降低亚钠法沉金后液含金量的工业试验

张晓兵 伍依爱

(大冶有色金属有限公司，湖北 黄石 435005)

0 前言

电解精炼时，铜电解阳极泥的产率一般为粗铜阳极板重量的0.2%～1.0%[1]，其主要成分有Au、Ag、Cu、Pb、Se、Te、As、Sb、Bi、Ni、Fe、S、Sn、SiO2、Al2O3、铂族等。目前，铜阳极泥已经成为贵金属(金、银、铂、钯)以及稀散金属(硒、碲)的主要来源。某冶炼厂的黄金生产主要是提取铜电解阳极泥中的金，年产黄金10 t(含金量为99.99%)。采用湿法工艺处理铜阳极泥，铜电解阳极泥焙烧后，焙砂(蒸硒渣)经过分铜后氯化分金；分金后液通过亚硫酸钠还原沉金得到粗金粉；沉金后液通过调节pH 值后，生成铂钯精矿，铂钯精矿进入下一步工序再进行金、铂、钯、碲等金属元素的分离，各工序的主要物料成分见表1。

目前，沉金工序在生产时，溶液中经常出现不易沉淀的絮凝状颗粒，导致部分含金颗粒随着沉金后液进入铂钯精矿中[2]，延长了这部分金的生产工艺流程，进而造成金的生产成本上升。针对上述问题，通过一系列试验方案对可能影响沉金后液含金量的各因素进行分析，并根据试验结论对沉金后液的处理工艺进行优化，以期降低沉金后液中的金含量，进而降低黄金的生产成本。

表1 某冶炼厂各工序主要物料成分

1 沉金试验过程

1.1 试验原料

某冶炼厂试验用的原液为分金岗位正常生产时产出的分金后液，分金岗位的主要工艺参数和分金后液主要成分见表2。试验试剂主要有亚硫酸钠(Na2SO3)、焦亚硫酸钠(Na2S2O5)、工业硫酸(H2SO4，98%)、氯酸钠(NaClO3)等。

表2 分金岗位的主要工艺参数和分金后液的主要成分

1.2 试验原理

沉金过程的原理是在分金后液中加入亚硫酸钠使其发生如下氧化还原反应:

上述氧化还原反应的方向和趋势大小可以用式(2)的电极电势表示:

式中:φ——反应的电极电势；

1.3 试验方法及过程

在实验室环境下和实际工业条件下，沉金过程既存在原理的相通性又存在结果的差异性。因此，在实验室进行定性和可行性试验的基础上，进行实际生产运行中的工业级试验是必要的。沉金工艺流程如图1 所示。分金工艺采用的是目前主流的氯化法，氧化剂为氯酸钠，分金后液的金还原采用的是SO2还原法，还原剂为亚硫酸钠或焦亚硫酸钠。沉金过程的工业生产在一个容积为20 m3的反应釜中进行，反应溶液体积控制在17 m3左右。反应完成后，澄清1～2 h，然后将上清液(约15.5 m3)通过旁通阀直接排放至沉金后液槽作为沉铂钯工序的原料。反应釜底部剩余的1.5 m3底液通过真空过滤桶过滤后，尾液排入沉金后液槽，滤饼部分即为该工序的产品——粗金粉。实验室试验时，用1 L 的烧杯作为反应容器，取适量溶液，加入一定量还原剂，反应一定时间后用抽滤瓶进行过滤。

2 试验结果与讨论

结合上文提到的试验原理和实际生产中的经验，影响沉金效果的因素主要有pH 值、溶液中氯离子的含量、还原剂的添加量、反应温度等。

2.1 pH 值对沉金后液含金量的影响

为了判断pH 值的降低对悬浮物的沉降是否有促进作用，首先在现场进行沉金过程加酸的小试。当加入98%的浓硫酸后，浑浊的溶液立刻变清亮，但未见金粉沉降。推测加酸并不能加速金粉沉降，反而酸度高会导致一些重金属杂质离子和金大量溶解。为进一步验证效果，设计了实验室对比试验。由于pH 值在过低的情况下难以精确测量，对3 组原液分别添加4 g、8 g、12 g 的NaOH 进行沉金的对比试验，原液量均为1 L，试验结果见表3。

