Reaktiivid, mis takistavad vase leostumist vaske sisaldava kullamaagi tsüaniidimisel

Sissejuhatus

Tsüaniideerimine on laialdaselt kasutatav ja efektiivne meetod kulla eraldamiseks kullamaakidest, eriti vase sisaldavate kullamaakide puhul. See põhineb võimel tsüaniidi ioons moodustades kullaga stabiilseid komplekse, mis võimaldavad kulla lahustumist maagi maatriksist. Kulla tsüaniidimisprotsessi põhiline keemiline reaktsioon on 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH. See protsess on olnud kullakaevandustööstuse nurgakivi juba üle sajandi tänu oma suhteliselt kõrgele efektiivsusele ja hästi mõistetavale tehnoloogiale.

Vase sisaldavate kullamaakide puhul on aga oluline vase mineraalSee tekitab märkimisväärseid väljakutseid. Kullaga seotud tavalised vase mineraalid, nagu kalkopüriit (CuFeS_2), kalkotsiit (Cu_2S), malahhiit (Cu_2(OH)_2CO_3) ja asuriit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), on tsüaniidilahustes üsna reaktiivsed. Näiteks tsüaniidi sisaldavas keskkonnas võib kalkotsiit reageerida järgmiselt: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Need reaktsioonid viivad suure tsüaniidikoguse tarbimiseni. Tsüaniidi liigne tarbimine mitte ainult ei suurenda tootmiskulusid, vaid avaldab tsüaniidi toksilisuse tõttu ka keskkonnamõju.

Lisaks võib vase lahustumine häirida järgnevaid protsesse kulla taastamineTsüaniidilahuse kõrge vasesisaldus võib vähendada kulla ja tsüaniidi kompleksi moodustumise efektiivsust, vähendades seeläbi kulla hulka. leostumise kiirusSee on nii, kuna vask konkureerib kullaga tsüaniidioonide ja hapniku pärast lahuses, häirides keemilist tasakaalu, mis on vajalik kulla tõhusaks lahustumiseks. Mõnel juhul võib vase olemasolu põhjustada probleeme ka järgnevates protsessides, näiteks tsinktsementeerimisel või süsiniku tselluloosis (CIP) kulla eraldamiseks, mis toob kaasa madalama kulla eraldamise määra ja halva toote kvaliteedi.

Seetõttu on vase sisaldavate kullamaakide tsüanisatsiooni käigus vase leostumise pärssimiseks tõhusate reagentide leidmine väga oluline. Sellised reagendid aitavad optimeerida tsüanisatsiooniprotsessi, vähendada tsüaniidi tarbimineja parandada kulla kaevandamise üldist efektiivsust, muutes kaevandamise majanduslikult tasuvamaks ja keskkonnasõbralikumaks. Järgmistes osades uurime erinevaid reagente, mida on sel eesmärgil uuritud ja kasutatud.

Vase leostumisomadused tsüaniidilahustes

Tsüaniidilahustes on kullaga seotud vaskmineraalidel iseloomulikud leostumisomadused. Levinud primaarsed vaskmineraalid, nagu kalkopüriit (CuFeS_2) ja kalkotsiit (Cu_2S), koos malahhiidiga (Cu_2(OH)_2CO_3), asuriit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), borniit (Cu_5FeS_4), kupriit (Cu_2O) ja natiivne vask, on suhteliselt lahustuvad.

Neid vaskmineraale saab leostada toatemperatuuril (25 °C). Vase leostumiskiirus varieerub laias laastus, ulatudes 5–10%-st üle 90%-ni. Näiteks malahhiit ja asuriit, mis on vaskkarbonaatmineraalid, on tsüaniidilahustes üsna reaktiivsed. Malahhiidi keemilist reaktsiooni tsüaniidiga saab väljendada järgmiselt: Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. See näitab, et tsüaniidi toimel saab malahhiidis olevat vaske tõhusalt lahustada.

