一步法高纯金生产工艺开发与产业化.pdf

2 0 1 4 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 7 ．0 1 4 一步法高纯金生产工艺开发与产业化 孙敬韬1 ’2 ，邓成虎1 ，王日1 ，夏兴旺1 ’2 1 ．江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪3 3 5 4 2 4 ； 2 ．夏兴旺金银精炼大师工作室，江西贵溪3 3 5 4 2 4 摘要对贵溪冶炼厂传统高纯金电解精炼工艺存在的问题进行了分析，介绍了自主研发的低金离子浓度 8 0 ～1 2 0g ／L 和低酸 6 0 ～9 0g ／L 盐酸体系金电解精炼集成技术，该技术已在贵溪冶炼厂工业化生产 中稳定运行多年。 关键词高纯金；电解精炼；低酸体系；产业化 中图分类号T F 8 3 1文献标志码A 文章编号1 0 0 7 ～7 5 4 5 2 0 1 4 0 7 0 0 4 5 0 4 P r o c e s sD e v e l o p m e n ta n dI n d u s t r i a l i z a t i o nf o rP r o d u c t i o no fH i g h P u r i t yG o l dw i t hO n e S t e pP r o c e s s S U NJ i n g t a 0 1 ～，D E N GC h e n g h u l ，W A N GR i l ，X I AX i n g w a n 9 1 2 1 J i a n g x iC o p p e rC o m p a n yL i m i t e d ，G u i x iS m e l t e r ’G u i x i3 3 5 4 2 4 ’J i a n g x i ，C h i n a ； 2 ．X i aX i n g w a n gG o l da n dS i l v e rR e f i n i n gM a s t e rS t u d i o ，G u i x i3 3 5 4 2 4 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o b l e m se x i t i n gi nh i g hp u r i t yg o l de l e c t r o l y s i sb yt r a d i t i o n a lr e f i n i n gp r o c e s si nG u i x iS m e l t e rw e r ea n a l y z e d ．I n t e g r a t i o ne l e c t r o l y t i cr e f i n i n gp r o c e s si nh y d r o c h l o r i ca c i ds y s t e mw a si n d e p e n d e n t l y d e v e l o p e dw i t hl o wg o l di o nc o n c e n t r a t i o no f8 0 ～1 2 0g ／La n dl o wa c i d i t yo f6 0 ～9 0g ／L ．T h ep r o c e s sh a s b e e nas t a b l eo p e r a t i o ni nG u i x iS m e l t e rf o ry e a r s ． K e yw o r d s h i g hp u r i t yg o l d ；e l e c t r o l y t i cr e f i n i n g ；l o w a c i ds y s t e m ；i n d u s t r i a l i z a t i o n 作为半导体连接金线生产原料的高纯金 即含 金9 9 ．9 9 9 ％ 需求量每年以5 0 ％以上的速度增长，实 现高纯金本土化已成为国内外企业的共同需求。 