劉 超， 陳海軍， 張新生， 高冬生

(河南豫光金鉛集團(tuán)， 河南 濟(jì)源 454650)

0 引言

黃金的純度越高其價(jià)值就越高，隨著近代黃金工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，已涌現(xiàn)出越來(lái)越多的黃金精煉新工藝，在進(jìn)行深度提純之前需要對(duì)粗金物料中含量很高的Fe、Ag、Bi雜質(zhì)進(jìn)行去除，目前對(duì)粗金物料中Fe、Ag、Bi等雜質(zhì)主要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間熬煮去除，效率較低，除雜率也不高，影響了金錠的品質(zhì)。

河南某企業(yè)以生產(chǎn)黃金、白銀為主，該企業(yè)工藝技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，在金銀冶煉行業(yè)中具有較高的知名度，火法段采用企業(yè)自主研發(fā)的鉛陽(yáng)極泥金、銀底吹冶煉工藝，自動(dòng)化程度高、工藝指標(biāo)優(yōu)良、冶煉環(huán)境好、生產(chǎn)效率高[1-2]，其主要產(chǎn)品為黃金、白銀。主產(chǎn)品金、銀錠產(chǎn)品分別執(zhí)行GB/T 4134—2003《金錠》、GB/T 4135—2002《銀》，其產(chǎn)品主元素品位分別穩(wěn)定在99.994%、99.995%以上。

本文主要介紹該公司的金粉熬煮除雜工藝的改進(jìn)情況。

1 改進(jìn)前生產(chǎn)狀況及問(wèn)題分析

1.1 金粉的制備方法

該企業(yè)金粉主要采用氯化分金、金萃取-還原的方法，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 金錠生產(chǎn)工藝流程

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

生產(chǎn)設(shè)備明細(xì)表見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備明細(xì)表

1.3 金粉熬煮除雜技術(shù)參數(shù)

金粉熬煮除雜技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 金粉熬煮除雜技術(shù)參數(shù)匯總表

1.4 工藝原理

采用金萃取- 還原工藝得到的粗金中含有Fe、Ag、Bi雜質(zhì)，在熔融狀態(tài)下加入氧化劑和造渣劑后，使Fe、Ag、Bi雜質(zhì)形成煙灰和浮渣除去，從而提高金的品位，其原理如下所述。

在粗金物料完全熔化后，當(dāng)金熔體溫度達(dá)到1 200～1 400 ℃時(shí)，在金熔體表面分批加入氧化劑和造渣劑，增加粗金物料在坩堝熬煮除雜過(guò)程中的氧化性氣氛，使除金以外的金屬與氧發(fā)生反應(yīng)，生成氧化物或以煙灰的形式揮發(fā)，或與造渣劑結(jié)合形成浮渣與金分離。在這個(gè)過(guò)程中，金熔體中的Fe、Ag、Bi雜質(zhì)容易被除去，氧化造渣過(guò)程中的主要化學(xué)反應(yīng)見(jiàn)式(1)～(11)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2KNO3? 2KNO2+ O2↑

(6)

4KNO3?2K2O+4NO↑ +3O2↑

(7)

2KClO3?2KCl+3O2↑

(8)

Na2CO3?Na2O+CO2↑

(9)

(10)

(11)

1.5 存在問(wèn)題

由于各班組所產(chǎn)金錠合格率差別較大，公司對(duì)金錠生產(chǎn)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，詳見(jiàn)表3。

表3 金粉熬煮除雜技術(shù)參數(shù)匯總表

注：統(tǒng)計(jì)周期2014年5月～2015年5月；目前生產(chǎn)金粉的金萃取- 還原工序只有1個(gè)班組。

由表3可知：金一級(jí)品率達(dá)不到100%，時(shí)常有不合格現(xiàn)象產(chǎn)生；班組之間熬煮除雜技術(shù)差異較大，其中有1個(gè)班組近一年沒(méi)有一批不合格情況發(fā)生，2個(gè)班組不合格率較大只有90%左右。

1.6 現(xiàn)狀調(diào)研

為了摸清差異原因，分廠技術(shù)人員對(duì)四個(gè)班組進(jìn)行跟班調(diào)查，其熬煮和澆鑄的具體參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 各班組操作方式比對(duì)表

由表4和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研知：各班組之間主要操作差異在于電壓、電流控制和輔料消耗量。產(chǎn)品合格率高的A、B兩班特點(diǎn)是：A班熬煮時(shí)輔料加入量較大；B班在熬煮的過(guò)程中部分時(shí)間段電壓控制較高，爐內(nèi)熔體成劇烈翻滾狀態(tài)；A班組熬煮時(shí)間明顯比其余三班的熬煮時(shí)間短，且合格率也較高；A班在熬煮后對(duì)金樣判斷上明顯技高一籌，雖然A班所產(chǎn)金錠的內(nèi)在品質(zhì)并不是所有班組中最好的，但是A班鑄金錠的內(nèi)在成分均達(dá)到1#錠的要求，且內(nèi)在成分波動(dòng)較小。