Kõrge vasesisaldusega kullakontsentraatidega tegelemisel on tsüanidatsiooni ajal leostumisprotsessil teatud "kliinilised" sümptomid. Tsüaniidi tarbimine muutub äärmiselt suureks. Üldiselt nõuab erinevate vase mineraalide puhul 1 grammi vase lahustamine 2.3–3.4 grammi vase tarbimist. NaatriumtsüaniidSamal ajal tarbib vase lahustumine lahuses ka hapnikku. Näiteks kalkotsiidi leostumisprotsessis toimub reaktsioon 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH, mis tarbib lisaks suurele hulgale tsüaniidile ka märkimisväärse koguse hapnikku.

Lisaks muutub leostumine suhteliselt nõrgaks. Tsüaniidilahuse kõrge vasesisaldus võib vähendada kulla-tsüaniidi kompleksi moodustumise efektiivsust. Vask konkureerib kullaga tsüaniidiioonide ja hapniku pärast lahuses. Selle tulemusena häirub keemiline tasakaal, mis on vajalik kulla tõhusaks lahustumiseks. See viib kulla leostumise kiiruse vähenemiseni ja võib põhjustada probleeme ka järgnevates kulla eraldamise protsessides, näiteks tsingi tsementeerimisel või süsiniku tselluloosis (CIP), mille tulemuseks on madalam kulla eraldamise määr ja toote kvaliteedi langus.

Levinud reaktiivid vase leostumise pärssimiseks

Plii soolad

Pliisooli kasutatakse sageli reagentidena vase leostumise pärssimiseks vaske sisaldavate kullamaakide tsüaniidimisel. Tavaliselt kasutatavate pliisoolide hulka kuuluvad plinitraat (Pb(NO_3)_2), pliiatsetaat (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) ja pliioksiid (PbO).

Näiteks pliiatsetaat. Uuringud on näidanud, et pliiatsetaadi lisamine enne tsüaniidiga leostumist võib tõhusalt pärssida vase leostumist, suurendada kulla ja hõbeda leostumist ning vähendada selle tarbimist. NaatriumtsüaniidTeatud kullakontsentraadi puhul, mille vasesisaldus on 4.92%, kui enne leostumist lisatakse otse 150 g/t pliiatsetaati, jahvatuspeenuse korral -0.037 mm (osakeste suurus moodustab 95%), leostuaja 48 tundi, naatriumtsüaniidi kontsentratsiooni 0.5%, pH 12 ja tselluloosi kontsentratsiooni 40%, saab leostusjäägi kullasisaldust vähendada 1.20 g/t-ni, kulla leostumise määr ulatub 97.55%-ni, hõbeda taaskasutusmäär on 60.28% ja naatriumtsüaniidi tarbimine on 14.37 kg/t. See näitab selgelt pliiatsetaadi positiivset mõju selles protsessis.

Pliisoolade inhibeerimismehhanism võib olla seotud lahustumatute ühendite moodustumisega. Näiteks võib plii reageerida maagis väävlit sisaldavate ainetega, moodustades lahustumatu pliisulfiidi. See reaktsioon vähendab väävlit sisaldavate ainete hulka, mis võivad reageerida vase mineraalidega, pärssides seeläbi vase mineraalide lahustumist. Lisaks võivad pliisoolad mõjutada ka vase mineraalide pinnaomadusi, vähendades nende reaktsioonivõimet tsüaniidilahuses.

Kelaativad ained (nt sidrunhape)

Kelaativad ained, näiteks sidrunhape, võivad samuti mängida rolli vase leostumise pärssimisel tsüaniidimise ajal. Kelaativad leostumist soodustavad ained, nagu sidrunhape, toimivad ainulaadse mehhanismi kaudu. Sidrunhape sisaldab karboksüül- ja hüdroksüülrühmi, mis võivad kelaatida kahjulike ioonidega, näiteks Cu^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+} ja Fe^{3+}, moodustades stabiilseid kelaate.

