Reagensi za inhibiciju ispiranja bakra u cijanizaciji zlatne rude koja sadrži bakar

Uvod

Cijanidacija je široko korištena i učinkovita metoda za ekstrakciju zlata iz ruda koje sadrže zlato, posebno u slučaju ruda zlata koje sadrže bakar. Temelji se na sposobnosti cijanidnih iona da formiraju stabilne komplekse sa zlatom, što omogućuje otapanje zlata iz matrice rude. Temeljna kemijska reakcija u procesu cijanidacije zlata je 4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH. Ovaj proces je temelj industrije rudarstva zlata već više od stoljeća zbog svoje relativno visoke učinkovitosti i dobro razumljive tehnologije.

Međutim, kada se radi o rudama zlata koje sadrže bakar, prisutnost minerala bakra predstavlja značajne izazove. Uobičajeni minerali bakra povezani sa zlatom, poput halkopirita (CuFeS_2), halkocita (Cu_2S), malahita (Cu_2(OH)_2CO_3) i azurita (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), prilično su reaktivni u otopinama 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.

Štoviše, otapanje bakra može ometati naknadne procese oporavka zlata . Visoke razine bakra u otopini cijanida mogu smanjiti učinkovitost stvaranja kompleksa zlato-cijanid, čime se smanjuje brzina ispiranja zlata . To je zato što bakar konkurira zlatu za cijanidne ione i kisik u otopini, narušavajući kemijsku ravnotežu potrebnu za učinkovito otapanje zlata. U nekim slučajevima, prisutnost bakra može uzrokovati probleme i u nizvodnim procesima kao što su cementacija cinka ili ugljik u pulpi (CIP) za oporavka zlata, što dovodi do nižih stopa oporavka zlata i loše kvalitete proizvoda.

Stoga je pronalazak učinkovitih reagensa za inhibiranje ispiranja bakra tijekom cijanidacije ruda zlata koje sadrže bakar od velikog značaja. Takvi reagensi mogu pomoći u optimizaciji procesa cijanidacije, smanjenju potrošnje cijanida i poboljšanju ukupne učinkovitosti ekstrakcije zlata, čineći rudarske operacije ekonomski isplativijim i ekološki prihvatljivijim. U sljedećim odjeljcima istražit ćemo različite reagense koji su proučavani i korišteni u tu svrhu.

Karakteristike ispiranja bakra u otopinama cijanida

U otopinama cijanida, minerali bakra povezani sa zlatom pokazuju različito ponašanje ispiranja. Uobičajeni primarni minerali bakra kao što su halkopirit (CuFeS_2) i halkocit (Cu_2S), zajedno s malahitom (Cu_2(OH)_2CO_3), azuritom (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), bornitom (Cu_5FeS_4), kupritom (Cu_2O) i prirodnim bakrom, relativno su topljivi.

Ovi minerali bakra mogu se ispirati na sobnoj temperaturi (25^{\circ}C). Stopa ispiranja bakra uvelike varira, u rasponu od 5 - 10% do preko 90%. Na primjer, malahit i azurit, koji su bakreni karbonatni minerali, prilično su reaktivni u otopinama cijanida. Kemijska reakcija malahita s cijanidom može se izraziti kao Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. To pokazuje da se pod djelovanjem cijanida bakar u malahitu može učinkovito otopiti.

Kod rada s koncentratima zlata s visokim udjelom bakra, proces ispiranja tijekom cijanidacije ima neke "kliničke" simptome. Potrošnja cijanida postaje izuzetno visoka. Općenito, za različite minerale bakra, otapanje 1 grama bakra zahtijeva potrošnju 2.3 ​​- 3.4 grama natrijevog cijanida . Istovremeno, otapanje bakra također troši kisik u otopini. Na primjer, u procesu ispiranja halkocita događa se reakcija 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.

Štoviše, učinak ispiranja postaje relativno slab. Visoke razine bakra u otopini cijanida mogu smanjiti učinkovitost stvaranja kompleksa zlato - cijanid. Bakar se natječe sa zlatom za ione cijanida i kisik u otopini. Kao rezultat toga, narušena je kemijska ravnoteža potrebna za učinkovito otapanje zlata. To dovodi do smanjenja stope ispiranja zlata i također može uzrokovati probleme u kasnijim procesima oporabe zlata kao što su cementacija cinka ili ugljik u pulpi (CIP), što u konačnici rezultira nižim stopama oporabe zlata i smanjenom kvalitetom proizvoda.

