(青島科技大學(xué) 山東化工研究院，山東 濟南 250014)

黃金濕法冶金的氰化浸出工藝，己有上百年歷史，但工業(yè)設(shè)備，不論那種浸礦形式(堆浸、帕丘卡槽、攪拌槽等)，浸出周期都太長(一浸36h，二浸12h)。近代專家證明：因礦種不同，處理工藝有所改變(如預(yù)處理或酸浸等)，但就氰化浸出工藝而言，強化傳質(zhì)，乃是加速反應(yīng)的關(guān)鍵。按反應(yīng)碰撞理論，反應(yīng)物必須有充分接觸碰撞機率，才能加速反應(yīng)。為此，國外研究者做了大量工作，但是多為純氧及高壓供氣。本研究認為：條件苛刻，難以工業(yè)化。此外，近二十年來，國外科學(xué)家深入揭示了金的溶解機理，認為并非屬純化學(xué)反應(yīng)，其本質(zhì)為電化學(xué)反應(yīng)。依此，本研究設(shè)計了一種篩板塔浸出反應(yīng)器。當空塔速度與孔板參數(shù)恰當匹配時，反應(yīng)區(qū)便呈現(xiàn)泡沫狀態(tài)，氣液固三相失去明顯相界，傳質(zhì)極大強化，并排除擴散控制。小試用該技術(shù)設(shè)備，反應(yīng)10h，金浸出率98%以上，超過傳統(tǒng)工藝36h浸出值。小試鑒定后，與金翅嶺金礦合作進行中試間歇和連續(xù)化試驗。中試設(shè)備比小試放大3800倍以上，試驗數(shù)據(jù)重現(xiàn)小試結(jié)果。隨即，按數(shù)學(xué)模擬放大，用多級理想混合反應(yīng)器進行連續(xù)化試驗，同樣重現(xiàn)間歇試驗結(jié)果。中試鑒定(1996)前兩個月，礦方已將傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝二浸設(shè)備，按新技術(shù)改造，用于生產(chǎn)，運行良好。

1 黃金濕法冶金氰化浸出工藝概況

1.1 金浸出機理

金的化學(xué)穩(wěn)定性很高，在任何溫度下，不與氧發(fā)生反應(yīng)，幾乎不溶于任何溶劑；能使金溶解的體系，通常含有一種氧化劑和一種能與金離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物的試劑。當金與氧在含有氫氰酸根的堿性溶液里接觸時，金便被溶解，并形成穩(wěn)定的一價金氫氰酸根絡(luò)離子?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：

(1)

自Elsner遠在1846年確定了這一重要事實以后，已成為百余年來，用氰化物從礦石中，提取金的理論依據(jù)。

通過一個多世紀的實踐，科學(xué)家們充分意識到，必須深入剖析金的氰化機理，才能使生產(chǎn)工藝得到進一步改進提高。經(jīng)過他們的努力探索，最近二十多年來，對金的氰化溶解機理，認識更深刻。現(xiàn)代研究者認為，金的溶解并非屬純化學(xué)反應(yīng)，其本質(zhì)為電化學(xué)反應(yīng)[1]。反應(yīng)式如下：

(2)

(3)

本項目就是其于這種現(xiàn)代理論，構(gòu)思設(shè)計了新工藝技術(shù)。

1.2 國內(nèi)外生產(chǎn)設(shè)備概況及存在問題

眾所周知，除了自然存在的較大游離金粒，仍采用物理方法回收外，對于包容和熔浸在其他化學(xué)礦縫隙或微晶中的包裹金，當今工業(yè)生產(chǎn)大都用氰化浸出工藝提取。為使金暴露于礦石表面，能達到與其他反應(yīng)物有充分接觸碰撞機率，人們采取了多種磨礦技術(shù)，力圖將礦粉盡量磨細，以使礦粉中那微量的金，有足夠的暴露表面與溶液接觸，有利浸出反應(yīng)?，F(xiàn)在金氰化工藝，采用的礦粉粒度，一般都能達到40×10-6m～70×10-6m或更小。

此外，在工業(yè)浸出設(shè)備中，為了補充反應(yīng)消耗的氧氣和促使反應(yīng)物混合充分，還在設(shè)備中安裝了空氣導(dǎo)管和攪拌裝置(有的浸出設(shè)備直接用空氣攪拌──如怕丘卡槽)。目前，國內(nèi)外已工業(yè)化的氰化浸出設(shè)備，大體有三種結(jié)構(gòu)形式。見圖1。

圖1 金浸出工業(yè)設(shè)備示意圖Fig.1 schematic diagram of gold leaching industrial equipment