Näiteks sidrunhappe karboksüülrühm saab hapnikuaatomite üksikute elektronpaaride kaudu metalliioonidega koordineeruda, moodustades rõngasarnase struktuuri. Nende metalliioonide kelaatimise abil saab sidrunhape kõrvaldada nende negatiivse mõju tsüanisatsiooni leostumisprotsessile, näiteks vähendades nende hapnikutarbimist lahuses. Lisaks võib sidrunhape pärssida aheraine, näiteks kaltsiumi ja magneesiumi sisaldavate mineraalide lahustumist. See saab suhelda nende aheraine pinnaga, muutes nende pinnalaengut ja hüdrofiils-hüdrofoobseid omadusi, muutes nende lahustumise tsüaniidilahuses raskemaks. See aheraine inhibeerimine võib parandada ka tselluloosi "efektiivset aktiivset hapnikku". Kui aheraine lahustub vähem, tarbivad nad vähem hapnikku ja kulla tsüanisatsiooniks on saadaval rohkem hapnikku, mis on kulla leostumiseks kasulik. Üldiselt võib sidrunhappe lisamine aidata luua soodsama keemilise keskkonna kulla tsüanisatsiooniks, vähendades teiste metalliioonide interferentsi ja parandades kulla ekstraheerimise efektiivsust.

Muud (lühike sissejuhatus)

Lisaks ülalmainitud reagentidele võib tsüaniidiioonide kontsentratsiooni kontrollimine olla ka tõhus viis vase lahustumise nõrgestamiseks. Kui tsüaniidiioonide kontsentratsiooni teatud vahemikus õigesti reguleerida, saab vase mineraalide ja tsüaniidi reaktsioonikiirust vähendada. Näiteks mõnede kullamaakide puhul, milles on suhteliselt palju kergesti lahustuvaid vase mineraale, saab vabade CN^-ioonide kontsentratsiooni suhteliselt madalal tasemel hoides (näiteks 0.05%–0.10%) vase mineraalide lahustumiskiirust oluliselt aeglustada, samal ajal kui kulla mineraalide lahustumiskiirus on endiselt suhteliselt kõrge, nii et tsüaniid toimib peamiselt kulla mineraalide lahustumisele.

Teine meetod on ammoniaagi-tsüaniidi süsteemi kasutamine. Ammoniaagi-tsüaniidi süsteemis võib ammoniaak moodustada vaseioonidega komplekse, mis võivad teatud määral pärssida vase leostumist. Ammoniaagi suure lenduvuse tõttu on aga tööstuslikus tootmisprotsessis raske säilitada stabiilset kontsentratsiooni, mis piirab selle laiaulatuslikku tööstuslikku rakendamist. Kuigi selle meetodi eeliseks on vase leostumise vähendamine, tuleb praktilise rakendamise ja kulutõhususega seotud väljakutsetega edasi tegeleda.

Reagentide mõju mõjutavad tegurid

Vase sisaldavate kullamaakide tsüanisatsiooni käigus vase leostumise pärssimiseks kasutatavate reagentide efektiivsust mõjutavad mitmed tegurid, mille mõistmine on tsüanisatsiooniprotsessi optimeerimiseks ülioluline.

Maagi omadused

1. Vase mineraalide tüüp

1. Erinevatel vaskmineraalidel on tsüaniidilahustes erinev reaktsioonivõime. Näiteks vaskkarbonaatmineraalid, nagu malahhiit (Cu_2(OH)_2CO_3) ja asuriit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), on suhteliselt reaktiivsemad võrreldes mõnede primaarsete sulfiidvaskmineraalidega, nagu kalkopüriit (CuFeS_2). Malahhiit reageerib tsüaniidiga kergesti reaktsiooni Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH järgi. See kõrge reaktsioonivõime tähendab, et vase leostumise pärssimiseks reagentide kasutamisel võib selliste reaktiivsete vaskmineraalide poolest rikaste maakide puhul olla vaja suuremat annust.

2. Seevastu kalkopüriidil on keerukam struktuur ning tsüaniidilahustes lahustumiseks on vaja rohkem energiat ja spetsiifilisi reaktsioonitingimusi. Teatud tingimustel võib see siiski kaasa aidata märkimisväärsele tsüaniidi tarbimisele. Maagi domineeriva vase mineraaltüübi mõistmine on esimene samm sobiva reagendi ja selle annuse määramisel.

