由于金矿含金品位一般均较低，在4～10g/t者较多，有些应用于堆浸、池浸的金矿品位更低些。因此，使用氰化物作为浸出药剂，用于浸出金、银，必须要研究如何降低氰化物的消耗，达到降低生产成本的目的。按理论计算浸出1克金只需0.5克的氰化钠，但实际生产中是理论计算的50～100倍，原因何在呢？氰化浸出是利用金、银能与氰化物有良好的反应，生成不同价键的金氰络合物或氰化物，而某些伴生金属对氰化物的消耗及氰化物的水解也消耗了大量氰化物，因此分析氰化物的消耗，做好氰化物的用量平衡研究，是生产技术管理的重要内容。目前大多数氰化工艺厂里，氰化物消耗都偏高，而又较少进行这方面的工作，故本文加以阐述、分析，以期提高技术管理水平，提高技术经济指标。
1 氰化物消耗的几个方面
1.1矿物中金、银浸出过程中的消耗
一直以来都使用氰化钠溶解矿石中的金、银，以便从浸出溶液中加以回收，其反应式如下:
2Au+4NaCN+O2+2H2O→2Na[Au(CN)2]+2NaOH+H2O2
2Au+4NaCN+H2O2→2Na[Au(CN)2]+2NaOH
金的氰化过程有的专家认为是一步反应，将上两式合并而成，有的专家认为是两步反应，而反应中产生的过氧化氢(H2O2)是中间过渡瞬间产物。是由于溶解于水中的氧发生氧化作用而生成的。
金的溶解是一个气相、固相、液相三相接触反应，这种多相反应的一般溶解机理分下列四个步骤:
第一步：是溶解于水内部的NaCN离解和溶解O2，它们透过矿物表面的边界层(δ)向金表面扩散;
第二步：矿物表面的金表面择优吸附CN–离子和O2;
第三步：金表面发生溶解金的电化学反应(π键电子移动)
在阳极Au→Au++e
Au+2CN–→Au(CN)2–+e
在阴极：O2+2H2O+2e→H2O2+2OH–
H2O2+2e→2OH–
第四步：金溶解后，生成金氰络合物[Au(CN)2]–，通过搅拌，促使离子扩散，离开边界层向溶液内部扩散，使暴露出新金表面又择优吸附氰根和氧，重复上述过程。金溶解的电化学反应的电动势较其他化合物要大，其顺序:
Au(CN)2–>Ag(CN)2–>Cu(CN)32->Ni(CN)42-
反应速度的快、慢，取决于金的溶解速度，在溶浸槽中加强搅拌，强化扩散速度，是有用的。银也发生反应:
4Ag+8NaCN+O2+2H2O→4Na[Ag(CN)2]+4NaOH
从电化学反应可以知道，溶解1克金消耗0.92克氰化钠，比如原矿中，含金是4～7g/t，那么每吨原矿直接溶解金消耗3.68～6.44克氰化钠。金、银的溶解不仅决定氰化钠的用量，还与浸出的工艺条件，矿石中能与氰化钠起反应的其他伴生成份的种类、含量和氰化钠的质量等因素有关。因此，在实际生产中，氰化物的消耗量为理论值的50～100倍。甚至更高。
1.2矿石中伴生贱金属与氰化物反应中的消耗
在矿石中含有黄铁矿，还有磁黄铁矿、磁铁矿、硫化铜矿、硫酸盐矿、氢氧化物、氧化物等。在碎矿过程中产生了铁粉末，将缓慢地与氰化钠发生反应，增加氰化物的消耗，铁的硫化矿物和氰化钠的反应十分复杂，典型反应是硫化物氧化时，生成的游离硫，或石灰，氢氧化钠与硫化钠作用生成硫代硫酸盐中的硫都会与氰化钠发生反应，生成金属络合物:
FeS2+NaCN→FeS+NaCNS
Fe(OH)2+2NaCN→Fe(CN)2+2NaOH
Fe+6NaCN+2H2O→Na4Fe(CN)6+2NaOH+H2↑
S+NaCN→NaCNS
含有不同类型的铜矿物都会与氰化钠发生反应，生成铜氰络合物，而消耗氰化物。
其反应如下:
2CuSO4+4NaCN→Cu2(CN)2+2Na2SO4+(CN)2↑
2Cu2S+4NaCN+2H2O+O2→Cu2(CN)2+Cu2(CNS)2+4NaOH
由于氰化钠能与许多铜矿物反应并非常强烈，一般每溶解1克的铜，需要消耗2.3～3.4克的氰化物。因此，当有过量的铜矿物存在时，它能很快降低氰化钠的浓度，消耗氰化物，为了使氰化浸出金过程能顺利进行，一般将原矿中铜的含量控制在0.1%以下。
