Reagensi za inhibiranje luženja bakra u cijanidaciji rude zlata koja sadrži bakar

Uvod

Cijanidacija je široko korišćena i efikasna metoda za ekstrakciju zlata iz ruda koje sadrže zlato, posebno u slučaju ruda zlata koje sadrže bakar. Zasniva se na sposobnosti cijanid jonda formiraju stabilne komplekse sa zlatom, omogućavajući rastvaranje zlata iz rudne matrice. Osnovna hemijska reakcija u procesu cijanizacije zlata je 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH. Ovaj proces je bio kamen temeljac industrije iskopavanja zlata više od jednog veka zbog svoje relativno visoke efikasnosti i dobro razumljive tehnologije.

Međutim, kada se radi o bakarnim rudama koje sadrže zlato, prisustvo mineral bakras predstavlja značajne izazove. Uobičajeni minerali bakra povezani sa zlatom, kao što su halkopirit (CuFeS_2), halkocit (Cu_2S), malahit (Cu_2(OH)_2CO_3) i azurit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), prilično su reaktivni u rastvorima cijanida. Na primjer, u mediju koji sadrži cijanid, halkocit može reagirati na sljedeći način: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Ove reakcije dovode do potrošnje velike količine cijanida. Prekomjerna potrošnja cijanida ne samo da povećava troškove proizvodnje, već ima i ekološke implikacije zbog toksičnosti cijanida.

Štaviše, rastvaranje bakra može ometati naredne procese oporavak zlata. Visok nivo bakra u rastvoru cijanida može smanjiti efikasnost formiranja kompleksa zlato - cijanid, čime se smanjuje zlato brzina ispiranja. To je zato što se bakar takmiči sa zlatom za jone cijanida i kiseonik u rastvoru, narušavajući hemijsku ravnotežu potrebnu za efikasno rastvaranje zlata. U nekim slučajevima, prisustvo bakra također može uzrokovati probleme u daljnjim procesima kao što su cink - cementacija ili ugljik u pulpi (CIP) za oporavak zlata, što dovodi do nižih stopa izdvajanja zlata i lošeg kvaliteta proizvoda.

Zbog toga je od velikog značaja pronalaženje efikasnih reagenasa za inhibiciju ispiranja bakra tokom cijanizacije ruda zlata koje sadrže bakar. Takvi reagensi mogu pomoći u optimizaciji procesa cijanizacije, smanjenju potrošnja cijanida, i poboljšati ukupnu efikasnost vađenja zlata, čineći rudarske operacije ekonomski održivijim i ekološki prihvatljivijim. U sljedećim poglavljima ćemo istražiti različite reagense koji su proučavani i korišteni u tu svrhu.

Karakteristike luženja bakra u rastvorima cijanida

U rastvorima cijanida, minerali bakra povezani sa zlatom pokazuju različita ponašanja pri ispiranju. Uobičajeni primarni minerali bakra kao što su halkopirit (CuFeS_2) i halkocit (Cu_2S), zajedno sa malahitom (Cu_2(OH)_2CO_3), azuritom (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), bornitom (Cu_5FeS_4), kupritom (Cu_2O) su relativno.

Ovi minerali bakra mogu se izlužiti na sobnoj temperaturi (25^{\circ}C). Stopa ispiranja bakra varira u velikoj mjeri, u rasponu od 5 - 10% do preko 90%. Na primjer, malahit i azurit, koji su bakro-karbonatni minerali, prilično su reaktivni u otopinama cijanida. Hemijska reakcija malahita sa cijanidom može se izraziti kao Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Ovo pokazuje da se pod dejstvom cijanida, bakar u malahitu može efikasno rastvoriti.

Kada se radi o koncentratima zlata sa visokim sadržajem bakra, proces luženja tokom cijanizacije ima neke "kliničke" simptome. Potrošnja cijanida postaje izuzetno visoka. Generalno, za različite minerale bakra, otapanje 1 grama bakra zahteva potrošnju od 2.3 - 3.4 grama Natrijum cijanid. Istovremeno, rastvaranje bakra takođe troši kiseonik u rastvoru. Na primjer, u procesu luženja halkocita dolazi do reakcije 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH, koja ne samo da troši veliku količinu cijanida već i značajnu količinu kisika.

