合质金收熔干式制片技术及应用*

2022-07-02陈德海刘俊林梁祖祯余万元王仁辉

云南冶金 2022年3期

周兴，陈德海，刘俊林，梁祖祯，余万元，王仁辉

（云南黄金矿业集团云南滇金投资有限公司，云南昆明 650000）

合质金即粗金，是经过初步冶炼的尚含有很多其他元素的一种自然金合金。合质金大多与其他金属伴生，如银、铂、锌等，在其他金属未提出之前称为合质金。合质金产于不同的矿山而所含的其他金属的成分不同，因此成色高低不一，一般在50%～90%[1]。而黄金提纯的方法很多，主要包括火法氧化精炼、氯化精炼法、电解精炼法、化学精炼法、溶剂精炼法等[2]。

目前，某企业黄金提纯采用化学精炼法，俗称王水还原法[3]，与电解法和萃取法相比，还原法工艺具有流程简单、生产效率高、流程金积压少、所得金纯度高等优点[4]。该方法需将合质金进行破片处理，传统工艺采用水循环淬珠烘干工艺进行破片，主要工艺流程为：熔前称重—中频炉熔融—水淬珠—烘干—熔后称重。合质金水循环淬珠工艺存在诸多缺点：

1）作业环境差，中频炉熔融合质金以及使用乙炔枪烘干过程中会产生大量烟尘，造成作业环境差，不利于职业健康和环保要求；

2）自动化程度低、劳动强度大，金液倾倒淬珠过程采用2名操作人员用抱钳夹坩埚并抬至吊葫芦的方式进行（坩埚使用后期会在夹抱钳处造成损伤从而可能断裂），烘干过程需要操作人员手持乙炔枪操作，上述两个过程使操作人员直接面对热辐射，同时每一炉熔炼过程中需对不锈钢大桶加水和人工舀水（采用自吸泵吸水会将极细金粒抽出，造成金损耗增加，不利于维护客户稳定性），进一步增加劳动强度；

3）金损耗高，在熔融过程中由于石墨坩埚受热不均，同时在电磁感应作用下金液不断翻滚，使金珠在坩埚周围跳动，造成金损耗增加；而在坩埚使用后期，随着坩埚内壁被金液来回冲刷和人工清扫造成腐蚀，使金液渗入坩埚无法清出，造成金损耗增加；同时采用乙炔枪烘干过程中，由于凭经验调整乙炔焰压力，会吹飞极细的金屑，造成金损耗增加；敞开式熔炼环境会使金液少量氧化蒸发于环境中，造成金损耗增加；而合质金采用水淬会生成极细的粉末状漂浮于水面，随水一起舀出，进一步增加金损耗；

4）淬珠易形成致密的块状物料，合质金水淬珠时由操作人员凭经验对金液温度高低、金液流速大小进行控制，操作难度大，在合质金成色高时淬珠易形成致密的块状物料，造成一次王水作业余金量过大从而反复淬珠，进一步增加生产成本和劳动强度。

该企业旗下“滇金”品牌是中国黄金行业知名品牌，近年来黄金生产加工量随企业发展逐年增加，且1 kg标准金锭的产量占比越来越高，2018年金锭产量达40 t，其中1 kg标准金锭超过30 t[5]。并且每年产量在持续增加中，每年黄金市场采购合质金大概10 t左右，为进一步维稳客户，满足生产需求，减少王水作业过程余金量，降低企业环保压力，缩短金锭出入库时间，提升公司合质金收熔制片相关工艺技术，在进行充分调研后，引进了某品牌合质金制片机设备和工艺，并通过进一步技术优化改造解决了制片机技术短板，整体技术达到国内先进水平，对我国合质金王水作业工艺具有良好的示范作用。

1 工艺流程

1.1 设备流程简介

合质金制片机设备简图如图1所示，其工艺是将合质金填装进制片机中，采用惰性气体保护，PLC自动控制加热熔融，密闭无烟气，快速熔化后并保温，放料口设置高速旋转石墨碟盘进行制片，石墨碟盘下方配有定制小推车接金片，在小推车金片接满后，可手动关闭放料口，替换小推车，继续放料制片，此时已制金片可直接称重，制片结束清扫腔体。主要工艺流程为：熔前称重→熔融→制片→熔后称重。合质金水淬和制片实物对比图如图2。

图1 合质金制片机结构示意图Fig.1 Schematic diagram of crude gold sheet processing machine

图2 合质金水淬和制片实物对比图Fig.2 Comparison diagram of crude gold water quenching and flaking object

1.2 主要技术参数

工艺主体设备是合质金制片机，采用大功率中频感应加热，全固态进口IGBT变频及功率调节，HMI触屏参数设置，PLC控制系统进程，其主要技术参数如表1。

表1 制片机主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of sheet processing machine

2 生产实践

2.1 传统水循环淬珠

传统工艺中，把“合质金”放入坩埚熔化[6]，金液温度升至1 200℃左右进行人工倾倒，冷水在气动搅拌下形成旋涡进行淬珠，淬珠完毕清扫坩埚，烘干淬珠片，熔后称重，水淬法示意图如图3。

图3 水淬法示意图Fig.3 Schematic diagram of water quenching method

实际生产中3批合质金共240 kg，采用原有水循环淬珠烘干工艺参数统计如表2，此时人工需要8人，金损耗高，在50.4 g左右，现场作业环境差，安全隐患大，自动化水平低。

表2 水循环淬珠工艺统计结果Tab.2 Statistical results of water cycling quenching bead process

2.2 制片工艺优化前结果

合质金制片工艺技术优化改造前制片时间长、产能低、金片成片率低，金片厚度太薄，王水作业反应剧烈，不易控制，统计如表3。

表3 合质金工艺优化前统计结果Tab.3 Statistical results of crude gold process before optimization

2.3 实施改进

针对制片机在工业实践中出现的上述问题，研究在不大范围改变原工艺流程的情况下，对生产线进行全面改造优化：①通过优化设备主板过载报警系统，设备功率由30 kW提升至45 kW，第一批次合质金加热熔化制片时间由60 min降低至40 min，第二、第三批合质金熔化时间由30 min降低至20 min；②通过将制片温度由1 100℃降低至1 000℃，石墨转盘速度由（700～750） r/min降低至（550～600） r/min，该优化措施明显增厚了金片厚度，利于王水作业；③制片孔径由1.0 mm加大至2.0 mm，制片时间由30 min减少至10 min，并且金片成片率>95%，且金片厚度完全满足王水作业；④通过工业实践找到设备坩埚冷却时间与温度的关系，自主组装定时延时开关，起到节约能耗与人工的目的。优化改造后统计如表4。

表4 合质金工艺优化后统计结果Tab.4 Statistical results of crude gold process after optimization

2.4 王水作业效果对比

公司合质金提纯采用王水溶金还原法，针对水淬工艺和合质金制片工艺金片提纯工艺技术参数统计如表5，从表5看出：①合质金制片工艺王水作业中硝酸用量明显降低，相应的废水及废气产生量减小，产生的废气为酸雾，主要含有氮氧化物、硫化氢和二氧化硫等，该废气用引风机抽入酸雾净化塔碱液淋洗中和吸收，达到国家大气污染物综合排放标准后排入大气[7]，处理成本降低，作业环境得到有效改善，同时降低了王水作业易冒槽的可能性；②通过制片处理后增加了其比表面积，与化学试剂能够充分接触，有利于提高化学反应速率[8]，余金量大大降低，减小了合质金积压量，可提高资金周转率，减小余金返溶带来的作业强度；③明显降低溶金时间，提高出金速度；④减少加热时间，降低能耗，节约成本。