由于Cu2(CN)2易被空气氧化生成孔雀石，往往在炭的表面上发现，这是因为CN–被Cu2+氧化生成氰，这种氰在pH=10.5时，易水解成CNO–，使Cu2++3CN–→Cu(CN)2+1/2(CN)2–，而消耗了氰化物。因此在采用炭浆或炭浸工艺时，必须谨慎。
原矿中含有闪锌矿、菱锌矿，它们也会与氰化钠反应，生成锌氰酸盐，碳酸盐，反应如下:
ZnS+4NaCN→Na2[Zn(CN)4]+Na2S
Na2S+H2O→NaHS+NaOH
2Na2S+2O2+H2O→Na2S2O3+2NaOH
2NaHS+2O2→Na2S2O3+H2O
2Na2S+2NaCN+O2+H2O→2NaCNS+4NaOH
ZnCO3+4NaCN→Na2Zn(CN)4+Na2CO3
闪锌矿在氰化过程中，也要消耗氧与氰化钠，1克锌消耗3.02克氰化钠而反应生成的硫化钠，还将继续与氰化钠反应生成硫氢化钠，由于它们含有较大电荷，吸附在炭上很不牢固，极难氧化，而影响金在炭上的吸附。
原矿中含有毒砂、汞、硒、碲等矿物，均会与氰化钠发生反应，当矿床中含有炭质岩时，特别是含有有机碳时，对氰化钠的吸附能力更强，使氰化物浸出金的反应往往难以进行。
1.3氰化物的水解
在溶液中，随pH值不同，氰化物有不同程度水解反应，水解生成的氢氰酸与溶液碱度大小有关。当pH值高时，反应向左进行；当pH值较低时，反应向右进行，有利于HCN↑的生成。为了防止氰化物的水解损失，一般在矿浆中加入一定量的石灰或氢氧化钠调节。其反应如下:
NaCN+H2O→NaOH+HCN↑
CN–+2H2O→HCOO–+NH3
氰化物水解一部分生成氰氢酸，一部分氧化水解逐渐生成碳酸和氨，在100℃时，CN–损失50%；在130℃时，则损失85%。
在氰化过程中，氰氢酸是剧毒气体，若不处理，一是造成NaCN用量加大，生产成本增加，二是污染环境有损操作人员的健康，但HCN的产生是随溶液中pH值而变化的，在pH=10.5时，只有6.1%氰氢酸产生，当pH值=10时有17%的氰氢酸产生；pH =9.5时就有39.2%；当pH = 9.0时，就有67.1%的产生。因此，在CIP工艺厂里通常是调整pH在11～12。可以控制氰化物的水解。
在实验中发现，决定除去HCN快慢的主要因素是充气速度，温度和溶液的pH值，溶液的表面面积和HCN的质量传送是另一个不可确定的因素，这些因素是受几何形状，紊流状态及气泡大小等影响，可以根据下列经验关系式来决定浓度(C)的变化。
lg×C0/C=(0.0018Q+0.04)θ
式中:Q–空气流量
θ–相对时间
C0–在HCN开始生成时的浓度
如果假定是一级反应动力学的话，这个方程给出了排除CN–的半衰期对静态充气溶液而言，大约是7小时，对强烈搅拌充气溶液大约是1小时。
? 纯水在150℃时，80秒内CN–可全部被破坏，在220℃时，只需40秒。
我们在试验室内配制的含氰化钠为2715mg/L的溶液，在两升氰化浸出槽充气搅拌12小时，CaO与氰化钠的损失率的关系见表1。
氧化钙用量与氰化物的损失率的关系 表1
|
CaO用量
(g)
|
NaCN溶液含量(mg/L)
|
搅拌后NaCN含量(mg/L)
|
NaCN损失 率
(%)
|
|
0
|
2715
|
2180
|
19.7
|
|
1.5
|
2715
|
2630
|
3.1
|
|
3.0
|
2715
|
2715
|
|
|
6.0
|
2715
|
2715
|
|
表1说明了不同碱度情况下，氰化物的水解率，在浸出过程中，加强充气搅拌和加保护碱可以防止氰化物水解。
同样类似的试验也予说明，见表2。
保护碱用且与氰化物水解的关系 表2
|
CaO用量(%)
|
NaOH溶液用量(%)
|
KCN水解率(%)
|
|
0
|