Uobičajeni reagensi za inhibiciju ispiranja bakra

Olovne soli

Olovne soli se često koriste kao reagensi za inhibiciju ispiranja bakra u cijanizaciji ruda zlata koje sadrže bakar. Uobičajeno korištene soli olova uključuju olovo nitrat (Pb(NO_3)_2), olovo acetat (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) i olovo oksid (PbO).

Uzmimo olovni acetat kao primjer. Istraživanja su pokazala da dodavanje olovnog acetata prije ispiranja cijanidom može učinkovito spriječiti ispiranje bakra, poboljšati ispiranje zlata i srebra te smanjiti potrošnju natrijevog cijanida . Za određeni koncentrat zlata s udjelom bakra od 4.92%, kada se 150 g/t olovnog acetata izravno doda prije ispiranja, pod uvjetima finoće mljevenja od -0.037 mm veličine čestica što čini 95%, vremena ispiranja od 48 sati, koncentracije natrijevog cijanida od 0.5%, pH vrijednosti 12 i koncentracije pulpe od 40%, sadržaj zlata u ostatku ispiranja može se smanjiti na 1.20 g/t, stopa ispiranja zlata doseže 97.55%, stopa iskorištenja srebra je 60.28%, a potrošnja natrijevog cijanida je 14.37 kg/t. To jasno pokazuje pozitivan učinak olovnog acetata u ovom procesu.

Inhibicijski mehanizam olovnih soli može biti povezan s stvaranjem netopljivih spojeva. Na primjer, olovo može reagirati s tvarima koje sadrže sumpor u rudi i stvoriti netopljivi olovov sulfid. Ova reakcija smanjuje količinu tvari koje sadrže sumpor koje mogu reagirati s mineralima bakra, čime se inhibira otapanje minerala bakra. Osim toga, soli olova također mogu utjecati na svojstva površine bakrenih minerala, smanjujući njihovu reaktivnost u otopini cijanida.

Sredstva za keliranje (npr. limunska kiselina)

Sredstva za keliranje, poput limunske kiseline, također mogu igrati ulogu u inhibiciji ispiranja bakra tijekom cijanizacije. Sredstva za pomoć pri ispiranju keliranja poput limunske kiseline djeluju putem jedinstvenog mehanizma. Limunska kiselina sadrži karboksilne i hidroksilne skupine, koje mogu kelirati sa štetnim ionima kao što su Cu^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+} i Fe^{3+} u pulpi da bi formirale stabilne kelate.

Na primjer, karboksilna skupina u limunskoj kiselini može koordinirati s metalnim ionima preko slobodnog para elektrona atoma kisika, tvoreći strukturu sličnu prstenu. Keliranjem ovih metalnih iona, limunska kiselina može eliminirati njihove negativne utjecaje na proces ispiranja cijanizacijom, kao što je smanjenje njihove potrošnje kisika u otopini. Štoviše, limunska kiselina može inhibirati otapanje minerala iz jalovine kao što su minerali koji sadrže kalcij i magnezij. Može stupiti u interakciju s površinom ovih minerala jalovog sloja, mijenjajući njihov površinski naboj i hidrofilna - hidrofobna svojstva, čineći ih težim za otapanje u otopini cijanida. Ova inhibicija minerala gangue također može poboljšati "učinkoviti aktivni kisik" u pulpi. Kada je manja vjerojatnost da će se minerali gangue otopiti, oni troše manje kisika, a više kisika je dostupno za cijanizaciju zlata, što je korisno za ispiranje zlata. Općenito, dodavanje limunske kiseline može pomoći u stvaranju povoljnijeg kemijskog okruženja za cijanizaciju zlata, smanjujući interferenciju drugih metalnih iona i poboljšavajući učinkovitost ekstrakcije zlata.

