电沉积法从含金废液中回收金.pdf

3 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 I ／1 ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 4 ．0 1 1 电沉积法从含金废液中回收金 宋卫锋，林梓河，刘书敏，罗丽丽 广东工业大学环境科学与工程学院，广州5 1 0 0 0 6 摘要在自制的电解槽内，利用电沉积法进行含金废液中金的回收试验，分别考察电流密度、流速、p H 、 N a 2 S O s 浓度等因素对金电沉积速率的影响。结果表明电流密度是影响金电沉积速率的主要因素，电 流密度越大，沉积速率也就越快；流速和p H 对金沉积速率影响较小；加入2g ／L 的N a S O 。后，电沉积 效率有明显的提高。 关键词电沉积；含金废液；回收 中图分类号T F 8 3 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1J 0 4 一0 0 3 6 一0 4 G o l dR e c o v e r yf r o mS o l u t i o nw i t hE l e c t r o d e p o s i t i o nT e c h n o l o g y S O N GW e i f e n g ，L I NZ i h e ，L I US h u m i n ，L U OL i l i C o l l e g eo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，G u a n g d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，G u a n g z h o u5 1 0 0 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t E l e c t r o d e p o s i t i o nw a sa d o p t e dt or e c y c l eg o l df r o mt h es o l u t i o ni nt h ee l e c t r o l y t i ct a n k ．T h e e f f e c t so fv a r i o u sf a c t o r sw e r ei n v e s t i g a t e dr e s p e c t i v e l y ，i n c l u d i n gt h ec u r r e n td e n s i t y ，v e l o c i t y ，p Ha n d N a zS 0 3a d d i t i v e ．T h ec u r r e n td e n s i t yw a st h em a i nf a c t o ra f f e c t i n gt h ed e p o s i t i o nr a t ei nt h a tt h eg r e a t e r c u r r e n td e n s i t yw o u l dl e a dt os o o n e rd e p o s i t i o nr a t e ，w h i l ev e l o c i t ya n dp Hv a l u eo ft h ed e p o s i t i o nr a t ee x e r t e dl e s si n f l u e n c e ；N a 2S 0 3a d d i t i v ew a sani m p o r t a n tf a c t o ri nt h a ta d d i n g2g ／Lo fN a 2S 0 3t ot h es o l u t i o nw i l lr e s u l ti nt h ei m p r o v e de f f i c i e n c yo fe l e c t r o d e p o s i t i o n ． K e yw o r d s E l e c t r o d e p o s i t i o n ；G o l ds o l u t i o n ；R e c o v e r y 在金的工业使用过程和回收过程中都会产生含 金废液[ 1 ] ，并且金的含量多数较低、甚至是微量、痕 量。因此它们的回收在技术上比较困难，经济上往 往不划算，在早期常被排放、弃置或堆存。目前黄金 价格昂贵和资源稀少需要回收，而且往往也是为了 满足环保要求，必须对废液进行无害化处理。 