2. Vase mineraalide sisaldus

1. Mida suurem on maagi vase mineraalisisaldus, seda suurem on vase leostumise potentsiaal ja vastav tsüaniidi tarbimine. Näiteks kulla sisaldavas maagis, mille vasesisaldus on 5%, on vase leostumise reaktsioonides tarbitava tsüaniidi kogus palju suurem kui maagis, mille vasesisaldus on 1%. Seetõttu tuleb vase leostumise pärssimiseks vajalikku reagenti proportsionaalselt reguleerida. Suurema vasesisaldusega maagi puhul võib vase lahustumise tõhusaks pärssimiseks olla vaja suuremat kogust pliisooli või kelaativaid aineid. Uuringud on näidanud, et iga 1% kergesti lahustuva vasesisalduse suurenemise kohta maagis võib olla vaja suurendada pliisoolal põhineva inhibiitori tarbimist 10–20 g/t võrra, et säilitada sama vase leostumise pärssimise tase.

Protsessi tingimused

1. Tsüaniidi kontsentratsioon

1. Tsüaniidi kontsentratsioon lahuses mängib vase leostumisel ja inhibiitorite efektiivsusel kahetist rolli. Kui tsüaniidi kontsentratsioon on madal, väheneb vase leostumisreaktsioonide kiirus. Näiteks kui vaba tsüaniidi (CN^-) kontsentratsiooni hoitakse vahemikus 0.05–0.10%, võib vase mineraalide lahustumiskiirust oluliselt aeglustada. Kui tsüaniidi kontsentratsioon on aga liiga madal, võib see negatiivselt mõjutada ka kulla leostumiskiirust.

2. Selliste reagentide nagu pliisoolade kasutamisel võib nende efektiivsuse tagamiseks vajalik optimaalne tsüaniidi kontsentratsioon varieeruda. Mõnel juhul võib olla vajalik veidi kõrgem tsüaniidi kontsentratsioon (umbes 0.15–0.20%), et tagada pliisoola inhibiitori lahustumatute ühendite moodustumine maagi väävlit sisaldavate ainetega, pärssides tõhusalt vase leostumist. Kuid kui tsüaniidi kontsentratsioon on liiga kõrge, võib see soodustada vase mineraalide lahustumist vaatamata inhibiitorite olemasolule.

2. pH väärtus

1. Tsüaniidilahuse pH on kriitilise tähtsusega nii vase leostumise kui ka inhibiitorite toime jaoks. Üldiselt viiakse tsüaniidimisprotsess läbi aluselises keskkonnas, tavaliselt pH vahemikus 10–11. Selles pH vahemikus säilib tsüaniidiooni stabiilsus ja tsüaniidi hüdrolüüs on minimaalne.

2. Kelaativate ainete, näiteks sidrunhappe puhul mõjutab lahuse pH nende kelaatimisvõimet. Sidrunhape sisaldab karboksüül- ja hüdroksüülrühmi, mis kelaativad metalliioonidega. Leeliselises keskkonnas soodustatakse nende funktsionaalsete rühmade dissotsiatsiooni, suurendades nende kelaatimisvõimet vaseioonidega. Kui pH on aga liiga kõrge (üle 12), võib see põhjustada kõrvalreaktsioone, mis võivad vähendada kelaativa aine efektiivsust. Näiteks väga leeliselises lahuses võivad mõned metalli-kelaadi kompleksid laguneda, vabastades kelaaditud vaseioonid tagasi lahusesse.

3. Leostumise aeg

1. Leostumisaeg võib mõjutada vase leostumise astet ja inhibiitorite toimivust. Leostumisaja pikenedes võib lahustuda rohkem vaske, kui seda ei inhibeerita tõhusalt. Näiteks lühiajalises leostumisprotsessis (vähem kui 12 tundi) võib leostuva vase kogus olla suhteliselt väike ja inhibiitor suudab vase leostumise kiirust kergemini kontrollida. Kuid kui leostumisaega pikendatakse 48 tunnini või kauemaks, võib vase leostumisreaktsioonide kumulatiivne mõju muutuda märkimisväärsemaks.

