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混汞法選金的理論研究

來(lái)源: 時(shí)間:2019-06-19 08:59:46 瀏覽次數(shù):

一、混汞的理論基礎(chǔ)

混汞提金雖具有悠久的歷史,但對(duì)混汞提金理論的系統(tǒng)研究工作,只是近幾十年才取得較大進(jìn)展?;旃ㄌ峤鹗腔谝簯B(tài)金屬汞對(duì)礦漿中金粒的選擇性潤(rùn)濕(捕集),從而使之與其它金屬礦物和脈石分離,隨后汞向被捕集的金粒中擴(kuò)散而生成汞齊(合金)。接著于蒸汞器中蒸餾汞齊,使汞從汞齊中揮發(fā)分離而獲得金。

混汞過(guò)程中,汞表面與礦漿中金粒表面的接觸是在水介質(zhì)中進(jìn)行的。當(dāng)金與汞接觸時(shí),它們之間形成的新接觸面就代替了原來(lái)金與水和汞與水的接觸面,從而使相系的表面能降低,并破壞了妨礙汞表面與金粒表面接觸的水化層。此時(shí),汞沿著金粒表面迅速擴(kuò)散,并促使相界面上的表面能降低。隨著汞向金粒內(nèi)部的擴(kuò)散,即形成汞金化合物(汞齊),并同時(shí)放出熱量。這種放熱反應(yīng)是由于原子間力的作用結(jié)果。

汞之所以能選擇性地潤(rùn)濕金并向金粒內(nèi)部擴(kuò)散,就在于金粒表面具有的氧化膜##薄這一性質(zhì)。眾所周知,一般金屬表面和空氣接觸,就會(huì)被氧化而生成氧化膜。但金與其他賤金屬比,氧化速度##慢,生成的氧化膜也##薄。這是金易為汞潤(rùn)濕并汞齊化的根本原因。除金外,銀、銅、鋅、錫和鎘等也能與汞結(jié)合成汞齊,甚至鉑也能在鋅或鈉參與下生成鉑汞齊。但銀和鉑等的表面能形成一層致密、堅(jiān)硬的氧化膜,汞齊化比較困難。其他賤金屬則因表面上的氧化膜很難除掉,而不能直接形成汞齊。

二、汞齊的形成、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)

在生產(chǎn)過(guò)程中,金和其他礦物以顆粒狀與汞接觸。此時(shí),其他礦物不被汞捕集而隨礦漿流止,金粒則被汞潤(rùn)濕而捕集(圖1),并向金粒內(nèi)部擴(kuò)散。汞向金粒中擴(kuò)散的過(guò)程,是先于金粒表面生成AuHg2,再逐漸向金粒深部擴(kuò)散生成Au2Hg,直到生成Au3Hg的固溶體(圖2)。在經(jīng)混汞處理過(guò)的粗粒金的中心通常還殘留著沒(méi)有與汞形成汞齊的金。金粒必須同汞接觸約1.5~2h后才能##汞齊化,所以在混汞作業(yè)時(shí)間內(nèi)只有細(xì)粒金達(dá)到##汞齊化。

但在混汞實(shí)踐中,金與汞是不可能達(dá)到平衡的。因?yàn)楣喑3J怯杀砻娓采w汞的金粒、汞金化合物和含少量金的(包括過(guò)剩的)液態(tài)汞組成。生成的汞齊為銀白色的糊狀混合物,它由化合物和固溶體組成,性質(zhì)與一般合金相同。汞齊含金小于10%的為液態(tài),而含金達(dá)12.5%的為致密體。當(dāng)將汞齊加熱至400℃時(shí),汞即升華呈元素狀態(tài)由汞齊中分離出來(lái)。且汞齊易在低于熔點(diǎn)的溫度下分解而析出過(guò)量的汞。

工業(yè)生產(chǎn)中所刮取的汞膏,經(jīng)清水洗凈并壓榨出多余的汞,而獲得致密的固體汞膏。固體汞膏含金量與壓榨力大小和壓濾布稀密有關(guān),通常極接近AuHg2組成的含量(32.95%Au)。且混汞金粒的粗細(xì)還會(huì)直接影響汞膏的含金量。粗粒金混汞時(shí),因金粒中心汞齊化不##,汞膏含金可達(dá)40%~50%。細(xì)粒金混汞時(shí),金粒的汞齊化##,且表面積大。附著的汞多,汞膏含金常只有20%~25%。