其中最簡單的是堆浸設(shè)備，浸出工藝是將一定粒度的團礦球(按一定方式成型)，堆積在一塊不透水的基墊上，把氰化物浸液，從團礦堆頂部噴淋而下，含金浸出液從礦堆底部基墊上收集，回收金。另一種設(shè)備為帶錐形底的園筒槽，即所謂怕丘卡槽。該設(shè)備用導(dǎo)氣管裝置，將空氣從反應(yīng)器底部，以鼓泡形式送入浸出槽，鼓入的空氣除提供反應(yīng)所需的氧氣外，還起攪拌作用。第三種浸出設(shè)備為頂部帶機械攪拌的平底或錐形底圓筒槽。該設(shè)備中的空氣，多數(shù)由空心攪拌軸底部，以鼓泡形式進入反應(yīng)器，參加反應(yīng)，也有安裝空氣導(dǎo)管，將空氣送入浸出槽。除上述三種形式外，至于其他一些浸出工藝，如炭漿法(CIP)及炭浸法(CIL)，或加氧炭浸法(CILO)等，所用的浸出設(shè)備，除了在設(shè)備中增加了活性炭與礦漿的逆向運動裝置外，其他無大區(qū)別。我國各金礦，大都采用第三種氰化浸出設(shè)備，也有部分堆浸設(shè)備。

利用上述傳統(tǒng)設(shè)備，氰化浸出時，浸出系統(tǒng)設(shè)備龐大，且周期很長。如我國馳名中外的金城名珠——山東省招遠金礦(玲瓏礦區(qū))，一個日處理精金礦粉70～80t規(guī)模的氰化浸出系統(tǒng)，就有6個直徑3.5m×高3.5m的平底攪拌槽，氰化浸出周期長達48h(一浸36h，二浸12h)。又如招遠市金翅嶺金礦金氰冶廠，在日處理精金礦粉100t規(guī)模浸出系統(tǒng)中，有10個直徑4m×高4.5m的平底攪拌槽，浸出周期也長達48h。再如，山東萊州市倉上金礦，一個日處理精金礦粉150～200t規(guī)模的浸出系統(tǒng)中，有7個直徑5m×高5.6m的浸出槽，浸出周期也長達48h。上述三個金礦均屬國內(nèi)較發(fā)展地區(qū)的生產(chǎn)單位，足以代表我國其他金礦的生產(chǎn)工藝，不再一一贅述。就國外氰化浸出工藝而言，也大體雷同。如加拿大Amoco石油有限公司及其他兩家公司，共同投資開發(fā)的加拿大Detour湖礦山，于1983年底建成投產(chǎn)一座日處理干礦粉2000～2500t規(guī)模的炭漿法提金工廠，僅浸出系統(tǒng)就有8個直徑10.1m×高15.7m的帕丘卡槽，每個槽的平均停留時間6h，總反應(yīng)時間48h(金浸出率為94%)，吸附工段又設(shè)置了6個直徑5m×高10m的接觸器(附空氣升液器和相應(yīng)的振動篩等結(jié)構(gòu)件)，每個平均停留時間1h，吸附系統(tǒng)總平均停留時間6h，解吸段又有2個直徑1.5m×高4.0m的解吸槽等，不用再累計后面的活性炭再生系統(tǒng)，就足以看出該系統(tǒng)的龐大和較長的生產(chǎn)周期。

