金鉱山における撹拌シアン化浸出の主なプロセス

イントロダクション

1887年以来工業生産で用いられてきたシアン化浸出法は、シアン化物溶液を浸出剤として用い、金銀を含む鉱物原料から金銀を抽出する鉱物浸出プロセスである。攪拌式シアン化浸出法は、シアン化浸出法の中でも重要な方法の一つであり、金鉱業において広く用いられている。

撹拌シアン化浸出の原理

シアン化ナトリウム（NaCN）などのシアン化物は、シアン化処理における重要な試薬です。シアン化ナトリウムは無色透明の結晶で、不純物によってしばしば灰黄色を呈します。水への溶解度は20%以上と非常に高い溶解度を示します。水溶液のpHを7に酸性化すると、シアン化物はほぼ完全に揮発性のシアン化水素ガスに分解します。シアン化水素ガスは無色で毒性が非常に高いガスです。溶液中のシアン化水素は弱酸であり、電離しにくく、金や銀の浸出効果はありません。pHが12になると、溶液中のシアン化物はほぼ完全にシアン化物イオンに解離します。したがって、シアン化処理はアルカリ性媒体で行う必要があります。

一般的に、酸素存在下での金のシアン化浸出は電気化学的腐食プロセスです。シアン化物はアルカリ性環境下で酸素の存在下で金と反応し、水溶性の金シアン化物錯体を形成します。これにより、鉱石から金を溶解することが可能になります。

撹拌シアン化浸出のプロセス

1. 浸出原料の準備

• 破砕：採掘された金鉱石は、まず破砕機に投入され、破砕されます。破砕工程は、粗破砕、中破砕、微破砕に分けられます。粗破砕と中破砕には、主に大きな鉱石を数センチメートル程度の小さな粒子に砕くために、ジョークラッシャーやコーンクラッシャーがよく使用されます。微破砕には、主にハンマークラッシャーが使用されます。

• 粉砕：粉砕された鉱石は、適切な粒度になるまでさらに粉砕するためにボールミルに投入されます。通常、金鉱物が完全に分離されるように、鉱石の粒度が-200メッシュ以上が60%～90%を占める必要があります。一般的に、粗粉砕には格子型ボールミルが、微粉砕にはオーバーフロー型ボールミルが使用されます。

• スラリーの調製：粉砕した鉱石スラリーを攪拌槽に入れます。適切な量の水を加えて鉱石スラリーの濃度を調整し、一般的には30～50％に制御します。同時に、石灰などの調整剤を加えて鉱石スラリーのpH値を10～11に調整し、シアン化浸出に適したアルカリ性環境を作り出し、他の不純物の溶解を抑制します。

2. 撹拌シアン化浸出

• 浸出剤の添加：調整済みの鉱石スラリーに、シアン化ナトリウム（NaCN）やシアン化カリウム（KCN）などのシアン化物系薬剤を添加します。十分に攪拌した状態で、シアン化物は金と化学反応を起こし、水溶性の金シアン化物錯体を形成します。

• 浸出装置：浸出プロセスは通常、複数の撹拌槽を直列に接続して行われます。撹拌槽は、混合方法の違いにより、圧縮空気撹拌槽、機械式撹拌槽、混合撹拌槽の3種類に分類できます。

• 浸出条件：鉱石スラリー中のシアン化ナトリウム濃度は通常0.02%～0.1%です。操業中に石灰を添加して、鉱石スラリーのpHを9～12に調整します。鉱石スラリー中の溶存酸素濃度とシアン化ナトリウム濃度の最適な比率を維持するために、空気を充填します。金が完全に溶解するように、浸出時間は通常24～48時間です。

3. 固液分離と洗浄

• 固液分離：浸出後、鉱石スラリーはシックナーやフィルターなどの装置を用いて固液分離され、金含有浸出液と浸出残渣が得られます。シックナーは重力沈降の原理を利用して鉱石スラリー中の固体粒子を底に沈殿させ、上澄み液が金含有浸出液となります。フィルターはシックナーの底流をさらに濾過し、固液分離効果を高めます。

• 洗浄：シアン化物浸出液と浸出残渣を十分に分離するために、一般的には3～5段階の濃縮、ろ過、またはその両方を組み合わせた洗浄工程が用いられます。これはシアン化浸出における重要な操作です。一般的に用いられる方法は、連続向流デカンテーション法（CCD法）です。この方法で使用される濃縮器は、単層型と多層型に分けられます。中国の多くのシアン化濃縮プラントでは、固液分離と連続向流洗浄のために2～3層の濃縮器が使用されています。

4. 金の回収

• 亜鉛粉末置換法：金を含む溶液に亜鉛粉末を添加する。亜鉛は置換反応によって金シアン化物錯体と反応し、金を金属金に還元して沈殿させる。濾過後、金泥が得られ、この金泥を溶解などの工程を経て精錬し、粗金を得る。

• 活性炭吸着法：金を含む浸出液に活性炭を添加し、活性炭に金シアン化物錯体を吸着させる。その後、脱着や電解採取などの工程を経て、活性炭から金を回収する。この方法は、さらに炭素吸着法（CIP）と炭素浸出法（CIL）に分類される。

• CIPプロセス：まずシアン化浸出を行い、次に活性炭を鉱石スラリーに添加して金を吸着します。CIPプロセスでは、浸出と吸着は2つの独立した操作です。吸着操作では、浸出プロセスはほぼ完了しており、吸着タンクのサイズ、量、および運転条件は吸着パラメータによって決定されます。

• CILプロセス：活性炭を浸出槽に添加し、浸出と吸着を同時に行います。つまり、浸出と吸着が同時に起こります。CILプロセスでは、浸出と吸着の操作が同時に行われます。一般的に、浸出操作は吸着操作よりも長い時間を要します。そのため、槽のサイズ、通気、および添加量は浸出パラメータによって決定されます。吸着速度は溶液中の溶解金の濃度に依存するため、前部の吸着槽で溶解金の濃度を高め、同時に浸出時間を長くするために、通常、浸出と吸着の前に1～2段階の前処理浸出が加えられます。

5. 尾鉱処理

金回収後の尾鉱には、通常、一定量の残留シアン化物やその他の不純物が含まれています。環境保護の要件を満たすためには、尾鉱を適切に処理する必要があります。一般的な処理方法としては、化学酸化法（二酸化硫黄空気法など）、自然分解、または生物分解法があり、これらを用いて残留シアン化物の濃度を国家基準以下に低減し、環境汚染を防止します。処理済みの尾鉱は、積み重ねるなど適切な方法で処分できます。

結論

撹拌シアン化浸出法は、金鉱石から金を抽出する上で重要な工程です。原料準備、撹拌浸出、固液分離、金回収、尾鉱処理といった一連の工程を経て、金鉱石から効率的に金を抽出することができます。しかし、シアン化物の毒性のため、撹拌シアン化浸出法を用いる際には、金鉱業の持続可能な発展を確保するため、安全な生産と環境保護に細心の注意を払う必要があります。