Reaģenti, kas kavē vara izskalošanos vara saturošā zelta rūdas cianidācijā

Ievads

Cianidēšana ir plaši izmantota un efektīva metode zelta ieguvei no zeltu saturošām rūdām, īpaši vara saturošām zelta rūdām. Tas ir balstīts uz spēju cianīda jonss veidot stabilus kompleksus ar zeltu, kas ļauj izšķīdināt zeltu no rūdas matricas. Galvenā ķīmiskā reakcija zelta cianidēšanas procesā ir 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH. Šis process ir bijis zelta ieguves nozares stūrakmens jau vairāk nekā gadsimtu, pateicoties tā salīdzinoši augstajai efektivitātei un labi saprotamajai tehnoloģijai.

Tomēr, strādājot ar varu - nesošās zelta rūdas, klātbūtne vara minerālss rada ievērojamas problēmas. Parastie ar zeltu saistīti vara minerāli, piemēram, halkopirīts (CuFeS_2), halkocīts (Cu_2S), malahīts (Cu_2(OH)_2CO_3) un azurīts (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), ir diezgan reaģējoši cianīda šķīdumos. Piemēram, cianīdu saturošā vidē halkocīts var reaģēt šādi: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Šīs reakcijas noved pie liela daudzuma cianīda patēriņa. Pārmērīgs cianīda patēriņš ne tikai palielina ražošanas izmaksas, bet arī ietekmē vidi cianīda toksicitātes dēļ.

Turklāt vara šķīdināšana var traucēt turpmākos procesus zelta atgūšana. Augsts vara līmenis cianīda šķīdumā var samazināt zelta-cianīda kompleksa veidošanās efektivitāti, tādējādi samazinot zelta izskalošanās ātrums. Tas ir tāpēc, ka varš konkurē ar zeltu par cianīda joniem un skābekli šķīdumā, izjaucot ķīmisko līdzsvaru, kas nepieciešams efektīvai zelta šķīdināšanai. Dažos gadījumos vara klātbūtne var radīt problēmas arī pakārtotajos procesos, piemēram, cinka cementēšanas vai oglekļa pulpā (CIP) zelta reģenerācijai, kā rezultātā samazinās zelta reģenerācijas rādītāji un produkta kvalitāte.

Tāpēc ir ļoti svarīgi atrast efektīvus reaģentus, kas kavētu vara izskalošanos vara, kas satur zelta rūdas, cianidēšanas laikā. Šādi reaģenti var palīdzēt optimizēt cianidēšanas procesu, samazināt cianīda patēriņš, un uzlabot zelta ieguves vispārējo efektivitāti, padarot ieguves darbību ekonomiski dzīvotspējīgāku un videi draudzīgāku. Nākamajās sadaļās mēs izpētīsim dažādus reaģentus, kas ir pētīti un izmantoti šim nolūkam.

Vara izskalošanās raksturlielumi cianīda šķīdumos

Cianīda šķīdumos vara minerāliem, kas saistīti ar zeltu, ir atšķirīga izskalošanās uzvedība. Parastie primārie vara minerāli, piemēram, halkopirīts (CuFeS_2) un halkocīts (Cu_2S), kā arī malahīts (Cu_2(OH)_2CO_3), azurīts (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), bornīts (Cu_5FeS_4), kuprīts un (Cu_2O) ir relatīvi šķīstošs varš.

Šos vara minerālus var izskalot istabas temperatūrā (25^{\circ}C). Vara izskalošanās ātrums ir ļoti atšķirīgs, sākot no 5–10% līdz vairāk nekā 90%. Piemēram, malahīts un azurīts, kas ir vara-karbonāta minerāli, ir diezgan reaģējoši cianīda šķīdumos. Malahīta ķīmisko reakciju ar cianīdu var izteikt kā Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Tas parāda, ka cianīda iedarbībā var efektīvi izšķīdināt malahītā esošo varu.

