Дипломная (вкр): Метод сорбционного выщелачивания золота из руд

Процесс амальгамации имеет большую эффективность, когда частицы самородного золота вскрыты измельчением и не имеют поверхностных пленок, а пульпа не содержит твердых эмульгаторов.

В настоящее время амальгамация практически не используется для извлечения золота из руд и концентратов вследствие трудности обеспечения техники безопасности при работе с ртутью и возможности загрязнения окружающей среды [6,8].

2.3 Гидрометаллургические методы извлечения золота из руд

Роль гидрометаллургии в производстве драгоценных благородных металлов очень велика. Широкое использование гидрометаллургии непосредственно связано с разработкой и практическим использованием автоклавных процессов, эффективных ионообменных и экстракционных методов извлечения из водных растворов. Эти методы позволяют повысить извлечение металлов из рудного сырья, комплексность его использования с высоким извлечением всех ценных компонентов, и, соответственно, экономическую эффективность этих методов. Гидрометаллургические процессы включают в себя извлечение (выщелачивание) металлов из руд и концентратов при их обработке водными растворами химических реагентов с последующим выделением из раствора металла или его химического соединения. Важным фактором для выбора гидрометаллургических методов является избирательное извлечение металлов из бедных и труднообогатимых руд с минимальными затратами реагентов в простой аппаратуре при низких температурах. Наглядным примером служит технология извлечения золота цианистыми растворами. Вследствие истощения природных ресурсов постепенно в эксплуатацию вводятся месторождения бедных и упорных руд, для которых высокое извлечение металла из руды в концентрат во многих случаях может быть достигнуто только сочетанием физических методов обогащения с гидрометаллургическими операциями, в результате которых получают «химический концентрат».

Рассмотрим и сравним методы выщелачивания золота из руд [3].

2.3.1 Тиомочевинное (тиокарбамидное) выщелачивание золота

Впервые метод тиокарбамидного выщелачивания для извлечения золота из сурьмянистых руд был предложен Плаксиным И.И. и Кожуховой М.А. в начале 40-х годов XX века. Выщелачивание протекает по реакциям, рассмотренным в таблице 1 [2].

Таблица 1 - Основные полуреакции, протекающие в процессе

Суммарная реакция:

Au + Fe2(SO4)3 + 2CS(NH2)2 →{Au[CS(NH2)2]2}2 SO4 + 2FeSO4.

Преимущества метода тиокарбамидного выщелачивания перед цианированием:

скорость процесса растворения золота выше примерно в 10 раз;

меньший удельный расход и коррозионная активность реагента;

небольшое влияние со стороны ионов-примесей;

отсутствие СДЯВ в процессе растворения;

возможность дополнительного вскрытия золота.

К недостаткам этого метода стоит отнести высокую стоимость реагентов (тиомочевина дороже NaCN на 25%) и необходимость использования в процессе кислостойкого технологического оборудования.

Поэтому в промышленном масштабе тиомочевина применяется лишь на предприятиях с очень богатым концентратом, что оправдывает затраты на реагент [2,8].

2.3.2 Тиосульфатное и аммиачно-тиосульфатное выщелачивание

В последнее время за рубежом отмечено падение интереса к тиомочевинному варианту растворения золота из-за высокой токсичности этого реагента. Реальной альтернативой цианированию является именно тиосульфатное выщелачивание.

Процессы тиосульфатного и аммиачно-тиосульфатного выщелачивания золота протекают по двум реакциям.

в кислой среде ( тиосульфатное выщелачивание):

4Au + O2 + 8S2O32- + 4H+ → 4Au(S2O3) 23- + H2O,

в щелочной среде (аммиачно-тиосульфатное выщелачивание):

Au + 5S2O32- + Cu(NH3)42+ → Au(S2O3) 23- + 4NH3 + Cu(S2O3)35-

Извлечение благородных металлов с помощью тиосульфатных растворов известно от начала XX века. Как известно, золосодержащие руды подвергали хлорирующему обжигу, а затем обрабатывали тиосульфатным раствором. Последующие исследования были посвящены тиосульфатному выщелачиванию золота из различных концентратов при повышенных температуре и давлении [2].

Аммиачно-тиосульфатное выщелачивание применимо к упорным для цианистого процесса рудам: марганцевым и медистым. Оптимальные условия сохраняются поддержанием в растворе рН на уровне 7-8 ед. Это обеспечивает устойчивость тиосульфат-ионов. Также этим способом можно добывать золото и серебро из хвостов окислительного выщелачивания в присутствии меди.

Преимущества:

кратковременность процесса выщелачивания;

дешевизна и малая токсичность реагентов;

законченный цикл обработки руды с извлечением Au и Ag на месте;

комплексное использование сырьевой базы.

Несмотря на значительные преимущества метода, имеется и ряд недостатков, таких как:

высокие (до 50%) потери тиосульфата, которые определяются неоптимальными значениями концентраций и pH, наличием некоторых примесей и бактерий, ультрафиолетовым облучением;

сильное разбавление пульпы (отношение Ж:Т = 6:1);

большие затраты на обогрев пульпы до нужной температуры (800С). Поэтому этот метод не находит широкого промышленного применения [8].

