变压吸附制氧机组在金银提取上应用的前景.pdf

变压吸附制氧机组在金银 提取上应用的前景 刘汉钊 成都华西化工研究所，四川 6 1 0 0 3 6 摘耍介绍变压吸附制氯和富氯浸出金银的原理、设备和优点．列出4 个工厂应用后所取 得的圆满结果，指出变压吸附制氯机组在垒银提取上极具推广价值． 关键词变压吸附制氯育氯浸出；全银挺取；浸出建度 中田分类号 r F 8 3 1文献标识码B 大家知道，无论难处理金银矿的预处理 例如加氧氧化、细菌氧化等 或者金银矿的 浸出，都离不开氧．目前，大多是直接充入 空气以获取所需的氧．由于空气含氧量仅2 1 ％， 在常温常压下充人纯水后氧的饱和溶解度只 有8 ～1 0 m g ] L ．在矿浆中更要降低，这就严 重影响到矿物的氧化速度和金银的溶解速 度． 为了加快其反应速度，选冶专家想了很 多办法。概括起来主要有4 种 1 充入纯 氧； 2 舔加H 2 0 2 ； 3 加入C a O z ； 4 充富 氧．采用这些方法，确实加速了反应速度， 溶剂耗量减少，金银的回收率也有提高．但 是，用深冷法制取纯氧的设备投资大、电耗 高，生产成本高达1 ．5 ～2 元／m 3 ；H 2 0 2 的 价格较贵，且易分解，给贮存、运输和使用均 带来不便；C a O 氧的释放速度慢。只适合堆 浸。由于上述原因，前三种氧化剂在金银的 生产实践中应用不多． 其实，在金银提取上用含氧8 5 ％～9 5 ％ 的富氧代替纯氧，同样可收到很好的效果． 变压吸附法制富氧工艺是近年出现的一项新 技术，具有投资少、生产成本低、操作容易等 优点，其产品可完全满足这一需求．目前， 作者简介捌投刳 1 9 4 2 - 。成都人，教授缱膏缓工程师 它在我国一些化工厂已得到成功应用，但在 金银工业上应用还不多．本文旨在介绍变压 吸附制氧工艺和富氧浸出工艺的原理、设备 和优点，举出几个应用实例和取得的效果， 为在全国推广这一新技术推波助澜． 1V P S ～真空变压吸附 制氧机组 1 ．1工作原理制取氧气最便宜的原料是 空气．空气中含氮和氧分别为7 8 ％、2 1 ％左 右，因此从空气中制取氧的技术关键是解决 氮和氧的分离问题．有人发现，某些物质具有 吸附氮但很少吸附氧的独特性质．如将它装入 吸附塔内，在一定压力下给人空气，结果氮 被吸附，而氧通过吸附层后从塔中排出，得 到不同含氧量的产品 最高9 5 ％ 。随着吸 附进行，吸附剂渐趋于饱和．这时需停止通 空气，用抽真空的方法将被吸附的氮解吸出 来，使吸附剂得到再生，供下轮使用．这 样，采用多个吸附塔循环操作，即可达到连 续制富氧的目的． 1 ．2V IS A 制氯机组的组成 V P S A 制氧机 组是成都华西化工研究所设计和生产的系列 产品，产氧量可在5 ～5 0 0 0 m 3 加范围内任 意选取．它主要由空气压缩机、吸附塔、贮 万方数据 氧罐和真空泵组成，连接管道之间装上一些 专用阀门，构成一套完整的真空变压吸附制 氧机组 图1 ．吸附塔最好不少于2 个，塔 内装有氮吸附剂。当一个或两个塔在分离氧 时，另一塔则与制氧回路断开，抽真空解吸 氮，这样循环使用就可以连续制得富氧． 图1 Ⅵ塔A 变压吸附制氧机组 1 一空气压缩机；≈3 ，4 一吸附塔； 5 一氧气J 亡■6 一真空泵 l _ 3V P S A 法的技术特点 1 工艺流程简单、设备少、造价低．