电沉积法即在一定条件下通过电流作用可将废 液中的贵金属离子还原为金属，沉积在阴极上回收 的方法，与其他回收技术相比，它生产效率高，金属 回收较彻底，成本低，现已广泛应用于从细磨的金、 银矿石浸出液中回收金和银[ 2 ] 。用于从稀溶液或废 液中回收贵金属的，主要是在提高电流效率、改善物 质传递，设计高效电解槽等方面进行了大量的研究 工作k s - 5 ] 。 作者简介宋卫锋 1 9 7 2 一 ，男，博士，副教授 金在氰化物溶液中以A u C N f 络合离子形式 存在，在电解槽中进行氰化金稀溶液的电解时，可 发生下列反应[ 6 - 7 ] A u C N f e A u 2 C N 一 1 2 H 2 0 2 e H 2 2 0 H 一 2 4 0 H 一 0 2 2 H 2 0 4 e 3 2 0 H 一 C N 一一C N O 一 H 2 0 2 e 4 其中反应 2 是阴极的主要竞争反应，在金的大 多数电积生产中，大部分电流用于析出氢，所以电流 效率不高，而反应 4 在动力学上是缓慢的，只有在 有催化剂参加的条件下才能正常进行，另外，阳极上 0 z 的析出，有可能造成己沉积的金反溶进入溶液， 为了解决这个问题，通常考虑以离子交换膜隔开阳 极区和阴极区，也可考虑向电解液中加入N a 。S O 。， 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 3 7 实现氰化金稀溶液的无隔膜电解。 1试验材料与方法 1 ．1 试验材料 试验的含金废液是由某企业提供的镀金废液 已经过厂方做过金回收处理 ，废液中金的浓度为 8 0m g ／L ，其它金属离子浓度较低，主要还有C N 一 和阴离子表面活性剂 L A S ，对金的电沉积基本没 影响。 电解槽是采用有机玻璃自制的箱式电解槽，尺 寸5 0m m 1 0 0m m 1 0 0m m ，总容积5 0 0m L ，实 际电解有效容积为3 0 0m L 。极板有效几何面积为 5 0m m 6 0m m ，阳极材料镀辽钛网；阴极材料不 锈钢片，不锈钢网及活性炭纤维。 1 ．2 试验方法 试验采用A P S 一1 5 0 1 型直流稳压电源 电压范 围为0 ～2 0V ，取lL 原水进行电沉积试验，电沉 积液温度为室温，阴、阳极距保持在3c m 左右，电沉 积尾液返回电积，循环反复若干次，至总电积时间为 6h 。每次试验是在固定电流密度的情况下进行的， 槽电压则随着电解的进行而有所变化。金的分析方 法为原子吸收分光光度法。 2 结果与讨论 2 ．1 电沉积时间的确定 在相同试验条件下，比较3 种材料对金沉积率 的影响，试验条件溶液流速2 0m L ／m i n 、电流密度 5 0A ／m 2 、p H 1 1 ．5 、亚硫酸钠添加量2g ／L 。每次 试验取原废液1L ，每隔lh 取样一次，总电解时间 为7h ，试验结果见图1 。 从图1 可看出，活性炭纤维作为阴极材料时，金 电沉积效率最高，经过7h 的循环电解后，金沉积率 接近9 0 ％。3 种阴极材料在电解过程中都呈现相同 的趋势，在电解5 ～6h 后金的沉积速率开始明显下 降，电解6h 和7h 的效果接近，因此取电沉积时间 为6h 。 2 ．2电流密度对金电沉积速率的影响 虽然电极反应速度与电流密度成正比关系，但 阴极上除了金的电沉积反应外，还有析氢反应和其 他杂质的电沉积，因此金电沉积的速率与电流密度 并不是成正比关系。电流密度对金沉积速率的影响 试验结果见图2 。 由图2 可看出，金的电沉积速率随着电流密度 的增加而加快。尽管随着电沉积的进行，金的电沉 母 、 婚 嚣 避 哥 窖 翎 图1 不同阴极材料对金沉积的影响 F i g ．1 E f f e c t o fc a t h o d em a t e r i a lo ng o l d e l e c t r o d e p o s i t i o nr a t e 时问，h 图2电流密度对金电沉积速率的影响 F i g ．2 E f f e c to fc u r r e n td e n s i t yo ng o l d e l e c t r o d e p o s i t i o nr a t e 积率是逐渐增加的，但从图中可以看出，在整个电解 过程中，金的电沉积速率的增加幅度却是随着电解 的进行而逐渐下降的。当电流密度为8 8 ．3A ／m 2 时，前4h 中金的沉积速率较大，经过4h 电解后， 溶液中金浓度为1 ．8m g ／L ，回收率达到了9 7 ．8 ％； 经过5h 电解后，金浓度降到0 ．6m g ／L ，此后1h 由 于金浓度太低，金的沉积率就很小。当电流密度较 低 如3 3 ．3A ／m 2 时，金的沉积速率相对较小，经过 6h 电解后，金浓度为1 5 ．