2.3.3 Бактериальное выщелачивание золота

Бактериальное выщелачивание - это избирательное извлечение химических элементов из многокомпонентных соединений посредством их растворения микроорганизмами в водной среде. Таким образом, можно извлекать из руд и отходов производства. ценные компоненты (золото, уран и др.) или вредные примеси.

Пионерами исследований по бактериальному выщелачиванию золота были институт Пастера (Франция) и университет г. Дакар (Сенегал), работы которых появились в печати в 60-х годах XX века [2].

Существенная интенсификация процесса выщелачивания достигается в присутствии бактерий. Например, тионовые бактерии Thiobacillus ferrooxidans могут применяться для выщелачивания меди, никеля, цинка, мышьяка, кадмия, золота и других металлов.

Бактериальные методы извлечения золота из руд базируются на результатах изучения микрофлоры крупных золоторудных месторождений, позволивших выделить культуры доминирующих видов бактерий и грибов. Установлено, что повышенной активностью в процессе растворения золота обладают представители родов Bacillus, Bacterium, Chromobacterium.

Микроскопические грибы, в отличие от бактерий, способны аккумулировать золото из растворов. Наиболее эффективны представители родов Aspergillus niger и Aspergillus oryzae.

В процессах бактериального выщелачивания золота определяющая роль принадлежит продуктам микробного синтеза: аминокислотам, пептидам, белкам и нуклеиновым кислотам. Углеводы в растворении золота участия не принимают [8].

В России и Канаде разрабатываются технологии бактериального выщелачивания мышьяка и вскрытия тонковкрапленного золота из упорных золотосодержащих концентратов перед их цианированием. Это позволяет исключить дорогостоящий процесс обжига, загрязняющий атмосферу ядовитыми соединениями мышьяка.

Преимуществами бактериального выщелачивания являются:

простота аппаратурного оформления процесса;

доступность использования во всех способах выщелачивания, не связанных с повышенными давлениями и температурой.

возможность быстрого размножения бактерий, особенно при возвращении в процесс отработанных растворов, содержащих живые организмы.

Основным недостатком этого метода является малая скорость извлечения золота в биологических процессах по сравнению с другими методами. К тому же при переработке сульфидных руд происходит усиление дренажа кислых вод, что влечет за собой закисление окружающего грунта.

Поэтому метод биовыщелачивания применяется в промышленности в меньших масштабах, чем цианидный метод [9].

.3.4 Извлечение золота с применением органических растворителей

В результате поиска альтернативных процессов появились разработки новых технологических схем с использованием неводных или смешанных растворителей. Наибольший интерес представляют системы, где в качестве окислителя применяют хлорид меди (II), а неводных растворителях − диметилформамид, диметилсульфоксид и ацетонитрил. Известно, что прибавление смешивающегося с водой органического растворителя изменяет гидродинамические характеристики (вязкость, коэффициент диффузии) и диэлектрическую проницаемость среды; неводный растворитель вступает в реакции ассоциации, сольватации (поверхности, исходных и промежуточных соединений, продуктов реакции), а также может выступать в качестве лиганд в реакциях комплексообразования [2].

Было замечено, что золото растворяется в нитрилах: ацетонциангидрине (CH3)2C(OH)CN, лактонитриле CH3CH(OH)CN, гликольнитриле HOCH2CN. Растворение металла происходит только в присутствии щелочи. Использование органических растворителей, таких как ацетонитрил, диметилсульфоксид, диметилформамид позволяет повысить скорость растворения золота и серебра, значительно упрощает процесс извлечения металла из раствора (путем отгонки растворителя), что открывает перспективу создания эффективных технологий извлечения и аффинажа.

Основными недостатками этого метода являются высокая стоимость реагентов и их дефицитность. Ввиду этих обстоятельств метод является неэффективным для промышленного применения [8].

2.3.5 Бромцианирование

Перед цианированием извлекают свободное золото на амальгамационных или ворсистых шлюзах. Бромцианирование производят перемешиванием тонкоизмельченной руды сначала с раствором цианистого натрия при слабой щелочности продолжительное время. Затем раствор сливают и пульпу нейтрализуют разведенной серной кислотой, так как щелочь легко разлагает бромистый циан. Далее вновь перемешивают при щелочности ниже 0,02% CaO и до нейтральной реакции с добавкой бромистого циана по частям. Перемешивание ведут 4-5 часов в закрытом чане. Слабый водный раствор бромистого циана не изменяется несколько суток. Бромистый циан получают смешиванием KBr, KBrO3, KCN, H2SO4 по реакции:

2KBr + KBrO3 + 3KCN + 3H2SO4 = 3BrCN + 3K2SO4 + 3H2O

Стоит отметить, что данный метод не имеет эффективного промышленного использования ввиду низкой степени извлечения золота [7].