汞膏中除金和汞外,還含有其他金屬礦物、石英或脈石碎屑。這些物質(zhì)多為機(jī)械混入物,而不屬于汞的化合物。但汞膏中所含的少量銀和銅等金屬,則是由于這些金屬部分被汞齊化的結(jié)果。

三、影響混汞的因素

混汞過(guò)程中,汞對(duì)金的潤(rùn)濕作用受金的粒度和單體解離程度、金與汞的成分、礦漿介質(zhì)酸堿度、礦漿濃度和溫度、礦物成分,以及混汞工藝配置、設(shè)備和操作條件等因素影響。主要影響因素有:

(一)金的粒度和單體解離程度。金粒的大小、形狀、結(jié)構(gòu)、連生體對(duì)混汞效果的影響,主要決定于金粒從包裹它的礦物中解離的程度,即磨礦(對(duì)砂礦即為擦洗、散碎作業(yè))粒度?;旃ㄗ鳂I(yè)的顯著特點(diǎn)之一,是采用較高的礦漿濃度和較大的磨礦排礦粒度。一般來(lái)說(shuō),適于混汞的金粒在-l~+0.1mm之間。前蘇聯(lián)伊爾庫(kù)茨克研究所對(duì)砂礦重選精礦的混汞試驗(yàn)結(jié)果如圖4。我國(guó)某礦在磨礦循環(huán)中,把混汞板混汞磨礦##粒度0.15mm作為金粒不過(guò)磨的標(biāo)志。在這個(gè)粒度范圍內(nèi)解離的金粒能立即混汞,回收率可達(dá)77%~78. 8%。由此可知,在完善的混汞作業(yè)條件下,混汞效果在這一方面主要決定于自然金的單體解離程度。當(dāng)金粒細(xì)小而又為礦泥或被膜覆蓋時(shí),混汞效果不好。在礦漿濃度大的條件下排礦時(shí),0.03mm以下的微細(xì)金粒易隨礦漿流失,而不易與汞板上的汞形成汞齊,使回收率下降。

(二)金粒的成分。在所有金礦床中,砂金的成色高于脈金的成色。而脈金中,氧化帶礦石中金的成色又高于原生帶礦石中金的成色。在自然金中,除金外主要的組分是銀。銀在自然金中含量的多少,決定著自然金的顏色、比重和它對(duì)可見(jiàn)光的反射能力。此外,自然金中尚含有銅、鎳、鐵、鋅、鉛等雜質(zhì)。在混汞實(shí)踐中,“純”金##易混汞,重金屬雜質(zhì)含量過(guò)多會(huì)影響汞金的質(zhì)量,且降低混汞效果。當(dāng)金粒與黃鐵礦、脈石等成連生體時(shí),則需經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間才能捕收于汞板的末端。

金粒的表面可能為不同的薄膜所覆蓋,薄膜的厚度從小于lμm~100μm。形成這種薄膜的物質(zhì)包括磨礦過(guò)程中從外面帶入和機(jī)械粘附在金粒上的物質(zhì)、鐵磨損后生成的氧化鐵、金礦物的組分和雜質(zhì)反應(yīng)生成的物質(zhì)和作業(yè)機(jī)械上油質(zhì)造成的玷污物等。這些薄膜通常應(yīng)在磨礦期間或混汞以前予以清除,其辦法是加入石灰、氰化物、氯化銨、重鉻酸鹽、高錳酸鹽、堿或氧化鉛等藥劑。