Štaviše, efekat ispiranja postaje relativno slab. Visok nivo bakra u rastvoru cijanida može smanjiti efikasnost formiranja kompleksa zlato - cijanid. Bakar se natječe sa zlatom za jone cijanida i kisik u otopini. Kao rezultat toga, hemijska ravnoteža potrebna za efikasno rastvaranje zlata je poremećena. To dovodi do smanjenja stope ispiranja zlata i također može uzrokovati probleme u kasnijim procesima povrata zlata kao što su cink - cementacija ili ugljik u pulpi (CIP), što u konačnici rezultira nižim stopama izdvajanja zlata i smanjenom kvalitetom proizvoda.

Uobičajeni reagensi za inhibiciju luženja bakra

olovne soli

Soli olova se često koriste kao reagensi za inhibiranje luženja bakra u cijanizaciji ruda zlata koje sadrže bakar. Često korištene soli olova uključuju olovni nitrat (Pb(NO_3)_2), olovni acetat (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) i olovni oksid (PbO).

Uzmimo olovni acetat kao primjer. Istraživanja su pokazala da dodavanje olovnog acetata prije ispiranja cijanida može učinkovito inhibirati ispiranje bakra, poboljšati ispiranje zlata i srebra i smanjiti potrošnju Sodium Cyanide. Za određeni koncentrat zlata sa udjelom bakra od 4.92%, kada se prije luženja direktno doda 150 g/t olovnog acetata, pod uvjetima finoće mljevenja od -0.037 mm veličine čestica što čini 95%, vrijeme luženja od 48 h, koncentracija natrijevog cijanida od 0.5%, koncentracija zlata od 12%, pH 40 p. u ostatku luženja može se smanjiti na 1.20 g/t, brzina izluživanja zlata dostiže 97.55%, stopa izvlačenja srebra je 60.28%, a potrošnja natrijum cijanida je 14.37 kg/t. Ovo jasno pokazuje pozitivan efekat olovnog acetata u ovom procesu.

Inhibicijski mehanizam soli olova može biti povezan sa stvaranjem nerastvorljivih jedinjenja. Na primjer, olovo može reagirati sa supstancama koje sadrže sumpor u rudi i formirati nerastvorljivi olovni sulfid. Ova reakcija smanjuje količinu tvari koje sadrže sumpor i koje mogu reagirati s mineralima bakra, čime se inhibira otapanje minerala bakra. Osim toga, soli olova mogu utjecati na površinska svojstva minerala bakra, smanjujući njihovu reaktivnost u otopini cijanida.

Helatni agensi (npr. limunska kiselina)

Helatni agensi, kao što je limunska kiselina, takođe mogu igrati ulogu u inhibiciji luženja bakra tokom cijanizacije. Sredstva za pomoć helirajućem tipu ispiranja poput limunske kiseline djeluju kroz jedinstveni mehanizam. Limunska kiselina sadrži karboksilne i hidroksilne grupe, koje mogu da keliraju sa štetnim jonima kao što su Cu^{2 +}, Zn^{2+}, Fe^{2+} i Fe^{3+} u pulpi da formiraju stabilne helate.

Na primjer, karboksilna grupa u limunskoj kiselini može koordinirati s ionima metala kroz usamljeni par elektrona atoma kisika, formirajući strukturu nalik prstenu. Kelatiranjem ovih metalnih jona, limunska kiselina može eliminisati njihov negativan uticaj na proces luženja cijanidom, kao što je smanjenje njihove potrošnje kiseonika u rastvoru. Štaviše, limunska kiselina može inhibirati rastvaranje minerala šljaka kao što su minerali koji sadrže kalcijum i magnezij. Može stupiti u interakciju s površinom ovih minerala lanca, mijenjajući njihov površinski naboj i hidrofilno - hidrofobna svojstva, što ih čini težim za otapanje u otopini cijanida. Ova inhibicija minerala lanca takođe može poboljšati "efikasni aktivni kiseonik" u pulpi. Kada je manja vjerovatnoća da će se minerali lanca rastvoriti, oni troše manje kisika, a više kisika je dostupno za cijanidaciju zlata, što je korisno za ispiranje zlata. Općenito, dodavanje limunske kiseline može pomoći u stvaranju povoljnijeg hemijskog okruženja za cijanizaciju zlata, smanjujući interferenciju jona drugih metala i poboljšavajući efikasnost ekstrakcije zlata.

Ostalo (Kratak uvod)

Pored gore navedenih reagensa, kontrola koncentracije cijanidnih jona takođe može biti efikasan način za slabljenje rastvaranja bakra. Kada se koncentracija cijanidnih jona pravilno kontrolira unutar određenog raspona, brzina reakcije minerala bakra s cijanidom može se smanjiti. Na primjer, za neke rude zlata sa relativno visokim sadržajem lako topivih minerala bakra, održavanjem koncentracije slobodnih CN^ - jona na relativno niskom nivou (kao što je 0.05% - 0.10%), brzina rastvaranja minerala bakra može se značajno usporiti, dok je brzina rastvaranja minerala zlata još uvijek relativno visoka rastvaranja minerala zlata, tako da na minerale zlata djeluje relativno visoko.