图1 某冶炼厂沉金工艺流程图

表3 pH 值对沉金后液含金量的影响结果

从表3 可以得出，在目前的pH 值环境下，提高pH 值对沉后液含金量的影响很小，而且pH 值的升高，会导致部分铂钯沉降到粗金粉中，对铂钯的富集起到了负面效果[4-5]。

2.2 氯酸钠添加量对分金渣含金量的影响

根据反应原理，溶液中氯离子的减少，应有利于金粉的沉降，且在高酸高氯的氛围下，已沉降的金粉也会发生反应，重新被氧化成(俗称返溶)。而分金后液中的氯离子，来源于分金反应过程中添加的氯酸钠，目前添加量为9 包/釜，每包25 kg。分金过程中氯酸钠的过量添加主要是为了降低分金渣中的金含量。针对是否可以降低分金过程中氯酸钠的添加量，在分金反应釜做了6 组对比试验，试验结果见表4。

表4 氯酸钠添加量对分金渣含金量的影响

从表4 中可以看出，氯酸钠添加量降低至4 包时，分金渣含金量出现了急剧升高现象；在添加量为5～6包时，分金渣含金量有升高现象；在添加量为7～9 包时，分金渣含金量没有明显变化。

2.3 升温赶氯对分金后液含金量的影响

氯离子的减少，除了在前面工序减少氯酸钠添加量外，还可以通过对溶液的处理来实现。根据氯气在水中的溶解度随温度和酸度的升高而降低的原理，在实验室设计了4 组对比试验，各取1 L 分金后液在烧杯中进行试验，不同处理方式下分金后液的变化情况见表5。处理完成后，将各组溶液自然降温至室温，然后进行沉金反应，试验结果见表6。

表5 不同赶氯处理方式下的分金后液变化情况

表6 不同赶氯处理方式下的沉金情况

由表5 和表6 可知，加酸赶氯，即温度升至溶液沸腾后加酸，反应太过剧烈，溶液有飞溅现象。加3 mL 硫酸后停止，工业生产中也不允许在高温溶液中加酸，该方案不可行。在进行升温处理的3 组试验中，分金后液均未有固体析出，溶液颜色都出现了由亮黄色变至棕色的过程，初步判断为氯气的颜色，赶氯有利于溶液中氧化氛围的降低。赶氯后的分金后液再进行沉金，溶液均迅速变浑浊，有大量金粉析出，且金粉团聚现象较好，静置一段时间后，均在1 h内澄清，固液出现明显界线。由于沉金后液在沉铂钯工序作为原料进行生产时，需加碱使溶液呈弱碱性，在沉金工序加酸，会使沉铂钯工序成本相对上升，因此在加酸没有明显优势的情况下，暂不考虑在沉金工序加酸。

2.4 温度变化对沉金后液含金量的影响

通过赶氯试验可知，通过溶液升温来减少氯离子的浓度，进而降低沉金后液的含金量具有可行性，为进一步探索合适的条件，继续对反应温度进行试验。工业生产中，反应釜的升温由反应釜夹套通蒸汽完成，升温后再降温，所需时间较长。与常温沉金过程相比，生产时间延长。为找出沉金反应的最佳温度，在温度10～100 ℃以每10 ℃为一个间隔，分别取1 L 分金后液进行试验，结果见表7。

表7 温度变化对沉金后液含金量的影响

由于沉金反应亚硫酸钠的加入量是根据反应终点的判断来进行调节，在不同的温度下，亚硫酸钠的添加量有所区别。从表7 可以看出，温度超过50 ℃时，沉金后液中的金含量并未出现明显降低，故初步判定50 ℃为最佳反应温度。为验证反应温度50 ℃在工业生产中的具体效果，进行了现场工业试验，试验结果见表8。

