5.6 金矿浸出（氰化法）

氰化法将金溶解于碱性氰化物溶液；活性炭吸附（CIL/CIP）或锌粉置换回收金。本节涵盖浸出化学、CIL 操作及解吸-电积。

5.6.1 氰化浸出

学习目标
  • 设定氰化钠浓度、pH 与溶解氧以优化金溶解
  • 操作 CIL 流程，控制矿浆浓度、停留时间与炭载金量
  • 识别消耗氰化物的矿石特征（铜矿物、活性硫化物）
  • 掌握氰化物安全管理和 HCN 防护要求
核心概念
术语 定义
Elsner 方程 4Au+8CN−+O2+2H2O→4Au(CN)2−+4OH−4Au + 8CN^{-} + O_{2} + 2H_{2}O \rightarrow 4Au(CN)_{2}^{-} + 4OH^{-}；需溶解氧与 CN⁻
CIL 炭浸 活性炭加入浸出槽；边浸边吸附 Au(CN)₂⁻
CIP 炭浆 浸出完成后再加炭；流程分离
氰化物消耗 被活性矿物（Cu、Fe 硫化物）消耗，非仅金溶解
WAD 氰化物 弱酸离解氰化物；环保报告参数
石灰（CaO） 维持 pH 10.5–11；pH < 9 时防 HCN 气体
参数与指标
参数 典型值 单位 说明
NaCN 浓度 500–1000 mg/L 0.05–0.10% 溶液
矿浆 pH 10.5–11.0 — 严禁 < 9.5 运行
溶解氧 > 5 mg/L 鼓风或纯氧
矿浆浓度（CIL） 40–45 % 固体 质量分数
浸出停留（CIL） 24–48 h 6–8 槽串联
炭浓度（CIL） 15–25 g/L 颗粒活性炭
炭粒径 1.2–3.4 mm 粗粒便于筛分
金回收率（氧化矿） 90–95 % 新鲜矿、低铜
金回收率（难处理矿） 60–85 % 可能需预氧化
公式
  • Elsner 简化速率：Rate \propto [CN^{-}] \times [O_{2}] \times A_{\mathrm{gold}}_{surface} — 受最慢反应物限制
  • 氰化物添加速率：QNaCN=Ctarget×Qwater/(1000×η)Q_{\mathrm{NaCN}} = C_{target} \times Q_{water} / (1000 \times \eta ) — η 为消耗系数
  • 炭载金量：LAu=mgAu/gcarbonL_{\mathrm{Au}} = mg_{\mathrm{Au}} / g_{carbon} — 3000–5000 mg Au/g C 时解吸
  • 槽停留时间：t=Vtotal×ntanks/Qpulpt = V_{total} \times n_{tanks} / Q_{pulp} — h
工具与标准
  • 常用软件/仪器： 瓶滚试验；溶解氧探头；WAD 氰化物分析仪
  • 相关标准：ICMC 国际氰化物管理规范；GB 16424（氰化物排放标准）
操作步骤
  1. 矿石性质：金品位、矿物组成（自然金 vs 包裹金）、铜含量、瓶滚氰耗试验。
  2. 设定氰化物：从 600 mg/L 起；按尾矿品位与消耗调整。
  3. 控制 pH：石灰浆维持 10.5–11.0；各槽在线 pH。
  4. 维持溶解氧：鼓风 0.02–0.05 m³/min/m³ 矿浆；3 mg/L 报警。
  5. 管理活性炭：首槽加炭；逆向推移；槽间筛分。
  6. 监测载金：每日取样载金炭；3500 mg Au/g C 时解吸。
  7. 化验尾矿：氧化矿目标 < 0.3 g/t Au；升高则调查。

CIL 流程与炭管理

flowchart LR FEED[磨矿给矿] --> T1[浸出槽1加炭] T1 --> T2[槽2至8串联] T2 --> SCREEN[炭安全筛] SCREEN --> ELU[解吸电积] SCREEN --> TAIL[尾矿] REGEN[炭再生] --> T1
知识延伸