同 规格设备仅为深冷法的5 0 ％～7 0 ％，该机 组造价一般为0 ．8 ～1 ．6 万元／m3 0 2 h ， 越大越便宜． 2 生产成本低，电耗一般只有 0 ．5 k W h ／m 3 0 2 左右．除此之外，基本上无易 耗原材料． 3 吸附剂的选择性好、容易再生、强度 大．一般使用寿命在1 0 年以上． 4 操作简便、自动化程度高、无需专人 管理．使用的程序操纵装置和零泄漏液压程 控蝶阀为华西所专利技术，具有国际先进水 平。 5 多塔进气，氧的压力和流量均稳定． 6 装置适应性强．根据用户的需要，富 氧气体含氧量可在2 5 ％～9 5 ％范围内任意 调节，产量在额定生产能力2 5 ％～1 1 0 ％负 荷下调节． 7 应用范围广。成都华西化工研究所 设计和承包建设的变压吸附气体分离装置已 广泛用于全国2 0 多个省市的冶金，石油、化 工等企业，均获得了圆满成功。 2 富氧浸出 2 ．1 原理 1 , 2 3 金的溶解过程按E i s n e r 方程 进行 4 A u 8 C N 一 0 2 2 H 2 0 4 A u C N 2 4 0 H 一 1 由 1 式看出，金溶解速率不仅取决于氰 化物浓度，而且与矿浆中的溶解氧浓度有 关．没有氧的去极作用，溶金反应难以进 行．也就是说，氧的参与不仅决定了溶金反 应能否进行 热力学 ，而且决定了反应速度 动力学 ．根据溶液扩散理论，导出氰化物 浓度【C N 】与溶解氧浓度【O J 间的关系式 为 D c N [ C N ] 8 D o 【o J 2 式中D c N 、D 。分别是溶液中C N 一和O 的 扩散系数． 根据理论计算，【C N 】和[ O j 之间有一获 得最大浸出速度的摩尔比，即 【C N ／[ O J 6 ．实验数据为4 ．6 9 ～7 ．4 ，与理 论值基本一致．国内外生产实践中，使用的 氰化物浓度多在3 0 0 ～4 0 0 m g ／L 之间，相对 应的最佳氧浓度应为3 2 ．6 ～4 3 ．5 m g ／L ．溶 液中的饱和溶解氧浓度随所在地的海拔高度 和气温的升高而降低，即使在海拔3 0 0 m 和1 0 ℃的地方，纯水中氧的饱和浓度也只有 1 0 ．6 m g ／L 左右．矿浆中还要降低，远达不到 金溶解所需的最佳o 浓度．如果改充氧， 矿浆中氧饱和浓度可大大提高，纯氧可达 4 0 m g ／L ，富氧3 0 ～4 0 m g ／L ．这样做可使上 述比值趋近于6 ，使金保持最大的溶解速 度，这就是富氧浸出使金浸出速度提高的理 论依据．由于金浸出速度加快，金溶解更加 完全，提出率相应提高． 2 ．2 给一方法富氧漫出既可在密封体系 万方数据 4 系下实施．也可在开放条件下进行。美国 K a m y r 公司开发了密封体系富氧缦出提金 工艺，利用控制氧分压来提高氧的溶解度。 这种工艺氧的利用率高，但生产操作极为不 便。根据我国国情，采用开放体系给氧较合 适．V P S A 制氧机组贮氧罐的氧压可达到 l0 M p a 以上，只需用管子将氧引人开放的金 浸出槽的适当位置。为了使氧充分溶解，应 在多处给氧，而且给氧管的出口要安在高压 区内，并装上微孔喷头，使其产生小气泡。 这样的给氧方式简单易行，氧的弥散程度 好，损失不多，现有工厂均可实施． 1 3应用效果与充空气浸出比较，富氧浸 出优点是 1 金的浸出速度快，H o n d e m o n 等人认 为，浸出时间可减到原来的1 ，3 ～l ／5 ．