Ostali (Kratak uvod)

Osim gore navedenih reagensa, kontrola koncentracije cijanidnih iona također može biti učinkovit način za slabljenje otapanja bakra. Kada se koncentracija cijanidnih iona ispravno kontrolira unutar određenog raspona, brzina reakcije bakrenih minerala s cijanidom može se smanjiti. Na primjer, za neke zlatne rude s relativno visokim sadržajem lako topivih minerala bakra, održavanjem koncentracije slobodnih CN^- iona na relativno niskoj razini (kao što je 0.05% - 0.10%), brzina otapanja minerala bakra može se značajno usporiti, dok je brzina otapanja minerala zlata još uvijek relativno visoka, tako da cijanid uglavnom djeluje na otapanje minerala zlata.

Druga metoda je korištenje sustava amonijak - cijanid. U sustavu amonijak - cijanid, amonijak može stvarati komplekse s ionima bakra, koji mogu u određenoj mjeri inhibirati ispiranje bakra. Međutim, zbog visoke hlapljivosti amonijaka, teško je održavati stabilnu koncentraciju u procesu industrijske proizvodnje, što ograničava njegovu široku industrijsku primjenu. Iako ova metoda ima prednost smanjenja ispiranja bakra, potrebno je dodatno pozabaviti izazovima u praktičnom radu i isplativosti.

Čimbenici koji utječu na učinak reagensa

Na učinkovitost reagensa koji se koriste za inhibiciju ispiranja bakra tijekom cijanizacije ruda zlata koje sadrže bakar utječe nekoliko čimbenika, koje je ključno razumjeti za optimizaciju procesa cijanizacije.

Svojstva rude

1. Vrsta minerala bakra

1. Različiti minerali bakra imaju različite reaktivnosti u otopinama cijanida. Na primjer, bakar - karbonatni minerali kao što su malahit (Cu_2(OH)_2CO_3) i azurit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2) relativno su reaktivniji u usporedbi s nekim primarnim sulfidnim bakrenim mineralima kao što je halkopirit (CuFeS_2). Malahit lako reagira s 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 inhibiciju ispiranja bakra, može biti potrebna veća doza za rude bogate takvim reaktivnim mineralima bakra.

2. Nasuprot tome, kalkopirit ima složeniju strukturu i zahtijeva više energije i specifične reakcijske uvjete za otapanje u otopinama cijanida. Međutim, pod određenim uvjetima, još uvijek može pridonijeti značajnoj potrošnji cijanida. Razumijevanje dominantne vrste minerala bakra u rudi prvi je korak u određivanju odgovarajućeg reagensa i njegove doze.

2. Sadržaj minerala bakra

1. Što je veći sadržaj minerala bakra u rudi, to je veća mogućnost ispiranja bakra i odgovarajuće potrošnje cijanida. Na primjer, u rudi koja sadrži zlato s udjelom bakra od 5%, količina cijanida potrošena reakcijama ispiranja bakra bit će mnogo veća nego u rudi s udjelom bakra od 1%. Kao rezultat toga, reagens potreban za inhibiciju ispiranja bakra mora se proporcionalno prilagoditi. Ruda s višim sadržajem bakra može zahtijevati veću količinu olovnih soli ili kelatnih sredstava za učinkovito suzbijanje otapanja bakra. Istraživanje je pokazalo da će za svakih 1% povećanja udjela lako topljivog bakra u rudi, potrošnja inhibitora na bazi soli olova možda trebati povećati za 10 - 20 g/t kako bi se održala ista razina inhibicije ispiranja bakra.

Uvjeti procesa

1. Koncentracija cijanida

1. Koncentracija cijanida u otopini ima dvostruku ulogu u ispiranju bakra i učinkovitosti 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 otapanja minerala bakra može se znatno usporiti. Međutim, ako je koncentracija cijanida preniska, to također može negativno utjecati na brzinu ispiranja zlata.

2. Kada koristite reagense kao što su olovne soli, optimalna koncentracija cijanida za njihovu učinkovitost može varirati. U nekim slučajevima može biti potrebna malo viša koncentracija cijanida (oko 0.15% - 0.20%) kako bi se osiguralo da inhibitor olova i soli može stvoriti netopljive spojeve sa supstancama koje sadrže sumpor u rudi, čime se učinkovito inhibira ispiranje bakra. Ali ako je koncentracija cijanida previsoka, može pospješiti otapanje minerala bakra unatoč prisutnosti inhibitora.

