高收得率黄金粉末的制备

    一、引言

    黄金是一种贵重金属，因而在黄金生产的任何一个工艺过程中，其优先考虑的必然是如何确保最高的收得率，也就是最低的损耗率。目前，作为后续深加工工艺等方面的需要，将黄金制成粉末已经成为重要的工艺环节。如果黄金只是作为一种普通的金属进行金属制粉而言，可供选择的制粉技术可以有好几种，但是要在低成本的基础上确保最高的收得率，却并不是任何一种工艺方法都能实现的。气体雾化虽然可以实现低成本生产黄金粉末，但是由于该系统很难保证金粉的完全收得，因而不可能有高的收得率；水雾化可以实现金粉的高收得率，但是由于其系统复杂、设备昂贵及消耗功率过大而使生产成本太高。笔者通过在某大型黄金企业成功实现低成本高收得率黄金粉末的生产实践，在就所研发的水－气组合黄金制粉工艺予以简介的同时，对黄金等贵重金属的制粉工艺的特殊性及相关技术问题进行了较深入的分析和探讨。

    二、工艺方法

    考虑到低成本及高收得率，黄金制粉宜采用气、水组合式雾化新工艺。该工艺流程见图1。

    如图1所示，该工艺中将高压气体与常压水同时汇入雾化器中，这样便可将熔融黄金进行有效气体雾化的同时立即进入水幕(由水构成的隔幕)净化处理，然后采用特殊的收集技术将金粉收得。通过在某大型黄金企业进行黄金粉末生产的实践表明，该水－气组合雾化新工艺能够确保黄金的全部收得，也就是说，其收得率为100%。之所以能够实现制粉过程中黄金的100%收得，该工艺的关键技术在于以雾化器为中心的雾化流场的合理设计及雾化室出口端与收集系统的合理配置，使得黄金粉末不至于向环境中有飞散的可能。

    三、黄金制粉过程中的相关技术问题探讨

    黄金作为一种贵重金属，在将其进行任何加工的时候优先考虑的是将损耗降至最低限度。由于制粉工艺的特殊性，要确保完全没有损耗本来是根本不可能的；但是，如果工艺条件及相关设备设定合理，就可以达到此目的。下面结合在国内某黄金企业进行制粉的生产实践，就确保黄金制粉的零损耗课题所涉及的相关技术问题进行探讨。

    （一）关于雾化器

    黄金制粉工艺中的雾化器是整个制粉系统中的核心器件。在这里，既要求雾化器能够将熔融黄金获得有效地雾化而制成金粉，同时又必须保证被雾化的金粉不会散失；这就要求雾化器既具有高雾化能力，又能够在雾化介质自雾化器喷口射出后，连同经预定方向引入的净化水形成合理的雾化流场；该流场可将被制金粉汇入一个具有模糊边界的旋转流场中，以形成气、固、液三相流场，并“顺流”而下(详见图2)。这样，便保证了已制金粉不会在雾化室内的随意飞散；这也是确保黄金在制粉过程中获得高收得率的关键之一。

    （二）关于雾化室

    雾化室的功能原本是为金属的充分雾化提供足够的空间;就常采用的圆筒形雾化室而言，其圆筒直径与长度是决定其空间大小的两个基本参数。如果为单纯的气体雾化，足够的雾化室空间，尤其是长度，将有利于获得球形粉体，因为熔融金属在被雾化时，其刚开始被雾化而形成的熔融金属雾珠需要足够的时间于表面张力的作用下形成球形。但是在这里，对黄金粉末的形状要求并不重要，重要的仍然是收得率这一根本性指标。基于这一点，雾化室的空间大小就不是最重要的了，而雾化室的结构形状如何能够保证金粉不会向环境飞散才是至关重要的。这里的关键是，由于气体雾化的需要，引入雾化室的具有P₁压力的高压气体一旦自雾化器喷出，便立即在雾化室内扩散，并引起雾化室内部压力P₂的增加，然后，经雾化室出口导出至环境中。设环境大气压为P₀，则压差P₂－P₀及出口面积S的大小决定了气流在流经出口时的流速。(这里略去水与粉体的影响)。

    图3是雾化室中由雾化气体、水及黄金粉末所形成的三相流场的物流模型。图中，P₁、 P₂及P₀分别为雾化器内气压、雾化室内压及大气压，S₁及S₂为雾化器出口及雾化室出口的面积，而 ₁、 ₂分别为雾化器出口及雾化室出口的流速。

    考虑到流体的连续性，则有S_{1 1}。显然，由于在雾化器出口处物流速度越高，将越不利于黄金粉末物流的汇集。因为尽管如前所述在雾化室中按设计将形成一个由高压气体、水及黄金粉末所构成的气、固、液三相流场，并在理想状况下其金粉将完全被汇入水中自雾化室出口流出，这样便可以避免金粉向环境中散发。但是事实上，要绝对确保金粉完全汇入水流之中是不可能的，总有一部分金粉将随气流向环境中飞逸，因此在雾化室出口必需另外设置二次净化装置，以便完全阻止金粉向空气中逃逸。但是，气流速度 ₂越大，将越不利于最终的净化；而另一方面，气流速度 ₁越小，将要求雾化室的出口面积S₂足够的大，这又会使得净化装置过于庞大而复杂，反而使得净化困难。因此，如何优化雾化室的出口尺寸及合理地设计二次净化装置，就成为了最终获得高收得率的另一关键课题。

    （三）关于系统循环

    由于该黄金制粉工艺主要是借助于水来进行粉体的净化，因而当水和粉体分离后，不可避免地存留于水中的少量黄金粉末必须最终获得回收。但是，微细金粉沉降的速度太慢，有些甚至长时期悬浮于水中而难于下沉，因此，在生产过程中就必须将水循环使用；而合理的蓄水池结构及进、出水口的位置设置将有利于集结缓慢沉降的微细金粉，而极少部分不易沉降的微细金粉也不会流失到外部环境中。事实上，由于黄金属贵金属，因此不可能长期地维持连续生产，制粉系统处于生产的时间一定要远少于停产的时间，这样，则有足够的时间让那些悬浮于水中的微细金粉沉底而被最终回收，所以便可以确保黄金粉体最大限度地被收集，甚至完全被收集。

    四、结语

    作为贵金属的黄金，应用雾化法制取黄金粉末时，首先考虑的是高的收得率问题，而影响收得率的关键因素是:

    （一）设计一个合理的雾化器，以便能够在雾化介质自雾化器喷口射出后，连同经预定方向引入的净化水形成合理的气、固、液三相雾化流场，这样保证了已制金粉不会在雾化室内的随意飞散。

    （二）设计一个合理的雾化室，使得结构、形状有利于二次净化，而不会让金粉向环境飞散。

    （三）生产过程中必须将水循环使用，合理的蓄水池结构及进、出水口的位置设置将有利于集结缓慢沉降的微细金粉，而极少部分不易沉降的微细金粉也不会流失到外部环境中。