2. Pliisoola inhibiitorite puhul võib pikem leostumisaeg nõuda inhibiitori suuremat algannust. Selle põhjuseks on asjaolu, et aja jooksul võivad moodustunud pliid sisaldavad lahustumatud ühendid järk-järgult ära tarbida või nende efektiivsus väheneda tsüaniidilahuses sisalduvate reaktiivsete ainete pideva olemasolu tõttu. Seega tuleb vase leostumise inhibeerimiseks kasutatava reagendi koguse ja tüübi määramisel leostumisaega hoolikalt kaaluda.

Juhtumiuuringud ja praktilised rakendused

Juhtum 1: Pliisoolade kasutamine Lõuna-Aafrika kullakaevanduses

Lõuna-Aafrika kullakaevanduses töödeldi vasesisaldusega kullamaaki, mille vasesisaldus oli umbes 3%. Enne pliisoolade kasutamist inhibiitorina seisis tsüanisatsiooniprotsess silmitsi mitmete väljakutsetega. Tsüaniidi tarbimine oli äärmiselt suur, ulatudes kuni 15 kg/t maagi kohta, ja kulla leostumise määr oli vaid umbes 80%. Maagi kõrge vasesisaldus viis tsüanisatsiooni ajal märkimisväärse vase lahustumiseni, mis mitte ainult ei tarbinud suures koguses tsüaniidi, vaid segas ka kulla leostumisprotsessi.

Pärast pliinitraadi (Pb(NO_3)_2) lisamist annuses 200 g/t maagi kohta täheldati märkimisväärseid muutusi. Tsüaniidi tarbimine vähenes 8 kg-ni/t maagi kohta, mis on umbes 47% vähenemine. Kulla leostumise määr suurenes 90% -ni. Majanduslik kasu oli märkimisväärne. Arvestades tsüaniidi hinda ja täiendavalt eraldatud kulla väärtust, säästis kaevandus töödeldud maagi tonni kohta ligikaudu 50 dollarit. Keskkonna seisukohast tähendas vähenenud tsüaniidi tarbimine väiksemat tsüaniidi lekke ja kõrvaldamisega seotud keskkonnariski. Samuti vähenes tsüaniidi sisaldavate jäätmete kogus, mis oli kasulik kohalikule ökoloogilisele keskkonnale.

Juhtum 2: Kelaativa aine (sidrunhappe) kasutamine Austraalia kullakaevanduses

Austraalia kullakaevanduses sisaldas maak märkimisväärsel hulgal vaskmineraale, peamiselt kalkopüriiti ja mõningaid vaskkarbonaatmineraale. Esialgne tsüaniidprotsess ilma kelaativa aineta andis kulla leostumise määraks 75% ja vase leostumise määraks 30%. Kõrge vase leostumise määr tõi kaasa suure tsüaniidi tarbimise, umbes 12 kg/t maagi kohta.

Kui tsüaniidimisprotsessi lisati sidrunhapet annuses 1 kg/t maagi kohta, paranes olukord. Vase leostumise määr vähenes 10%-ni ja kulla leostumise määr suurenes 85%-ni. Tsüaniidi tarbimine vähenes 6 kg-ni/t maagi kohta. Majanduslikult oli sidrunhappe lisamise maksumus suhteliselt madal võrreldes tsüaniidi tarbimise kokkuhoiu ja kulla suurenenud saagisega. Kaevandus hindas, et see suudab oma aastatulu suurendada umbes 300,000 XNUMX dollari võrra. Keskkonna seisukohast tähendas vase leostumise vähenemine vähem vaske sisaldavat reovett, mida oli lihtsam puhastada ja millel oli väiksem mõju ümbritseva piirkonna veevarudele.

Juhtum 3: Uue inhibiitori (MZY) rakendamine Hiina kullakaevanduses

Hiinas asuv kullakaevandus tegeles tulekindla vase sisaldava kullamaagiga. Traditsioonilise tsüaniidprotsessi kulla leostumise määr oli vaid 70% ja vase leostumise määr kõrge, mis põhjustas suure tsüaniidi tarbimise. Pärast uue inhibiitori MZY lisamist teatud annuses koos optimeeritud protsessitingimustega, sealhulgas 18 kg/t lubja ja 1.2 kg/t naatriumtsüaniidi lisamisega, ulatus kulla leostumise määr 83–84%-ni ja vase leostumise määr vähenes 4–5%-ni.