綜上所述，不難看出，目前國內(nèi)外已工業(yè)化的這些浸出設(shè)備，均都存在設(shè)備龐大和浸出周期太長的弊端。

1.3 近年來國內(nèi)外開發(fā)研究概況

隨著歷代對金礦的挖掘，易處理及含金量高的礦石越來越貧瘠，金礦物種越加復(fù)雜。研究者們不斷推出新的浸礦措施，如：預(yù)處理，加某些添加劑，強化浸出手段，非氰浸出等多種新技術(shù)。但是，就其浸礦而言，大部分仍圍繞氰化浸出進行深入研究。現(xiàn)代人們已意識到，金的浸出速率通常被擴散步驟控制，強化傳質(zhì)是加速反應(yīng)的關(guān)鍵。基于這種思想，近年來，國外用增加氧濃度，加速氰化反應(yīng)的成果不少。目前，有些已進入工業(yè)化生產(chǎn)，有的在建示范廠。在此，僅將Hazen研究公司和Kamyr有限公司及德國一家公司等，有代表性的研究情況筒介如下：Hazen公司和Kamyr有限公司合作，自1982年以來，開展了對液、固連續(xù)逆流氰化過程的研究(即Kamyr技術(shù))。該技術(shù)是把氰化浸出和固液分離兩個過程，合并在一個塔內(nèi)進行。發(fā)明人聲稱，該法比攪拌浸出，使用礦粉粒度大，可顯著地節(jié)省磨礦費。使用一種3.5×10-3m～40×10-6m的礦料，使金有令人滿意的提取率，金比堆浸法回收率高。Hazen公司用數(shù)年對多種金礦進行過Kamyr過程的研究，均獲得了成功的結(jié)果。于1988年建成一座日處理礦粉200t規(guī)模的Kamyr技術(shù)試驗廠。浸出塔直徑5m×高30m。與此同時，該公司為了進一步強化Kamyr過程，又推出在Kamyr塔中，用增加溶液中氧濃度的措施，加速反應(yīng)。1985年初，Hazen公司的研究結(jié)果認為，在炭漿法中，1.01325×105Pa氧氣壓，可使金的浸出速率增加4～5倍。用純氧、高壓下，模擬Kamyr浸礦技術(shù)，可使金的浸出速率比用空氣提高5～10倍。此外，該公司還用氧進行了炭浸法的研究，發(fā)現(xiàn)浸出速率增加4～5倍，并能使設(shè)備規(guī)模減少75%～80%。又如德國專利(Pietsch 1983年)也提出，在管式反應(yīng)器中，當氧氣壓達到25×105Pa～130×105Pa，氰化浸出平均停留時間只需10～15min，金的浸出率就可達到94%～97%。還指出，在氧氣壓為20×105Pa，30min就能獲得最佳提取率。該研究者的所有數(shù)據(jù)均表明，純氧及高壓都能明顯加速金的溶解。上述這些純氧及高壓反應(yīng)工藝，必須要在密封容器中進行，才能維持溶液中氧的高濃度。所以上述浸出條件，對設(shè)備要求高，難以實現(xiàn)工業(yè)化。在七十年代初，我國也有單位在增強空氣彌散性方面做過一些工作。但因沒有明顯效果，而放棄深入探討。

2 本項目研究工作內(nèi)容

2.1 研究的目的意義

對于上述傳統(tǒng)氰化浸出工藝和國外正在開發(fā)的一些提金新技術(shù)來說，本研究認為，都存在各種不足之處。傳統(tǒng)工藝弊端是：浸出速率慢、周期長、設(shè)備龐大。國外正在研究和開發(fā)的一些新技術(shù)，雖然使金浸出速率提高很大，但條件都比較苛刻，采用純氧及高壓。實施這些成果，必須投入一大筆附加費。如建氧氣廠(或組建一支氧氣運輸大隊)，建立一整套龐大的密封耐壓浸出設(shè)備等。這不僅增加較大的基建和設(shè)備投資，而且存在密封實施難度。對遠離城市的金礦來說，這些新技術(shù)則難以實施。尤其像我國及其他第三世界等經(jīng)濟不發(fā)達國家，更是難以接納這些附加條件很高的新技術(shù)成果。

鑒于上述技術(shù)的不足，我們的目的是：向社會推出一種投資少、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易實施、浸出速率快的高效氰化新技術(shù)──空氣泡沫氧化浸出工藝。

通過小試和中試驗證，充分體現(xiàn)了該項目新技術(shù)新工藝的優(yōu)越性，實現(xiàn)了本研究工作的初衷設(shè)想。

2.2 本項目研究重點

強化傳質(zhì)、排除擴散控制，加快反應(yīng)速率是本項目的研究重點。

上述金的傳統(tǒng)氰化設(shè)備中，空氣以鼓泡形式送入反應(yīng)器參加反應(yīng)。由于氧溶解度小，氣體密度小，在溶液中形成的微氣泡量少等原因，大量空氣進入反應(yīng)器后，又迅速脫離反應(yīng)區(qū)，參加反應(yīng)的氧僅是溶解在浸出液中的微量氧。又因設(shè)備攪拌緩慢，所以整個反應(yīng)被擴散狀態(tài)所控制。這便是傳統(tǒng)設(shè)備反應(yīng)速率慢、浸出周期長的原因所在。

目前國外發(fā)表的一些新技術(shù)路線，雖然采用純氧或高壓措施，增加溶液中氧濃度，加速反應(yīng)，已得到明顯效果。但是，這些新技術(shù)工藝中，金浸出速率仍然隨著氧氣壓力提高而增加。這充分說明各相間的傳質(zhì)狀態(tài)，仍制約著反應(yīng)速率，反應(yīng)仍被擴散狀態(tài)所控制。