Strādājot ar zelta koncentrātiem ar augstu vara saturu, izskalošanās procesam cianidēšanas laikā ir daži "klīniski" simptomi. Cianīda patēriņš kļūst ārkārtīgi augsts. Parasti dažādiem vara minerāliem, lai izšķīdinātu 1 gramu vara, ir nepieciešams patērēt 2.3–3.4 gramus Nātrija cianīds. Tajā pašā laikā vara šķīdināšana šķīdumā patērē arī skābekli. Piemēram, halkocīta izskalošanās procesā notiek reakcija 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH, kas ne tikai patērē lielu daudzumu cianīda, bet arī ievērojamu daudzumu skābekļa.

Turklāt izskalošanās efekts kļūst salīdzinoši vājš. Augsts vara līmenis cianīda šķīdumā var samazināt zelta-cianīda kompleksa veidošanās efektivitāti. Varš konkurē ar zeltu par cianīda joniem un skābekli šķīdumā. Tā rezultātā tiek izjaukts efektīvai zelta šķīdināšanai nepieciešamais ķīmiskais līdzsvars. Tas noved pie zelta izskalošanās ātruma samazināšanās un var radīt problēmas arī turpmākajos zelta reģenerācijas procesos, piemēram, cinka cementēšanas vai oglekļa celulozes (CIP) procesos, kā rezultātā samazinās zelta reģenerācijas rādītāji un produkta kvalitāte.

Parastie reaģenti vara izskalošanās kavēšanai

Svina sāļi

Svina sāļus bieži izmanto kā reaģentus, lai kavētu vara izskalošanos vara saturošu zelta rūdu cianidācijā. Parasti izmantotie svina sāļi ir svina nitrāts (Pb(NO_3)_2), svina acetāts (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) un svina oksīds (PbO).

Kā piemēru ņemiet svina acetātu. Pētījumi liecina, ka svina acetāta pievienošana pirms cianīda izskalošanās var efektīvi kavēt vara izskalošanos, uzlabot zelta un sudraba izskalošanos un samazināt Nātrija cianīds. Noteiktam zelta koncentrātam ar vara saturu 4.92%, ja pirms izskalošanas tieši pievieno 150 g/t svina acetāta, maluma smalkuma apstākļos -0.037 mm daļiņu lielums veido 95%, izskalošanās laiks 48 h, nātrija cianīda koncentrācija 0.5%, un pH 12, celulozes koncentrācija 40, zelts 1.20. atlikumu var samazināt līdz 97.55 g/t, zelta izskalošanās ātrums sasniedz 60.28%, sudraba atgūšanas ātrums ir 14.37%, un nātrija cianīda patēriņš ir XNUMX kg/t. Tas skaidri parāda svina acetāta pozitīvo ietekmi šajā procesā.

Svina sāļu inhibējošais mehānisms var būt saistīts ar nešķīstošu savienojumu veidošanos. Piemēram, svins var reaģēt ar sēru saturošām vielām rūdā, veidojot nešķīstošu svina sulfīdu. Šī reakcija samazina sēru saturošu vielu daudzumu, kas var reaģēt ar vara minerāliem, tādējādi kavējot vara minerālu šķīšanu. Turklāt svina sāļi var ietekmēt arī vara minerālu virsmas īpašības, samazinot to reaktivitāti cianīda šķīdumā.

Helātus veidojošie aģenti (piemēram, citronskābe)

Helātus veidojošiem līdzekļiem, piemēram, citronskābei, var būt arī nozīme vara izskalošanās kavēšanā cianidēšanas laikā. Helātus veidojošie izskalošanās palīglīdzekļi, piemēram, citronskābe, darbojas, izmantojot unikālu mehānismu. Citronskābe satur karboksil- un hidroksilgrupas, kas var veidot helātus ar kaitīgiem joniem, piemēram, Cu^{2 +}, Zn^{2+}, Fe^{2+} un Fe^{3+} mīkstumā, veidojot stabilus helātus.