See uus protsess mitte ainult ei parandanud kulla leostumise efektiivsust, vaid vähendas oluliselt ka tsüaniidi tarbimist. Majanduslik kasu oli kahetine: suurenenud kulla saagis lisas tootmisele väärtust ja vähenenud tsüaniidi tarbimine hoidis kokku kulusid. Keskkonnakaitse seisukohast vähendasid väiksem tsüaniidi tarbimine ja vähem vaske sisaldavaid jäätmeid keskkonnakoormust, muutes kaevandamise jätkusuutlikumaks. Need juhtumiuuringud näitavad selgelt reagentide kasutamise praktilist väärtust vase leostumise pärssimiseks vase sisaldavate kullamaakide tsüanideerimisel nii majandusliku kasu kui ka keskkonnakaitse seisukohast.

Järeldus

Vase sisaldavate kullamaakide tsüaniseerimisprotsessis ei põhjusta vase leostumine mitte ainult tsüaniidi suurt tarbimist, vaid avaldab negatiivset mõju ka kulla leostumise kiirusele ja järgnevatele kulla eraldamise protsessidele. Seetõttu on vase leostumise pärssivate reagentide kasutamine väga oluline.

Pliisoolad, näiteks plinitraat, pliiatsetaat ja pliioksiid, võivad tõhusalt pärssida vase leostumist, moodustades maagis väävlit sisaldavate ainetega lahustumatuid ühendeid või muutes vase mineraalide pinnaomadusi. Kelaativad ained, näiteks sidrunhape, võivad kelaatida vaseioonide ja teiste kahjulike metalliioonidega, vähendades nende negatiivset mõju tsüaniidatsiooniprotsessile. Lisaks võib tsüaniidi kontsentratsiooni kontrollimine ja ammoniaagi-tsüaniidi süsteemi kasutamine teatud määral vase lahustumist nõrgendada.

Nende reagentide efektiivsust mõjutavad mitmesugused tegurid. Maagi omadused, sealhulgas vase mineraalide tüüp ja sisaldus, määravad vase reaktsioonivõime maagis ja seega mõjutavad vajaliku reagendi kogust. Protsessitingimused, nagu tsüaniidi kontsentratsioon, pH väärtus ja leostumisaeg, mõjutavad samuti oluliselt reagentide toimivust. Näiteks sobiv tsüaniidi kontsentratsioon ja pH väärtus võivad tagada tsüaniidilahuse stabiilsuse ja reagendi efektiivsuse, samas kui leostumisaeg võib mõjutada vase ja leostumisreaktsioonide kumulatiivset mõju.

Juhtumiuuringute kaudu oleme näinud nende reagentide praktilist rakendusväärtust. Lõuna-Aafrikas vähendas pliinitraadi kasutamine kullakaevanduses tsüaniidi tarbimist ja suurendas kulla leostumise kiirust, tuues märkimisväärset majanduslikku kasu ja keskkonnaeeliseid. Austraalias vähendas sidrunhappe lisamine kullakaevanduses tõhusalt vase leostumist ja tsüaniidi tarbimist, suurendades samal ajal kulla leostumise kiirust, mis oli kasulik nii majanduslikest kui ka keskkonnaalastest aspektidest. Hiina kullakaevanduses parandas uue inhibiitori MZY kasutamine koos optimeeritud protsessitingimustega kulla leostumise efektiivsust ja vähendas vase leostumise kiirust, saavutades häid majanduslikke ja keskkonnaalaseid tulemusi.

Üldiselt on vase sisaldavate kullamaakide tsüaniidimisega tegelemisel vaja põhjalikult arvestada maagi omaduste ja protsessi nõuetega ning valida sobiv reagent ja töötingimused. Edasised uuringud saavad keskenduda tõhusamate ja keskkonnasõbralikumate reagentide edasisele uurimisele, samuti reagentide ja protsessiparameetrite kombinatsiooni optimeerimisele, et saavutada tõhusamad, ökonoomsemad ja keskkonnasäästlikumad kulla ekstraheerimise protsessid.