粉末冶金技术在金电解精炼工艺中的应用研究

倪迎瑞 薛振宇 李中玺 费凡 崔光荣 刘楠 闵丁丁

摘要：针对传统金电解精炼工艺存在的阳极泥熔铸时金挥发损失和环境污染问题，研究了粉末冶金技术在金电解精炼工艺中的应用，考察了压制强度、烧结温度对压坯相对密度及电解效果的影响。结果表明：采用粉末冶金技术，通过自制模具，应用粉末压制、烧结工艺，无污染、低损耗制备出了阳极板，且其电解指标较好。该技术大大降低了传统工艺中阳极泥熔铸造成的金挥发损失及环境污染，减少了企业生产运营成本，具有显著的经济效益和环境效益。

关键词：粉末冶金;电解精炼;阳极泥;金;粉末压制;烧结

中图分类号：TF831文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）10-0069-03doi：10.11792/hj20211015

金电解精炼法具有工艺简单、产品质量稳定的优点，但会产生一定量的阳极泥，其主要组分为金，并含有大量的AgCl，通常将其返回再铸金银合金阳极板供金电解，或采用湿法处理后再铸成阳极板进行电解提纯。但是，阳极泥在直接熔铸时产生大量有害气体和烟尘，导致环境污染和金损耗增加[1-4]。针对这些问题，本文通过优化关键参数，将粉末冶金技术应用于金电解精炼工艺，避免了传统工艺因阳极泥高温熔融造成的酸性气体污染与金损失问题，同时可提高金回收率，实现清洁生产。

1 工艺原理

粉末冶金原理：粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成型和烧结，制取金属材料、复合材料及各种类型制品的工业技术。将处理后的金电解精炼阳极泥进行粉末压制，成型后烧结，便可直接作为金电解阳极板进行电解精炼。

金电解精炼原理：将含金90 %以上的粗金阳极板通直流电进行电解精炼。电解过程中阳极板发生金的氧化溶解反应，阳极中电性比金更负的杂质，除银氧化溶解后快速与电解液中的氯离子结合生成AgCl外，镍、铜、铅等贱金属杂质进入电解液。部分贵金属如锇、铑、铱、钌等不会溶解而是直接进入阳极泥。其中，对金电解最有害的元素是银，其会在阳极表面生成难溶的AgCl，包裹在阳极表面引起阳极钝化，严重影响电解的正常进行。针对这种情况，应用周期性反向电流电解技术，可使阳极表面生成的AgCl疏松脱落，防止阳极钝化。

金电解精炼时将粗金阳极板作为阳极，纯金或钛板作为阴极，金的氯化配合物水溶液和适量的游离盐酸溶液作为电解液，可用以下电化学系统近似表示电解过程：

阴极 电解液阳极

Au（纯）或Ti┃HAuCl 4 ·HCl·H 2O┃Au（粗）

向电解槽中通入直流电时，粗金阳极板主要发生金失去电子的氧化溶解反应：

Au+3Cl-+HCl-3eHAuCl 4。

在阴极板上则发生金离子获得电子的还原析出反应：

HAuCl 4+3H++3eAu+4HCl。

2 试验材料及工艺流程

2.1 试剂及设备

主要试剂：工业用纯净水;氨水（分析纯）;HNO 3 （分析纯）;HCl （分析纯）;固体微晶石蜡。

主要设备：电解槽（自制）;QM-WX04型行星式球磨机;电子天平（赛多利斯公司）;DZ型电热真空干燥箱;JTGZK-20-15型高真空立式烧结炉;DSC-NETZSCH 404F型差热分析仪;DK型线切割机;THVS-MA型维氏硬度计;RG型微机控制电子万能试验机;电解电源（上海百纳德电子信息有限公司）;负压溶金装置（自制）。

2.2 阳极泥

对合质金电解产生的阳极泥试验原料进行化学成分分析，结果见表1。

2.3 工艺流程

针对阳极泥性质，采用粉末压制、烧结工艺进行电解精炼，工艺流程见图1。

3 试验结果与讨论

3.1 阳极泥除银

阳极泥中银杂质的含量很高，这是因为在电解精炼过程中，银与电解液中的氯离子形成大量的AgCl沉淀进入阳极泥。因此，在预处理工序中首先要去除AgCl，得到粗金粉。通常，配制10 %～20 %的氨水溶液，加入陽极泥搅拌4～8 h，使阳极泥中AgCl发生络合反应：AgCl+2NH 3·H 2OAg（NH 3） 2Cl+2H 2O，从而得到充分溶解。搅拌完毕后，在通风橱内过滤阳极泥混合液，再对过滤所得粗金粉进行洗涤、干燥，此时粗金粉中金质量分数为95 %～99 %（见表2）。

3.2 粉末混配及干燥

3.2.1 球磨混合

通过球磨机将粗金粉及添加物（如润滑剂、黏结剂等）进行充分混合。在球磨罐中放入已称量好的粗金粉，为了使粗金粉球磨后压制时更好成型，将石蜡作为成型剂，加入量为2.5 %。成型剂石蜡的作用主要在于改善阳极泥的成型技术特征，即改善阳极泥的流动性，增加可压制性。

2021年第10期/第42卷选矿与冶炼选矿与冶炼黄 金

3.2.2 真空干燥

粗金粉经球磨后的粉末在真空干燥箱中于80 ℃下干燥4 h。试验中发现，粉末在经过长时间球磨后，再经过真空干燥，其在空气中会与氧气迅速反应产生自燃现象。这可能是因为长时间球磨后粉末颗粒粒径达到微米级，形成了超细粉末，而其具有非常大的比表面积，进而增强了表面活性，因此能与空气中的氧气迅速反应导致自燃，甚至爆炸。

