影响金溶解速度的因素

一、氰化物和氧浓度对金溶解速度的影响

金、银溶解时，所需的氰化物和氧的浓度是成比例的。按照反应式（1），1mol（分子）氧需要4mol（分子）的CN^－，两者扩散系数的平均比值为1.5。已知为空气所饱和的氰化液中含〔O₂〕＝8.2mg∕L，或为0.27×10^－3mol（分子）。则〔CN^－〕＝4×1.5×0.27×10^－3＝6×0.27×10^－3mol（离子），或为0.01%。在实际生产中，通常使用含0.02%～0.06%NaCN的水溶液。

4Au＋8NaCN＋O₂＋2H₂O 4NaAu（CN）₂＋4NaOH    （1）

溶液中氰化物浓度的调整是通过控制氰化物投入量来实现的。而氧浓度则是借助充气机械向溶液中充气达到的。在正常状态下，充气机械的充气能使氧在溶液中的溶解度达到7.5～8mg∕L，只有在稀薄的氰化物溶液中才能达到某一恒定值。多数工厂的实践证明：在常压充气条件下，金的最大溶解速度是在氰化物浓度为0.05%～0.1%的范围内；而个别情况下则在0.02%～0.03%的范围内。只有进行渗滤氰化作业，或者处理含有较多的消耗氰化物杂质的矿石，以及含有氰酸盐的脱金贫液返回循环使用时，才使用较高的氰化物浓度。

试验表明，在氰化物浓度低于0.05%时，由于氧在溶液中的溶解度较大，以及氧和氰化物在稀溶液中的扩散速度较快，金的溶解速度随氰化物浓度的增大而直线上升到最大值。以后，随着氰化物浓度的增大而金的溶解速度上升缓慢。当氰化物浓度超过0.15%后，尽管再增大氰化物浓度，金的溶解速度不但不会增大，反而略有降低（图1）。这可能是由于氧和CN^－的比例失调。以及溶液pH增加，使氰离子发生水解引起的：

CN^－＋H₂O HCN＋OH^－

图1  不同氰化物浓度对金、银溶解速度的影响

在低浓度的氰化物溶液中，溶解速度取决于氰化物的浓度；但当氰化物浓度增高时，溶解速度与氰化物浓度无关，而随氧的供入压力的上升而增大（图2）。为此，可以用渗氧溶液或高压充气来强化金溶解的过程。如在709.275kPa（7atm）充气的条件下氰化，不同特性矿石中金的溶解速度可提高10倍、20倍，甚至30倍，且金的回收率约可提高15%。

图2  24℃时不同压力与不同NaCN浓度对银溶解速度的影响

二、杂质对溶解速度的影响

向氰化溶液中加入某些元素，能加速金的溶解。有些研究者证明，在一定的条件下，加入少量铅、铊、汞和铋，能提高金的溶解率。至少，存在的少量铅可成为溶解金的增效剂（图3）。但铅的大量存在，特别是在pH高的情况下，会在金粒的表面生成Pb（CN）₂薄膜而抑制金的溶解。

图3  在0.1%NaCN溶液中铅离子浓度对金溶解速度的影响

硫离子的存在，会在金粒表面生成一层不溶的硫化亚金薄膜，而使金难于溶解。或者与氰化物生成对金不起溶解作用的硫代氰酸盐而消耗氰化物。即使溶液中的硫化物含量很低（5×10^－4%）也会明显降低金的溶解速度（图4）。

图4  在0.25% KCN溶液中Na₂S浓度对金、银溶解速度的影响

氰化处理浮选精矿时，由精矿带入氰化液中的黄药和黑药同样会降低金的溶解速度。我国某选金厂氰化液中的黄药浓度由33mg∕L增加至110mg／L时，金的氰化浸出率由74.2%下降至55.6%。这主要是由于金粒表面为黄原酸金薄膜覆盖之故。为提高金的回收率，浮选精矿或尾矿在氰化前必须进行脱药。

精矿的脱药，通常是在浮选后对精矿进行洗涤和浓缩，以达到脱药目的。某矿磨矿粒度65%～0.074mm（200目），浮选后为更好的脱除黄药和2^#油，将浮选精矿经旋流器脱药后，再磨矿至溢流细度98%～100% 0.074mm（－200日）后浓缩，可将浮选药剂脱掉96%。最终精矿送氰化提金，金的年平均浸出率达90.57%。

矿石中存在的碳以及硅、铝、铁等生成的氢氧化物均具有吸附作用，对氰化作业不利。

三、pH值对金溶解速度的影响

氰化作业时通常加入若干数量的碱以防止氰化物的水解损失。但碱量过多而造成pH值过高时，金的溶解速度会明显降低。这是由于在高的pH情况下，氧的反应动力学对金的溶解很不利。另外，在钙离子存在下，pH值增高时，会因金属表面生成过氧化钙薄膜而使金的溶解速度明显下降（图5）。

