摘要：黄金冶炼过程中杂质的存在严重制约了黄金纯度、生产效率和环境安全，亟需开发高效、低耗、绿色的杂质去除技术，以突破现有工艺瓶颈。文章重点研究黄金冶炼全流程中的杂质问题及其解决方案。首先分析了杂质来源与影响机理，指出金属/非金属杂质通过合金化、毒害反应、吸附包裹等途径降低纯度、推高成本并加剧环境风险。然后针对传统技术效率低、能耗高、选择性差等缺陷，提出创新性技术体系，降低重金属污染风险，为黄金冶炼提供了兼具高效性与可持续性的技术路径。文章中的创新工艺突破了杂质选择性分离、反应动力学强化等关键技术难点，对贵金属冶金领域的技术升级与“双碳”目标达成具有一定实践价值。

　　关键词：电解精炼；化学沉淀法；熔融氯化工艺；重金属分离

　　目前，原生金矿中硫、砷、有机碳及铜铅等重金属杂质占比显著上升，伴生元素通过矿物共生、表面吸附等方式严重影响金的浸出效率与产品纯度。传统焙烧、氰化工艺虽广泛应用，但面临脱杂效率低（硫砷残留＞15%）、试剂耗量大（氰化物单耗达3.5kg/t）、环境污染严重（废气含SOX、AsH3超标5~8倍）等痛点，且对新型难处理矿适应性差。针对这一行业困局，文章聚焦全流程杂质协同去除技术开发，助力黄金冶炼行业精准实现杂质去除。

　　1杂质去除技术分析

　　杂质去除技术是指通过物理、化学或生物手段，黄金冶炼杂质去除技术基于物理分离与化学反应协同：高温熔炼、化学氧化、电解精炼等方法，逐步分离非贵金属、硫化物及氧化物，最终获得99.9%以上高纯度黄金。

　　2黄金冶炼过程中存在的问题

　　2.1杂质种类与来源

　　黄金冶炼过程中杂质的存在是不可避免的，这些杂质主要来源于矿石本身的成分、开采过程中的混入物，以及回收材料中的污染物。常见的杂质包括金属类、非金属类、有机污染物和其他矿物杂质。铜、铁、铅、锌和银等金属杂质通常与金共生在矿石中，例如，铜和铅在高温熔炼时容易与金形成合金，导致黄金颗粒被包裹难以分离。银虽然属于贵金属，但其存在会直接影响黄金的成色，需要额外步骤提纯［1］。非金属杂质（如硫、砷、碳）在冶炼中会生成有害气体或难处理化合物；有机污染物（如塑料、橡胶）燃烧产生有毒烟尘；其他矿物杂质（如石英、黏土）增加熔炼渣量，导致金属损失和能耗上升。杂质来源包括原生金矿、开采碎屑及回收材料残留。

　　2.2杂质对冶炼过程的影响

　　2.2.1降低黄金纯度

　　杂质的存在直接影响黄金的最终纯度。金属杂质如铜和银与金形成合金后，即使经过提纯也可能残留微量成分，导致成色不足，往往需要多次电解或酸洗才能达到标准纯度。非金属杂质，如硫、砷，在高温下与金反应生成难分解的化合物，如硫化金或砷化金，这些化合物需要额外的氧化焙烧或强酸处理才能分离，进一步增加了工艺复杂性。

　　2.2.2增加冶炼成本

　　处理杂质会显著提高冶炼成本。高硫矿石需要额外的脱硫工序，消耗更多燃料和化学试剂；含黏土矿物较多的矿石必须经过破碎和筛选预处理，这会加速设备磨损并增加维护费用。化学试剂的消耗也是一个重要因素，例如，使用氰化物浸出法时，铜等杂质金属会与氰化物发生反应，导致试剂用量增加30%以上，直接增加生产成本［2］。

　　2.2.3延长冶炼周期

　　杂质的处理步骤烦琐，显著延长了冶炼周期。以含砷矿石为例，必须先在高温下焙烧脱砷，再进行熔炼提金，整个流程的时间超过普通矿石的2~3倍［3］。此外，杂质可能阻碍金与溶剂的接触，例如，碳质矿物会吸附金颗粒，导致浸出效率下降，需要更长的反应时间才能达到预期提取率。

　　2.2.4影响环境安全

　　杂质处理不当会引发严重的环境问题。例如，熔炼过程中，砷和硫释放的有毒气体若未经严格净化，可能污染空气；含氰废水泄漏会毒化土壤水源，威胁生态；冶炼废渣含重金属，填埋不彻底或致地下水持久性污染。

