Reagenti per inibire la lisciviazione del rame nella cianurazione del minerale d'oro contenente rame

Introduzione

La cianurazione è un metodo ampiamente utilizzato ed efficace per l'estrazione dell'oro dai minerali auriferi, in particolare nel caso dei minerali auriferi contenenti rame. Si basa sulla capacità di ione cianuros per formare complessi stabili con l'oro, consentendo la dissoluzione dell'oro dalla matrice del minerale. La reazione chimica fondamentale nel processo di cianurazione dell'oro è 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH. Questo processo è stato la pietra angolare dell'industria mineraria dell'oro per oltre un secolo grazie alla sua efficienza relativamente elevata e alla tecnologia ben compresa.

Tuttavia, quando si tratta di minerali d'oro contenenti rame, la presenza di minerale di rames pone sfide significative. I minerali di rame comuni associati all'oro, come calcopirite (CuFeS_2), calcocite (Cu_2S), malachite (Cu_2(OH)_2CO_3) e azzurrite (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), sono piuttosto reattivi nelle soluzioni di cianuro. Ad esempio, in un mezzo contenente cianuro, la calcocite può reagire come segue: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Queste reazioni portano al consumo di una grande quantità di cianuro. Il consumo eccessivo di cianuro non solo aumenta i costi di produzione, ma ha anche implicazioni ambientali a causa della tossicità del cianuro.

Inoltre, la dissoluzione del rame può interferire con i successivi processi di recupero dell'oroLivelli elevati di rame nella soluzione di cianuro possono ridurre l'efficienza della formazione del complesso oro-cianuro, diminuendo così l'oro tasso di lisciviazione. Questo perché il rame compete con l'oro per gli ioni cianuro e l'ossigeno nella soluzione, interrompendo l'equilibrio chimico necessario per un'efficiente dissoluzione dell'oro. In alcuni casi, la presenza di rame può anche causare problemi nei processi a valle come la cementazione dello zinco o la carbon-in-pulp (CIP) per il recupero dell'oro, portando a tassi di recupero dell'oro inferiori e a una scarsa qualità del prodotto.

Pertanto, trovare reagenti efficaci per inibire la lisciviazione del rame durante la cianurazione dei minerali d'oro contenenti rame è di grande importanza. Tali reagenti possono aiutare a ottimizzare il processo di cianurazione, ridurre consumo di cianuro, e migliorare l'efficienza complessiva dell'estrazione dell'oro, rendendo l'attività mineraria più economicamente sostenibile e rispettosa dell'ambiente. Nelle sezioni seguenti, esploreremo vari reagenti che sono stati studiati e utilizzati per questo scopo.

Le caratteristiche di lisciviazione del rame nelle soluzioni di cianuro

Nelle soluzioni di cianuro, i minerali di rame associati all'oro mostrano distinti comportamenti di lisciviazione. I comuni minerali primari di rame come calcopirite (CuFeS_2) e calcocite (Cu_2S), insieme a malachite (Cu_2(OH)_2CO_3), azzurrite (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), bornite (Cu_5FeS_4), cuprite (Cu_2O) e rame nativo, sono relativamente solubili.

Questi minerali di rame possono essere lisciviati a temperatura ambiente (25^{\circ}C). Il tasso di lisciviazione del rame varia ampiamente, dal 5-10% a oltre il 90%. Ad esempio, la malachite e l'azzurrite, che sono minerali di rame-carbonato, sono piuttosto reattivi in ​​soluzioni di cianuro. La reazione chimica della malachite con il cianuro può essere espressa come Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Ciò dimostra che sotto l'azione del cianuro, il rame nella malachite può essere efficacemente disciolto.

