高氰耗金矿矿浆浓度条件试验氰化钠浓度控制方法探讨

陈艳波

(山东黄金矿业科技有限公司选冶实验室分公司，山东 烟台 261441)

为合理开发利用金矿资源，确定适宜的氰化浸出工艺流程，需要系统的对每一个影响因素开展氰化浸出条件试验。矿浆浓度是影响矿物氰化浸出的重要因素，直接关系到药剂用量、浸出时间和设备容积等问题[1]。矿浆浓度条件试验着重研究不同矿浆浓度对矿物氰化浸出速率和浸出率的影响，是一项重要的单因素条件试验。矿浆浓度条件试验需要固定其他试验条件，设定矿浆浓度为唯一变量[2]，其他试验条件中，氰化钠浓度是比较难控制的一项重要条件。

某些金矿(如浮选金精矿)磁黄铁矿、次生硫化铜等伴生矿物含量较高，在开展氰化浸出试验过程中氰化钠药耗量大，消耗速率较快[3]。在不清楚此种矿物氰化钠消耗规律的情况下，简单的通过在几个时间点补加氰化钠的方式不能使各组氰化钠浓度维持一致。氰化钠浓度对金的溶解速度、氰化钠消耗以及金的浸出率都有一定影响[4]，所以，氰化钠浓度存在差异相当于增加了一项试验变量。如果不能消除这一差异，无法根据试验结果判断不同浓度条件下氰化浸出速率以及计算药剂消耗量，原则上试验是失败的。为消除这一差异对试验的不利影响，高氰耗矿物在开展矿浆浓度条件试验的过程中，应采取较为科学有效的氰化钠浓度控制方法。

1 等体积不同浓度矿浆的配制

氰化浸出试验常用试验设备为浸出搅拌机，为使各组试验浸出槽内的矿浆液位相同，避免因矿浆量不同使矿浆搅拌强度产生差异，需要通过计算完成等体积不同浓度矿浆的配制。

矿浆体积等于矿样体积与调浆水体积之和，公式为：

(1)

式中：m1——矿样干重，g；

γ——矿样密度，g/cm3；

m2——调浆水质量，g；

γ2——调浆水密度，g/cm3。

要使各组试验矿浆体积一致，可使浓度低的矿浆体积等于浓度最高项的矿浆体积，计算公式为：

(2)

式中：mn——浓度较低组的矿样质量，g；

kn——-矿浆浓度较低组的液固比；

m——矿浆浓度最高组矿样质量，g；

γ1——矿浆浓度最高组的液固比；

γ2——矿样密度，g/cm3；

γ2——调浆水密度，g/cm3。

依据标准YS/T3022-2013中规定,矿浆浓度条件试验应至少设定四个变量，即至少设定四组试验，浓度范围宜在25%～45%之间[2]。测定矿样和调浆水比重之后，可设定矿浆浓度最高的一组固体样品干重，然后根据公式(2)计算出其他各组固、液量。

2 氰化钠添加量计算

根据滴定结果，需要加入一定量的氰化钠使氰化钠浓度达到一定数值 。可通过理论计算得出矿浆氰化钠浓度和药剂(氰化钠溶液)添加量之间的关系式，如下：

(3)

式中：C——氰化钠浓度，/万；

ρ1——氰化钠溶液密度，g/mL；

V——氰化钠溶液体积，mL；

ω——氰化钠溶液中氰化钠质量分数，%；

ρ2-调浆水密度，g/mL；

ν——调浆水体积，mL。

一般氰化钠溶液中氰化钠质量分数为30%，密度约为1.18g/mL，清水密度为1.0g/mL,代入公式(1)得：

(4)

3 氰化钠浓度控制方法探讨

在开展氰化浸出试验过程中，常规氰化钠浓度控制方式是在不同时间点取样滴定，根据滴定结果补加一定药量，使氰化钠浓度都达到一定数值 。但实际氰化浸出过程中，尤其是药耗量大、药耗速率快的金矿，常规方法理论上只能使各组试验加药后瞬间氰化钠浓度一致，随着反应进行，矿浆浓度高的一组药耗速率快，而矿浆浓度低的一组药耗速率慢，如图1所示，整个浸出过程低浓度矿浆一组的氰化钠浓度一直高于高浓度矿浆一组，两组氰化钠浓度并不一致。

3.1 初始氰化钠浓度控制

图1 预浸试验氰化钠浓度变化图Fig.1 Change of sodium cyanide concentration in prepreg test

如图1所示，设有两组矿浆浓度对比浸出试验，分别编号a(矿浆浓度较低各组)和b(矿浆浓度最高一组)，b矿浆浓度高于a，b固体矿样干重是a的n倍。两组初始氰化钠浓度都为 (试验方案设定氰化钠浓度值)，调浆水体积分别为Va和Vb。浸出时间为t时，取样滴定，测出b氰化钠浓度为Ct，a氰化钠浓度为kCt。根据两组试验氰化钠消耗量之间的关系，有如下关系式：

nVa(C-kCt)=Vb(C-Ct)

