付先榮 喬占瑞

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六八大隊(duì))

隨著我國改革開放的不斷深入，國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對資源產(chǎn)品的需求逐漸上升。進(jìn)入21世紀(jì)后，黃金在世界經(jīng)濟(jì)中仍發(fā)揮著重要的作用。鑒于金礦投資的高回報(bào)率，導(dǎo)致眾多投資者將資金轉(zhuǎn)向資源品質(zhì)更好的海外，海外金礦的投資成為許多中資企業(yè)的重要選擇。

根據(jù)目前非洲各國的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，非洲各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以資源開發(fā)為主。非洲的礦產(chǎn)資源十分豐富，并與我國具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性[1]。根據(jù)我國“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的部署，我國很多國企和私企都積極走出去，投入非洲礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用。

津巴布韋格拉斯哥金礦采用重選+池浸(活性炭吸附)的選礦生產(chǎn)工藝，由于日處理量較小，需要解吸的載金活性炭量少，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，從國內(nèi)購買成套的解吸電解設(shè)備不經(jīng)濟(jì)。為此，選礦技術(shù)人員結(jié)合津巴布韋當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)現(xiàn)狀，并吸取了國內(nèi)部分礦山焚燒載金炭的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，特別是長春黃金研究院研制的活性炭灰化爐及澳大利亞等國焚燒載金炭的成功經(jīng)驗(yàn)[2]，結(jié)合格拉斯哥金礦的生產(chǎn)實(shí)際，研制出了新的載金炭焚燒爐及其冶煉工藝，并成功的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，載金炭焚燒冶煉具有可就地取材，制作容易，操作簡便，焚燒效果好，1次冶煉回收率達(dá)97%～99% 等特點(diǎn)。載金炭焚燒冶煉技術(shù)成功地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，得到了津巴布韋當(dāng)?shù)厝A人礦業(yè)同行的認(rèn)可與應(yīng)用。

1 載金炭處理方案對比分析

結(jié)合津巴布韋黃金生產(chǎn)的實(shí)際情況，格拉斯哥金礦載金炭處理有3種可選方案：①外委解吸；②自行購買解吸電解設(shè)備(由于設(shè)備投資大，暫不進(jìn)行對比分析)；③自行制配載金炭焚燒冶煉設(shè)備。

外委活性炭解吸工藝因活性炭可重復(fù)利用，按照活性炭10次折舊計(jì)算成本，活性炭焚燒冶煉按照1次計(jì)算成本。活性炭采用國內(nèi)購買的椰殼活性炭，運(yùn)至格拉斯哥金礦的費(fèi)用為1 850美元/t。經(jīng)過格拉斯哥金礦兩年的生產(chǎn)實(shí)踐，以200 kg活性炭為例，進(jìn)行載金炭外委解吸和載金炭焚燒冶煉方案的經(jīng)濟(jì)對比分析，分析結(jié)果見表1。

表1 載金炭處理方案經(jīng)濟(jì)對比分析 美元

由表1可知，200 kg載金炭外委解吸成本需要637美元，200 kg載金炭焚燒冶煉成本只需要482美元，所以載金炭焚燒冶煉比外委解吸成本更低。載金炭外委解吸需要將載金炭運(yùn)送至解吸廠，運(yùn)輸途中乃至解吸電解時(shí)都會(huì)存在較大的安全隱患，而載金炭的焚燒在廠區(qū)內(nèi)，對于載金炭的安全更有保障；綜上所述，載金炭焚燒冶煉比外委解吸在經(jīng)濟(jì)上更合理，且安全性更高。

2 載金炭焚燒生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 載金炭預(yù)處理

載金炭焚燒前必須進(jìn)行一定的準(zhǔn)備工作。將載金活性炭取出，用清水洗凈其中的泥沙和石子等雜物，然后將洗凈的載金炭裝入透水的袋子中，放在陽光下盡量降低水分。載金炭水分太大會(huì)延長焚燒時(shí)間，不利于減少勞動(dòng)強(qiáng)度，從而增加生產(chǎn)成本。

