ATEczx充氧系统TM在金银氰化浸出中的应用

一、引言

人们很早就认识到，在氰化浸出溶液中含有高浓度溶解氧会加快金银溶解速度，有时还会增加总提取回收率，给氧浸出系统加氧技术尚未在工业实践中得到推广应用的原因，是尚未找到实用而经济的加氧方法，ATEC氧转化技术突破了这个制约。

这项已获专利权的ATEC ZX充氧^Tb1技术已在商业上用于污水处理和水产养殖业以增加水溶液的溶解氧含量，这项新奇的ATEC技术利用一个氧气源和一个吸收装置在浸出工艺的液相中产生高于其饱和含量的溶解氧，氧的利用效率接近100%，溶解氧稳定性好、含量高，可达饱和含氧量的170%，从而使得这项技术能够理想地用于加速金的氰化。

在大多数矿山人员和操作者看来，如果难浸矿石中金的最终浸出率可以增加一定时，比如说10%，那就可以获得潜在利益，这显然是合理的，金浸出的增加将会使金的回收率得以提高，从而获得更大的利益，成本－效益的增加差是很容易理解的。

但是，因金浸出速度的增加而获得效益或许不是完全有根据的，通过充氧使金的浸出速度增加五倍或者使浸出所需时间减少80%，是可以实现的，对于新矿体或新的工艺设施来讲，这可以节省投资和生产费用，与电子和氰化物消耗的降低以及生产规模的增大有关的效益是有可能获得的。

浸出速度的提高也许有更重大的意义，如对现有容积一定的设备进行简单改造就可能提高总回收率，增大设备处理能力，降低生产成本，本文后面对此将作详述。

二、氧在金浸出中的作用

氧在金银氰化浸出中的作用得到公认几乎有半世纪了，埃尔斯动（Elsder）方程式早在1846年人们已为熟知了。

4Au＋8NaCN＋O₂＋2H₂O＝4NaAu（CN）₂＋4NaOH

这个方程表明，氧在金的氰化浸出中起着很重要的作用。但是，由于给金的溶解以电化学浸出的解释和化学计算方法方面的原因，产生了一些混淆认识。1892年提出的雅宁（Janin）方程认为不需要氧参与反应。

2Au＋4NaCN＋2H₂O＝2NaAu（CN）₂＋2NaOH＋H₂

这一时期有些生产者相信金的浸出不需要氧。后来由波拉恩德（Bodlaender）提出的方程表明氧是需用的，但它是以一种过氧化物作为媒介物参与反应的。

2Au＋4NaCN＋2H₂O＝2NaAu（CN）₂＋2NaOH＋H₂

这一时期有些生产者相信金的浸出不需要氧，后来由波拉恩德（Bodlaender）提出的方程表明氧是需用的，但它是以一种过氧化物作为媒介物参与反应的。

2Au＋4NaCN＋2H₂O＋O₂＝2NaAu（CN）₂＋2NaOH＋H₂O₂

2Au＋4NaCN＋H₂O＝2NaAu（CN）₂＋2NaOH

总反应与埃尔斯勒方程式是相同的。基于此，马克劳林（MaClaurin）于1895年指出：“氧对于金在氰化物溶液中的溶解是必需的，没有氧的参与，就没有金的溶解，根据埃尔斯勒方程式，金的溶解与氧的需要量之比率为197∶8。

美国矿山局1931年提出了一些银矿物浸出的数据，表明使用氧气或过氧化物对浸出的作用明显优于只充空气，这些数据见表1。

表1  氧对银氰化浸出的作用（美国矿山局3064，1931年1月）

注：辉银矿；2、硫锑铜银矿；3、脆银矿；4硫磁银矿（条件：NaCN  3磅/t 23℃，固体浓度25%）

这些难处理银矿物的氰化数据表明，只充空气与添加大约5磅/t过氧化钠（浸出时间24小时）所达到的浸出效果是相当的，过氧化物添加量增大，浸出率也随之提高（提高幅度15%～25%），在大气压下充纯氧，浸出24小时的浸出率相当于充空气时浸出48小时的结果。加纯氧的结果非常接近于添加10磅/tNaO₂的结果。有一层含意是明确的，即较长的充氧浸出时间可能会得到较高的经济效益和浸出率。

三、对金浸出速度的影响

美国氰胺公司的巴斯基（Barsky）等人指导进行了确定纯金在氰化物溶液中的浸出速度与气相中氧的比率这间的关系的基本研究，他们在大气压力和23℃的条件下用一块10cm²的金箔进行了这些试验，图1是他们绘制的金浸出速度（mg/cm²/h）与空气中氧的百分含量之间的关系曲线，这份资料表明金当出速度与浸出环境中氧含量的关系的似于线性。一个线性回归方程：速度＝0.1258×氧的百分含量使得这条曲线具有很高的关系系数（R²＝0.9989）。