浸出化学原理：金氰化是两相界面反应——CN⁻ 与 O₂ 必须同时到达金表面。速率受最慢反应物控制：低氧时即使 CN⁻ 充足，金溶解也停滞；高 CN⁻ 但 pH < 9.5 时 HCN 挥发造成安全与环保风险。CIL 相对 CIP 的优势是"边浸边吸"——溶液中 Au(CN)₂⁻ 浓度始终很低，使 Elsner 方程正向进行，同等停留时间下回收率高 2–5%。

参数交互：铜矿物（尤其黄铜矿、斑铜矿）与 CN⁻ 形成 Cu(CN)₂⁻ 络合物，氰耗可升至 2–5 kg/t 而金回收 < 70%——此时应预浮选脱铜或预氧化，非单纯增 CN⁻。矿浆浓度 40–45% 是 CIL 最佳区间：过低则槽容需求大、投资高；过高（> 50%）则传质差、溶解氧难以维持。活性炭浓度 15–25 g/L 与金品位匹配——高品位矿需更多炭表面积，但炭过多增加筛分损失风险。

故障诊断逻辑：尾矿品位升 → 依次查（1）溶解氧（< 3 mg/L 最优先）、（2）pH（< 10 则 HCN 风险且浸出慢）、（3）CN⁻ 浓度（是否被铜消耗）、（4）磨矿解离（包裹金需更细磨或预氧化）；载金炭品位低 → 查炭活性（是否需再生）或浸出时间不足。

常见误区
  • pH < 9.5 运行： HCN 挥发 → 立即加石灰并启动应急
  • 溶解氧不足： 浸出速率降 50% → 增鼓风或纯氧
  • 铜矿无预处理： Cu(CN)₂ 耗氰、回收 < 70% → 预浮选或预氧化
  • 细炭入流程： 载金炭流失至尾矿 → 必须设炭安全筛
  • 过度氰化： > 1000 mg/L 无额外收益 → 增 WAD 氰化物排放
关联章节
自测要点
  1. 原矿 3.2 g/t Au，尾矿 0.25 g/t，求金回收率。
  2. 溶解氧降至 2 mg/L 而氰化物不变，预测尾矿品位变化及措施。

5.6.2 解吸与电积

学习目标
  • 操作 Zadra 与 AARL 解吸流程，从载金炭上脱附金
  • 设定电积槽参数使金沉积于阴极
  • 将金泥干燥、加熔剂、熔炼成 doré 锭
  • 再生活性炭恢复吸附能力
核心概念
术语 定义
解吸 用热碱性氰化物溶液从载金炭上脱附 Au(CN)₂⁻
Zadra 解吸 热苛性氰化物（120–140°C）加醇类加速；6–8 h 解吸
AARL 解吸 冷预洗后热压解吸；8–12 h；效率更高
电积 EW 从 pregnant 解吸液中在阴极（钢毛）沉积金；200–400 A/m²
金泥 电积阴极经酸洗后的产物；干燥熔炼为 doré
炭再生 回转窑 600–700°C 热活化；恢复孔隙结构
参数与指标
参数 典型值 单位 说明
解吸温度（Zadra） 120–140 °C 3–4 bar 压力
解吸时间（Zadra） 6–8 h 至贫炭 < 100 mg Au/t C
AARL 解吸时间 8–12 h 常温预洗 + 热段
解吸液 NaCN 2–5 % 加 1–2% NaOH
电积电流密度 200–400 A/m² 不锈钢阳极、钢毛阴极
电积槽电压 2.5–3.5 V 每槽
Doré 锭纯度 85–92 % Au 余 Ag、Cu
再生温度 600–700 °C 回转窑，蒸汽气氛
再生后炭活性 > 90 % 相对新鲜炭标准
公式
  • Faraday 电积：mAu=(I×t×MAu)/(n×F)m_{\mathrm{Au}} = (I \times t \times M_{\mathrm{Au}}) / (n \times F) — I 为 A，t 为 s，n = 1，F = 96485 C/mol
  • 解吸效率：E=(Lbefore−Lafter)/Lbefore×100%E = (L_{before} - L_{after}) / L_{before} \times 100\% — 炭载金 mg/g
  • 炭再生能力：Qads=mgAu/gCatCILQ_{ads} = mg_{\mathrm{Au}}/g_{\mathrm{C}} at CIL — 须与新鲜炭相差 < 10%
工具与标准
  • 常用软件/仪器： 解吸柱温度/压力控制；电积整流器；炭活性试验（CTC 指数）
  • 相关标准：ICMC 解吸与电积安全导则；GB/T 15249（合质金标准）
操作步骤
  1. 转移载金炭：从 CIL 筛出；3% HCl 酸洗除垢和 CaCO₃。
  2. 解吸（Zadra）：解吸柱加热至 130°C；循环 3% NaCN + 1% NaOH；6–8 h。
  3. 收集 pregnant 液：送电积；贫液循环。
  4. 电积：电流密度 300 A/m²；16–24 h；金沉积于钢毛阴极。
  5. 取下阴极：取下钢毛；酸洗；过滤得金泥。
  6. 熔炼：加硼砂熔剂 20–30%；1100–1200°C；浇铸 doré 锭。
  7. 炭再生：650°C、30 min；急冷；测活性；返回 CIL。