我国 几个厂的工业实践证明，一般可减少一半左 右的时间． 2 金的回收率提高，一般可提高 2 ％～4 ％． 3 氰化物用量减少l O ％～3 0 ％．其 原因一是充人富氧的体积只及空气的几分之 一，矿浆表面随气体带走的H C N 减少；二是 浸出时间缩短后．与矿浆内有害元素作用的 氰化物减少． 4 基建投资减少。虽然增加了制氧机 组。但省去了空压机和一半的浸出吸附槽． 前者较后者便宜得多。 5 水、电、原材料、人工费等均降低，而 金回收率又提高，带来了非常可观的经济效 益。 2 ．4 基建投资和生产费用估计根据1 t 矿 石浸出过程中消耗富氧1 ．3 ～2 ．5m 3 ／h 和生产 富氧l m 3 m 的设备投资0 ．8 ～1 ．6 万元的实 际情况，计算出几种规模金浸出厂的富氧机 组的投资列于表1 。 生产l m 3 富氧的电费、设备维修费、人工 费等，总的生产成本只有0 ．4 ～0 ．6 元，只及 纯氧的1 ／4 ～1 ／3 ．由此可知，无论现有厂进 表1金银浸出厂富氧机组所需投资估计 行技术改造，扩大生产能力；或者新建设 厂，都是非常合算的。一般工厂都用得起。 3 几个富氧浸出实例 3 ．1 河北东坪金矿。东坪金矿为低硫化 物含金石英脉型金矿床，原采用。混汞 全 泥氰化 锌粉置换。提金工艺．氰化处理量 3 0 0 t ／d ，采用的N a C N 浓度为0 ．3 ～0 ．5 9 ／L ， 耗量2 ．5 k 卧．设计浸出时间4 2 h ，实际 3 6 h 。金浸出率9 0 ，4 6 ％．1 9 9 4 年进行技术改 造，采用了富氧浸出工艺．生产证明，在充 富氧条件下，浸出时间缩短至1 7 ～2 0 h ，原 有浸出设备的处理能力达到6 3 8 t ／d ，超过原 处理量一倍以上．金浸出率达到9 3 ．4 1 ％， N a C N 耗量下降到1 ．7 7 k g R 。如果分别用富 氧浸出或者空气浸出将该厂的生产能力由 3 0 0 t 增加到6 0 0 t ，计算表明，前者的建设投 资低2 1 6 ．5 万元，年经营费用低1 6 0 ．8 万元。 金回收率提高带来年增效益5 4 ．0 万元。这 样，东坪金矿实施富氧浸出后，第一年可创 效益4 3 13 万元，以后每年大约可增加收入 2 1 8 ．4 万元． 3 ．2 陕西马鞍桥金矿。’该矿为低硫化物 蚀变千枚岩型金矿床，采用炭浸法提金。设 计生产能力1 0 0 t ／d ，实际可达1 3 5 t ／d ，使用 d 4 0 0 0 4 5 0 0 m m 浸出槽8 台，用空压机充 空气。1 9 9 5 年，金的浸出率为8 7 - 8 5 ％，炭吸 附率9 7 ．2 3 ％。1 9 9 6 年，在5 台原有浸出槽上 进行了加氧炭浸工业试验，用氧气瓶充氧， 试验进行2 8 个班，结果表明 1 充氧炭浸槽减为5 槽后，平均处理能 力达到1 4 4 t ／d ，浸出时间为充气炭浸的0 ．5 6 8 万方数据 4 2 倍． 2 浸出速度明显加快，第一槽的浸出率 由充气炭浸的4 0 ％～5 0 ％提高到充氧的 7 0 ．4 5 ％． 3 浸出率达到8 99 4 ％，吸附率9 8 ．9 2 ％， 金的总回收率提高3 ．5 5 ％。 如按此结果扩建至5 0 0 t ／d ，炭浸部分仅 需增加≯5 5 0 0 6 0 0 0 r a m 浸出槽4 台， V P S A 一6 5 型制氧机组 电机功率2 2 k w l 台．