Quando si ha a che fare con concentrati di oro ad alto contenuto di rame, il processo di lisciviazione durante la cianurazione presenta alcuni sintomi "clinici". Il consumo di cianuro diventa estremamente elevato. In genere, per diversi minerali di rame, la dissoluzione di 1 grammo di rame richiede il consumo di 2.3 - 3.4 grammi di Cianuro di sodio. Allo stesso tempo, la dissoluzione del rame consuma anche ossigeno nella soluzione. Ad esempio, nel processo di lisciviazione della calcocite, si verifica la reazione 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH, che non solo consuma una grande quantità di cianuro ma anche una quantità significativa di ossigeno.

Inoltre, l'effetto di lisciviazione diventa relativamente scarso. Livelli elevati di rame nella soluzione di cianuro possono ridurre l'efficienza della formazione del complesso oro-cianuro. Il rame compete con l'oro per gli ioni cianuro e l'ossigeno nella soluzione. Di conseguenza, l'equilibrio chimico necessario per un'efficiente dissoluzione dell'oro viene interrotto. Ciò porta a una diminuzione del tasso di lisciviazione dell'oro e può anche causare problemi nei successivi processi di recupero dell'oro come la cementazione dello zinco o il carbone in polpa (CIP), con conseguenti tassi di recupero dell'oro inferiori e una ridotta qualità del prodotto.

Reagenti comuni per inibire la lisciviazione del rame

Sali di piombo

I sali di piombo sono spesso usati come reagenti per inibire la lisciviazione del rame nella cianurazione dei minerali d'oro contenenti rame. I sali di piombo comunemente usati includono nitrato di piombo (Pb(NO_3)_2), acetato di piombo (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) e ossido di piombo (PbO).

Prendiamo come esempio l'acetato di piombo. La ricerca ha dimostrato che l'aggiunta di acetato di piombo prima della lisciviazione con cianuro può inibire efficacemente la lisciviazione del rame, migliorare la lisciviazione di oro e argento e ridurre il consumo di Cianuro di sodio. Per un certo concentrato d'oro con un contenuto di rame del 4.92%, quando 150 g/t di acetato di piombo vengono aggiunti direttamente prima della lisciviazione, nelle condizioni di una finezza di macinazione di -0.037 mm di granulometria pari al 95%, un tempo di lisciviazione di 48 h, una concentrazione di cianuro di sodio dello 0.5%, un pH di 12 e una concentrazione di polpa del 40%, il grado d'oro nel residuo di lisciviazione può essere ridotto a 1.20 g/t, il tasso di lisciviazione dell'oro raggiunge il 97.55%, il tasso di recupero dell'argento è del 60.28% e il consumo di cianuro di sodio è di 14.37 kg/t. Ciò dimostra chiaramente l'effetto positivo dell'acetato di piombo in questo processo.

Il meccanismo inibitorio dei sali di piombo può essere correlato alla formazione di composti insolubili. Ad esempio, il piombo può reagire con sostanze contenenti zolfo nel minerale per formare solfuro di piombo insolubile. Questa reazione riduce la quantità di sostanze contenenti zolfo che possono reagire con i minerali di rame, inibendo così la dissoluzione dei minerali di rame. Inoltre, i sali di piombo possono anche influenzare le proprietà superficiali dei minerali di rame, riducendo la loro reattività nella soluzione di cianuro.

Agenti chelanti (ad esempio, acido citrico)

Gli agenti chelanti, come l'acido citrico, possono anche svolgere un ruolo nell'inibire la lisciviazione del rame durante la cianurazione. Gli agenti di lisciviazione di tipo chelante come l'acido citrico agiscono attraverso un meccanismo unico. L'acido citrico contiene gruppi carbossilici e idrossilici, che possono chelare con ioni nocivi come Cu^{2 +}, Zn^{2+}, Fe^{2+} e Fe^{3+} nella polpa per formare chelati stabili.