0
|
10
|
|
0.01
|
0.004
|
2.4
|
|
0.2
|
0.008
|
1.2
|
|
0.25
|
0.010
|
微
|
保护碱在氰化浸出过程中的加入地点，可以是磨矿过程或调浆槽内，或兼而加之。当矿石成份复杂，含有一些诸如磁黄铁矿之类的矿物，保护碱可加入磨矿过程中，使一部分有害元素氧化或生成沉淀除去，但保护碱的加入量要适当，一般维持浸出矿浆的pH=11，过低用量不利于防止氰化物的水解，但用量过高能促使带负电荷的矿泥絮凝，促使矿浆沉淀，更重要的是会降低金的溶解速度。
使用石灰乳比使用石灰要好些。
1.4溶液中溶解氧(O2)对氰根(CN–)的氧化
提高金的溶解速度，必有CN–与O2同时参与反应。氧在室温常压下的最大溶解度为8.2mg/L，相当于0.27×10-3mol/L，若加入强氧化剂时，可以提高溶液中氧的浓度，从而大大加速浸出反应。但氧与氰化物参与的比例不能失调，否则浸出速度反而下降。
溶解氧与氰根反应生成氰酸盐，它在碱性溶液中是很稳定的，但在pH<7时，水解产生氨和碳酸氢盐，反应如下:
1/2O2+CN–→(CNO)–
(CNO)–+2H2O→HCO3–+NH3
因此，这个反应可能会在浸出过程中或电积过程中，造成氰化物的消耗。用纯氧以气泡形式通过(pH=10.5)时，在250μg/ml的CN–溶液中，氧化温度在大于50℃时才是显著的。
1.5溶液中其他成分对氰化物的消耗
(1)在搅拌充入空气时，因含有CO2，它也会与氰化物发生反应。
2NaCN+CO2+H2O→Na2CO3+2HCN↑
(2)在原矿中有黄铁矿等硫化矿的硫离子与矿浆中溶解的氧气(O2)，反应生成(亚硫酸、硫酸)盐也会与氰化物发生反应。
FeS+2O2→FeSO4
FeSO4+6NaCN→Na4Fe(CN)6+Na2SO4
在浸出前加入少量的CaO或Ca(OH)2可以中和酸；阻止上述反应的产生:
CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O
在浸出过程时，加CaO的浓度控制在0.03%～0.05%，若CaO用量太多时，会使矿物表面或金表面受到污染或生成CaCO3覆盖薄膜，阻止金与氰化物、氧的接触。
1.6 CN–的碳催化氧化作用
有专家研究指出：当活性碳悬浮在充气的水中时，活性碳每公斤能吸附10～40克氧气。这就表明氧在活性碳上的浓度比氧在水中的浓度高近1000倍，氧是化学吸附在活性碳上，形成过氧化物。也有的元素与活性碳表面结合，可能以各种官能团的形式存在。在活性碳表面上常见的官能团有羧基，酚羟基，醌型羧基，普通型内酯，荧光素型内酯，羧酸酐，环状过氧化物等，前两种官能团占优势。因此表现出活性碳既有在碱性介质中，又有在酸性介质中吸附金的能力。活性碳表面形成的各种官能团，同活性碳表面共同构成活性表面。在有N2和O2存在的条件下，pH=10.5时，温度在20℃时。41小时后达到平衡，对碳进行了CN–的分析，得到每公斤活性碳可吸附7.8克CN–(没有考虑可能的氧化)。
碳的氧化作用与碳的粒度大小，浓度有关，在pH=9.6时，CN–在24小时，损失8%，在pH=10.5时，初始CN–为250μg/ml溶液中，在180℃，CN–损失达65%～95%。在同样条件下，在不存在碳或氢气时，CN–只有≤5%被氧化，CN–是以HCN的形式损失。
1.7矿泥的吸附
矿石中铁的硫化物在氰化过程中会生成氢氧化铁，矿石的硅酸盐在碱性介质中生成胶体氧化硅，它们对氰化物均有一定的吸附能力，使氰化物随浸渣排出而损失。
2 降低氰化物消耗的的几项措施
2.1严格控制进入氰化工艺中原矿含铜品位