2.3.6 Извлечение золота цианированием

Развитие технологии цианирования было бы невозможным без разработок таких ученых как Шееле и Багратиона, которые впервые обнаружили способность золота растворяться в водных растворах цианидов. Так, в России была построена цианистая фабрика в Березовске (1897), а в 1898г и на Кочкарском руднике [1].

Цианидное выщелачивание на сегодняшний день является основным способом извлечения золота из руд, как в традиционной технологии, так и при геотехнологической добыче. В качестве реагента используются соли циановой кислоты - цианиды натрия или калия концентрацией 0,02-0,3%. Растворение золота в присутствии окислителя происходит по реакции:

Au + 4NaCN + 1/2O2 + Н2O = 2NaAu(CN)2 + 2NaОН

Золото переходит в раствор в виде золотоцианистого натрия, который диссоциирует на ионы Na+ и [Au(CN)2]-.

Комплексный ион [Au(CN)2]- затем направляют на сорбцию ионообменными смолами, активным углем или осаждают цементацией (Zn мет.)

Преимущества метода цианирования:

высокая степень извлечения - золота до 95%;

низкая стоимость передела;

простота аппаратурного оформления;

температура процесса 20°С;

Самый главный недостаток этого метода - очень высокая токсичность цианистых солей, ввиду гидролиза NaCN.

Но, несмотря на это обстоятельство, цианидный метод широко используется в промышленных масштабах [1].

Перколяционное выщелачивание

Перколяционное выщелачивание - это процесс извлечения золота посредством естественного фильтрования цианистых растворов через слой золотосодержащей руды, помещенной в чан с ложным днищем. Метод пригоден лишь для грубозернистых материалов, частицы которых легкопроницаемы для цианистых растворов, ввиду малой скорости фильтрации. Золото должно быть достаточно мелкое. Обычно перколяции подвергают классифицированные пески с частицами крупностью 0,2 - 1мм. Продолжительность полной обработки песка одной загрузки песка ( обычно 4-8 суток) зависит от скорости просачивания, количества растворов и режима обработки, определяемых вещественным и гранулометрическим составом песка [1].

Обычно выщелачивание просачиванием осуществляют в чанах круглой или прямоугольной формы последовательно заливкой порций цианистых растворов убывающей концентрации. Первые крепкие растворы содержат (0,1- 0,2) % NaCN, средние 0,05-0,08 и слабые 0,03-0,05 %.

Полученные золотосодержащие растворы идут на осаждение золота. Выщелоченные и промытые пески выгружают сухим или гидравлическим способом.

Расход реагентов зависит от характера обрабатываемого материала и составляет (0,25-0,75) кг цианида и 1- 2 кг извести на 1 т сухого песка.

Преимущества перколяционного выщелачивания:

простота аппаратурного оформления;

относительная дешевизна процесса;

небольшой расход электроэнергии.

Недостатком же является невысокое (обычно 60%) извлечение золота. Поэтому использование этого метода в промышленности малоэффективно[5].

Кучное выщелачивание

Процесс кучного выщелачивания заключается в том, что руда, уложенная в виде штабеля (кучи) на специальном водонепроницаемом основании (площадке) орошается сверху цианистым раствором. При медленном просачивании раствора через слой руды происходит выщелачивание золота и серебра. Стекающий снизу раствор идет на извлечение благородных металлов [1].

Метод пригоден для переработки руд, указанных в пункте 2.3.6.1. Обычно кучному выщелачиванию подвергают руду после дробления до крупности 5-20 мм. Присутствие глинистых веществ снижает проницаемость кучи, замедляет выщелачивание и уменьшает извлечение золота.

Кучное выщелачивание проводят на открытом воздухе на специально подготовленных площадках. Для придания площадке водонепроницаемых свойств ее покрывают слоем бетона, асфальта или утрамбованной глины. Кучи орошают цианистым раствором с помощью специальных разбрызгивающих устройств (форсунок), установленных над ними.

Золотосодержащий раствор, вытекающий из оснований кучи, стекает в облицованные пластиком дренажные канавки, проложенные рядом с кучей вдоль ее длинных сторон, и по ним отводится в пруд-сборник.

Преимущества кучного выщелачивания:

возможность переработки бедных руд;

простота технологического процесса;

низкие капитальные затраты.

Недостатки:

длительность процесса (30-90 суток);

низкое извлечение золота (50-70%).

Ввиду этих недостатков метод используется в промышленности, но не так эффективно как цианирование перемешиванием [2].

Цианирование перемешиванием

Цианирование перемешиванием - значительно более эффективный процесс по сравнению с цианированием просачиванием. Это объясняется хорошим вскрытием выщелачиваемого золота, благоприятными условиями диффузионного подвода ионов CN¯ и молекул растворенного кислорода к поверхности золотин, и энергичным накислороживанием пульпы в процессе выщелачивания.

Рудные пульпы, поступающие на цианирование перемешиванием, имеют повышенную вязкость, что затрудняет диффузию ионов CN - и молекул растворенного кислорода к поверхности, растворяющихся золотин. Поэтому необходимо энергичное перемешивание и непрерывное насыщение пульпы кислородом воздуха.