Piemēram, karboksilgrupa citronskābē var koordinēties ar metāla joniem caur skābekļa atomu vientuļajiem elektronu pāriem, veidojot gredzenam līdzīgu struktūru. Veidojot helātus šos metālu jonus, citronskābe var novērst to negatīvo ietekmi uz cianidēšanas izskalošanās procesu, piemēram, samazināt skābekļa patēriņu šķīdumā. Turklāt citronskābe var kavēt sēnīšu minerālvielu, piemēram, kalciju un magniju saturošu minerālvielu, izšķīšanu. Tas var mijiedarboties ar šo sēņu minerālu virsmu, mainot to virsmas lādiņu un hidrofilās - hidrofobās īpašības, padarot tos grūtāk izšķīdinātus cianīda šķīdumā. Šī saišu minerālu kavēšana var arī uzlabot "efektīvo aktīvo skābekli" mīkstumā. Ja ir mazāka iespēja izšķīst saišu minerāliem, tie patērē mazāk skābekļa, un zelta cianidēšanai ir pieejams vairāk skābekļa, kas ir labvēlīgs zelta izskalošanai. Kopumā citronskābes pievienošana var palīdzēt radīt labvēlīgāku ķīmisko vidi zelta cianidēšanai, samazinot citu metālu jonu traucējumus un uzlabojot zelta ieguves efektivitāti.

Citi (īss ievads)

Papildus iepriekš minētajiem reaģentiem cianīda jonu koncentrācijas kontrole var būt arī efektīvs veids, kā vājināt vara šķīdināšanu. Ja cianīda jonu koncentrācija tiek pareizi kontrolēta noteiktā diapazonā, var samazināt vara minerālu reakcijas ātrumu ar cianīdu. Piemēram, dažām zelta rūdām, kurās ir salīdzinoši augsts viegli šķīstošo vara minerālu saturs, saglabājot brīvo CN^ - jonu koncentrāciju salīdzinoši zemā līmenī (piemēram, 0.05% - 0.10%), vara minerālu šķīšanas ātrumu var ievērojami palēnināt, savukārt zelta minerālu šķīdināšanas ātrums joprojām ir salīdzinoši augsts, tādējādi zelta minerālu šķīdināšanas ātrums galvenokārt darbojas uz cyanīda.

Vēl viena metode ir izmantot amonjaka-cianīda sistēmu. Amonjaka-cianīda sistēmā amonjaks var veidot kompleksus ar vara joniem, kas zināmā mērā var kavēt vara izskalošanos. Tomēr amonjaka lielās nepastāvības dēļ rūpnieciskās ražošanas procesā ir grūti uzturēt stabilu koncentrāciju, kas ierobežo tā plaša mēroga rūpniecisko pielietojumu. Lai gan šīs metodes priekšrocība ir vara izskalošanās samazināšana, praktiskās darbības un izmaksu efektivitātes problēmas ir jāturpina risināt.

Faktori, kas ietekmē reaģentu iedarbību

To reaģentu efektivitāti, kurus izmanto, lai kavētu vara izskalošanos vara saturošu zelta rūdu cianidēšanas laikā, ietekmē vairāki faktori, kas ir ļoti svarīgi saprast, lai optimizētu cianidēšanas procesu.

Rūdas īpašības

1. Vara minerālu veids

1. Dažādiem vara minerāliem ir atšķirīga reaktivitāte cianīda šķīdumos. Piemēram, vara-karbonāta minerāli, piemēram, malahīts (Cu_2(OH)_2CO_3) un azurīts (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), ir relatīvi reaktīvāki salīdzinājumā ar dažiem primārajiem sulfīda vara minerāliem, piemēram, halkopirītu (CuFeS_2). Malahīts viegli reaģē ar cianīdu saskaņā ar reakciju Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Šī augstā reaģētspēja nozīmē, ka, izmantojot reaģentus, lai kavētu vara izskalošanos, rūdām, kas bagātas ar šādiem reaktīviem vara minerāliem, var būt nepieciešama lielāka deva.

2. Turpretim halkopirītam ir sarežģītāka struktūra, un, lai izšķīdinātu cianīda šķīdumos, ir nepieciešams vairāk enerģijas un specifisku reakcijas apstākļu. Tomēr noteiktos apstākļos tas joprojām var veicināt ievērojamu cianīda patēriņu. Izpratne par dominējošo vara minerālu veidu rūdā ir pirmais solis, lai noteiktu piemērotu reaģentu un tā devu.

