗除鈣槽的容積決定了每次酸洗的處理量，酸洗除鈣槽容積由大端直徑D，小端直徑d1，圓柱體高度H4，椎體端高度H3決定；酸洗除鈣槽的容積主要取決于槽體直徑D和圓柱體高度H4，實(shí)際生產(chǎn)中，需根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所確定數(shù)值。

在酸洗除鈣槽容積確定后，若要提升酸洗效率，即要提高中心筒 (提炭器) 的循環(huán)效率。影響中心筒提升循環(huán)效率的因素主要有：混合室的沉沒高度H2，提升高度H1(中心筒溢流口與炭層表面之間的高差)，壓縮氣體的壓力p，壓縮氣體流量Q，中心筒直徑d，結(jié)鈣載金炭混合體的比重等?；旌象w的提升高度與沉沒高度之間的關(guān)系可用相對(duì)提升高度系數(shù)Y表示，

忽略中心筒提升摩擦阻力，則空氣流量與提升高度、沉沒高度之間的關(guān)系為

當(dāng)壓縮氣體量一定時(shí)，Y值越大，則沉沒高度高度H2越大，且提升高度值H1越小，Y值也越大，所需空氣消耗量也越小。在實(shí)際環(huán)境允許的條件下，空氣量一定時(shí)，為提高中心筒提升效率，可適當(dāng)降低中心筒溢流口與炭層之間的高度差。

當(dāng)酸洗除鈣槽中心筒循環(huán)提炭流動(dòng)形成穩(wěn)定的流體時(shí)，由能量守恒關(guān)系[3]可得載金炭提升流體的伯努利方程

式中：h1、p1、v1分別為混合室的位置高度、壓力、混合流體速度；h2、p2、v2分別為中心筒溢流口的位置高度、壓力、混合流體速度；ρ為載金炭混合流體的密度；g為流體的自由落體加速度；hw為混合室與中心筒溢流口之間損失的水頭。

因中心筒循環(huán)提炭流動(dòng)形成穩(wěn)定的流體后，p2為大氣壓，根據(jù)式 (3) 可知，輸入的壓縮空氣壓力值p1越大，則中心筒載金炭混合體流體流出溢流口的速度v2越大，酸洗槽內(nèi)結(jié)鈣載金炭的循環(huán)速度就越快，鹽酸與結(jié)鈣載金炭反應(yīng)也就越迅速。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)福建某金礦實(shí)際場(chǎng)地情況以及工藝情況，在福建某金礦炭浸系統(tǒng)試制了優(yōu)化改進(jìn)后的載金炭酸洗除鈣槽，槽體直徑為 2 500 mm，圓柱體高度為 2 200 mm，圓臺(tái)高度為 1 000 mm，槽中心循環(huán)桶直徑為 400 mm，容積約為 13 m3，壓縮空氣壓力為 0.4 MPa。

實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化改進(jìn)后的酸洗除鈣槽每次可處理結(jié)鈣載金炭約 6 t，酸洗過程中作業(yè)人員只需控制氣體流量壓力等參數(shù)，即可使得槽內(nèi)載金炭循環(huán)混合攪拌充分，無需人工攪拌，每次酸洗時(shí)間約為 1.5 h 即可使載金炭碘值從 100 g/kg 以下恢復(fù)到 250 g/kg以上，載金炭平均吸附率從 91.32% 提升至 98.39%，吸附能力提高了 7.07%。同等情況下，常規(guī)酸洗除鈣槽處理 6 t 結(jié)鈣載金炭約需 2.5 h，相比之下，優(yōu)化改進(jìn)后的酸洗除鈣槽的酸洗效率提高了 40%。載金炭酸洗除鈣槽優(yōu)化前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比如表 1 所列。

表1 載金炭酸洗除鈣槽優(yōu)化前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Comparison of production data before and after optimization on tank for removing calcium carbonate from gold-bearing charcoal via acid pickling

4 結(jié)語

通過對(duì)常規(guī)載金炭酸洗除鈣槽的攪拌方式、槽體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，載金炭酸洗除鈣槽采用空氣攪拌方式，大幅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使酸洗處理效率提升了 40%。同時(shí)通過改進(jìn)后的載金炭酸洗除鈣槽對(duì)鈣化載金炭進(jìn)行快速高效地酸洗，使得載金炭快速恢復(fù)吸附能力，載金炭吸附能力提升了7.07%，有效保障了浸出金的回收，具有極大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。