Ad esempio, il gruppo carbossilico nell'acido citrico può coordinarsi con gli ioni metallici attraverso gli elettroni a coppia solitaria degli atomi di ossigeno, formando una struttura ad anello. Chelando questi ioni metallici, l'acido citrico può eliminare i loro impatti negativi sul processo di lisciviazione per cianurazione, come la riduzione del loro consumo di ossigeno nella soluzione. Inoltre, l'acido citrico può inibire la dissoluzione di minerali di ganga come minerali contenenti calcio e magnesio. Può interagire con la superficie di questi minerali di ganga, modificandone la carica superficiale e le proprietà idrofile-idrofobiche, rendendoli più difficili da sciogliere nella soluzione di cianuro. Questa inibizione dei minerali di ganga può anche migliorare "l'ossigeno attivo efficace" nella polpa. Quando i minerali di ganga hanno meno probabilità di dissolversi, consumano meno ossigeno e più ossigeno è disponibile per la cianurazione dell'oro, il che è vantaggioso per la lisciviazione dell'oro. In generale, l'aggiunta di acido citrico può aiutare a creare un ambiente chimico più favorevole alla cianurazione dell'oro, riducendo l'interferenza di altri ioni metallici e migliorando l'efficienza dell'estrazione dell'oro.

Altri (breve introduzione)

Oltre ai reagenti sopra menzionati, anche il controllo della concentrazione di ioni cianuro può essere un modo efficace per indebolire la dissoluzione del rame. Quando la concentrazione di ioni cianuro è correttamente controllata entro un certo intervallo, la velocità di reazione dei minerali di rame con il cianuro può essere ridotta. Ad esempio, per alcuni minerali d'oro con un contenuto relativamente elevato di minerali di rame facilmente solubili, mantenendo la concentrazione di ioni CN^ liberi a un livello relativamente basso (come 0.05% - 0.10%), la velocità di dissoluzione dei minerali di rame può essere notevolmente rallentata, mentre la velocità di dissoluzione dei minerali d'oro è ancora relativamente alta, in modo che il cianuro agisca principalmente sulla dissoluzione dei minerali d'oro.

Un altro metodo è quello di utilizzare il sistema ammoniaca-cianuro. Nel sistema ammoniaca-cianuro, l'ammoniaca può formare complessi con ioni rame, che possono inibire la lisciviazione del rame in una certa misura. Tuttavia, a causa dell'elevata volatilità dell'ammoniaca, è difficile mantenere una concentrazione stabile nel processo di produzione industriale, il che ne limita l'applicazione industriale su larga scala. Sebbene questo metodo abbia il vantaggio di ridurre la lisciviazione del rame, le sfide nel funzionamento pratico e nell'economicità devono essere ulteriormente affrontate.

Fattori che influenzano l'effetto dei reagenti

L'efficacia dei reagenti utilizzati per inibire la lisciviazione del rame durante la cianurazione dei minerali d'oro contenenti rame è influenzata da diversi fattori, la cui comprensione è fondamentale per ottimizzare il processo di cianurazione.

Proprietà del minerale

1. Tipo di minerali di rame

1. Diversi minerali di rame hanno reattività distinte in soluzioni di cianuro. Ad esempio, i minerali di rame-carbonato come la malachite (Cu_2(OH)_2CO_3) e l'azzurrite (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2) sono relativamente più reattivi rispetto ad alcuni minerali di rame solfuro primario come la calcopirite (CuFeS_2). La malachite reagisce facilmente con il cianuro secondo la reazione Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Questa elevata reattività significa che quando si utilizzano reagenti per inibire la lisciviazione del rame, potrebbe essere necessario un dosaggio più elevato per i minerali ricchi di tali minerali di rame reattivi.

2. Al contrario, la calcopirite ha una struttura più complessa e richiede più energia e condizioni di reazione specifiche per dissolversi in soluzioni di cianuro. Tuttavia, in determinate condizioni, può comunque contribuire a un consumo significativo di cianuro. Comprendere il tipo di minerale di rame dominante nel minerale è il primo passo per determinare il reagente appropriato e il suo dosaggio.