2. Vara minerālu saturs

1. Jo lielāks vara minerālvielu saturs rūdā, jo lielāks ir vara izskalošanās potenciāls un atbilstošs cianīda patēriņš. Piemēram, zeltu saturošā rūdā, kurā vara saturs ir 5%, vara izskalošanās reakcijās patērētā cianīda daudzums būs daudz lielāks nekā rūdā ar vara saturu 1%. Rezultātā reaģents, kas nepieciešams, lai kavētu vara izskalošanos, ir proporcionāli jāpielāgo. Rūdai ar lielāku vara saturu var būt nepieciešams lielāks svina sāļu vai helātu veidojošo vielu daudzums, lai efektīvi nomāktu vara šķīšanu. Pētījumi liecina, ka par katru viegli šķīstošā vara satura palielināšanos rūdā par katru 1% var būt nepieciešams palielināt uz svina un sāls bāzes veidota inhibitora patēriņu par 10–20 g/t, lai saglabātu tādu pašu vara izskalošanās kavēšanas līmeni.

Procesa nosacījumi

1. Cianīda koncentrācija

1. Cianīda koncentrācijai šķīdumā ir divējāda loma vara izskalošanā un inhibitoru iedarbībā. Ja cianīda koncentrācija ir zema, vara izskalošanās reakciju ātrums samazinās. Piemēram, ja brīvā - cianīda koncentrācija (CN^ -) tiek uzturēta 0.05% - 0.10% līmenī, vara minerālu šķīšanas ātrumu var ievērojami palēnināt. Tomēr, ja cianīda koncentrācija ir pārāk zema, var negatīvi ietekmēt arī zelta izskalošanās ātrumu.

2. Izmantojot reaģentus, piemēram, svina sāļus, optimālā cianīda koncentrācija to efektivitātei var atšķirties. Dažos gadījumos var būt nepieciešama nedaudz lielāka cianīda koncentrācija (apmēram 0.15–0.20 %), lai nodrošinātu, ka svina sāls inhibitors var veidot nešķīstošus savienojumus ar sēru saturošām vielām rūdā, efektīvi kavējot vara izskalošanos. Bet, ja cianīda koncentrācija ir pārāk augsta, tas var veicināt vara minerālu izšķīšanu, neskatoties uz inhibitoru klātbūtni.

2. pH vērtība

1. Cianīda šķīduma pH ir kritisks gan vara izskalošanai, gan inhibitoru darbībai. Parasti cianidēšanas procesu veic sārmainā vidē, parasti ar pH diapazonā no 10 līdz 11. Šajā pH diapazonā tiek uzturēta cianīda jona stabilitāte un tiek samazināta cianīda hidrolīze.

2. Helātu veidojošajiem līdzekļiem, piemēram, citronskābei, šķīduma pH ietekmē to helātu veidošanās spēju. Citronskābe satur karboksilgrupas un hidroksilgrupas, kas helātus veido ar metāla joniem. Sārmainā vidē tiek veicināta šo funkcionālo grupu disociācija, uzlabojot to helātu veidošanās spēju ar vara joniem. Tomēr, ja pH ir pārāk augsts (virs 12), tas var izraisīt blakusparādības, kas var samazināt helātus veidojošā aģenta efektivitāti. Piemēram, ļoti sārmainā šķīdumā daži metālu-helātu kompleksi var sadalīties, atbrīvojot helātus vara jonus atpakaļ šķīdumā.

3. Izskalošanās laiks

1. Izskalošanās laiks var ietekmēt vara izskalošanās pakāpi un inhibitoru darbību. Palielinoties izskalošanās laikam, var izšķīst vairāk vara, ja tas netiek efektīvi kavēts. Piemēram, īslaicīgā izskalošanās procesā (mazāk par 12 stundām) izskalotā vara daudzums var būt salīdzinoši neliels, un inhibitors var vieglāk kontrolēt vara izskalošanās ātrumu. Bet, ja izskalošanās laiks tiek pagarināts līdz 48 stundām vai ilgāk, vara izskalošanās reakciju kumulatīvais efekts var kļūt nozīmīgāks.