　　2.3现有杂质去除技术的局限性

　　2.3.1技术效率低

　　现有技术在实际应用中存在效率不足的问题。物理分选法，如重力选矿对微细金粒（小于0.01mm）或包裹型金矿的分离效果较差，部分金颗粒仍会随杂质流失［4］。化学法，如氰化浸出虽然广泛应用，但矿浆中残留的氰化物和重金属需要多次清洗，处理不彻底时可能污染环境并降低回收率。

　　2.3.2成本高昂

　　杂质去除技术的高成本限制了其普及程度。电解精炼需要铂钛阳极等昂贵材料，中小型冶炼厂往往难以承担设备投资。火法熔炼在1200℃以上的高温下运行，燃料成本占总成本的40%以上，若矿石杂质含量高，能耗将进一步增加。

　　2.3.3环境影响大

　　传统工艺对环境的负面影响不容忽视。硝酸溶解贱金属时产生的大量酸性废水处理成本高，且存在泄漏风险。火法冶炼依赖化石燃料，每处理1t矿石约释放1.5t二氧化碳，加剧温室效应。此外，化学试剂的长期使用可能导致土壤和水体中有害物质积累。

　　2.3.4对特定杂质去除效果不佳

　　部分顽固杂质的去除仍是技术难点。例如，碲化金和铋合金需要高压氧化或特殊熔剂处理，但这些工艺复杂且尚未大规模应用。回收电子废料时，钯和铂等微量贵金属杂质难以精准分离，导致最终黄金纯度不稳定，需要反复精炼才能达标［5］。

　　以上问题表明，黄金冶炼行业亟需开发更高效、低成本且环境友好的杂质去除技术，以应对当前工艺的局限性并推动可持续发展。

　　3杂质去除技术的试验研究

　　3.1技术方案选择与设计

　　针对黄金冶炼中杂质处理的六大核心问题，文章基于问题导向原则，结合热力学计算、数值模拟与实验室验证，系统性设计技术路线。

　　3.1.1预处理阶段

　　预处理阶段主要针对传统机械破碎导致的金粒二次包裹、矿石解离度不足等问题。

　　技术原理：①高压水射流破碎：利用200MPa超高压水流（喷嘴直径0.3mm）产生的空化效应（空泡溃灭瞬间压力＞1GPa），直接冲击矿石内部裂隙，使金颗粒与脉石矿物沿晶界分离。数值模拟显示，当射流速度>800m/s时，矿石内部应力场呈现多向拉伸特性，避免机械挤压导致的金属塑性变形。②微波预处理：基于硫化矿物（如黄铁矿，介电常数ε'=6.5）与石英(ε'=4.0）的介电特性差异，采用2.45GHz微波（功率密度3W/g）选择性加热硫化物，引发局部热应力破裂（硫化物与石英的热膨胀系数分别为12×10-6/K和0.5×10-6/K）。COMSOL多物理场仿真表明，微波辐照10min后，矿石孔隙率从15%提升至32%。

　　3.1.2脱硫脱砷阶段

　　脱硫脱砷阶段主要针对传统焙烧工艺硫砷脱除率低（＜85%），且生成FeO包裹层等问题。

　　技术设计：①构建旋转式微波反应器（转速5rpm），通过动态受热消除局部温度梯度。设定微波功率8kW，控温600℃,使As2S3氧化生成气态As2S3(ΔG600℃=-285 kJ/mol），并通过负压抽排系统捕集（捕集效率＞98%）。②通入氮气（流量2L/min）抑制FeS2氧化，化学式如式（1）：

　　3.1.3浸出阶段

　　浸出阶段，主要应对氰化法毒性高、浸出周期长(>24h）等问题。

　　溶液体系设计化学式如式（2）：

　　①主浸出剂：硫代硫酸钠（0.5mol/L），pH=10.5（NH3-NH4Cl缓冲液），Cu2+（0.02mol/L）作为催化剂，反应活化能降低至45kJ/mol（传统氰化法为68kJ/mol）。②超声波强化：40kHz超声波（功率密度50W/L）产生空化效应，局部微射流冲击矿物表面，使金络合物扩散速率提升3倍。通过有限元分析优化，确定液固比4∶1、温度45℃为最佳条件。

　　3.1.4电解精炼阶段

　　电解精炼阶段主要对应直流电解银残留高(>500ppm）、电流效率低（65%）等问题。

　　电解槽设计：①三级串联电解槽（阴极面积比3∶2∶1），首槽电解液含AgNO3（50g/L），利用Ag+优先沉积特性（E°（Ag+/Ag）=0.80V vsE°（Au3+/Au）=1.50V），实现银的梯级分离。