(5)

进一步推导得：

(6)

式中：k——时间t时两组氰化钠浓度比值；

C——初始氰化钠浓度，/万；

Ct——时间为t时b组氰化钠浓度，/万；

Va——a调浆水体积，mL；

Vb——b调浆水体积，mL；

n——b固体样干重与a固体样干重比值。

如图1所示，实际浸出过程中氰化钠浓度存在明显差异。适当降低a组氰化钠添加量，在时间t内，a组与b组钠平均氰化钠浓度接近，有效降低氰化钠浓度偏差带来的不利影响，如图2所示。

在开展矿浆浓度条件试验之前，应预先开展最高浓度一组一段时间t(20～60min)内的浸出试验，t时氰化钠浓度 。然后根据公式(6)，代入相关数据可理论计算出其他各组在的氰化钠浓度 。

图2 初始氰化钠浓度控制方法简图Fig.2 Schematic diagram of the initial sodiumcyanide concentration control method

如图2所示，在时间t时，两组氰化钠浓度差的一半处画横线，交于b组曲线一点o。假设a组的初始氰化钠浓度为C′ ，氰化钠浓度变化曲线交于点o，在时间t时，氰化钠浓度大约降低了3(kCt-Ct)/4。

令C′ =C-3(kCt-Ct)/4，结合公式(4)推导出如下公式：

(7)

式中：k——两组氰化钠浓度比值；

C——初始氰化钠浓度，/万；

Ct——时间为t时b组氰化钠浓度，/万；

Va——a添加氰化钠溶液体积，mL；

νa——a调浆水体积，mL。

由公式(4)可计算出矿浆浓度最高一组的药剂添加量，将相关数据代入公式(6)可理论计算出时间t时两组氰化钠浓度比值(K)，然后将相关数据代入公式(7)可计算出其他各组氰化钠初始添加量(V2)。如此，通过添加不等量的氰化钠实现试验之初t时间内的氰化钠平均浓度基本一致。

3.2 试验过程氰化钠浓度的控制

试验进行一段时间t后取样滴定(a组氰化钠浓度高于b组氰化钠浓度，并且浓度差值与上一次加药时滴定结果浓度差值相近时)，根据滴定结果并运用计算公式(8)、(9)完成氰化钠补加。然后，每隔一段时间进行滴定，发现a组氰化钠浓度再次高于b组氰化钠浓度，并且浓度差值与上一次加药时滴定结果浓度差值相近时，再次根据滴定结果和相应计算公式进行补药。

如图3所示，滴定结果显示b组氰化钠浓度低于a组氰化钠浓度时，a、b两组应分别按照如下公式补加氰化钠。

(8)

(9)

式中：Va——a组补加氰化钠溶液体积，mL；

νa——a组调浆水体积，mL；

Vb——b组补加氰化钠溶液体积，mL；

νb——b组调浆水体积，mL；

C——初始氰化钠浓度，/万；

Ca——a组滴定氰化钠浓度，/万；

Cb——b组滴定氰化钠浓度，/万。

图3 试验过程氰化钠浓度控制方法简图Fig.3 Schematic diagram of the control method ofsodium cyanide concentration in the test process

4 结论

(1)使用浸出搅拌机开展矿浆浓度条件试验需要配制等体积不同浓度的矿浆，防止因矿浆体积不同造成各组试验搅拌强度存在差异，增加试验变量，对试验产生不利影响。

(2)试验开始前应预先开展一组矿浆浓度(最高矿浆浓度)条件氰化浸出试验，初始氰化钠浓度控制在设定浓度值，通过取样滴定探究一段时间内此种高氰耗矿物的氰化钠消耗规律。然后根据计算公式(6)、(7)可计算出其他各组(矿浆浓度较低)试验开始应控制的氰化钠浓度和加药量，确保加药后一段时间内各组试验平均氰化钠浓度基本一致。

(3)试验过程中，每隔一段时间滴定一次各组氰化钠浓度，当发现矿浆浓度较低的各组高于矿浆浓度最高的一组，并且浓度差值与上一次加药时滴定结果浓度差值相近时，再次根据滴定结果和计算公式(8)、(9)进行补药。其后试验过程中，每次补药后低浓度矿浆各组的氰化钠浓度都低于最高浓度一组。试验进行一段时间后，当低浓度各组的氰化钠浓度再次高于矿浆浓度最高的一组时，再次根据滴定结果和相应计算公式进行补药。

(4)整个试验过程中，理论上仅有最高矿浆浓度一组在补药后瞬时达到初始氰化钠浓度 (试验方案设定氰化钠浓度值)，其它各组氰化钠浓度一直低于这一数值。通过文中氰化钠浓度控制方法可将各组平均氰化钠浓度维持基本一致，降低各组氰化钠浓度差异对试验产生的不利影响。