強化傳質(zhì)，排除擴散控制，使反應(yīng)真正在動力學(xué)控制區(qū)進行，便使反應(yīng)得到加速?；诂F(xiàn)代金氰化浸出機理屬電化學(xué)反應(yīng)的觀點，本研究認為：金氰化過程是由氣(O2)、液(CN-)、固(Au)三相組成的一個非均相電化學(xué)反應(yīng)體系。反應(yīng)物質(zhì)，尤其是氧，并非一定要到本體溶液中去參加反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)屬在電極表面進行的一種非均相反應(yīng)。因此，上述氰化反應(yīng)，在氣、液、固三相接觸的界面處就應(yīng)發(fā)生。

相間界面處的傳質(zhì)速率，被界面間滯流層(液膜與氣膜)中，物質(zhì)的滯流擴散運動所阻止[2]。當采用強制措施(用得力機械攪拌或高速氣流)攪動反應(yīng)體系時，不僅使相內(nèi)的對流傳質(zhì)加強，而且非常可觀地使相間滯流層減薄，傳質(zhì)阻力減小。隨著攪拌或氣速的進一步增大，相間滯流層，越變越薄，阻力越來越小。當傳質(zhì)阻力減小到與化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)平衡時，反應(yīng)不再受擴散控制。該條件下，由于整個反應(yīng)體系處于高度湍流狀態(tài)，氣、浸、固三相已失去了明顯的相界，達到一種高度分散狀態(tài)，充分增加了反應(yīng)物接觸面積，使三相達到充分理想混合狀態(tài)[3-4]。金的表觀浸出速率將得到很大提高。這既是本研究要解決和達到的目的。

2.3 實現(xiàn)研究要點的技術(shù)措施

為實現(xiàn)本項目研究重點，縮短實驗室階段的研究周期，使成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，本研究是在立足其他浸出條件不變的情況下，著重解決強化傳質(zhì)這一難題。浸出工藝的狀態(tài)函數(shù)：溫度、壓力等均與傳統(tǒng)技術(shù)相同，物料配比也在傳統(tǒng)工藝條件范圍。

如前所述，得力機械攪拌或高速氣流攪動，是強化傳質(zhì)的兩種措施。本研究采用了將一定流速的空氣(反應(yīng)物載體)，通過一塊具有一定參數(shù)的孔板分布，便卓有成效地使反應(yīng)體系達到發(fā)達的湍流狀態(tài)。從冷模試驗觀察，各參數(shù)達到最佳匹配時，相間失去了明顯相界，達到高度分散的理想混合狀態(tài)[5]。充分證明該技術(shù)措施有利地解決了強化傳質(zhì)。

2.4 本項目試驗內(nèi)容

2.4.1 小試試驗簡介

2.4.1.1 選擇兩種有代表性的礦樣作原料

為了判斷本研究的普遍適用性，在進行投料試驗時，選用了兩種有代表性的精金礦漿。一是選用山東招遠金礦玲瓏礦區(qū)精金礦，作為石英脈型礦代表。該精金礦粉中，金含量60g/t左右。二是選用了山東萊州焦家金礦的精金礦漿，作為蝕變巖型礦代表，金在該精金礦粉中含量70g～80g/t左右。兩種礦粉粒度，均在40×10-6m左右。

2.4.1.2 反應(yīng)物配料比及狀態(tài)函數(shù)與傳統(tǒng)工藝雷同

礦粉與水質(zhì)量比為：W(固礦粉)∶W(水)=2∶3，

氰化鈉與礦粉質(zhì)量比為：W(氰化鈉)∶W(固礦粉)=1∶200，氧化鈣與礦粉質(zhì)量比為：W(氧化鈣)∶W(礦粉)=6∶500。

反應(yīng)狀態(tài)函數(shù)：常溫、常壓。

2.4.1.3 強化傳質(zhì)試驗

2.4.1.3.1 反應(yīng)器選型──理想混合反應(yīng)器

據(jù)上述文獻介紹，由于氣體表觀速度不同，相間出現(xiàn)不同的流型及氣泡變化。當氣流達到高度湍流狀態(tài)時，形成部分噴射錐形流，被液體動力作用而粉碎成氣泡，妨礙液體向下循環(huán)流動，使相間成蜂窩狀。當氣速進一步增加，達到發(fā)達湍流狀態(tài)時，強迫進入反應(yīng)器的氣泡與液體相撞，將液體粉碎，成為完全被氣流所挾帶的液滴，從氣流獲得能量的液體，瞬間在不斷變換著動壓頭，又作用于氣泡表面，導(dǎo)致氣泡變形、破裂、聚集，在體系中形成了大小相當均勻的氣泡。此時，氣、液、固達到了充分混合狀態(tài)。使體系達到上述狀態(tài)的反應(yīng)器，為理想混合反應(yīng)器。在理想混合反應(yīng)器中，各點濃度均勻一致，沒有濃度梯度。