(三)汞的成分。使用含有金、銀及少量重金屬(銅、鉛、鋅均小于0.1%)的汞比使用純汞的效果好。在稀硫酸介質(zhì)中使用鋅汞齊時(shí),不但可捕收金,而且還可以捕收鉑。但當(dāng)重金屬雜質(zhì)在汞中含量過(guò)多時(shí),就會(huì)在汞的表面濃集而大大降低汞的表面張力,使汞對(duì)金的潤(rùn)濕能力降低。如汞中含銅1%時(shí),汞在金上的擴(kuò)散過(guò)程為30~60min;當(dāng)含銅達(dá)5%時(shí),擴(kuò)散過(guò)程就需要2~3h。汞中含鋅0.1%~5.0%,就不會(huì)潤(rùn)濕金,更不會(huì)往金粒中擴(kuò)散。含鋅少于0.05%的汞對(duì)金的潤(rùn)濕性能好。汞中混入大量銅或鐵時(shí),會(huì)使汞齊變硬發(fā)脆,繼而粉化。故在磨礦時(shí)混入大量鐵屑,或礦石中含有易氧化的硫化礦物,或汞與礦石表面的強(qiáng)烈機(jī)械作用,或礦漿中產(chǎn)生的重金屬離子,都會(huì)引起混汞過(guò)程中汞的粉化。汞中含有金、銀,可以加速汞對(duì)金的潤(rùn)濕過(guò)程。當(dāng)金、銀含量達(dá)0.17%時(shí),汞對(duì)金的潤(rùn)濕能力可提高70%;當(dāng)金、銀含量達(dá)5%時(shí),可提高兩倍。

汞的表面會(huì)被油質(zhì)、粘土、滑石、石墨、砷化物、若干硫化物和銻、銅、錫等金屬以及分解生成的有機(jī)質(zhì)、可溶鐵、硫酸銅等物質(zhì)所污染。

汞被污染是由于作業(yè)過(guò)程中有害雜質(zhì)或生成的化合物在汞珠表面生成一層極薄的膜,它遍布在汞珠上形同一層屏障,使汞與金不能直接接觸。且污染膜對(duì)汞有一定的吸附力,它不斷在汞珠表面游動(dòng),但不易脫離開(kāi)。致使汞珠在運(yùn)動(dòng)中不斷被分割、包圍而逐漸變小,終至粉化。嚴(yán)重時(shí)會(huì)隨礦漿流走##,喪失捕金能力。但汞的污染在大多數(shù)礦山一般均較輕,粉化不會(huì)很明顯,對(duì)金的捕收仍然有效。但也有少數(shù)礦山,礦石中含有一些非化學(xué)計(jì)算量的黃鐵礦、磁黃鐵礦、白鐵礦等礦物,這些礦物成分中的少部分硫在晶格中很不穩(wěn)定,隨時(shí)會(huì)游離出來(lái)并氧化成單質(zhì)硫。混汞中它會(huì)與汞作用在汞的表面生成硫化汞。這種污染一般很難克服,除非在混汞前先經(jīng)預(yù)先處理除去單質(zhì)硫。銻和砷的硫化礦物也能與汞生成銻汞、砷汞化合物,而污染汞的表面造成粉化。鐵進(jìn)入汞中會(huì)在汞表面生成灰黑色薄膜,把汞分隔成大量微細(xì)小球。采用早期的鈉汞齊法或蒸餾凈化法都能有效地防止汞的硬脆和粉化。

汞粉化的另一原因是由于汞被過(guò)磨所引起的,這時(shí)汞為水膜包裹而呈微細(xì)小球。

(四)礦漿溫度。汞在常溫下呈液態(tài),它的熔點(diǎn)為-38.89℃,沸點(diǎn)為357.25℃。礦漿溫度過(guò)低時(shí),汞的粘性大,對(duì)金的潤(rùn)濕性差。隨著溫度的上升,汞的活性增強(qiáng),對(duì)混汞作業(yè)有利。但溫度過(guò)高時(shí),汞的流動(dòng)性增強(qiáng)而會(huì)導(dǎo)致部分汞金隨礦漿流失。某廠發(fā)現(xiàn),混汞板上汞金的回收率以2、3、4、11月份##,可達(dá)23%;冬季(12~1月份)降低1%;夏季(6~9月份)降低4%左右。礦漿在10℃時(shí),汞的蒸發(fā)率為1.43mg∕(m2·min);當(dāng)?shù)V漿溫度在10~40℃范圍內(nèi)變化時(shí),溫度每增加10℃,汞的蒸發(fā)量約增加1.2~1.5倍。