2.2 焚燒爐制作

焚燒爐由3部分組成，底部為鼓風(fēng)系統(tǒng)，中部為焚燒系統(tǒng)，上部為簡易收塵系統(tǒng)。底部通風(fēng)系統(tǒng)用φ38 cm×58 cm的氰化鈉桶，在距離桶底10 cm的側(cè)面焊接一根內(nèi)徑為50 mm長度為80 cm的鐵管作為通風(fēng)管，通風(fēng)管與1臺(tái)150 W的鼓風(fēng)機(jī)連接。中部焚燒系統(tǒng)同樣用φ38 cm×58 cm的氰化鈉桶，在桶底部用鐵釘鉆出諸多直徑為3～6 mm的孔。在底部與中部筒體之間的縫隙用膠泥進(jìn)行密封。上部煙塵收集室用φ44 cm×44 cm的鐵桶倒扣于燃燒桶之上，在燃燒系統(tǒng)氰化鈉桶頂部與上部煙塵收集鐵桶之間留有10 cm的孔隙，以便于廢氣的排出和煙塵收集。利用現(xiàn)有的廢舊氰化鈉桶制造出的焚燒爐結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適合現(xiàn)場生產(chǎn)。此焚燒爐單臺(tái)24 h處理能力為80～120 kg。

2.3 載金炭焚燒步驟及注意事項(xiàng)

焚燒時(shí)，先將木塊點(diǎn)燃，待其燃燒旺盛后放入燃燒室的桶底作為底火，在桶底有底火的情況下，為了縮短載金炭被點(diǎn)燃的時(shí)間，用含水量低的載金炭將燃燒的木塊完全覆蓋。在燃燒室底部從小到大逐步通風(fēng)，直至載金炭燃燒至“旺火”。用大鐵勺向燃燒室筒體四周間斷添加載金炭，使燃燒室筒體中間流出“火心”以便逸出燃?xì)?，防止因?yàn)檩d金炭過多導(dǎo)致“爆燃現(xiàn)象”，致使載金炭飛濺，造成載金炭灰的損失。在焚燒后期應(yīng)減小風(fēng)量，使火燃燒相對較小且不會(huì)造成載金炭飛濺，直至無火，載金炭焚燒完畢。載金炭焚燒后的載金炭灰呈現(xiàn)膠結(jié)狀，待冷卻后加入適量無水硼砂清理干凈焚燒筒體，從而降低載金炭灰的損失，同樣更加有利于坩堝冶煉。載金炭焚燒的關(guān)鍵在于減少載金炭灰的損失，從而降低金屬量損失，提高回收率。

3 炭灰冶煉

3.1 焦炭爐制作與使用

焦炭爐因?yàn)槠渲谱骱唵?、?jiān)固耐用、成本較低，是小型冶煉不可缺少的設(shè)施。焦炭爐的制作采用φ56 cm×90 cm的柴油桶，將柴油桶沿頂部割開，沿著柴油桶內(nèi)壁用膠泥和耐火磚砌筑，距離桶底24 cm 的耐火磚上部鋪設(shè)孔徑為3 cm的粗鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)下部為送風(fēng)及爐灰收集室，鐵絲網(wǎng)上部為焦炭燃燒及冶煉室，柴油桶上部為煙氣出口。鐵絲網(wǎng)下部采用直徑50 mm的鐵管焊接1個(gè)通風(fēng)管，并在鐵絲網(wǎng)下部的鐵桶側(cè)面切割一塊20 cm×20 cm的爐灰清理窗口，此窗口做成可以開關(guān)的結(jié)構(gòu)，用來控制通風(fēng)量的大小從而控制爐溫。該焦炭爐的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用，同時(shí)也有利于焦炭充分燃燒，坩堝升溫快，爐渣灰易清理，坩堝取放較為方便。

焦炭爐生火采用木柴將焦炭點(diǎn)燃的方法，該方法需注意幾個(gè)非常關(guān)鍵的問題，由于焦炭點(diǎn)燃需要較長時(shí)間，所以必須放入足夠的木柴，以保證焦炭能夠被順利點(diǎn)燃。在木炭點(diǎn)燃焦炭期間，應(yīng)該打開底部爐灰清理窗口減小通風(fēng)量，以在同樣的木炭條件下，獲得更長的燃燒時(shí)間。如通風(fēng)量大，木柴在很短時(shí)間就會(huì)燃燒完全，而焦炭還未被點(diǎn)燃。當(dāng)焦炭被點(diǎn)燃后，應(yīng)加大風(fēng)量，促進(jìn)焦炭燃燒，從而獲得更高的冶煉溫度。