2. pH vrijednost

1. pH otopine cijanida je kritičan i za ispiranje bakra i za djelovanje inhibitora. Općenito, proces cijanizacije se provodi u alkalnom mediju, obično s pH u rasponu od 10 - 11. U ovom pH rasponu održava se stabilnost cijanidnog iona, a hidroliza cijanida je svedena na minimum.

2. Za kelirajuća sredstva kao što je limunska kiselina, pH otopine utječe na njihovu sposobnost keliranja. Limunska kiselina sadrži karboksilne i hidroksilne skupine koje keliraju s metalnim ionima. U alkalnom mediju potiče se disocijacija ovih funkcionalnih skupina, povećavajući njihovu sposobnost keliranja s ionima bakra. Međutim, ako je pH previsok (iznad 12), može izazvati nuspojave koje mogu smanjiti učinkovitost kelirajućeg sredstva. Na primjer, u visoko alkalnoj otopini, neki kompleksi metala i kelata mogu se razgraditi, oslobađajući kelirane ione bakra natrag u otopinu.

3. Vrijeme ispiranja

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

2. U slučaju inhibitora olova i soli, dulje vrijeme ispiranja može zahtijevati veću početnu dozu inhibitora. To je zato što se s vremenom formirani netopivi spojevi koji sadrže olovo mogu postupno potrošiti ili njihova učinkovitost može opasti zbog stalne prisutnosti reaktivnih tvari u otopini cijanida. Dakle, potrebno je pažljivo razmotriti vrijeme ispiranja pri određivanju količine i vrste 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 Južnoafričkoj Republici prerađivao je rudaču zlata koja je sadržavala bakar s udjelom bakra od približno 3%. Prije korištenja olovnih soli kao inhibitora, proces cijanizacije suočio se s nekoliko izazova. Potrošnja cijanida bila je iznimno velika, dosezala je i do 15 kg/t rude, a stupanj ispiranja zlata bio je samo oko 80%. Visok sadržaj bakra u rudi doveo je do značajnog otapanja bakra tijekom cijanizacije, koja ne samo da je trošila veliku količinu cijanida, već je također ometala proces ispiranja 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 bile su značajne. Uzimajući u obzir cijenu cijanida i vrijednost dodatnog zlata, rudnik je uštedio približno 50 dolara po toni prerađene rude. S ekološke perspektive, smanjena potrošnja cijanida značila je manji rizik za okoliš povezan s istjecanjem i odlaganjem cijanida. Također je smanjena količina otpada koji sadrži cijanid, što je bilo korisno za lokalni ekološki okoliš.

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

U australskom rudniku zlata ruda je sadržavala značajnu količinu bakrenih minerala, uglavnom kalkopirita i nešto bakrenih karbonatnih minerala. Početni proces cijanizacije bez upotrebe kelirajućeg sredstva imao je stopu ispiranja zlata od 75% i stopu ispiranja bakra od 30%. Visoka brzina ispiranja bakra dovela je do velike potrošnje cijanida, oko 12 kg/t rude.

Kada je u proces cijanizacije dodana limunska kiselina u dozi od 1 kg/t rude, situacija se popravila. Stopa ispiranja bakra smanjena je na 10%, a stopa ispiranja zlata povećana na 85%. Potrošnja cijanida smanjena je na 6 kg/t rude. Ekonomski gledano, trošak dodavanja limunske kiseline bio je relativno nizak u usporedbi s uštedom u potrošnji cijanida i povećanim iskorištenjem zlata. Rudnik je procijenio da bi mogao povećati svoju godišnju dobit za oko 300,000 dolara. Što se tiče okoliša, smanjeno ispiranje bakra značilo je manje otpadnih voda koje sadrže bakar, koje su se lakše tretirale i imale su 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 zlatnom rudom koja je sadržavala bakar. Tradicionalni postupak cijanizacije imao je stopu ispiranja zlata od samo 70% i visoku stopu ispiranja bakra, što je uzrokovalo veliku potrošnju cijanida. Nakon dodavanja novog inhibitora MZY u određenoj dozi, zajedno s optimiziranim procesnim uvjetima uključujući dodatak 18 kg/t vapna i 1.2 kg/t natrijevog cijanida, stopa ispiranja zlata dosegla je 83% - 84%, a stopa ispiranja bakra smanjena je na 4% - 5%.