2 0 0 6 年，江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂 以下简 称贵冶 在原有金锭产品的基础上成功研发了高纯金 生产工艺。但是，受到产能、产品质量、劳动强度、能 耗等因素的制约一直不能形成产业化、规模化。近年 来，贵冶通过对高纯金精炼技术及设备进行深入研 究，成功开发具有独立知识产权的“一步法制备高纯 金”生产工艺，并实现了高纯金生产的产业化。 1传统高纯金生产工艺存在的问题 目前国内外高纯金精炼提纯通常采用电解法或 收稿日期2 0 1 4 0 1 1 2 作者简介孙敬韬 1 9 8 5 一 ，男，山东龙口人，工程师 湿法，贵冶采用多次电解工艺生产高纯金。在P P H 电解槽内进行金的电解精炼，制备一次电解所用始 极片的方法与铜电解始极片相似，而二次电解采用 钛永久阴极[ 1 ] 。二次电解析出的金经过硝酸、氨水 充分煮沸、高纯水洗涤干燥得到最终的高纯金，主要 流程如图1 所示。 因为金阳极板中杂质元素C u 、A g 、P b 等含量 高，一次电解的电金产品质量达不到要求，高纯金生 产必须进行多次电解。采用多次电解工艺势必增加 电能消耗、降低电流效率 仅为8 0 ％～8 5 ％ ；同时 采用该工艺需要建立独立的金始极片生产系统。一 方面，由于始极片生产的电解技术不易控制、操作繁 琐、劳动强度大导致始极片制造成品率低、废品返 万方数据 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第7 期 图1传统高纯金生产工艺流程图 F i g ．1 F l o wc h a r to ft r a d i t i o n a lh i g hp u r i t y g o l dp r o d u c t i o n 炉、金损耗大、生产成本高；另一方面，始极片的垂直 度及光洁度受人为因素影响较大，且始极片质地柔 软，同极中心距难以保证，易造成尖端放电、导电不 均等现象，生产出的电金表面粒子较多、较大、厚薄 不均，表面粒子中杂质含量高，严重影响电金质量。 2 一步法高纯金生产工艺研究 2 ．1 金阳极板高频氧化吹炼 由于中间产品粗金粉品位较低 9 8 ％左右 ，中 频浇铸生产的金阳极板杂质元素铜和银含量偏高。 在电解过程中，受到阳极板中铜含量较高的影响，金 电解液中铜的含量也比较高，当浓度上升至一定程 度后就会在阳极中析出，影响电金质量；银对整个金 电解过程的影响也比较大，主要因为在盐酸介质中， 阳极板中所含的银离子会与氯离子产生氯化银附着 于阳极板表面，阻碍阳极板的继续溶解，形成阳极 “钝化”现象心J 。 为降低金阳极板杂质含量，首先对金阳极浇铸 工艺进行深入研究，开发出具有创新性的高频炉平 模浇铸工艺，该工艺增强了金阳极板的致密度，消除 了金电解精炼过程的“断板”现象，金电解精炼阳极 板的残极率由2 2 ％下降至1 4 ％；其次探索氧化除杂 工序，在熔铸后期通过添加一定量的硝酸钾和二氧 化硅试剂进行造渣反应，去除阳极板中的C u 、A g 、 P b 等杂质元素。采用高频熔铸氧化除杂工艺后，金 阳极板中的杂质元素得到了有效的脱除，金品位达 到了9 9 ．4 ％，提高了1 ．5 个百分点以上，浇铸成的 金阳极板成分见表1 质量分数 。 表1高频氧化吹炼阳极板成分 T a b l e1 C o m p o n e n to fh i g h f r e q u e n c yb l o w i n go x i d ea n o d eplate|％ 2 ．2 低盐酸体系金电解精炼 受粗金粉原料制约，中间产品金阳极板中C u 、 A g 、P b 等杂质元素含量偏高。在传统金含量1 6 0 ～ 3 2 0g ／L 、酸度1 5 0 ～2 0 0g ／L 、阴极电流密度3 0 0 ～ 3 5 0A ／m 2 的生产体系下，要制取高纯金必须进行二 次电解，增加了高纯金在生产过程中的积压，降低了 金的直收率，影响了企业资金周转。