9m g ／L ，此时溶液中金的 含量仍较高，还有回收的价值，因此可以考虑加长电 沉积的时间。 为了明确低电流密度对金电沉积率的影响，分 别对3 3 ．3A ／m 2 、5 0A ／m 2 、6 6 ．7A ／m 2 三种低电流 密度进行延长电沉积时间试验，试验条件电积原液 一I-一．∞g／趟娟 万方数据 3 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 含金8 0m g ／L ，溶液流速3 5m L ／m i n ，亚硫酸钠添加 量2g ／L ，试验结果见表1 。从表1 可看出，只要电 沉积时间足够长，几种电流密度条件下金的电沉积 率也能达到9 5 ％以上。 表1电流密度对金的电沉积率的影响 T a b l e1E f f e c to fc u r r e n td e n s i t yo ng o l d e l e c t r o d e p o s i t i o nr a t e 由此可以得出电流密度对金的电沉积速率有 很大的影响，电流密度越大沉积速率也就越快，但是 只要电沉积时间足够长，即使是较低的电流密度也 可以将溶液中金的含量降低到1m g ／L 以下。为了 减少试验时间，将8 3 ．3A ／m 2 定为最佳电流密度。 2 ．3 流速对金电沉积速率的影响 电解溶液的流速对金的沉积速率有一定的影 响，流速增大，溶液中的搅拌作用强烈，减少了扩散 层的厚度，增大了离子的传质系数，改善了受扩散控 制的电解过程，提高电沉积速率。本试验选取电流 密度为8 3 ．3A ／m 2 和3 3 ．3A ／m 2 ，一高一低作对比 试验，试验结果见图3 。 由图3 可看出，当电流密度较高时，流速对金电 沉积速率基本没什么影响；电流密度较低时，流速越 大时金沉积速率也就越快，主要原因就是流速增大， 溶液中的搅拌作用强烈，从而提高了电沉积速率，但 效果不是很明显，即流速对金沉积速率的影响不大。 2 ．4p H 对金电沉积速率的影响 试验选取p H 为1 0 ．5 和1 3 ．5 作对比试验，结 果如图4 所示。 由图4 可知，p H 越大，金沉积速率就越快，但 是差异不是很大，由于在阴极上主要是A u C N f 和H 发生反应，p H 越高，H 浓度就越低，不利于 反应 4 的发生，则有利于反应 3 的发生。 2 ．5 添加剂对金电沉积速率的影响 N a S O 。添加量是影响金沉积率的一个重要因 素，分别对加2g ／L 和不加N a S O 。进行了试验，结 果见图5 。 图5 表明，刚开始两者沉积效率相差不大，但随 着反应的进行就有明显的差异。这是因为未添加 N a z S O 。时，阳极主要析出氧气，氧气在溶液中增加 ， ■ ● ∞ g 似 嶷 捌 时问，I l 图3 不同电流密度下流速对金电沉 积速率的影响 飚3E f f e c to ff l o wv d o d t y0 1 1g o l dd 咖l e p o s i t i o n r a t ea td i f f e r e n tc u r r e n td e n s i t y ， ● ● ∞ g 越 避 删 时间／h 图4p H 对金电沉积速率的影响 №4E f f e c to fp H0 1 1g o l de l e c t r o d e p 吲t i o nr a t e 至一定程度后，即使在有电流通过的情况下也能造 成己沉积的金反溶进入溶液，从而抑制金在阴极的 析出。而加入N a 。S O 。后可以抑制阳极上析出0 ， 同时还能与析出的0 。反应，从而改善金的电积过 程。加入N a S O 。后阳极上则可能发生下列反应 S O ；一 2 0 H ～一S O i 一 2 H 2 0 2 e 5 同时在阴极上还可能有 S O ；一 3 H 。O 4 e S 。O ；一 6 0 H 一 6 此外，在溶液中N a z S O 。还可被0 氧化 N a 2 S 0 3 0 2 N a 2 S 0 4 7 试验还发现在不通电的情况下让溶液通过电 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年4 期 3 9 时J 日J ／h 图5N a s 0 3 添加置对金电沉积速率的影响 F i g ．5 E f f e c to fN a 2S 0 3q u a n t i t yo ng o l d e l e c t r o d e p o s i t i o nr a t e 解槽 阴极碳纤维己载金 ，溶液金浓度会比原来有 所增加，表明此时阴极上的金有溶解，当加入 N a 。S O 。后，N a S O 。可在阳极氧化，减少溶液中氧 气量，有利于金的析出。 