Druga metoda je korištenje sistema amonijak - cijanid. U sistemu amonijak – cijanid, amonijak može formirati komplekse sa ionima bakra, koji u određenoj meri mogu inhibirati ispiranje bakra. Međutim, zbog velike isparljivosti amonijaka, teško je održati stabilnu koncentraciju u procesu industrijske proizvodnje, što ograničava njegovu industrijsku primjenu u velikim razmjerima. Iako ova metoda ima prednost u smanjenju ispiranja bakra, potrebno je dalje rješavati izazove u praktičnom radu i isplativosti.

Faktori koji utječu na učinak reagensa

Na efikasnost reagenasa koji se koriste za inhibiranje luženja bakra tokom cijanizacije ruda zlata koje sadrže bakar utiče nekoliko faktora, koji su ključni za razumevanje za optimizaciju procesa cijanidacije.

Ore Properties

1. Vrsta bakarnih minerala

1. Različiti minerali bakra imaju različite reaktivnosti u rastvorima cijanida. Na primjer, bakar-karbonatni minerali kao što su malahit (Cu_2(OH)_2CO_3) i azurit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2) su relativno reaktivniji u poređenju sa nekim primarnim sulfidnim mineralima bakra kao što je halkopirit (CuFeS_2). Malahit lako reaguje sa cijanidom prema reakciji Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Ova visoka reaktivnost znači da kada se koriste reagensi za inhibiranje luženja bakra, veća doza može biti potrebna za rude bogate takvim reaktivnim mineralima bakra.

2. Nasuprot tome, halkopirit ima složeniju strukturu i zahtijeva više energije i specifične reakcione uslove da bi se rastvorio u rastvorima cijanida. Međutim, pod određenim uvjetima, još uvijek može doprinijeti značajnoj potrošnji cijanida. Razumijevanje dominantnog tipa bakra – minerala u rudi je prvi korak u određivanju odgovarajućeg reagensa i njegove doze.

2. Sadržaj bakarnih minerala

1. Što je veći sadržaj bakra – minerala u rudi, veći je potencijal za ispiranje bakra i odgovarajuća potrošnja cijanida. Na primjer, u rudi koja sadrži zlato sa sadržajem bakra od 5%, količina cijanida koja se troši u reakcijama luženja bakra bit će mnogo veća nego u rudi sa sadržajem bakra od 1%. Kao rezultat toga, reagens potreban za inhibiciju ispiranja bakra mora biti proporcionalno podešen. Ruda s većim sadržajem bakra može zahtijevati veću količinu soli olova ili helatnih agenasa kako bi se efikasno suzbilo otapanje bakra. Istraživanja su pokazala da za svaki 1% povećanja sadržaja lako rastvorljivog bakra u rudi, potrošnju inhibitora na bazi olova na bazi soli možda treba povećati za 10 - 20 g/t da bi se održao isti nivo inhibicije luženja bakra.

Uslovi procesa

1. Koncentracija cijanida

1. Koncentracija cijanida u rastvoru ima dvostruku ulogu u ispiranju bakra i efikasnosti inhibitora. Kada je koncentracija cijanida niska, brzina reakcija ispiranja bakra je smanjena. Na primjer, ako se koncentracija slobodnog cijanida (CN^ -) održava na 0.05% - 0.10%, brzina rastvaranja minerala bakra može se značajno usporiti. Međutim, ako je koncentracija cijanida preniska, brzina ispiranja zlata također može biti negativno pogođena.

2. Kada se koriste reagensi poput soli olova, optimalna koncentracija cijanida za njihovu učinkovitost može varirati. U nekim slučajevima može biti potrebna nešto veća koncentracija cijanida (oko 0.15% - 0.20%) kako bi se osiguralo da inhibitor olovo-soli može formirati nerastvorljiva jedinjenja sa supstancama koje sadrže sumpor u rudi, efikasno inhibirajući luženje bakra. Ali ako je koncentracija cijanida previsoka, to može potaknuti rastvaranje minerala bakra uprkos prisustvu inhibitora.

2. pH vrednost

1. pH otopine cijanida je kritičan i za ispiranje bakra i za djelovanje inhibitora. Općenito, proces cijanidacije se izvodi u alkalnom mediju, obično s pH u rasponu od 10 - 11. U ovom pH opsegu, stabilnost cijanidnog jona se održava, a hidroliza cijanida je minimizirana.