图5  钙离子对金溶解速度的阻滞效应

众多研究表明，金氰化浸出的最佳pH值为9.4。实际生产作业的最佳pH值范围可选在9.4～10之间。如条件许可，氰化浸出作业取下限值，锌置换作业则取上限值，后者pH值增大，可减小锌与水的反应优势，降低锌的消耗。

不同氰化钾浓度的相应pH值列于下表。在不同pH值（即不同KOH浓度）下金、银的溶解速度如图6。从图中看出，KOH浓度达0.1mol∕L以上溶解速度呈直线下降。

表  各种浓度KCN溶液的相应pH值

图6  溶液的pH值对金、银溶解速度的影响

四、温度对金溶解速度的影响

如果温度处在不影响金溶解作业的允许变化范围内，反应物浓度将随温度和扩散率的增加而增加，温度每增加10℃，反应物浓度约增大20%。也就是说，提高温度可加速化学反应速度。即温度每升高10℃，分解速度增加近两倍。但麻烦的是，增加温度会影响氧的溶解度。当矿浆温度接近100℃时，氧的溶解度已降到近于零。总的来说，金的最高溶解速度在温度约85℃（图7）时达到极限，如温度再增高，就会因氧的溶解度减少而降低金的溶解速度。且为了提高矿浆温度需消耗大量燃料，而会增加氰化作业的成本。特别是随着矿浆温度的升高，会增大氰化物溶解贱金属的速率，加速碱金属氰化物和碱上金属氰化物的水解，造成氰化物消耗量的增加。这些不良影响，是增加矿浆温度以提高金的溶解速度和缩短氰化时间所抵偿不了的。因此，除寒冷地区在冬季为了不使矿浆冻结而采取保温措施的加温外，一般均在不低于15～20℃的常温条件下进行氰化。

图7  温度对金在0.25%KCN溶液中溶解速度的影响

典型的扩散控制过程中，金、银的分解活化能范围在8.37～20.93kJ（2～5千卡）／mol（分子）之间。

五、金粒度对金溶解速度的影响

金粒的大小是决定金溶解速度一个很主要的因素。假设金的溶解速度为3mg∕（cm²·h），寻么，直径44μm（325目）的球状金粒的完全溶解需要14h；直径149μm（100目）的球状金粒则需48h。为此，在氰化前必须首先除去粗粒金，以提高金的回收率和尽可能缩短氰化作业时间。

氰化工艺过程中，通常依据氰化作业的特点以筛目将金粒分为三种粒度：大于74μm（200目）为粗粒金，37～74μm（200～400目）为细粒金，小于37μm（400目）为微粒金。为便于作业，有时将大于495μm（32日）的金粒称为特粗粒金。

粗粒和特粗粒金，在氰化作业中溶解很慢，需要很长时间才能完全溶解。对于这类金粒，采用延长氰化时间往往是不合算的，因为绝大多数金矿石中的金主要呈细粒和微粒存在。国内外许多氰化法矿山所采用的回收矿石中粗粒和特粗粒金的方法，常常是在氰化前先进行混汞或者重选捕收，以免未溶完的粗粒金损失于尾矿中。

细粒金在通常的氰化作业过程中都能很好地溶解。这是因为在相应的磨矿粒度下，大部分被解离呈单体金。

微细金粒在磨矿作业中被解离呈单体的常不多，其中的大多数仍处在其他矿物或脉石的包裹中。处于硫化矿物中的微粒金，氰化前常常需先进行氧化焙烧。石英脉石包裹的微粒金在氰化过程中是难于浸出的。用氰化法回收这类微粒金，通常需要将矿石磨得更细，以增加金粒的解离程度。这就会增大磨矿成本，且给氰化矿浆的固液分离带来困难，增大氰化物和已溶金的损失。对于某些微粒金矿石，常常因为矿石磨矿粒度不可能再细，而不可能采用氰化法处理。

故可认为，矿石中金粒大小常常是决定能否采用氰化法的重要因素之一。

六、矿泥含量和矿浆浓度对金溶解速度的影响

矿泥含量和矿浆浓度会直接影响金的溶解速度。矿浆中矿泥和矿砂的浓度大，会影响金粒与溶液的接触和溶液中有效组分的扩散速度，而使金的溶解速度降低。在一般情况下，氰化矿浆中粒状矿砂的浓度应不大于30%～33%。当矿浆中含有较多的矿泥时，氰化矿浆中的固体物料浓度应小于22%～25%。

矿泥的危害主要在于增大矿浆的粘度。不论是矿石带入的原生矿泥，还是因磨矿而生成的次生矿泥，它们均以高度分散的微细粒度进入矿浆中，生成极难沉淀的胶状物长时间呈悬浮状态，而降低金的溶解速度，且造成矿浆的洗涤过滤困难，使已溶解的金损失于尾矿浆中。