2. Svina-sāls inhibitoru gadījumā ilgākam izskalošanās laikam var būt nepieciešama lielāka inhibitora sākotnējā deva. Tas ir tāpēc, ka laika gaitā izveidotie svinu saturošie nešķīstošie savienojumi var pakāpeniski tikt patērēti vai to efektivitāte var samazināties, jo cianīda šķīdumā pastāvīgi atrodas reaktīvas vielas. Tāpēc, nosakot reaģenta daudzumu un veidu, kas jāizmanto vara izskalošanās kavēšanai, rūpīgi jāapsver izskalošanās laiks.

Gadījumu izpēte un praktiskie pielietojumi

1. gadījums: Svina sāļu izmantošana zelta raktuvēs Dienvidāfrikā

Zelta raktuvēs Dienvidāfrikā tika apstrādāta vara saturoša zelta rūda ar vara saturu aptuveni 3%. Pirms svina sāļu kā inhibitora izmantošanas cianidēšanas process saskārās ar vairākām problēmām. Cianīda patēriņš bija ārkārtīgi augsts, sasniedzot līdz 15 kg/t rūdas, un zelta izskalošanās ātrums bija tikai aptuveni 80%. Augstais vara saturs rūdā izraisīja ievērojamu vara izšķīšanu cianidēšanas laikā, kas ne tikai patērēja lielu daudzumu cianīda, bet arī traucēja zelta izskalošanās procesu.

Pēc svina nitrāta (Pb(NO_3)_2) pievienošanas devā 200 g/t rūdas tika novērotas ievērojamas izmaiņas. Cianīda patēriņš tika samazināts līdz 8 kg/t rūdas, kas ir samazinājums par aptuveni 47%. Zelta izskalošanās ātrums palielinājās līdz 90%. Ekonomiskie ieguvumi bija ievērojami. Ņemot vērā cianīda cenu un papildus atgūtā zelta vērtību, raktuves ietaupīja aptuveni 50 USD par vienu tonnu apstrādātās rūdas. No vides viedokļa samazināts cianīda patēriņš nozīmēja mazāku vides risku, kas saistīts ar cianīda noplūdi un iznīcināšanu. Tika samazināts arī cianīdu saturošo atkritumu daudzums, kas bija labvēlīgs vietējai ekoloģiskajai videi.

2. gadījums: helātu veidojoša līdzekļa (citronskābes) lietošana zelta raktuvēs Austrālijā

Austrālijas zelta raktuvēs rūda saturēja ievērojamu daudzumu vara minerālu, galvenokārt halkopirītu un dažus vara-karbonātu minerālus. Sākotnējā cianidēšanas procesā, neizmantojot helātu veidojošo līdzekli, zelta izskalošanās ātrums bija 75% un vara izskalošanās ātrums 30%. Lielais vara izskalošanās ātrums izraisīja lielu cianīda patēriņu, aptuveni 12 kg/t rūdas.

Kad cianidēšanas procesam pievienoja citronskābi devā 1 kg/t rūdas, situācija uzlabojās. Vara izskalošanās ātrums tika samazināts līdz 10%, bet zelta izskalošanās ātrums palielinājās līdz 85%. Cianīda patēriņš samazinājās līdz 6 kg/t rūdas. Ekonomiski citronskābes pievienošanas izmaksas bija salīdzinoši zemas, salīdzinot ar cianīda patēriņa ietaupījumiem un palielināto zelta atgūšanu. Raktuves lēsa, ka tā varētu palielināt savu gada peļņu par aptuveni 300,000 XNUMX USD. Vides ziņā samazinātā vara izskalošanās nozīmēja mazāk varu saturošu notekūdeņu, kas bija vieglāk attīrāmi un mazāk ietekmēja apkārtnes ūdens resursus.

3. gadījums: jauna inhibitora (MZY) lietošana Ķīnas zelta raktuvēs

Zelta raktuvēs Ķīnā bija darīšana ar ugunsizturīgu varu, kas satur zelta rūdu. Tradicionālajā cianidēšanas procesā zelta izskalošanās ātrums bija tikai 70% un augsts vara izskalošanās ātrums, kas izraisīja lielu cianīda patēriņu. Pēc jauna inhibitora MZY pievienošanas noteiktā devā, kā arī optimizētiem procesa apstākļiem, tostarp pievienojot 18 kg/t kaļķa un 1.2 kg/t nātrija cianīda, zelta izskalošanās ātrums sasniedza 83% - 84%, bet vara izskalošanās ātrums tika samazināts līdz 4% - 5%.