铜在浸出过程中是消耗氰化物比例较大的，如一氰化厂在原矿含铜品位为0.548%，第一次浸出母液含铜1161mg/L，消耗年氰化物用量的37.6%。由于溶解液含铜高，为了保持溶液浸出金的活度，还必须相应地提高矿浆中的NaCN浓度。这就更增加了氰化钠消耗。浸出一吨矿石消耗NaCN为11.99公斤，平均金的浸出率为97.38%，所以，控制原矿含铜量，不但可减少由于溶解铜所消耗的氰化钠。而且可以大幅度地降低浸出液中的NaCN浓度。降低铜的品位，可在浸出前进行浮选等方法的预先处理，将铜选出或浸出后，再进行氰化。
NaCN用量与伴生金属溶解的关系 表3
|
NaCN单耗
(kg/t)
|
氰化原矿
|
浸渣
|
回收率(%)
|
浸出液分析(mg/L)
|
|
Au
(g/t)
|
Cu
(%)
|
Au
(g/t)
|
Cu
(%)
|
Au
|
Cu
|
Au
|
Cu
|
CNS–
|
Fe
|
NaCN
|
|
6
|
43.24
|
0.349
|
2.90
|
0.293
|
94.29
|
16.04
|
21.72
|
303
|
579
|
58.8
|
705
|
|
9
|
43.00
|
0.313
|
1.10
|
0.249
|
97.44
|
20.44
|
22.56
|
378
|
813
|
116.0
|
1173
|
|
13
|
43.50
|
0.343
|
1.05
|
0.253
|
97.59
|
26.48
|
22.86
|
498
|
1057
|
257.3
|
2277
|
|
17
|
43.59
|
0.364
|
1.00
|
0.242
|
97.70
|
30.10
|
22.94
|
560
|
1252
|
368.0
|
3500
|
2.2尽量减少CNS–和铁氰络合物的生成
如果原矿含黄铁矿、磁黄铁矿、褐铁矿、赤铁矿等，磁黄铁矿有一个结合不牢固的硫原子，它容易与氰化物反应生成硫氰酸盐，与铁氰络合物，将消耗大量的碱。
Fe4[Fe(CN)6]3+12NaOH→3Na4Fe(CN)6+4Fe(OH)3↓
对于氧化快的硫化物，为了减少在浸出时的有害作用，在浸出前加入足够的碱，并充气搅拌，使有害铁盐变成不溶的Fe(OH)3沉淀。如FeS先氧化成FeSO4，再氧化成Fe2(SO4)3或碱式硫酸铁，它们与Ca(OH)2反应均生成不溶的Fe(OH)3沉淀。
在实际生产中为了检验亚铁化合物是否完全氧化，可采用在调浆槽中加入石灰，充气搅拌，取溶液样品过滤用盐酸调整至酸性加入FeCl3，如生成普鲁士兰，就证明有亚铁氰化物。
硫铁矿还会氧化后与NaCN作用生成硫氰酸盐CNS–，为了消除硫离子影响，可加入铅盐，使之生成硫化铅沉淀，其反应如下:
Na2S+NaCN+1/2O2+H2O→NaCNS+2NaOH
? Na2S+Pb(AC)2→PbS↓+2Na(AC)
有的氰化厂即往浸出槽内加Pb(NO3)2，在试验室内作了浸出过程中添加Pb(AC)2的试验，试验条件为：原矿含金3.5g/t，含银35g/t，磨矿细度-300目占96%，氧化钙3kg/t，氰化钠1.2kg /t ,Pb(AC)2浓度0.005%，经24小时搅拌，浸出率可达90%～93%，尾渣含金品位0.3g/t。
铅盐对消除硫离子的试验结果，见表4。
由表4可知，浸出槽中随着Pb(AC)2用量增加，浸出液中CNS–、Fe、Cu等含量均下降，而滴定氰化钠浓度(主要是游离的)则逐渐上升，金的回收率逐渐上升，故在浸出中添加铅盐无疑会降低氰化物消耗和改善浸出效果。
铅盐对消除硫离子的试验结果 表4
|
Pb(AC)2用量kg/t
|
母液分析mg/L
|
回收率(%)
|
|
总NaCN
|
CNS–
|
Cu
|
Fe
|
滴定*
|
Au
|
Cu
|
|
0.50
|
2139
|
781
|
855
|
2.70
|
2.88
|
94.54
|
19.90
|
|
1.50
|
2131
|
673
|
825
|
1.90
|
3.40
|
94.72
|
19.46
|
|
3.50
|
2129
|
664