解吸-电积-熔炼流程

flowchart TD A[载金炭酸洗] --> B{Zadra或AARL} B --> C[热碱氰解吸] C --> D[电积钢毛阴极] D --> E[金泥干燥熔炼] E --> F[Doré锭] A --> G[炭再生650C] G --> H[返回CIL]
知识延伸

解吸-电积原理：解吸是 CIL 吸附的逆过程——高温（120–140°C）下 Au(CN)₂⁻ 从活性炭孔隙脱附进入碱性氰化物溶液，醇类（Zadra）或压力（AARL）加速传质。电积利用 Au(CN)₂⁻ 在阴极的还原电位低于 H₂ 析出电位（在碱性条件下），使金选择性沉积于钢毛。Faraday 定律给出理论沉积量，实际回收 95–98%，损失于溶液残留和阴极清洗。

参数交互：酸洗是解吸前必要步骤——CaCO₃ 和 Fe(OH)₃ 堵塞炭孔，跳过酸洗时解吸效率降 10–20% 且再生后活性 < 70%。解吸温度与时间的权衡：温度 < 120°C 时贫炭 > 200 mg Au/g C，金在流程中积累（"金库存"上升）；电积电流密度 > 500 A/m² 时金以粉末而非附着形式沉积，回收损失于槽液。再生温度 > 750°C 时炭微孔结构坍塌，CIL 吸附容量永久下降。

故障诊断逻辑：贫炭 > 200 mg Au/g C → 查（1）解吸温度/时间、（2）是否跳过酸洗、（3）解吸液 CN⁻/NaOH 浓度；电积回收低 → 查电流密度与槽液 pH；再生炭 CIL 载金低 → 查再生温度与 CTC 活性指数；金库存持续升 → 解吸-电积瓶颈，非 CIL 浸出问题。

常见误区
  • 跳过酸洗： 碳酸盐堵孔、解吸不完全 → 必须酸洗
  • 解吸温度过低： 贫炭 > 200 mg Au/g C → 提温度或延时间
  • 电积电流密度过高（> 500 A/m²）： 金粉化、槽液损失 → 控制在 200–400
  • 再生温度过高（> 750°C）： 炭结构坍塌 → 严格控 600–700°C
  • 熔炼不加熔剂： doré 不纯、渣中夹金 → 加 20–30% 硼砂
关联章节
自测要点
  1. 载金炭 2 t、载金量 4200 mg Au/g C，解吸流程接收多少金？
  2. 解吸后贫炭 350 mg Au/g C（目标 < 100），列出三种原因及纠正措施。