為使本研究的反應(yīng)器達到上述要求，我們采用了長徑比較小的篩板塔反應(yīng)器。這種反應(yīng)器優(yōu)點是，能滿足傳質(zhì)要求，易加工，有利反應(yīng)物料呈現(xiàn)高度湍流狀態(tài)。與塔身太細長的設(shè)備比，塔壁阻力(摩擦力)耗能小。從試驗證明，這種反應(yīng)器是本項目氰化浸出的理想設(shè)備。

根據(jù)氰化浸出工藝的狀態(tài)函數(shù)為常溫、常壓的特點，為了便于觀察，小試反應(yīng)器選用透明有機玻璃成型。

2.4.1.3.2 確定孔板參數(shù)

具有一定參數(shù)的孔板與空塔速度恰當匹配，就能使反應(yīng)達到良好的傳質(zhì)效果。為此，本研究把孔板按小孔直徑、開孔率等參數(shù)分幾組，分別與不同空塔速度，進行相互交叉篩選，以確定各種參數(shù)最佳值。最后確定的空塔速度，不但達到傳質(zhì)要求，且能滿足工業(yè)生產(chǎn)動力設(shè)備能量值。

2.4.1.4 氰化浸出試驗

2.4.1.4.1 間歇試驗工藝

采用內(nèi)徑100mm×高400mm有機玻璃塔(見圖2)。

圖2 小試間歇試驗設(shè)備Fig.2 Small test intermittent test equipment

反應(yīng)物料：礦漿2906g ，氰化鈉5.8g，氫氧化鈣18g(按氧化鈣折算加量)。

在通氣情況下投料，投料完畢，將氣量提升到所需值。每隔2h取一次樣。將樣品充分洗滌后，分析氰渣含金量，總反應(yīng)時間12h。

2.4.1.4.2 間歇試驗結(jié)果

兩種礦樣的試驗結(jié)果列入表1中。

表1 小試間歇試驗結(jié)果Table 1 intermission test results

表1(續(xù))

從表1看出，在本研究確定的氰化浸出工藝中，反應(yīng)僅用10h，金浸出率都達98%以上，浸出時間不到傳統(tǒng)工藝周期的1/3。達到本項目研究預(yù)期目標。

2.4.1.4.3 排除擴散控制試驗驗證

以兩種不同通氣量進行對比試驗。一種為大氣量(工業(yè)生產(chǎn)能達到氣量范圍)，一種為小氣量。若將大氣量數(shù)值為基數(shù)1，則小氣量為0.4。采用金翅嶺金礦的同一種礦樣。在兩種氣量范圍，均得到相同的浸出速率。實驗結(jié)果見表2。

表2 不同氣量對比試驗(同一孔板參數(shù))Table 2 Comparison test of different gas volumes (same orifice parameters)

注：大氣量基數(shù)為1，小氣量為0.4。

從表2對比試驗結(jié)果看出，在本項目設(shè)計的試驗條件下，反應(yīng)在要求的氣量范圍內(nèi)變化，反應(yīng)速率與氣量無關(guān)。

2.4.1.5 突發(fā)事故影響考察

工業(yè)生產(chǎn)中，難免因停電而發(fā)生停氣現(xiàn)象。反應(yīng)物料中，金礦真密度較大，礦粉粒度雖然已被磨到40×10-6m左右，但在停氣情況下，依然易沉淀。從通入空氣的運動能量分析，當?shù)V漿沉淀后，只要不失水板結(jié)，應(yīng)該較容易地把體系重新攪動起來，恢復(fù)原狀。為考察這一問題，我們進行了間斷通氣試驗。停氣時間分別為6h，12h，48h，7d，乃至15d等時間間隔。經(jīng)過多次不同停氣周期考察，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物料，再次通氣攪動時，均在數(shù)秒鐘內(nèi)，都能得到充分分散。因此，停氣后再起動，不影響反應(yīng)器中物料的分散狀態(tài)。這一結(jié)論在中試試驗中同樣被證實。

2.4.2 中試試驗

2.4.2.1 間歇試驗

中試反應(yīng)器是由傳統(tǒng)工藝所用的圓筒、平底攪拌槽改裝而成，去掉攪拌系統(tǒng)，加上氣體分布裝置。反應(yīng)器直徑2.5m×高2.5m，有效反應(yīng)體積為V=0.785×2.52×1.63=8m3。比試驗室小試設(shè)備放大3800多倍。試驗操作規(guī)程、礦漿用量、物料配比與小試一樣。每隔2h取一次樣，間歇反應(yīng)時間為12h。工藝流程見圖3A。試驗結(jié)果列于表3中。

圖3 中試工藝流程示意圖Fig.3 schematic diagram of pilot test process 表3 中試間歇試驗反應(yīng)結(jié)果Table 3 reaction results of pilot batch test