3.2 炭灰配料

載金炭焚燒出的載金炭灰有30%左右呈灰分狀態(tài)，有70%左右呈膠結(jié)狀態(tài)。為了載金炭灰更好的熔煉，縮短熔煉時(shí)間，將膠結(jié)狀態(tài)的載金炭灰進(jìn)行打碎配料，將配好料的載金炭灰放入經(jīng)過預(yù)熱的20#石墨坩堝。經(jīng)過不斷試驗(yàn)，采用每100 g載金炭灰添加無水硼砂50 g，硝石10 g的配料比例。此種以硼砂為主的配料，其熔煉效果較好。

3.3 炭灰熔煉

坩堝裝料前必須檢查，首先將坩堝在700～800 ℃ 溫度下預(yù)熱30 min，防止因加熱不均導(dǎo)致坩堝破損，確保坩堝無異常時(shí)再裝料。焦炭爐內(nèi)應(yīng)填加足量焦炭，防止因焦炭不足導(dǎo)致載金炭灰無法充分熔融，從而引發(fā)干爐現(xiàn)象。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，每次裝料必須低于坩堝上沿20 mm左右，并用硼砂覆蓋，方可給焦炭爐送風(fēng)加速升溫。隨著爐溫不斷升高，裝料開始熔化。融化后分批補(bǔ)加填料，并觀察爐料熔化及爐火情況，保證熔料不得溢出，待熔料完全熔化后停止送風(fēng)。用細(xì)木棍不斷攪動(dòng)坩堝上表層，防止熔料外溢和排出氣體。必要時(shí)再加少量無水硼砂繼續(xù)攪動(dòng)熔煉，直至造渣完成，停止通風(fēng)，待熔池表面平穩(wěn)后方可出爐與澆鑄。獲得的合質(zhì)金純度為30%～45%，載金炭灰的1次冶煉回收率達(dá)97%～99%。

3.4 合質(zhì)金提純

對于合質(zhì)金的提純分離，主要參照化學(xué)精煉中的硝酸分銀法，但在津巴布韋采購銀較昂貴。通過分析，根據(jù)硝酸分銀法的提純原理，結(jié)合相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)，將硝酸分銀法所需要的銀用銅替代。金銅分離的主要步驟分為兩步:①為補(bǔ)加金屬銅選擇補(bǔ)加銅的工藝方法，主要是為了降低金銅合金中金的含量，將金銅合金與補(bǔ)加銅熔融后潑珠，得到金銅合金顆粒。補(bǔ)加銅與合質(zhì)金質(zhì)量比例不低于3∶1，否則會(huì)影響后期硝酸除雜。②硝酸溶浸與洗滌。其反應(yīng)機(jī)理為:

Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑

(1)

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑

(2)

將潑珠得到的金銅合金顆粒置于搪瓷盆中加入濃硝酸，間斷加溫與洗滌。一般硝酸溶解6～7次，溫度為80～100 ℃，洗滌次數(shù)為5～8次。加溫的目的在于加快金銅合金與硝酸的反應(yīng)速度，洗滌目的為除去酸溶后溶液中的Cu(NO3)2及其他金屬雜質(zhì)。最后一次溶浸的標(biāo)志是硝酸呈白色氣體狀態(tài)散出，且硝酸與搪瓷盆中的物品無反應(yīng)。然后用熱水洗滌至溶液pH值為7，最后倒凈洗水，用小火慢慢烘干金粉。將烘干后的金粉加入適量硼砂，再轉(zhuǎn)入經(jīng)過預(yù)熱檢查合格的小石墨坩堝中，然后置入焦炭爐中熔煉，最后鑄錠。按上述火法熔煉載金炭灰，潑珠水淬法分離金銅合金，多次酸溶與洗滌，然后熔煉鑄錠，最終獲得了含量為98%～99.6%的金錠。

4 載金炭焚燒及冶煉實(shí)例

格拉斯哥金礦每次載金炭量為200～250 kg，一般冶煉材料耗量為:焦炭80 kg，硝酸12 kg，硼砂10 kg，硝石2 kg，銅絲6 kg，20#坩堝2個(gè)，搪瓷盆1 個(gè)。

(1)載金炭焚燒及冶煉工藝流程為：

金錠載金炭預(yù)處理:載金炭取出，用清水洗凈，將洗干凈的載金炭裝入透水的蛇皮袋中進(jìn)行晾曬，然后對載金炭進(jìn)行稱重，并取樣測試水分和化驗(yàn)品位。載金炭焚燒前技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 載金炭焚燒前技術(shù)指標(biāo)