3.3 粉末压制

首先根据电解需求自制刚性模具，将真空干燥后的粉末样品填充至自制刚性模具中，控制压制强度在100～300 MPa，压制速度为6.5 m/s，压制时间为10 min。压制后得到160 mm×50 mm×8 mm（长×宽×高）的长方体生坯。试验考察了压制强度对压坯相对密度的影响，结果见图2。

由图2可知：当压制强度为100 MPa时，测得的压坯相对密度约为74.34 %;当压制强度增加到200 MPa时，测得的压坯相对密度为81.53 %;压制强度继续增加，压坯相对密度变化并不明显，从200 MPa增加到300 MPa时其变化幅度只有2.58百分点。这表明压坯密度达到一定时，压制强度的增加对材料的相对密度影响不大;且当压制强度超过200 MPa时，压坯相对密度保持在较高的稳定状态，再继续增加压制强度时其变化不大。综合考虑，选取压制强度为200 MPa。

3.4 燒 结

烧结是粉末压制技术的关键过程之一，阳极板只有通过正确的烧结，才能获得所需的机械力学和物理性能。在烧结过程中，粉末颗粒之间由于高温加热发生原子扩散，使得在压实过程中粉末颗粒接触面相结合，成为固体块状。试验在真空烧结炉中进行，把压制好的坯体放置在真空烧结炉中烧结（压力p=0.9 kPa），具体工艺为抽真空+低温预烧+中温上升烧结+高温保温，完成烧结。升温过程以10 ℃/min的升温速度加热到450 ℃并保持30 min，以去除添加的成型剂，提高烧结性能;然后，以10 ℃/min的升温速度加热至烧结温度并保持60 min。炉膛冷却时，平均冷却速度小于10 ℃/min。

试验考察了烧结温度分别为800 ℃、820 ℃、840 ℃、860 ℃、880 ℃和900 ℃对压坯相对密度的影响，结果见图3。

由图3可知：随着烧结温度的升高，压坯相对密度逐渐增大;在烧结温度为800 ℃～860 ℃时，随着烧结温度的升高，压坯相对密度迅速增加。这是因为随着烧结温度的升高，原子的自扩散系数和相互扩散系数增大，烧结驱动力增大，促进了烧结过程，从而有利于材料致密化。冷却之后形成的组织固溶强化效果也随之增加，从而提高了烧结体的硬度和密度。当烧结温度为880 ℃时，压坯相对密度达到最高，为94.87 %;当烧结温度高于880 ℃时，压坯相对密度轻微降低，这可能是因为烧结温度过高或烧结时间太长，造成内部聚晶长大使压坯相对密度稍有下降。因此，选取烧结温度为880 ℃。

3.5 电 解

压坯制备成阳极板后，与普通合质金进行电解对比。将压制好的阳极板固定在电解槽的导电阳极棒上，阴极采用纯钛板，以金的氯化配合物水溶液和适量的游离盐酸溶液作为电解液。电解过程中，设置电流密度为1 500 A/m2，阳极板用滤袋套住，电解液中Au质量浓度为140 g/L，电解液加热到60 ℃，极距调整为10 cm，开始电解。18 h后关闭电解电源，将阴极板取下，剥离阴极附着的纯金并对纯金洗涤、烘干、称量、熔融、取样、分析，对比结果见表3。由表3可知：采用该工艺制成的阳极板电解指标与普通合质金电解指标差别不大，符合上海黄金交易所规定的Au99.99和Au99.95产品质量要求。

4 结 论

1）将粉末冶金技术应用于金电解精炼工艺中，通过自制模具，应用粉末压制、烧结工艺，完成了金阳极泥无污染、低损耗制备阳极板，阳极板相应的坯体成型压制强度为200 MPa，烧结温度为880 ℃，相对密度为94.87 %。

2）该技术避免了传统工艺因高温熔融导致金电解精炼阳极泥熔铸时造成的酸性气体污染与金损失问题，大大降低了传统工艺中阳极泥熔铸造成的金挥发损失，减少了企业生产运营成本，显著提升了整个工艺的金综合回收率，具有显著的经济效益和环境效益。

[参 考 文 献]

[1] 董德喜.黄金精炼工艺特点分析及选择[J].黄金，2004，25（9）：38-40.

[2] 王定良，毛仕杰.沃耳维尔法电解金的生产实践[J].湖南冶金，1989（2）：24-26.

[3] 倪迎瑞，李中玺，李海涛，等.从金电解阳极泥中湿法回收金银试验研究[J].湿法冶金，2014，33（2）：115-117.

[4] 高小红，倪迎瑞，李海涛，等.高银合质金电解精炼工艺优化[J].黄金，2014，35（9）：68-69.

Application of powder metallurgy technology to gold electrolysis refining process

Ni Yingrui1，2，Xue Zhenyu2，Li Zhongxi1，2，Fei Fan1，Cui Guangrong1，Liu Nan1，Min Dingding1

（1.Xi’an Qinjin Limited Liability Company of Shaanxi Gold;

2.Xi’an Huichuang Precious Metals New Materials Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：In light of gold volatilization loss and environmental pollution caused by anode slime casting in traditional gold electrolysis refining process，the application of powder metallurgy technology to gold electrolysis refining process was studied，and the influence of pressing strength and sintering temperature on the relative density of compaction and electrolytic effect was investigated.The results show that the anode plate has been prepared by powder metallurgy technology and powder pressing and sintering technology in home-made moulds，with no pollution and low loss，and its electrolytic index is good.This technology greatly reduces gold volatilization loss and environmental pollution caused by anode slime casting in the traditional process，lowers the production and operation cost of enterprises，and has significant economic and environmental benefits.

Keywords：powder metallurgy;electrolytic refining;anode lime;gold;powder pressing;sintering