反應(yīng)時間/h第1次試驗(96-5-24)第2次試驗(96-6-7)原礦及氰渣含金量/(g/t)金浸出率/%(不包括最后2h)原礦及氰渣含金量/(g/t)金浸出率/%(不包括最后2h)金浸出率均值/%(不包括最后2h)062.3640.3325.205.1042.803.0062.602.0082.201.40101.8097.111.4096.5296.82121.801.20

從表3看出中試放大試驗結(jié)果，基本重現(xiàn)小試結(jié)果。金翅嶺金礦的原料來自全國許多礦區(qū)，由于礦源與小試不同，故而與小試浸出率相比，略有差別，但己超過該礦對于這類礦石一浸的浸出率數(shù)據(jù)，并接近了二浸浸出率數(shù)值(5月23日～6月7日的平均浸出率為96.89%)。

2.4.2.2 該項目新技術(shù)與傳統(tǒng)工藝對比試驗

金翅嶺金礦的原料自產(chǎn)很少，90%以上是外購，主要來自招遠市80多個選廠。雖然從常年總體統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，礦性相對穩(wěn)定，但作為中試試驗的原料，因不能單獨提供，所以每批試驗使用的金礦性質(zhì)及磨礦細度都有差別。鑒于此，用同樣原料，對新技術(shù)和傳統(tǒng)工藝兩種浸礦技術(shù)進行對比試驗。新技術(shù)物料配比及反應(yīng)取樣，同小試一樣，一次性加料完畢。而傳統(tǒng)工藝則不斷補加氰化鈉(因浸出周期長)，以保持自身最佳氫氰酸根的濃度。兩種工藝各按自身的最佳反應(yīng)條件進行反應(yīng)。開始記時后，每隔2h，同時，從各自的試驗槽中取樣。反應(yīng)結(jié)果列于表4中。兩種對比試驗結(jié)果，十分明顯看出，新技術(shù)的反應(yīng)速率遠遠大于傳統(tǒng)技術(shù)。

表4 兩種技術(shù)工藝試驗結(jié)果比較(同種金礦漿)Table 4 Comparison of the results of two technical and technological testsl(homograft gold pulp)

2.4.2.3 連續(xù)試驗

從中試間歇試驗結(jié)果看出，與小試一樣，當反應(yīng)進行10h時，金浸出率可達到預(yù)期要求。但工業(yè)生產(chǎn)金礦處理量大，采用間歇方式生產(chǎn)達不到產(chǎn)量要求，必須采用連續(xù)生產(chǎn)。上述理想混合反應(yīng)器中，進行間歇反應(yīng)10h時，各物料的每一個單元組分都能在反應(yīng)器中保持10h反應(yīng)時間。既各物料的平均停留時間均為10h。但改為連續(xù)反應(yīng)后，由于物料不斷連續(xù)進、出，當反應(yīng)進入穩(wěn)定狀態(tài)后，再截取10h間隔，觀察各反應(yīng)物料的單元組分時，在反應(yīng)器中的停留時間就不都是10h了，有的大于此值，有的小于此值，各組分在反應(yīng)器中的停留時間分布按指數(shù)函數(shù)規(guī)律變化。這種反應(yīng)器稱單級理想混合反應(yīng)器。那么，在單級理想混合反應(yīng)器中，進行連續(xù)反應(yīng)時，究竟反應(yīng)時間多長，才能使金浸出率達到間歇反應(yīng)10h的結(jié)果呢。

由試驗證明，當反應(yīng)體系中各物料單元組分達到理想混合狀態(tài)時，無任何凝聚物產(chǎn)生，反應(yīng)過程等容、體積不變。又假設(shè)該反應(yīng)為1級反應(yīng)。由此可以得到：當反應(yīng)進入穩(wěn)定狀態(tài)以后，根據(jù)物料平衡，在時間T=t時，則有：

M′ (t)=M0一M(t)

(4)

M′ (t)——從反應(yīng)器流出的金量；

M0——金在反應(yīng)物料的原始總量；

M(t)——反應(yīng)器中金的存有量。

當T=0時，M(t)=M0；當T=t時，留在反應(yīng)器內(nèi)金的存有量M(t)，由指數(shù)函教(5)[6]式表示：

(5)

式中：t——反應(yīng)物料表觀停留時間，h；

從反應(yīng)器流出物料中金的量值，由式⑹表示；

(6)

將⑹式對時間t求導(dǎo)，在時間T=t時，金從反應(yīng)器中采出量，以式⑺表示：

(7)

在反應(yīng)表觀停留時間T=t時，從反應(yīng)器中流出金的流量分率，由式⑻表示：

(8)