(2)載金炭焚燒。焚燒前，應(yīng)盡量減少水分以縮短焚燒時(shí)間，焚燒過程中應(yīng)通過觀察焚燒室載金炭的燃燒情況，逐步調(diào)整送風(fēng)量的大小。添加載金炭時(shí)應(yīng)采用間斷填料法，特別是最后剩余載金炭不多的情況下，一定要控制小風(fēng)量，以最大限度減少載金炭灰的損失。在清理焚燒爐時(shí)應(yīng)摻入適量無水硼砂，這樣不僅能減少載金炭灰的損失，更加有利于載金炭灰的熔煉。載金炭灰重量為16.36 kg，是原載金炭重量的7.68%。

(3)載金炭灰冶煉。將載金炭灰按一定比例與硼砂、硝石混勻進(jìn)行冶煉。爐內(nèi)應(yīng)添加足量焦炭，通過送風(fēng)量控制爐溫，同時(shí)調(diào)整間斷填料和除雜直接的關(guān)系。熔煉造渣過程中，造渣的顏色應(yīng)多為黑色，造渣為黑色表明具有較高的冶煉回收率，金的冶煉損失小。獲得合質(zhì)金總重量為3 750.45 g，合質(zhì)金理論含金量為38.79%。

(4)合質(zhì)金提純采用硝酸分銅法。潑珠水淬法分離金銅合金中的金與其他雜質(zhì)金屬，一是必須控制好金銅合金與補(bǔ)加銅的配料質(zhì)量比，即金銅合金與補(bǔ)加銅之比為1∶(3～3.5)。二是潑珠過程中保持水在低溫狀態(tài)，即用深度>50 cm的鐵桶盛滿水，并用木棒持續(xù)不斷攪動(dòng)，通過加速水的旋轉(zhuǎn)，使水溫保持在相對較低的水平。三是在向冷水中傾倒熔化狀態(tài)的合質(zhì)金(潑珠)時(shí)，應(yīng)采用較小的流量，最好以細(xì)流線狀，從而易于得到顆粒均勻、大小適宜的金銅合金顆粒，易于硝酸除雜。將金銅合金顆粒裝入搪瓷盆中，加入濃硝酸浸煮并洗滌，得到金泥，將金泥用溫火慢慢烘干金粉。

(5)金粉烘干鑄錠，烘干后的細(xì)粒金粉與硼砂混合均勻，盛入已經(jīng)預(yù)熱、檢查合格的坩堝。嚴(yán)格控制好金粉熔煉時(shí)間，時(shí)刻觀察熔化狀態(tài)及爐火溫度。時(shí)間過長將燒穿坩堝，造成事故。金粉熔煉過程中，熔煉時(shí)間和坩堝中的熔融狀態(tài)相結(jié)合，以確保金粉熔化及鑄錠成功，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般金粉熔煉時(shí)間為20～30 min，最終獲得金錠重量為1 462.8 g，金錠純度為98.45%，純金質(zhì)量為1 440.13 g，載金炭焚燒冶煉綜合回收率為98.99%。

以處理213 kg的載金炭所得載金炭灰為例，載金炭焚燒冶煉鑄錠成本為482美元，每千克炭的綜合成本為2.26美元。若將載金炭送到解吸廠解吸電解，總費(fèi)用為637美元，每千克炭的綜合成本為2.99美元。相比之下，采用載金炭焚燒的提金工藝不僅有成本低的優(yōu)勢，而且也可取得較好的技術(shù)指標(biāo)。

5 結(jié) 語

(1)格拉斯哥金礦采用載金炭焚燒—載金炭炭灰熔煉—合質(zhì)金提純—金粉熔煉鑄錠的工藝技術(shù)，通過兩年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，該冶煉工藝得到了成功應(yīng)用。

(2)該工藝技術(shù)雖為手工操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大，但由于制作簡單、可就地產(chǎn)金、冶煉時(shí)間較短、資金周轉(zhuǎn)快、技術(shù)指標(biāo)高、有利于企業(yè)經(jīng)營。

(3)該生產(chǎn)工藝技術(shù)具有投資少、成本低、簡單實(shí)用，特別是對于在非洲投資的小型金礦具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張 華.我國對非洲礦業(yè)投資的戰(zhàn)略[J].中國礦業(yè)，2009，18(7)：19-32

[2] 李國中，何新春，李世禎.載金炭焚燒及冶煉的生產(chǎn)實(shí)踐[J].黃金，2001，22(4)：41-43