为了降低杂质 元素对电金质量的影响，对金电解过程中络合金离 子高低、酸度大小以及杂质浓度变化对产品质量影 响进行了研究。研究发现，酸度是氯金酸稳定的基 础保证，保持一定的酸度可以防止络合金离子因非 电化学反应析出导致金浓度贫化，又能增强金电解 液的导电性，并且酸度较高时阳极不易发生钝化现 象。但是酸度太高增加银和铅在电解液中的浓度。 其中主要发生的反应是A g C l C 1 一一[ - A g C l z ] 。 随着电解液中游离的银离子增加，在适当的条件下 就会在阴极析出，从而影响电金质量、增加电解液的 净化次数。因此，为得到高品位的电金，虽然可以通 过降低电解液酸度来达到，但也明显降低了电解液 的导电性能。 为解决电解液导电性能下降问题，我们采用对 电金产品质量无影响的硝酸盐添加剂来替代电解溶 液中的H ，加入硝酸盐后，明显改善了电解液的导 电性能和电金析出性能。控制电流密度为2 4 5 A ／m 2 进行低酸体系金电解，试验参数及结果见表 2 。产出的电金含金品位9 9 ．9 9 9 ％以上，杂质含量 均小于0 ．0 0 0 1 ％。 万方数据 2 0 1 4 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p [ ／y s y l ．b g r i m m ．o n 4 7 2 ．3 高纯金电解造液p ] 采用隔膜电解造液法制备高纯金电解液。阳极 为品位大于9 9 ％的粗金，阳极滤袋用耐酸滤布制作， 阴极为纯度4 N 的金始极片，阴极与电解液之间用 “素烧坩埚”隔膜隔开，按分析纯盐酸与超纯水以1 4 的比例配制电解液 生产高纯金时用超纯水 。在阳 极电流密度2 5 0 ～3 0 0A ／m 2 条件下造金电解液，当金 离子浓度达到1 2 0 ～1 4 0g ／L 时，停止造液，以1m 3 溶液加入3 ～4k g 分析纯硫酸混和搅拌1 0r a i n 后，澄 清过滤，滤液加入超纯水和分析纯盐酸调整溶液金离 子浓度8 0 ～1 2 0g ／L 、盐酸浓度6 0 ～9 0g ／L 。 2 ．4 金电解液自净化 在金电解时，金电解液中铅、银等杂质发生如下 反应 P b 2 S 0 42 一 P b S 0 4 P b 0 H 2 S O 。 P b S O 。 H2 0 2 A g 十 S 0 4 ”一A 9 2 S 0 4 从上述中反应可以看出，电解过程中P b 2 、 P b O 、A g 都能与S O 。2 发生反应，生成浓度积较小 的硫酸盐沉淀。为解决金电解液中含有的P b 、A g 等杂质，在金电解槽一端安装一台添加剂补充槽，添 加剂补充槽内盛有用分析纯盐酸和硫酸按一定比例 配置好的混合液，在电解过程中根据电解液酸度及氧 化电位的变化自动适量添加，抑制电解液中铅、银含 量，解决铅、银等杂质对电金质量的干扰和消除阳极 钝化。添加剂自动添加装置的研发与使用实现了金 电解液的在线自主净化，有效控制了金电解液中的杂 质元素种类和含量，稳定了金电解液的成分体系，延 长了金电解液的使用周期，确保了电金产品质量的稳 定。电解液成分检测结果见表3 C u 、S b 、N i 、C r 、S n 、 P d 、B e 等均小于0 ．0 0 5g ／L ，未在表中列出 。 表3 金电解液成分 T a b l e3 C o m p o n e n to fg o l de l e c t r o l y t e 样号 A u A g P bF eS iH C I 11 0 4 ．60 ．0 0 60 ．0 1 0 ．0 3 70 ．0 1 38 3 ．6 21 1 1 ．80 ．0 0 80 ．0 10 ．0 3 9 0 ，0 0 58 4 ．1 31 2 1 ．20 ．0 0 60 ．0 20 ．0 2 60 ．0 0 88 7 ．8 C a 0 ．2 1 0 ．2 0 O ．3 0 A l 3高纯金生产设备研发与应用 3 ．1 永久阴极板设计与研究[ 3 ] 以抛光T A 2 钛板为阴极，在4 0 ～5 0 ℃用分析 纯盐酸浸泡、清洗3 0 ～4 5r a i n ；以聚苯醚材料制作 夹边条，将钛阴极左、右两边包边，成功制备了简单、 实用、可拆卸“夹边条”做金电解的永久阴极板。