比充气炭浸可节约基建费7 7 万元，每年 节省电费2 8 万元．再考虑设备维修费的节 省、N a C N 用量降低，金回收率提高等因 素，效益将非常可观． 3 ．3 安徽铜陵藏家冲金矿”该矿为褐铁矿 型 铁帽型 金矿，其处理能力8 5 t ／d ．1 9 9 9 年，笔者在该矿进行了全流程富氧浸金工业 试验．试验表明 1 在给氧量5 ．2 ～7 m 3 ／h 时，矿桨中的溶氧增加3 ～4 倍，【C N 一】／1 0 2 】 摩尔比逼近理论值6 ，浸出时间缩短2 ／3 ～ l ／2 ，浸出率提高2 ．8 ％。 2 实施富氧工艺 后，即使不增加产量，每年可从节约电力和 提高金回收率方砸多获利润7 7 万元左右。 3 实施富氧工艺后．现有浸出设备可处理 1 3 0 ～1 7 0 t ／d 矿石，每年新增利润3 6 0 ～6 8 0 万元． 3 ．4 云南大理北衙金矿该矿位于海拔 2 0 0 0 m 的高原地区，也是褐铁矿型金矿，现有 处理能力5 0 t ／d ．2 0 0 0 年．笔者在该矿工业设 备上进行了富氧浸金工业试验．试验证明 1 矿桨中的溶氧由充空气时的3 ．8 ～ 3 ．9 m g ／L 提高到1 6 ．1 ～ 1 6 ．8 m g ／L ， 【C N 一] ／I O 】摩尔比由5 6 ～6 8 降到了 1 3 ～1 6 ，因此浸出时间缩短1 ／3 以上． 2 金 和银的浸出率分别提高1 ％和l O ％，N a C N 耗量减少5 ％～1 0 ％， 3 如将处理量增加 到7 0 ～8 0 t ／d ，则原有8 台3 0 0 0 3 5 0 0 m m 浸出吸附槽即可满足要求，如增加到1 5 0 t ／d ， 则需增加上述规格浸出槽8 台。 4 实施富氧 工艺后，在不增加浸出槽的情况下，每年可 增收节支1 4 6 万元左右；如将产量增加到 1 5 0 t ／d ，税利增加5 5 0 万元左右。 4 结语 1 富氧浸出是强化金银浸出，提高浸 出速率的非常有效的方法．与充空气浸出相 比，漫出时间可缩短一半左右；金回收率增 加；N a C N 用量降低．此外，还可节约大量 基建投资，降低生产成本，实施和操作均很 方便． 2 V P S A 系列变压吸附制氧机组具有 价格低、生产成本低、运行稳定可靠、自动化 程度高、产品含氧高等优点，非常适合在寓 氧浸出金银工艺中使用。 3 金银富氧浸出基本上不受矿石性质 的影响，氰化厂均可使用．如用于老厂的技 术改造，用很少的投资就可使浸出能力翻一 番，能源和原材料消耗降低；对于新建厂，则 可节省大量设备和土建投资，降低生产费 用。因此，新老矿山均具有推广价值． 4 富氧浸出在高原地区或缺乏淡水的 沙漠地区使用，效果更佳．对于那些杂质耗 氧多的矿石 例如磁黄铁矿型金矿 ，效果更 加显著． 5 除富氧浸出外，在难处理金矿的加压 氧化、细菌氧化、富氧焙烧等工艺上，仍然可 用富氧代替纯氧，变压吸附制氧机也有广阔 的应用前景。 参考文献 1 金矿石加工对氧的需求及检测，国外金属矿选 矿．1 9 9 7 ， 1 3 3 2黄士庆等．国外金属矿选矿，1 9 9 8 ， 2 2 7 3 李文建．黄金，1 9 9 7 ，1 8 1 2 4 1 4 刘汉钊等．深冷技术．2 0 0 0 , 0 5 0 万方数据