1.7 原因分析

針對(duì)以上的調(diào)研情況，技術(shù)人員進(jìn)行了技術(shù)分析，其原因總結(jié)如下所述。

1)熬煮金粉前期溫度不可過(guò)高，讓金熔體進(jìn)行跑煙作業(yè)，待跑煙結(jié)束后，提升爐溫進(jìn)行造渣，根據(jù)浮渣數(shù)量，決定投入輔料量。如果跑煙作業(yè)結(jié)束后，金熔體液面基本沒(méi)有浮渣，不要加入輔料造渣，這時(shí)如果加入輔料，會(huì)導(dǎo)致金熔體內(nèi)浮渣過(guò)多，增加撈渣難度，反而使熬煮時(shí)間延長(zhǎng)。

2)輔料的加入方式和加入量有一定的技巧。輔料加入要遵循少量多次的原則，一次不可過(guò)多，過(guò)多不僅造成輔料的浪費(fèi)，而且腐蝕坩堝內(nèi)壁，降低坩堝壽命。同時(shí)，最重要的一點(diǎn)是造成金熔體表面浮渣量增大，增加撈渣難度。

3)在熬煮過(guò)程中，間歇性的提高爐溫，使?fàn)t內(nèi)熔體翻滾，可有利于熔體內(nèi)部雜質(zhì)快速移至熔體表面參與氧化造渣，從而加速熬煮除雜速度。同時(shí)，在爐內(nèi)熔體翻滾過(guò)程中，熔體的表面積加大，液面的氧化更加劇烈。

通過(guò)查閱技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)：黃金，純金塊具有金黃色光澤。粉末狀的金，隨著顆粒的變小其顏色變深變暗。當(dāng)金中含有雜質(zhì)時(shí)，隨著雜質(zhì)的種類和含量，其顏色深淺各異。金的顏色還與金塊厚度與金粒聚集狀態(tài)有關(guān)[3]。

為此，通過(guò)論證得出建立金樣收縮面顏色與金中銀、鐵含量的關(guān)系，可快速判斷金樣是否達(dá)到合格要求，具有一定的可操作性。

2 技術(shù)改進(jìn)

針對(duì)以上問(wèn)題，該廠技術(shù)人員制訂了詳細(xì)的解決方案，具體措施如下所述。

1)細(xì)化輔料加入方式、加入量。在熬煮過(guò)程中，加入的氧化劑為硝酸鉀(或硝酸鈉、氯酸鉀)，加入的造渣劑為碳酸鈉。硝酸鉀(或硝酸鈉、氯酸鉀)消耗量為粗金物料0%～0.01%，碳酸鈉根據(jù)浮渣情況適量加入。

2)加強(qiáng)金熔體熬煮時(shí)的對(duì)流速度。金熔體在高溫正常熬煮的過(guò)程中，每隔0.5～1 h應(yīng)將金熔體的熱原能量提高至原來(lái)的1.5～2倍，使金熔體劇烈攪動(dòng)；金熔體內(nèi)外部的物質(zhì)交換更加的頻繁，熔體內(nèi)部的Fe、Ag、Bi雜質(zhì)也更頻繁的暴露在熔體表面，在高溫的作用下與空氣的氧氣或與氧化劑接觸而被氧化，生成氧化物或以煙灰的形式揮發(fā)，或與造渣劑結(jié)合形成浮渣與金分離。

3)選用適當(dāng)?shù)膿圃ぞ摺Ｔ诟邷匕局蟮倪^(guò)程中，當(dāng)金熔體表面有較多浮渣時(shí)，用專用撈渣工具進(jìn)行撈渣，氧化渣因遇冷凝固在專用撈渣工具上被帶出坩堝。

4)通過(guò)觀察金樣收縮面顏色來(lái)判斷金中銀、鐵含量是否達(dá)標(biāo)，當(dāng)金樣收縮面大面積顏色發(fā)紅時(shí)，鐵含量超標(biāo)，發(fā)紅面積小于20%時(shí)，鐵含量達(dá)標(biāo)；當(dāng)顏色發(fā)白時(shí)，銀含量超標(biāo)，需要繼續(xù)熬煮，該廠銀含量超標(biāo)情況較少。

3 效果檢驗(yàn)

在進(jìn)行了以上技術(shù)改進(jìn)后，技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)了四個(gè)班組近一年生產(chǎn)情況，見(jiàn)表5。

由表5可知：經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)后，基本消除了班組之間的技術(shù)差異，同時(shí)大幅提高了金粉熬煮除渣效率，降低了物料消耗，提高了合格率。

表5 各班組操作方式比對(duì)表

注：統(tǒng)計(jì)周期2015年6月～2016年5月。

4 結(jié)論

1) 在金粉熬煮除雜前期，爐溫不可過(guò)高。待跑煙結(jié)束后，可提高爐溫造渣，并根據(jù)浮渣數(shù)量確定輔料加入數(shù)量，輔料硝酸鉀加入量約為0%～0.01%，碳酸鈉按比例加入。

2) 在熬煮造渣階段，每0.5～1 h提升電壓1次，使單位時(shí)間內(nèi)提供熱量增加，起到強(qiáng)化攪拌的目的。

3) 造渣結(jié)束，用玻璃棒將金熔體表面的浮渣撈除干凈，造渣要反復(fù)進(jìn)行。

4) 熬煮除雜后期要勤觀察金樣收縮面顏色，從而判斷金錠是否合格。

5) 改進(jìn)后個(gè)別班組熬煮時(shí)間縮短0.5 h，各班組金錠合格率均提高到98%以上。