Ovaj novi proces ne samo da je poboljšao učinkovitost ispiranja zlata, već je i značajno smanjio potrošnju cijanida. Ekonomske koristi bile su dvostruke: povećano izdvajanje zlata dodalo je veću vrijednost proizvodnji, a smanjena potrošnja cijanida smanjila je troškove. Što se tiče zaštite okoliša, niža potrošnja cijanida i manje otpada koji sadrži bakar smanjili su opterećenje okoliša, čineći rudarstvo održivijim. Ove studije slučaja jasno pokazuju praktičnu vrijednost korištenja reagensa za inhibiciju ispiranja bakra u cijanizaciji zlatnih ruda koje sadrže bakar, kako u smislu ekonomske koristi tako i zaštite okoliša.

Zaključak

U procesu cijanizacije zlatnih ruda koje sadrže bakar, ispiranje bakra ne samo da dovodi do velike potrošnje cijanida, već ima i negativan učinak na brzinu ispiranja zlata i naknadne procese dobivanja zlata. Stoga je upotreba reagensa za inhibiciju ispiranja bakra od velikog značaja.

Olovne soli, kao što su olovo nitrat, olovo acetat i olovo oksid, mogu učinkovito spriječiti ispiranje bakra stvaranjem netopljivih spojeva sa supstancama koje sadrže sumpor u rudi ili mijenjanjem površinskih svojstava bakrenih minerala. Sredstva za keliranje poput limunske kiseline mogu kelirati s ionima bakra i drugim štetnim metalnim ionima, smanjujući njihov negativan utjecaj na proces cijanizacije. Dodatno, kontrola koncentracije cijanida i korištenje sustava amonijak - cijanid također može igrati ulogu u slabljenju otapanja bakra do određene mjere.

Na učinkovitost ovih reagensa utječu različiti čimbenici. Svojstva rude, uključujući vrstu i sadržaj minerala bakra, određuju reaktivnost bakra u rudi i time utječu na količinu potrebnog reagensa. Uvjeti procesa kao što su koncentracija cijanida, pH vrijednost i vrijeme ispiranja također imaju značajan utjecaj na učinak reagensa. Na primjer, odgovarajuća koncentracija cijanida i pH vrijednost mogu osigurati stabilnost otopine cijanida i učinkovitost reagensa, dok vrijeme ispiranja može utjecati na kumulativni učinak bakra - reakcije ispiranja.

Kroz studije slučaja, vidjeli smo vrijednost praktične primjene ovih reagensa. U Južnoj Africi, korištenje olovnog nitrata u rudniku zlata smanjilo je potrošnju cijanida i povećalo stopu ispiranja zlata, donoseći značajne ekonomske koristi i ekološke prednosti. U Australiji je dodavanje limunske kiseline u rudniku zlata učinkovito smanjilo ispiranje bakra i potrošnju cijanida dok je istovremeno povećalo stopu ispiranja zlata, što je bilo korisno i za ekonomske i za ekološke aspekte. U kineskom rudniku zlata, upotreba novog inhibitora MZY, zajedno s optimiziranim procesnim uvjetima, poboljšala je učinkovitost ispiranja zlata i smanjila stopu ispiranja bakra, postižući dobre ekonomske i ekološke rezultate.

Općenito, kada se radi o cijanizaciji ruda zlata koje sadrže bakar, potrebno je sveobuhvatno razmotriti karakteristike rude i zahtjeve procesa, te odabrati odgovarajući reagens i radne uvjete. Buduća istraživanja mogu se usredotočiti na daljnje istraživanje učinkovitijih i ekološki prihvatljivijih reagensa, kao i na optimizaciju kombinacije reagensa i procesnih parametara kako bi se postigli učinkovitiji, ekonomičniji i ekološki održiviji procesi ekstrakcije zlata.