在 一个电解周期后，取出钛阴极并将电金剥离，用净化 水洗涤干净、烘干即可用于浇铸成产品金锭。新型 永久阴极板解决了传统阴极钛板电金难分离的难 题，取消了冗长繁琐的电金造片工序，以垂直度、致 密度、光洁度均高的钛板替代始极片做阴极进行电 解，在电解过程中，阴极钛板不会发生弯曲变形，有 效保证了电金的产品质量。 3 ．2 环保设施的设计与研究 在金电解过程中使用的导电器具主要是银制的 导电棒、导电母排。在电解过程中，电解液中挥发的 酸雾能与银导电器具发生反应，生成A g C l 并附着 在导电棒表面，影响其导电性能，降低电流效率。通 过设计环保通风系统改善金电解生产现场环境，将 金电解槽安装在一个密闭的通风罩内，通过风机将 电解过程产生的酸雾抽走，有效缓解电解酸雾对金 电解导电器具的腐蚀，有效控制了金电解液中A g 含量；同时利用另一风机对整个金电解室送风，使作 业场所内呈正压，杜绝室外粉尘飘人，内环与外环巧 妙隔离，有效解决了环境通风及粉尘对产品质量影 响的问题。 3 ．3 电解液温度控制 采用高纯金低酸体系生产工艺，电解液的电阻 增大、浓差极化加剧，为缓解这一现象只有提高并 稳定电解液的温度。通过提高电解液的温度和增 设金电解液循环装置弥补低酸体系中浓差极 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第7 期 化[ 4 ] ，加速阳极板金的电化学溶解速度以及金在 阴极析出的速度增加电解液的导电性。为保证金 电解液温度能够稳定，在电解槽电解液进出口均 安装自动控制阀，根据电解技术参数的变化自动 调节电解液循环量大小。同时，电解液循环高位 槽采用夹套式结构，并安装自动热水保温装置，保 证电解液温度恒定控制在3 5 ～4 5 ℃，有效解决了 电解液分层问题，保证了低酸体系金电解也的导 电性，更关键的是提高了阴极板中电金产品的致 密度，提高了金电解的效率。 该研究成果已经用于工业生产，建成了年产6t 高纯金的生产线，产出的高纯金品位在9 9 ．9 9 9 ％以 上，杂质含量均小于0 ．0 0 0 1 ％。 本工艺与传统高纯金生产工艺的参数比较结果 见表4 。 4结论 1 低酸体系永久阴极高纯金电解生产工艺在低 金离子浓度 8 0 ～1 2 0g ／L 和低酸 6 0 ～9 0g ／L 的 盐酸体系中进行，采用钛板阴极进行电解精炼，一步 直接电解生产出物理规格及化学品质均合格的高电 金产品。 2 低酸体系金电解高纯金生产工艺具有工艺简 单、指标优良、成本低廉、操作方便、环境友好等诸多 特点。 表4 高纯金生产工艺参数对比 T a b l e4C o m p a r i s o no fp r o c e s sp a r a m e t e r s f o rh i g hp u r i t yg o l dp r o d u c t i o n 参考文献 [ 1 ] 熊超．金线用高纯金生产关键设备的研发实践l - J ] ．江 西铜业工程，2 0 1 2 3 1 8 2 0 ． [ 2 ] 孙戬．金银冶金[ M ] ．2 版．北京冶金工业出版社， 1 9 9 8 ． [ 3 ] 胡建辉，夏兴旺，王日，等．一步法高纯金生产工艺中 国，1 0 1 1 2 2 0 3 2 E P ] ．2 0 0 8 0 2 1 3 ． [ 4 ] 黄绍勇．循环法在金电解中的应用[ J ] ．江西铜业工程， 1 9 9 9 3 1 7 1 9 ． 现货供应 混合澄清槽离心萃取器 请联系大连市沙河口区精华萃取设备设计研发中心 法人代表叶春林 1 3 7 0 4 11 3 6 7 7 ／0 4 11 - 8 8 1 2 4 2 2 7 s h o p 8 8 8 8 8 9 2 0 s o h u ．c o r n 信息请登录m 唧．c u i q u s h e b e i ．c o r n 和m 唧．L _ 1 一e ≯～ ≯矿矿ppp≯ 卜。 万方数据