图1  金浸出速度Barsky、Swuinson 相hedley、1954年

很多研究报告了对同样的矿石用相同的浸出设备和操作条件用氧气和空气对金进行浸出反应的比数据，卡米尔（Kamyr）的许多论文提出用氧强化氰化过程、垂直氰化工艺、氧的管道反应器及其他类型的浸出工艺是最新论文的主题，改善初始浸出速度是很重要的因素，那怕最终金浸出效果只能得到有限的改善，一些这样的资料就是为了说明这一观点面发表的。

对南非威尔科姆（Welkom）金选冶厂的皮带重选精矿进行了强化氰化实验试获得的数据示于表2。

表2  金银浸出速度

如果以90%的浸出率作为比较基础，这些数据表明，对金或银来说，用空气所需要的时间是氧乞时的3～4倍。对金来说，使用氧气达到最终浸出所需要的时间（4.5h）约为使用空气所需时间（20.0小时）的22%，同样，对银来说，使用氧气达到最终浸出所需要的时间，7.5h约为只用空气所需时间（20.0h）的37%。

对金和银来说，用氧气比只用空气的初始浸出速度高37%和74%，这一点的重要意义在于对于给定规格的浸出容器来说，当用氧气作氧化剂时设备的日处理能力将是用空气作氧化剂时的3～4倍。

四、速度增加的意义

（一）搅拌氰化

快速浸出的优点在于，对新建设施来说，用较小的容器或较短的滞留时间进行浸出，要达到与常规浸出同样的效果不会有太大问题。上述结论将使投资和生产成本大为降低，但是，对正常生产中的工厂来说，如果例用空气时达到最佳回收率所用的时间不是足够长，那么，使用氧气所产生的更快的浸出动力学会导致获得更高的回收率。这也可以理解为在现行生产条件下获得更大的生产能力，并因此而获得更高的黄金生产率。

生产费用的降低可通过生产能力的提高、能源费用的降低以及氰化物消耗的减少来实现，氰化物的节约不仅是由于浸出时间减少的结果，而且也是由于氧与潜在耗氰物反应的结果。

过剩的滞留时间就是一种“靠垫”，使浸出率的提高更保险，还会使氰化系统中由于诸如矿浆浓度、pH值、氰化物浓度或矿石类型变化所生产的工艺素乱引起的回收率损失的敏感性减小。这种过剩进间或者“靠垫”提供了对工艺紊乱或不正常的生产难题进行补浸出所需的超额时间，这种改进的潜力对于现行的搅拌氰化浸出回路具有重要意义。

（二）炭的荷载

有些文献资料建议在炭吸附系统中保持和控制溶解氧浓度与电位（Eh）将有助于提高金在炭上的荷载。在充氧系统中对吸附速度、吸附选择性和最终荷载量的提高已有报道。

理论上，这与通过控制电位和调整混合金属络合物系统比例的方法来保持金氰络合物的稳定性有部分关系，关于氧对改善炭的荷载，要证实这些潜在的好处，包括本文在内尚无过得硬的数据资料，但这种可能性是令人感兴趣的。

对研究机构或炭的供应商来说，这是一个前景良好的研究领域。

（三）堆浸

直到目前为止，各种讨论一直集中于常规搅拌氰化。而提高堆浸回收率同样具有重要意义，勘至比搅拌化具有更重大的意义。

在赋金属和铀的各类堆浸中，各种矿堆的充气或充氧具有通性且常采用习惯做法。这种情况下，在硫化物的氧化作用刚开始发生的地方，氧的需用量相当于而且常常是浸出过程中的制约因素。气体的充入用风井或从矿堆顶部表面延伸到下面的风枪，钻了孔的管理埋设在矿堆的底部，经氧化的浸出液流注到矿堆表面或喷注到矿堆里面，这是一些技术试验或商业应用所采用的方法。ATEC ZX充氧系统可利用这些方法的任何一种。

细菌的活动起着很重要的作用，例如在钢堆浸中，吹进矿堆的空气适宜于提供一种温度控制方法并参与细菌的新陈代谢。对金的堆浸而言，除非有大量的硫化物存在，氧的需用量不是非常高，但是，保持较高的氧量通过矿堆将使氰化浸出更快，更有效，对于含有能耗尽浸出液中的氧并因此而滞缓甚至停止金银浸出进程的耗氧物的堆浸来说，这样做的效果是非常显著的，由于浸出周期缩短，单位时间内的总回收率提高，药剂消耗减少，从而降低了生产成本。