表8 温度50 ℃时沉金反应的各指标情况统计

由表8 可知，以50 ℃作为生产作业时的反应温度是可行的，沉金后液含金量与常温沉金的平均含金量85.3 mg/L 相比，大幅度降低。

2.5 药剂种类对沉金后液含金量的影响

沉金反应采用的药剂，根据市场价格波动，除亚硫酸钠外，有时也会采用焦亚硫酸钠。为对比分析2 种药剂在50 ℃时的反应效果是否一致，各取1 L原液在实验室用滤瓶抽滤后，进行药剂不同添加量的对比试验，试验结果见表9。

表9 药剂种类及添加量对沉金后液含金量的影响

从表9 可以看出，无论是亚硫酸钠还是焦亚硫酸钠，在50 ℃的反应温度下，沉金效果趋势都基本一致。随着药剂添加量的增加，沉金后液含金量减少；当两种药剂的添加量相同时，焦亚硫酸钠的沉金效果更好，这与焦亚硫酸钠中SO2的有效含量更高有关，但是焦亚硫酸钠的市场单价也比亚硫酸钠稍高。

2.6 电位对沉金后液含金量的影响

实际生产中，亚硫酸钠的添加终点都是通过现场取样和肉眼观察溶液的浑浊情况来判断。在本次试验中发现，通过检测电位来进行终点的判断是可行的。为确定实际生产时的最佳电位，进行了连续8 批次的现场工业试验，结果见表10。

表10 电位对沉金后液含金量的影响

由于原液中的含金量及其他成分每批次都不一样，每次沉金生产时药剂的添加量都不一样。由表10 可知，电位在300 mV 左右时，沉金效果最佳；电位偏高时，沉金后液含金量偏高；但电位也不宜过低，否则其他重金属杂质离子会进入粗金粉中，影响粗金粉品质。

3 生产应用

某冶炼厂通过试验验证pH 值、氯酸钠添加量、温度、药剂种类以及反应终点的判断方式等因素对沉金后液含金量的影响，可知:

1)pH 值的升高，会导致部分铂钯沉降到粗金粉中，不利于碲的生产，而且对降低沉金后液含金量的影响较小，不具备调整价值。

2)对分金后液进行赶氯，有利于沉金。

3)通过升温沉金，金粉团聚效果较好，有利于固液分离，且还原过程中析出金粉，返溶现象不明显，升温沉金方式对不同原料的适应性也很强。

4)在一定温度下，采用亚硫酸钠和焦亚硫酸钠沉金，效果基本相当，与理论情况一致。

5)分金过程中，应尽量减少氧化剂的加入量，降低分金后液的氧化性。

6)采用控电位还原更有利于沉金终点的判断。

根据上述试验结论，并结合实际情况，某冶炼厂对生产进行了调整:

1)将分金工序氯酸钠的添加量从9 包降低至6包。通过化验检测，该调整对尾渣含金量影响较小；而且从理论上讲，对后续氨浸分银液不会产生负面影响[6]。

2)对沉金工序的生产操作做出重大调整，将沉金过程的温度由常温调整至50 ℃；亚硫酸钠的添加，由工人根据操作经验进行肉眼判断反应终点的方式，改为结合反应现象和溶液电位进行综合终点判断。

按照上述操作对沉金工序做出调整并稳定生产后，连续进行1 个月的沉金后液取样跟踪，沉金后液含金量的月均值由85.3 mg/L 降至4.6 mg/L，该次试验取得了预期效果。

4 结束语

本次试验所取得的结果，除对沉金工序有利外，对某冶炼厂其他含金银物料的提取也起到了积极的作用。在粗金粉提取的过程中，金粉中的含银量一直是影响金粉提纯的重要因素[7-8]，如何降低粗金粉沉降过程中的含银量，也是下一步需要研究的方向。原液的不同、人员操作技能的高低、药剂品位的差异等因素依然影响沉金效果的好坏，在大数据、智能制造和高质量发展的时代背景下，如何用现代化的技术取代传统黄金生产工艺中大量的人工操作和人工判断，也是后续需要探索的课题。