在反應(yīng)表觀停留時間T=t→t+△t時，采出物料中金的量所占反應(yīng)器中投入金總量的分率η，由式⑼表示：

(9)

(10)

則E(t)為單級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)時的平均停留時間分布函數(shù)。

設(shè)反應(yīng)過程中礦漿的含金量隨時間變化規(guī)律，用函數(shù)f(t)表示。將間歇試驗中各時刻點的f(t)實測值和單級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)的平均停留時間分布含數(shù)E(t)計算值，對應(yīng)列于表5。

表5 間歇試驗f(t)實測值與對應(yīng)連續(xù)反應(yīng)E(t)計算值統(tǒng)計表

Table 5 statistical
Table of measured values of intermittent test f (t) and calculated values of corresponding continuous reaction E (t)

反應(yīng)時間/h玲瓏精金礦f(g/t) E(t)055.480.08323.040.07141.910.06061.340.05181.190.043100.950.036120.950.031>120.950.026

將表5中函數(shù)f(t)乘以對應(yīng)時刻的E(t)，再乘以2(取樣時間間隔2h)，可計算出單級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)時，各時刻點金的流出量值，列于表6中。

表6 單級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)各反應(yīng)時刻金流出量計算值

Table 6 calculation values of gold outflow at each reaction time

for continuous reaction of single-stage ideal mixed reactor

注：△t=2h

從表6看出，當表觀停留時間t=10h時，計算值與實驗值仍差7.2%。以此類推，當t=14h時，仍有5%以上的偏差。

根據(jù)上述計算結(jié)果，用單級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)14h時，反應(yīng)器流出料中，金仍有可觀的余量沒達到實驗值。從計算結(jié)果看出，繼續(xù)延長停留時間仍無濟于事。而且時間太長，會導(dǎo)致生產(chǎn)能力下降。因此，單級理想混合反應(yīng)器達不到連續(xù)生產(chǎn)要求，必須采用多級理想混合反應(yīng)器。

多級理想混合反應(yīng)器，連續(xù)反應(yīng)的平均停留時間分布函數(shù)En(t)由式(11)表示：

(11)

式中：n──級數(shù)(反應(yīng)器個數(shù))；

t──表觀停留時間，h。

2.4.2.3.2 試驗驗證和結(jié)果討論

已知條件：

每個反應(yīng)器有效反應(yīng)體積：V=0.785×2.52×1.63=8m3

礦漿質(zhì)量濃度為：ρ(礦粉)=1.4(t/m3)。

礦粉與水質(zhì)量比、氰化鈉與礦粉質(zhì)量比、氧化鈣與礦粉質(zhì)量比均與小試一樣。反應(yīng)狀態(tài)函數(shù)也為常溫、常壓。

礦粉粒度 45×10-6m(占85%± 2%)

流量穩(wěn)定后礦粉質(zhì)量進出量：2×1.4×40%=1.12(t/h)

穩(wěn)定狀態(tài)后氰化鈉加入量：5×1.12=5.6(kg/h)

穩(wěn)定狀態(tài)后氧化鈣加入量：12×1.12=13.44(kg/h)

連續(xù)反應(yīng)工藝流程，見圖3B。將反應(yīng)物料按比例從第一反應(yīng)器中加入。由于試驗條件限制，連續(xù)進料設(shè)備不到位。礦漿加料只能人工手動操作閥加入，故而進料流量很不穩(wěn)定(時大、時小)。用氰化鈉水溶液，將氧化鈣沖成懸浮液，每隔15min，按比例間歇加入反應(yīng)器中。反應(yīng)12h，進入穩(wěn)定狀態(tài)，立刻從第三個反應(yīng)器的出料口取第一次樣，分析氰渣含金量，以后每隔兩小時取樣。由于該試驗加料全為人工操作、間歇加入，所以進料很不穩(wěn)定，尤其夜班。盡管投料如此這般不穩(wěn)定，但反應(yīng)結(jié)果仍令人滿意。試驗結(jié)果列入表7中。

表7 三級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)24小時試驗結(jié)果Table 7 three-stage ideal mixing reactor continuous reaction for 24 hours test results

注：1996年5月22日10點～1996年5月23日10點

從表7看出，雖然加料不穩(wěn)定，使反應(yīng)并未真正在連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)下進行，但是，氰渣中金含量仍能達到試驗要求。試驗從1996年5月22日10點投料開始，到晚22點，第三個反應(yīng)器開始出料時計時，直到1996年5月23日零晨2點，氰渣中含金量都在1.6g/t。后期人為因素太大，出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，但氰渣中金仍能達到1.7～1.8g/t，并優(yōu)于傳統(tǒng)工藝一浸數(shù)據(jù)。本研究認為，改善條件，反應(yīng)物料真正連續(xù)進料后，會有更滿意穩(wěn)定的結(jié)果。