　　脉冲电源参数：正向电流密度200A/m2（脉宽3ms），反向电流密度50A/m2（脉宽1ms），占空比30%，抑制浓差极化（过电位降低0.12V）。

　　3.2试验材料与设备准备

　　基于以上理念，矿石样品取某金矿的含砷硫化物型金精矿，化学成分如表1所示。

　　试剂：研究采用的硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O，CAS号10102-17-7）为Sigma-Aldrich产分析纯级试剂（货号72049），纯度≥99.5%，其晶型完整度经XRD验证（JCPDS 37-0483），水溶液pH值（10%浓度）稳定于6.8~7.2区间，硫代硫酸根离子（S2O32-）浓度通过碘量法标定为0.1mol/L±0.5%。微波吸收剂选用四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒，采用水热法制备（反应条件：180℃/12h，FeCl3·6H2O与FeSO4·7H2O摩尔比2:1），经TEM表征为立方晶系单分散颗粒，平均粒径50±5nm，BET比表面积65m2/g，饱和磁化强度78emu/g，微波热转化效率优异。改性小球藻由氨基硅烷偶联剂表面接枝制备。FTIR分析显示在1020cm-1处出现Si-O-C特征峰，XPS证实As(Ⅲ)吸附位点N 1s结合能增加1.2eV，Langmuir模型拟合最大砷吸附容量达120mg/g（pH=5，25℃),选择性系数K（As/Cu）=8.3，再生5次后吸附容量保持率＞85%。所有试剂均经0.22μm微孔滤膜预处理，保存于氮气氛围手套箱（H2O＜0.1ppm，O2＜0.5ppm）。

　　微波-水射流耦合系统采用高压水泵（MAXIMATOR G35，压力0~250MPa可调）与微波反应器（CEM Mars 6，频率2.45GHz，功率0~1500W）相结合，实现高效的材料处理与反应。浸出-超声协同装置则利用超声波发生器（Branson450，频率20~60kHz，功率0~1000W）和钛合金反应釜（Parr 4848，耐压5MPa）进行浸出与超声波的协同作用，提升反应效率。电解精炼系统配备脉冲电源（TDK-Lambda GEN600-26）和钛基IrO2阳极（活性面积0.1m2），确保电解过程的精确控制与高效精炼。

　　3.3试验过程与方法

　　预处理试验中，首先通过高压水射流破碎将矿石破碎至-10mm，置入水射流舱室，设定压力200MPa、靶距20mm、处理时间15min，收集产物进行筛分并测定-200目占比；随后将破碎后矿样（500g）置于微波反应器中，在氮气氛围下以10℃/min升温至450℃,保温30min，冷却后通过SEM-EDS面扫描法检测金暴露率；微波动态焙烧试验中，将预处理矿样与Fe3O4纳米颗粒（添加量3wt%）混合，旋转式微波反应器600℃、8kW、5rpm焙烧60min，后续开展硫代硫酸盐浸出与脉冲电解试验。电解液组成为Au3+15g/L、Ag+50g/L、H2SO4 1mol/L，采用三级串联电解槽，脉冲电流密度200A/m3，电解12h，阴极片经王水溶解后通过AAS测定Au、Ag纯度。

　　3.4试验结果与分析

　　预处理效果验证中，微波-水射流协同处理后，工艺测试项目如表2所示。

　　SEM-EDS显示金颗粒裸露面积占比达92.30%，激光粒度仪显示-200目占比78.50%；硫砷脱除率高，焙砂比表面积增，浸出率达96.40%，数据拟合符合收缩核模型，控制步骤为扩散，表观速率常数为0.152min-1，高于传统法的0.067min-1。电解纯度与能耗分析中，三级脉冲电解使Au纯度达99.992%，电流效率高，吨金电耗降低。该工艺体系多技术耦合创新，提效降耗、清洁生产，金纯度达99.992%，助力黄金冶炼绿色转型。

　　4结语

　　综上所述，文章通过集成高压水射流破碎、微波动态焙烧、硫代硫酸盐-超声波协同浸出及脉冲多级电解等技术，系统解决了黄金冶炼中杂质去除效率低、成本高、周期长及环境污染等核心难题，兼具显著的经济效益和环境友好性，对推动资源循环利用战略实施具有一定作用。

　参考文献

　　［1］崔崇龙，孙青波，迟崇哲，等.某黄金冶炼企业高盐工艺水处理试验研究［J］.黄金，2024，45（2）：93-98.

　　［2］党政财.黄金选矿及冶炼过程中废水处理技术研究［J］.户外装备，2020（11）：58.

　　［3］陈颖洲.山东黄金冶炼公司：制造变“智造”发展更高效［J］.山东国资，2024（6）：36.

　　［4］王虎.某高浓度黄金冶炼废水分步多级沉淀工艺研究［J］.现代矿业，2023，39（10）：254-256.

　　［5］柯浩奇，王书晗，向有缘，等.黄金中杂质元素的检测及健康风险评估［J］.广东化工，2024，51（10）：148-152.