根据卡米尔等的最新报告，氧已用于改善金的堆浸状况和柱浸模拟工业试验情况。

五、ATEC ZX技术

ATEC ZX加氧系统基本上是一个柱状系统，氧气和液体流（浸出液或新鲜的水制剂）被财时引入该系统，气相有效地溶解于液相中，这种工艺是在压力下进行的，排出的液相是氧的高度过饱和溶液。

氧进入液相而后转化为溶解氧成为工艺溶液，转化效率很高（几乎100%），与其他转化方法相对照，充气塔、吹咆柱、其他类型的微泡弥散装置以及搅拌充气，这些方法通常每段只有不足50%的氧利用效率。这些系统有时需要多段或逆流配置以获得满意的氧和效率，与这些方法相比较，简单且转化效率高的单级ATEC系统效益显著。

图2表明，与氧接触的纯水和500ppm的NaCN溶液的平衡溶解氧浓度是氧压力的函数。此外还表明：用ATEC系统可使用效溶解氧浓度增大（溶解氧加有效过饱和氧）。享利（Henry）定律模型可用来进行计算，请注意浸出液的氧浓度比纯水的低10%，这是由于有溶解组分存在缘故，现场测定结果已证明与该模型的预见非常一致。

随温度、压力和排出环境的不同，通过ATEC系缺转入液相中的有效可用氧可能超过饱和浓度的70%，数据见表3。

图2  溶液中的氧

（氧气、水、20℃，NaCN0.5g/L）

表3  水中可用氧（ppm.20℃，1atm）

六、ATEC系统应用

充气后的溶液非常适合用于堆浸。（由于过饱和的缘故）一些未被工艺溶液所吸收的剩余氧气以微泡形式存在，这些微泡比较稳定，不易聚集成大气泡，这些剩余微泡悬浮予液相中，随着浸出溶液中的氧被消耗，微泡很容易被浸出液吸收，这样就使得浸出溶液保持较高的含氧量。

堆浸作业得到改善的潜势与硫化物的氧化有部分关系，对低渗透性的矿石和（或）充填堆浸来说，在浸出液中保持较高的氧传动力以改善受弥散控制或弥散限制的浸出设施也很重要。

搅拌浸出很少受弥散限制的制约，因为矿石粒度非常小，浸出液经过了充分搅拌混合，而且扩散膜的阻力也大为减小，尽管如此，保持浸出液中足够的反应物浓度（氰化物和氧以提高金的浸出液率）仍然是很重要的，ATEC系统可向搅拌浸出系统提供溶解氧（用过饱和方法）。在工艺溶液中，一些氧会析出成为微泡，这些微泡悬浮滞留于矿浆中并作为搅拌浸出槽中的储备添加氧。未发现对矿浆搅拌系统有不利影响或受矿浆搅拌系统的影响。

七、ATEC工艺流程

ATEC氧转化技术用于搅拌氰化浸出系统的概念流程示于图3a和图3b。两者的区别是前者向每个浸出槽单独提供循环的充氧浸出溶液，后者统一向各槽添加充氧液体。循环使用的浸出液（经过脱泥）或配制的新浸出溶液均可用于第二种流程。在两种流程中，由ATEC ZX装置制备的高度充氧的液体加入搅拌浸出槽中，使之与矿浆充分混合。

图3a  ATEC系统与搅拌浸出槽的对应联系（每个浸出槽浸出溶液单独循环）

图3b  单台ATEC系统用与搅拌浸出（单台ATEC系统与所有浸出槽相连）

为了使浸出槽内的含氧水平保持在20～25ppm，要求循环流体积要少于槽子容积的10%，这样对一个滞留时间为4小时，容积为100，000加仑的浸出槽来说，经过ATEC系统的循环流速度只需40～50加仓/min。如果使用配制的溶液，为了接纳新的溶液，整个系统中的矿浆浓度梯度要严格计划好。

ATEC系统用于堆浸的类似概念流程示于图4。循环浸出液全部或部分通过ATEC系统，全部浸出液通过时，堆浸系统可设计为在在较低压力下运行，这种情况下需要分配装置和滴淋装置，高压ATEC系统可用于处理部分浸出液，具有高浓度氧的浸出液在淋入矿堆之前与剩余的浸出溶液混合。高氧浓度的部分浸出液也可与剩余的浸出溶液混合，高氧浓度的部分浸出液也可与剩斜部分保持分离并分别加入矿堆以便按需提供定位氧化剂，这个办法也是可行的。

图4  ATEC ZX系统用丁堆浸（新水制备成循环浸出溶液）

现有的溶液脱泥、分配、混合和充氧液的添加技术都可以应用、不需要再进行工艺研究或生产扩容研究。