2. Contenuto di minerali di rame

1. Maggiore è il contenuto di rame nel minerale, maggiore è il potenziale di lisciviazione del rame e il corrispondente consumo di cianuro. Ad esempio, in un minerale aurifero con un contenuto di rame del 5%, la quantità di cianuro consumata dalle reazioni di lisciviazione del rame sarà molto più alta rispetto a un minerale con un contenuto di rame dell'1%. Di conseguenza, il reagente necessario per inibire la lisciviazione del rame deve essere proporzionalmente regolato. Un minerale con un contenuto di rame più elevato potrebbe richiedere una quantità maggiore di sali di piombo o agenti chelanti per sopprimere efficacemente la dissoluzione del rame. La ricerca ha dimostrato che per ogni aumento dell'1% del contenuto di rame facilmente solubile nel minerale, il consumo di un inibitore a base di sali di piombo potrebbe dover essere aumentato di 10-20 g/t per mantenere lo stesso livello di inibizione della lisciviazione del rame.

Condizioni di processo

1. Concentrazione di cianuro

1. La concentrazione di cianuro nella soluzione svolge un duplice ruolo nella lisciviazione del rame e nell'efficacia degli inibitori. Quando la concentrazione di cianuro è bassa, la velocità delle reazioni di lisciviazione del rame è ridotta. Ad esempio, se la concentrazione di cianuro libero (CN^-) è mantenuta allo 0.05% - 0.10%, la velocità di dissoluzione dei minerali di rame può essere notevolmente rallentata. Tuttavia, se la concentrazione di cianuro è troppo bassa, anche la velocità di lisciviazione dell'oro può essere influenzata negativamente.

2. Quando si utilizzano reagenti come i sali di piombo, la concentrazione ottimale di cianuro per la loro efficacia può variare. In alcuni casi, potrebbe essere necessaria una concentrazione di cianuro leggermente più alta (circa 0.15% - 0.20%) per garantire che l'inibitore del sale di piombo possa formare composti insolubili con sostanze contenenti zolfo nel minerale, inibendo efficacemente la lisciviazione del rame. Ma se la concentrazione di cianuro è troppo alta, può promuovere la dissoluzione dei minerali di rame nonostante la presenza di inibitori.

2. valore del ph

1. Il pH della soluzione di cianuro è fondamentale sia per la lisciviazione del rame che per l'azione degli inibitori. In generale, il processo di cianurazione viene eseguito in un mezzo alcalino, solitamente con un pH compreso tra 10 e 11. A questo intervallo di pH, la stabilità dello ione cianuro viene mantenuta e l'idrolisi del cianuro viene ridotta al minimo.

2. Per gli agenti chelanti come l'acido citrico, il pH della soluzione influisce sulla loro capacità chelante. L'acido citrico contiene gruppi carbossilici e idrossilici che chelano con ioni metallici. In un mezzo alcalino, la dissociazione di questi gruppi funzionali viene promossa, migliorando la loro capacità chelante con ioni rame. Tuttavia, se il pH è troppo alto (superiore a 12), può causare reazioni collaterali che possono ridurre l'efficacia dell'agente chelante. Ad esempio, in una soluzione altamente alcalina, alcuni complessi metallo-chelato possono rompersi, rilasciando gli ioni rame chelati nella soluzione.

3. Tempo di lisciviazione

1. Il tempo di lisciviazione può influenzare il grado di lisciviazione del rame e le prestazioni degli inibitori. Man mano che il tempo di lisciviazione aumenta, più rame potrebbe dissolversi se non inibito efficacemente. Ad esempio, in un processo di lisciviazione a breve termine (meno di 12 ore), la quantità di rame lisciviata potrebbe essere relativamente piccola e l'inibitore può controllare più facilmente la velocità di lisciviazione del rame. Ma se il tempo di lisciviazione viene esteso a 48 ore o più, l'effetto cumulativo delle reazioni di lisciviazione del rame potrebbe diventare più significativo.