2. Za helatne agense kao što je limunska kiselina, pH otopine utječe na njihovu sposobnost heliranja. Limunska kiselina sadrži karboksilne i hidroksilne grupe koje keliraju sa ionima metala. U alkalnom mediju, disocijacija ovih funkcionalnih grupa se promoviše, povećavajući njihovu sposobnost heliranja sa ionima bakra. Međutim, ako je pH previsok (iznad 12), to može izazvati nuspojave koje mogu smanjiti efikasnost helatnog sredstva. Na primjer, u visoko alkalnoj otopini, neki kompleksi metala i helata mogu se razbiti, oslobađajući helirane bakrene ione natrag u otopinu.

3. Vrijeme izluživanja

1. Vrijeme ispiranja može utjecati na stepen ispiranja bakra i učinak inhibitora. Kako se vrijeme luženja povećava, više bakra se može otopiti ako se ne inhibira efikasno. Na primjer, u kratkotrajnom procesu luženja (manje od 12 sati), količina izluženog bakra može biti relativno mala, a inhibitor može lakše kontrolirati brzinu luženja bakra. Ali ako se vrijeme luženja produži na 48 sati ili više, kumulativni učinak reakcija luženja bakra može postati značajniji.

2. U slučaju inhibitora olova i soli, duže vrijeme luženja može zahtijevati veću početnu dozu inhibitora. To je zato što se tokom vremena formirana nerastvorljiva jedinjenja koja sadrže olovo mogu postepeno trošiti ili njihova efikasnost može opasti usled kontinuiranog prisustva reaktivnih supstanci u rastvoru cijanida. Dakle, vrijeme luženja treba pažljivo razmotriti kada se određuje količina i vrsta reagensa koji će se koristiti za inhibiciju ispiranja bakra.

Studije slučaja i praktične primjene

Slučaj 1: Primjena olovnih soli u rudniku zlata u Južnoj Africi

Rudnik zlata u Južnoj Africi prerađivao je rudu zlata koja sadrži bakar sa sadržajem bakra od približno 3%. Prije upotrebe soli olova kao inhibitora, proces cijanizacije suočio se s nekoliko izazova. Potrošnja cijanida bila je izuzetno velika i dostizala je do 15 kg/t rude, a brzina ispiranja zlata bila je samo oko 80%. Visok sadržaj bakra u rudi doveo je do značajnog rastvaranja bakra tokom cijanizacije, što ne samo da je trošilo veliku količinu cijanida već je i ometalo proces luženja zlata.

Nakon dodavanja olovnog nitrata (Pb(NO_3)_2) u dozi od 200 g/t rude, uočene su značajne promjene. Potrošnja cijanida smanjena je na 8 kg/t rude, što je smanjenje od oko 47%. Stopa ispiranja zlata porasla je na 90%. Ekonomske koristi su bile značajne. Uzimajući u obzir cijenu cijanida i vrijednost dodatnog prikupljenog zlata, rudnik je uštedio oko 50 dolara po toni prerađene rude. Iz ekološke perspektive, smanjena potrošnja cijanida značila je manji rizik za okoliš povezan s curenjem i odlaganjem cijanida. Smanjena je i količina otpada koji sadrži cijanid, što je bilo korisno za lokalni ekološki okoliš.

Slučaj 2: Primjena helatnog agensa (limunske kiseline) u rudniku zlata u Australiji

U australskom rudniku zlata, ruda je sadržavala značajnu količinu minerala bakra, uglavnom halkopirit i nešto bakarno-karbonatnih minerala. Početni proces cijanidacije bez upotrebe helatnog agensa imao je brzinu luženja zlata od 75% i stopu luženja bakra od 30%. Visoka brzina luženja bakra dovela je do velike potrošnje cijanida, oko 12 kg/t rude.

Kada je u proces cijanidacije dodana limunska kiselina u dozi od 1 kg/t rude, situacija se popravila. Stopa ispiranja bakra smanjena je na 10%, a brzina ispiranja zlata povećana je na 85%. Potrošnja cijanida smanjena je na 6 kg/t rude. Ekonomski, trošak dodavanja limunske kiseline bio je relativno nizak u poređenju sa uštedama u potrošnji cijanida i povećanim izdvajanjem zlata. Rudnik je procijenio da bi mogao povećati svoj godišnji profit za oko 300,000 dolara. U pogledu okoliša, smanjeno ispiranje bakra značilo je manje otpadnih voda koje sadrže bakar, koje je bilo lakše tretirati i imalo je manji utjecaj na vodne resurse u okolnom području.