(五)礦漿濃度。在溢流外混汞中,礦漿中含固體物料的濃度一般不應(yīng)大于10%~25%,磨礦循環(huán)中板混汞以50%左右的濃度為好,以##金粒有足夠的沉降速度。因外混汞是依靠礦漿在槽內(nèi)流動(dòng)的作用,借助密度的差異使金粒分層,促使自然金粒與混汞板面上的汞有機(jī)會(huì)充分接觸,以達(dá)到捕收金的目的。某礦的磨礦循環(huán)中板混汞經(jīng)多年實(shí)踐證明,他們采用50%的礦漿濃度和0.15mm的磨礦##粒度,獲得了##的回收率。而內(nèi)混汞則是在碎礦設(shè)備中借自然金粒解離時(shí)金粒表面暴露的瞬間被汞捕集的。如在磨礦機(jī)中混汞,主要是考慮磨礦效率。因礦漿濃度在60%~80%時(shí)磨礦效率較高,故在此條件下混汞。當(dāng)在搗礦機(jī)、輾盤機(jī)及混汞筒中進(jìn)行內(nèi)混汞時(shí),礦漿濃度以30%~50%較合適。但內(nèi)混汞作業(yè)結(jié)束后,為把礦漿中分散的汞齊和汞聚集起來(lái)以便回收,此時(shí)應(yīng)把礦漿稀釋到較低濃度。

(六)礦漿的酸堿度。在酸性介質(zhì)或氰化液中(NaCN濃度0.05%)混汞的作業(yè)效果較好,尤以處理性質(zhì)復(fù)雜、有害雜質(zhì)較多的礦石更為有效。因?yàn)樵诨旃^(guò)程中,金粒和汞的表面所生成的氧化物薄膜,能被酸或氰化物所溶解。圖5所示為前蘇聯(lián)某砂金礦床的金在不同介質(zhì)中的混汞效率。

堿的存在能使可溶性鹽類沉淀和消除油質(zhì)的影響。如在磨礦時(shí),由于硫化物的氧化及電化反應(yīng)(內(nèi)混汞時(shí))而產(chǎn)生可溶性鹽類,使汞被賤金屬鹽類所覆蓋;加之,磨礦時(shí)混入的油質(zhì)(機(jī)械潤(rùn)滑油),都會(huì)影響混汞過(guò)程的正常進(jìn)行。采用在堿性介質(zhì)中混汞就能消除這些不利影響。使用石灰作調(diào)整劑,能中和礦酸,減少可溶性鹽類,防止硫化物的影響,減輕機(jī)油的危害,并能使極細(xì)粒的礦泥凝集,減小介質(zhì)的粘度等。但過(guò)量的石灰能抑制含金黃鐵礦并降低汞化速度。通常的石灰添加量為混汞精礦量的4%~5%。

(七)汞板性質(zhì)及作業(yè)坡度?;旃逋ǔ2捎缅冦y紫銅板,也有用純銀板的。后者的投資費(fèi)用較高,板面過(guò)于平滑,捕金效果不夠理想;而前者投資費(fèi)小,且板面較為粗糙,可增強(qiáng)吸汞能力,對(duì)選金有利。

汞板的坡度過(guò)大,礦漿流速快,金粒與汞板接觸機(jī)會(huì)少,容易流失。坡度過(guò)小,礦砂易在汞板上堆積,金粒不易與汞板接觸,也會(huì)減弱甚至失去捕金的作用。某礦所選定的適宜汞板坡度為8度。

(八)添汞量及次數(shù)。汞的漆加量和添加次數(shù)是影響選金效果的因素之一。往汞板上添汞應(yīng)均勻、適量。夏天汞的流動(dòng)性大,應(yīng)勤加少加。冬天一般每隔2~4h加##,井應(yīng)適當(dāng)多加。每噸礦石的加汞量隨礦石含金多少而定。刮汞金次數(shù)亦視礦石含金多少或增或減。當(dāng)?shù)V石含金少時(shí),由于在同一時(shí)間內(nèi)汞板上的汞齊薄,可每隔24h刮金##,這有利于汞金膜的形成,提高金的再捕收,延長(zhǎng)汞板的純作業(yè)時(shí)間。當(dāng)?shù)V石含金多時(shí),則可每班刮金##。

(九)水。所用的水應(yīng)當(dāng)不含酸、重金屬硫酸鹽離子和有機(jī)質(zhì)。為了凈化水,在某些情況下可往水中加入石灰或其他藥劑進(jìn)行預(yù)先處理,使上述有害物質(zhì)隨添加劑一起沉淀,以獲得較好的效果。

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