2. Nel caso di inibitori di sali di piombo, un tempo di lisciviazione più lungo potrebbe richiedere un dosaggio iniziale più elevato dell'inibitore. Questo perché nel tempo, i composti insolubili contenenti piombo formati potrebbero essere gradualmente consumati o la loro efficacia potrebbe diminuire a causa della presenza continua di sostanze reattive nella soluzione di cianuro. Quindi, il tempo di lisciviazione deve essere attentamente considerato quando si determina la quantità e il tipo di reagente da utilizzare per l'inibizione della lisciviazione del rame.

Casi di studio e applicazioni pratiche

Caso 1: Applicazione di sali di piombo in una miniera d'oro in Sudafrica

Una miniera d'oro in Sudafrica stava lavorando un minerale d'oro contenente rame con un contenuto di rame di circa il 3%. Prima di utilizzare i sali di piombo come inibitori, il processo di cianurazione ha dovuto affrontare diverse sfide. Il consumo di cianuro era estremamente elevato, raggiungendo fino a 15 kg/t di minerale, e il tasso di lisciviazione dell'oro era solo di circa l'80%. L'elevato contenuto di rame nel minerale ha portato a una significativa dissoluzione del rame durante la cianurazione, che non solo ha consumato una grande quantità di cianuro, ma ha anche interferito con il processo di lisciviazione dell'oro.

Dopo aver aggiunto nitrato di piombo (Pb(NO_3)_2) a un dosaggio di 200 g/t di minerale, sono stati osservati notevoli cambiamenti. Il consumo di cianuro è stato ridotto a 8 kg/t di minerale, una diminuzione di circa il 47%. Il tasso di lisciviazione dell'oro è aumentato al 90%. I benefici economici sono stati significativi. Considerando il prezzo del cianuro e il valore dell'oro aggiuntivo recuperato, la miniera ha risparmiato circa $ 50 per tonnellata di minerale lavorato. Da una prospettiva ambientale, il ridotto consumo di cianuro ha comportato un minor rischio ambientale associato alla perdita e allo smaltimento di cianuro. È stata inoltre ridotta la quantità di rifiuti contenenti cianuro, il che è stato vantaggioso per l'ambiente ecologico locale.

Caso 2: applicazione di un agente chelante (acido citrico) in una miniera d'oro in Australia

In una miniera d'oro australiana, il minerale conteneva una quantità significativa di minerali di rame, principalmente calcopirite e alcuni minerali di rame-carbonato. Il processo di cianurazione iniziale senza l'uso di un agente chelante aveva un tasso di lisciviazione dell'oro del 75% e un tasso di lisciviazione del rame del 30%. L'alto tasso di lisciviazione del rame ha portato a un elevato consumo di cianuro, circa 12 kg/t di minerale.

Quando l'acido citrico è stato aggiunto al processo di cianurazione a un dosaggio di 1 kg/t di minerale, la situazione è migliorata. Il tasso di lisciviazione del rame è stato ridotto al 10% e il tasso di lisciviazione dell'oro è aumentato all'85%. Il consumo di cianuro è sceso a 6 kg/t di minerale. Economicamente, il costo dell'aggiunta di acido citrico è stato relativamente basso rispetto al risparmio nel consumo di cianuro e all'aumento del recupero dell'oro. La miniera ha stimato di poter aumentare il suo profitto annuale di circa $ 300,000. Dal punto di vista ambientale, la ridotta lisciviazione del rame ha significato meno acque reflue contenenti rame, che erano più facili da trattare e avevano un impatto minore sulle risorse idriche nell'area circostante.

Caso 3: Applicazione di un nuovo inibitore (MZY) in una miniera d'oro cinese

Una miniera d'oro in Cina aveva a che fare con un minerale d'oro contenente rame refrattario. Il tradizionale processo di cianurazione aveva un tasso di lisciviazione dell'oro di solo il 70% e un alto tasso di lisciviazione del rame, che causava un grande consumo di cianuro. Dopo aver aggiunto un nuovo inibitore MZY a un certo dosaggio, insieme a condizioni di processo ottimizzate tra cui l'aggiunta di 18 kg/t di calce e 1.2 kg/t di cianuro di sodio, il tasso di lisciviazione dell'oro ha raggiunto l'83% - 84% e il tasso di lisciviazione del rame è stato ridotto al 4% - 5%.