Slučaj 3: Primjena novog inhibitora (MZY) u kineskom rudniku zlata

Rudnik zlata u Kini bavio se vatrostalnom rudom zlata koja sadrži bakar. Tradicionalni proces cijanizacije imao je stopu ispiranja zlata od samo 70% i visoku stopu luženja bakra, što je uzrokovalo veliku količinu potrošnje cijanida. Nakon dodavanja novog inhibitora MZY u određenoj dozi, uz optimizovane uslove procesa uključujući dodavanje 18 kg/t kreča i 1.2 kg/t natrijum cijanida, brzina ispiranja zlata je dostigla 83% - 84%, a brzina ispiranja bakra je smanjena na 4% - 5%.

Ovaj novi proces ne samo da je poboljšao efikasnost luženja zlata već je i značajno smanjio potrošnju cijanida. Ekonomske koristi su bile dvostruke: povećano iskorištavanje zlata dodalo je veću vrijednost proizvodnji, a smanjena potrošnja cijanida uštedila je troškove. Što se tiče zaštite životne sredine, manja potrošnja cijanida i manje otpada koji sadrži bakar smanjili su opterećenje životne sredine, čineći rudarski rad održivijim. Ove studije slučaja jasno pokazuju praktičnu vrijednost upotrebe reagensa za inhibiranje luženja bakra u cijanidaciji ruda zlata koje sadrže bakar, kako u pogledu ekonomskih koristi tako i zaštite okoliša.

zaključak

U procesu cijanizacije bakronosnih ruda zlata, luženje bakra ne samo da dovodi do velike potrošnje cijanida, već ima i negativan uticaj na brzinu luženja zlata i kasnije procese dobijanja zlata. Stoga je upotreba reagenasa za inhibiciju ispiranja bakra od velikog značaja.

Soli olova, kao što su olovni nitrat, olovni acetat i olovni oksid, mogu efikasno inhibirati ispiranje bakra formiranjem nerastvorljivih jedinjenja sa supstancama koje sadrže sumpor u rudi ili promenom površinskih svojstava minerala bakra. Sredstva za keliranje poput limunske kiseline mogu kelirati s ionima bakra i drugim štetnim ionima metala, smanjujući njihov negativan utjecaj na proces cijanidacije. Dodatno, kontrola koncentracije cijanida i korištenje sistema amonijak-cijanid također može igrati ulogu u slabljenju rastvaranja bakra do određene mjere.

Na efikasnost ovih reagenasa utiču različiti faktori. Svojstva rude, uključujući vrstu i sadržaj minerala bakra, određuju reaktivnost bakra u rudi i na taj način utiču na količinu potrebnog reagensa. Uslovi procesa kao što su koncentracija cijanida, pH vrednost i vreme luženja takođe imaju značajan uticaj na performanse reagensa. Na primjer, odgovarajuća koncentracija cijanida i pH vrijednost mogu osigurati stabilnost otopine cijanida i djelotvornost reagensa, dok vrijeme luženja može utjecati na kumulativni učinak reakcija luženja bakra.

Kroz studije slučaja, vidjeli smo praktičnu primjenu ovih reagenasa. U Južnoj Africi, upotreba olovnog nitrata u rudniku zlata smanjila je potrošnju cijanida i povećala stopu ispiranja zlata, donoseći značajne ekonomske koristi i ekološke prednosti. U Australiji, dodavanje limunske kiseline u rudnik zlata efikasno je smanjilo ispiranje bakra i potrošnju cijanida uz povećanje stope ispiranja zlata, što je bilo korisno i za ekonomske i za ekološke aspekte. U kineskom rudniku zlata, upotreba novog inhibitora MZY, zajedno sa optimizovanim procesnim uslovima, poboljšala je efikasnost ispiranja zlata i smanjila brzinu luženja bakra, postižući dobre ekonomske i ekološke rezultate.

Generalno, kada se radi o cijanidaciji bakronosnih ruda zlata, potrebno je sveobuhvatno sagledati karakteristike rude i zahtjeve procesa, te odabrati odgovarajući reagens i uslove rada. Buduća istraživanja mogu se fokusirati na dalje istraživanje efikasnijih i ekološki prihvatljivih reagenasa, kao i na optimizaciju kombinacije reagensa i parametara procesa kako bi se postigli efikasniji, ekonomičniji i ekološki održivi procesi ekstrakcije zlata.