Šis jaunais process ne tikai uzlaboja zelta izskalošanās efektivitāti, bet arī ievērojami samazināja cianīda patēriņu. Ekonomiskie ieguvumi bija divkārši: palielinātā zelta atgūšana pievienoja lielāku vērtību ražošanai, un samazinātais cianīda patēriņš ietaupīja izmaksas. Vides aizsardzības ziņā mazāks cianīda patēriņš un mazāk vara saturošie atkritumi samazināja vides slogu, padarot ieguves darbību ilgtspējīgāku. Šie gadījumu pētījumi skaidri parāda reaģentu izmantošanas praktisko vērtību, lai kavētu vara izskalošanos vara saturošu zelta rūdu cianizēšanā gan ekonomisko ieguvumu, gan vides aizsardzības ziņā.

Secinājumi

Vara saturošu zelta rūdu cianidēšanas procesā vara izskalošanās ne tikai izraisa lielu cianīda patēriņu, bet arī negatīvi ietekmē zelta izskalošanās ātrumu un turpmākos zelta reģenerācijas procesus. Tāpēc reaģentu izmantošanai, lai kavētu vara izskalošanos, ir liela nozīme.

Svina sāļi, piemēram, svina nitrāts, svina acetāts un svina oksīds, var efektīvi kavēt vara izskalošanos, veidojot nešķīstošus savienojumus ar sēru saturošām vielām rūdā vai mainot vara minerālu virsmas īpašības. Helātus veidojošie aģenti, piemēram, citronskābe, var veidot helātus ar vara joniem un citiem kaitīgiem metālu joniem, samazinot to negatīvo ietekmi uz cianidēšanas procesu. Turklāt cianīda koncentrācijas kontrole un amonjaka-cianīda sistēmas izmantošana zināmā mērā var vājināt vara šķīdināšanu.

Šo reaģentu efektivitāti ietekmē dažādi faktori. Rūdas īpašības, tostarp vara minerālu veids un saturs, nosaka vara reaktivitāti rūdā un tādējādi ietekmē nepieciešamā reaģenta daudzumu. Procesa apstākļi, piemēram, cianīda koncentrācija, pH vērtība un izskalošanās laiks, arī būtiski ietekmē reaģentu darbību. Piemēram, atbilstoša cianīda koncentrācija un pH vērtība var nodrošināt cianīda šķīduma stabilitāti un reaģenta efektivitāti, savukārt izskalošanās laiks var ietekmēt vara – izskalošanās reakciju kumulatīvo efektu.

Izmantojot gadījumu izpēti, mēs esam redzējuši šo reaģentu praktisko pielietojuma vērtību. Dienvidāfrikā svina nitrāta izmantošana zelta raktuvēs samazināja cianīda patēriņu un palielināja zelta izskalošanās ātrumu, sniedzot ievērojamus ekonomiskos ieguvumus un vides priekšrocības. Austrālijā citronskābes pievienošana zelta raktuvēs efektīvi samazināja vara izskalošanos un cianīda patēriņu, vienlaikus palielinot zelta izskalošanās ātrumu, kas bija izdevīgi gan ekonomikas, gan vides aspektiem. Ķīnas zelta raktuvēs jauna inhibitora MZY izmantošana kopā ar optimizētiem procesa apstākļiem uzlaboja zelta izskalošanās efektivitāti un samazināja vara izskalošanās ātrumu, panākot labus ekonomiskos un vides rezultātus.

Kopumā, strādājot ar vara saturošu zelta rūdu cianidēšanu, ir vispusīgi jāapsver rūdas īpašības un procesa prasības, kā arī jāizvēlas atbilstošs reaģents un darbības apstākļi. Turpmākie pētījumi var koncentrēties uz efektīvāku un videi draudzīgāku reaģentu tālāku izpēti, kā arī reaģentu un procesa parametru kombinācijas optimizēšanu, lai panāktu efektīvākus, ekonomiskākus un videi draudzīgākus zelta ieguves procesus.