Questo nuovo processo non solo ha migliorato l'efficienza della lisciviazione dell'oro, ma ha anche ridotto significativamente il consumo di cianuro. I vantaggi economici sono stati duplici: l'aumento del recupero dell'oro ha aggiunto più valore alla produzione e il ridotto consumo di cianuro ha fatto risparmiare sui costi. In termini di protezione ambientale, il minor consumo di cianuro e la minore quantità di rifiuti contenenti rame hanno ridotto l'impatto ambientale, rendendo l'attività mineraria più sostenibile. Questi casi di studio dimostrano chiaramente il valore pratico dell'uso di reagenti per inibire la lisciviazione del rame nella cianurazione dei minerali d'oro contenenti rame, sia in termini di vantaggi economici che di protezione ambientale.

Conclusione

Nel processo di cianurazione dei minerali d'oro contenenti rame, la lisciviazione del rame non solo comporta un elevato consumo di cianuro, ma ha anche un impatto negativo sul tasso di lisciviazione dell'oro e sui successivi processi di recupero dell'oro. Pertanto, l'uso di reagenti per inibire la lisciviazione del rame è di grande importanza.

I sali di piombo, come nitrato di piombo, acetato di piombo e ossido di piombo, possono inibire efficacemente la lisciviazione del rame formando composti insolubili con sostanze contenenti zolfo nel minerale o modificando le proprietà superficiali dei minerali di rame. Gli agenti chelanti come l'acido citrico possono chelare con ioni di rame e altri ioni metallici nocivi, riducendo i loro impatti negativi sul processo di cianurazione. Inoltre, anche il controllo della concentrazione di cianuro e l'utilizzo del sistema ammoniaca-cianuro possono svolgere un ruolo nell'indebolimento della dissoluzione del rame in una certa misura.

L'efficacia di questi reagenti è influenzata da vari fattori. Le proprietà del minerale, tra cui il tipo e il contenuto di minerali di rame, determinano la reattività del rame nel minerale e quindi influenzano la quantità di reagente richiesta. Anche le condizioni di processo come la concentrazione di cianuro, il valore del pH e il tempo di lisciviazione hanno un impatto significativo sulle prestazioni dei reagenti. Ad esempio, una concentrazione di cianuro e un valore del pH appropriati possono garantire la stabilità della soluzione di cianuro e l'efficacia del reagente, mentre il tempo di lisciviazione può influenzare l'effetto cumulativo delle reazioni di lisciviazione del rame.

Attraverso studi di casi, abbiamo visto il valore applicativo pratico di questi reagenti. In Sudafrica, l'uso di nitrato di piombo in una miniera d'oro ha ridotto il consumo di cianuro e aumentato il tasso di lisciviazione dell'oro, apportando significativi benefici economici e vantaggi ambientali. In Australia, l'aggiunta di acido citrico in una miniera d'oro ha ridotto efficacemente la lisciviazione del rame e il consumo di cianuro, aumentando al contempo il tasso di lisciviazione dell'oro, il che è stato vantaggioso sia per gli aspetti economici che ambientali. In una miniera d'oro cinese, l'uso di un nuovo inibitore MZY, insieme a condizioni di processo ottimizzate, ha migliorato l'efficienza di lisciviazione dell'oro e ridotto il tasso di lisciviazione del rame, ottenendo buoni risultati economici e ambientali.

In generale, quando si ha a che fare con la cianurazione di minerali d'oro contenenti rame, è necessario considerare in modo esaustivo le caratteristiche del minerale e i requisiti del processo, e selezionare il reagente e le condizioni operative appropriati. La ricerca futura può concentrarsi sull'ulteriore esplorazione di reagenti più efficienti ed ecocompatibili, nonché sull'ottimizzazione della combinazione di reagenti e parametri di processo per ottenere processi di estrazione dell'oro più efficienti, economici ed ecosostenibili.