3结论 1 活性炭纤维为阴极电极材料时效果最好，最 佳电沉积时间为6h ； 2 电流密度是影响金电沉积速率的主要因素， 电流密度越大沉积速率也越快，最佳电流密度为 8 3 ．3A ／m 2 3 在低电流密度条件下，流速增大，电沉积速 率增大，而高电流密度条件下，流速对沉积速率没什 么影响；p H 对金的沉积率影响不大； 4 向溶液加入2g ／LN a 。S O 。后，电沉积效率 有明显的提高。 参考文献 [ 1 ] 王自森，符斌．现代金银分析[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 6 ． E 2 ] 陈刚，杨立．炭纤维电积法从贵液中回收金E J ] ．黄金， 1 9 9 2 ，1 0 6 3 6 4 1 ． [ 3 ] 钱炳青．炭浆提金工艺中电解槽的设计[ J ] ．黄金，1 9 8 7 1 2 8 3 1 ． [ 4 ] D e p e s t e lLM ，S t r u b b eK ．E l e c t r o d e p o s i t i o no fg o l df r o m c y a n i d es o l u t i o n so nd i f f e r e n t - G a A sc r y s t a lf a c e s [ J ] ． J o u r n a lo fE l e c t r o a n a l yC h e m i s t r y ，2 0 0 4 ，5 7 2 1 9 5 2 0 1 ． [ 5 ] Y a pCY ，M o h a m e dN ．A ne l e c t r o g e n e r a t i v ep r o c e s sf o r t h er e c o v e r yo fg o l df r o mc y a n i d es o l u t i o n s [ J ] ．C h e m o s p h e r e ，2 0 0 7 ，6 7 1 5 0 2 1 5 1 0 ． [ 6 ] B A R B O S ALAD ，S O B R A LLGS ．G o l de l e c t r o w i n i n g f r o md i l u t e dc y a n i d el i q u o r s p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no f d i f f e r e n tr e a c t i o ns y s t e m s [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ， Z 0 0 1 ，1 4 9 9 6 3 9 7 4 ． [ 7 ] 胡玉蓉，周泉．用于回收金的箱式电解槽的设计和应用 [ J ] ．湿法冶金，2 0 0 5 ，2 4 3 1 4 3 1 4 5 ． 上接第2 5 页 [ 5 ] 彭强，魏小兰，丁静，等．三元硝酸熔盐导热系数的计算 [ J ] ．无机盐工业，2 0 0 9 ，4 1 2 5 6 5 8 ． [ 6 ] 劳振花，姜兆波．液体体积弹性模量与温度关系测量实 验研究E J ] ．科学技术与工程，2 0 0 9 ，9 2 3 8 7 3 9 0 ． [ 7 ] V a t a n d a sM ，A l iB u l i n tK o c ，K o cC ．U l t r a s i n i cv e l o c i t y m e a s u r e m e n t si n e t h a n 0 1 ．．w a t e ra n dm e t h a n o l ．w a t e rm i x ． t u r e s [ J ] ．E u rF o o dr e sT e c h n o l ，D O I1 0 ．1 0 0 7 ／s 0 0 2 1 7 ＼ 0 0 6 0 4 4 8 ． [ 8 3 邹勇，陈立漾．关于离子晶体熔化和拉伸断裂时离子间 距之间关系的探讨E J ] ．安徽工业大学学报，2 0 0 8 ，2 5 5 2 7 0 2 7 4 ． [ 9 3 王克强，冯瑞英．一种计算金属原子半径和离子半径的 方法[ J ] 。平顶山师专学报，2 0 0 4 ，1 9 2 1 4 1 7 ． [ 1 0 3 王利亚，王克强．计算混合液体导热系数新方法[ J ] ． 化学工程，1 9 9 9 ，2 7 4 4 5 5 1 ． [ 1 1 ] 王双成，石玉冰，徐孀，等．利用修正的幂律关系式预 测液体混合物的导热系数[ J ] ．石油化工，2 0 1 0 ，3 9 4 4 1 7 4 2 】． l_一．警I，越髭矧 万方数据