隨即，將設(shè)備稍加調(diào)整(在礦漿加料閥前，設(shè)置一個緩沖罐)，使礦漿進料連續(xù)性略有好轉(zhuǎn)，其他反應(yīng)物料配制和加料方式仍按上批進行。又按排一次稍長時間連續(xù)試驗，反應(yīng)12h時，開始從第三個浸槽的出料口取樣，每隔6h取一次樣，總反應(yīng)時間72h(三天)。其結(jié)果列入表8中。

表8 三級理想混合反應(yīng)器連續(xù)反應(yīng)72h(3天)試驗結(jié)果

Table 8 Test results of continuous reaction of a three-stage

ideal mixed reactor for 72 hours (3 days)

注：1996年6月16日10點～1996年6月19日10點

本次連續(xù)試驗金浸出率為：

從上述兩批連續(xù)試驗足以看出，該項目新技術(shù)氰化浸出12h的浸出率，均超過傳統(tǒng)工藝36h一浸的浸出率，并接近了二浸的浸出率數(shù)值。從下面表9，金翅嶺金礦的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，統(tǒng)計的歷史臺帳結(jié)果看，也證實了這一點。

表9 金翅嶺金礦1996年1～5月傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)統(tǒng)計表Table 9 statistics of traditional process productionTable of jinjialing gold mine from January to May 1996

可以斷定，該項目新技術(shù)如再增加4h二浸，總共反應(yīng)16h時，浸出率肯定超過傳統(tǒng)工藝48h兩次浸出值。綜上所述，本中試研究已達到預(yù)期目標，為工業(yè)化提供可靠數(shù)據(jù)。前面已講過，在中試試驗中，由于沒有單獨合理的穩(wěn)定加料系統(tǒng)，人工操作閥門打礦漿及間歇加入其他反應(yīng)物料的原因，不可能在此狀態(tài)下長期數(shù)月運轉(zhuǎn)。若改變現(xiàn)狀，就必須在放礦、進料、配料、運輸?shù)雀鲘徫?，調(diào)入更多人力和設(shè)備配合才行。但是礦方還要進行正常生產(chǎn)，車間沒有那么多人進行全面調(diào)配。為此，兩方經(jīng)過認真分析，認為可將該項目技術(shù)投入工業(yè)生產(chǎn)流程試用。隨之，我們按新技術(shù)要求，改造了兩臺直徑4m×高4.5m的生產(chǎn)用浸出槽，用于二浸。經(jīng)過近兩個月的試運行，效果良好。

3 結(jié)論

3.1 該項目推出一種不帶機械攪拌的篩板塔反應(yīng)器

能實現(xiàn)金氰化浸出反應(yīng)中氣液固三相呈泡沫狀態(tài)，失去明顯相界，傳質(zhì)極大強化，並排除擴散控制，使反應(yīng)在動力學(xué)控制區(qū)進行。金浸出速率提高近3倍，浸出周期比傳統(tǒng)工藝縮短2/3以上。圓滿完成山東省科委下達科技計劃(94)第16號專項合同要求。為工業(yè)生產(chǎn)提供了充分、可靠依據(jù)。

3.2 該項目技求對金氰化浸出工藝產(chǎn)生全方位優(yōu)良效應(yīng)

浸出設(shè)備減少50%以上(以日處理干礦粉100t計，傳統(tǒng)工藝用直徑4m×高4.5m的浸槽10個，而該新技木只需同樣4個足夠)；廠房面積大大減少。設(shè)備成本低、維修少，浸出周期短，人工少。氰化鈉用量減少30%。工作環(huán)境無噪聲,空氣污染極大改善,金回收率相應(yīng)提高。

3.3 該項目技術(shù)填補國內(nèi)外空白，為世界先進水平

該項目委托中國科學(xué)技術(shù)信息研究所檢索了國內(nèi)外與本項目有關(guān)的24個數(shù)據(jù)庫：中國重大科技成果數(shù)據(jù)庫、中國專利數(shù)據(jù)庫等9個數(shù)據(jù)庫及通過國際聯(lián)機檢索了美國DIALOG系統(tǒng)的美國政府研究報告、美國工程索引、美國化學(xué)文摘、金屬文摘，美國、日本、歐洲等專利，法國文獻通報等共15個數(shù)據(jù)庫，從1950年到1996年的文獻資料，均未發(fā)現(xiàn)與本項目相同的文獻內(nèi)容。中試鑒定結(jié)論：本項目技術(shù)填補國內(nèi)外空白，為世界先進水平。