|
808
|
1.60
|
3.56
|
95.86
|
18.96
|
|
5.50
|
2074
|
694
|
780
|
1.50
|
3.36
|
97.20
|
18.64
|
|
7.50
|
2108
|
677
|
750
|
1.05
|
3.56
|
86.65
|
17.56
|
|
10.0
|
2129
|
658
|
675
|
1.00
|
4.36
|
86.94
|
15.68
|
|
12.0
|
2077
|
655
|
623
|
1.15
|
4.56
|
97.59
|
15.13
|
*滴定标准液为NaCN(x10-4）
2.3调整好矿浆中CN–浓度与O2浓度的比例
在浸出反应过程要充气和加入氰化钠，才能保证金的浸出，从理论上讲，最理想的是充入氧气，金在溶液中的扩散速度不仅取决于溶液CN–和O2浓度，还取决于单位金表面的CN–浓度，已溶O2的浓度，金粒表面积及双电层厚度。因此，按电化学式表示:
CN–/O2=4x(已溶氧的扩散系数/氰化钠的扩散系数)
=4×(2.76×10-5cm/s ÷1.83×10-5cm/s)=4×1.5=6
此比值称为溶解金的极限溶解离子浓度值。
不同类型的矿石，可以在4.6～7.4范围调整，确定最佳效益比值。如果在浸出过程中，加入过量的氰化钠，或充入大量的氧气，均不会使金的浸出率提高，而造成浪费。因此，在浸出过程，常以分析和控制溶液中的游离氰化物和溶液中的含氧量，以使两者比在6左右。
若伴生金属多时，采用较高的氰化钠浓度。此时，由于许多伴生金属在氰化液中将反应消耗氧，故矿浆中氧浓度高低将显得更为重要，目前广泛使用双叶轮浸出槽，但此种浸出槽难以解决气泡的破灭问题，故使矿浆表面层有较厚泡沫层并发粘，往往导致矿浆跑槽(从槽的表面溢流出)，而操作人员此时就不得不降低充气量，这时使槽内的溶解离子浓度值变小，结果造成大量伴生金属溶解消耗氰化钠，见表3。
NaCN用量与伴生金属溶解的关系：由表3可知，当氰化钠用量由6kg/t增加到17kg/t ，NaCN与Cu的摩尔比分别为3.02、4.03、6.03、8.11。可见NaCN用量为9.0kg/t是比较合适的，既保证了金的较高溶解度，又防上了伴生金属的迅速溶解。
当氰化钠用量为17kg/t，可计算出溶解铜所消耗的NaCN为:
560×2.31×1.857=2402mg
溶解铁所消耗的NaCN为:
368×5.26×1.857=3594mg
溶解硫所消耗的NaCN为:
1252×0.845×1.857=1965mg
上述三种伴生金属溶解就消耗NaCN 7961毫克，折合每吨矿石消7.961公斤，所以控制最佳极限溶解离子浓度比值在生产中是不可忽视的。
使用高效双叶轮节能浸出槽，充气系由中心轴单管鼓入，对于停车较频的氰化碳浆工艺厂，浸出槽中心轴的通道容易堵塞，且不易发现，在条件可能时，对每一个浸出槽的空气管路中安装空气流量计，一方面可以控制充气，另一方面也可随时发现气道是否堵塞，以便及时处理。对于泡沫发粘容易 “跑槽”的矿石，要将冒出的矿浆用泵送入浸出回路中，不要以降低浸出槽的充气量来调节，在有条件的碳浆氰化工艺厂应用溶氧测定仪，以便随时检测浸出液中的溶氧量，一般保持在6～10mg/L。
3 在氰化工艺厂中，要建立氰化物的用量平衡
在碳浆氰化工艺厂里，氰化钠其价格高，用量多，是碳氰工艺的主要消耗药剂。因此，要经常研究氰化钠用量的平衡。所谓氰化物的平衡，就是指检查浸出液排出的氰化物与实际消耗氰化钠之间的平衡，它是涉及着工艺技术指标，经济成本，环保处理等费用的指标。
氰化钠的损耗除了生成各种络合物及化合物外，还有粘土质矿泥的吸附，矿粒的吸附及极少量以氰氢酸逸出。前者消耗应占90%左右。如果低于此值，就应该从氰化钠的质量，原矿组成元素，和水量平衡等方面找原因；或者从操作中的计量；或从“跑、冒、滴、漏”找原因。
