Реагенти для інгібування вилуговування міді при ціануванні мідномісної золоторудної руди

Вступ

Ціанування є широко використовуваним і ефективним методом вилучення золота із золотовмісних руд, особливо у випадку мідьвмісних золотих руд. Він заснований на здатності іон ціанідуs для утворення стійких комплексів із золотом, що дозволяє розчинити золото з рудної матриці. Основною хімічною реакцією в процесі ціанування золота є 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH. Цей процес був наріжним каменем золотодобувної промисловості вже понад століття завдяки його відносно високій ефективності та добре зрозумілій технології.

Однак при роботі з мідь-вмісними золоторудними рудами присутність мідний мінералs створює значні проблеми. Звичайні мінерали міді, пов’язані із золотом, такі як халькопірит (CuFeS_2), халькоцит (Cu_2S), малахіт (Cu_2(OH)_2CO_3) і азурит (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), є досить реакційноздатними в ціанідних розчинах. Наприклад, у середовищі, що містить ціанід, халькоцит може реагувати наступним чином: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Ці реакції призводять до споживання великої кількості ціаніду. Надмірне споживання ціаніду не тільки збільшує собівартість виробництва, але також має екологічні наслідки через токсичність ціаніду.

Крім того, розчинення міді може перешкоджати подальшим процесам одержання відновлення золота. Високий вміст міді в ціанідному розчині може знизити ефективність утворення золото-ціанідного комплексу, таким чином зменшуючи золото швидкість вилуговування. Це тому, що мідь конкурує з золотом за іони ціаніду та кисень у розчині, порушуючи хімічну рівновагу, необхідну для ефективного розчинення золота. У деяких випадках присутність міді також може спричинити проблеми в подальших процесах, таких як цементація цинку або вуглець у целюлозі (CIP) для вилучення золота, що призводить до нижчого рівня вилучення золота та низької якості продукції.

Тому пошук ефективних реагентів для інгібування вилуговування міді під час ціанування мідьвмісних золоторудних руд має велике значення. Такі реагенти можуть допомогти оптимізувати процес ціанування, зменшити споживання ціаніду, а також підвищити загальну ефективність видобутку золота, зробивши видобуток більш економічно життєздатним і екологічно чистим. У наступних розділах ми розглянемо різні реагенти, які були вивчені та використані для цієї мети.

Характеристики вилуговування міді в ціанідних розчинах

У ціанідних розчинах мінерали міді, пов’язані із золотом, виявляють чітку поведінку вилуговування. Поширені первинні мідні мінерали, такі як халькопірит (CuFeS_2) і халькоцит (Cu_2S), а також малахіт (Cu_2(OH)_2CO_3), азурит (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), борніт (Cu_5FeS_4), куприт (Cu_2O) і самородна мідь відносно розчинні.

Ці мідні мінерали можна вилуговувати при кімнатній температурі (25^{\circ}C). Швидкість вилуговування міді коливається в широких межах і коливається від 5 - 10% до понад 90%. Наприклад, малахіт і азурит, які є мідно-карбонатними мінералами, досить реактивні в ціанідних розчинах. Хімічну реакцію малахіту з ціанідом можна виразити як Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Це показує, що під дією ціаніду мідь у малахіті може бути ефективно розчинена.

При роботі з концентратами золота з високим вмістом міді процес вилуговування під час ціанування має деякі «клінічні» симптоми. Споживання ціаніду стає надзвичайно високим. Як правило, для різних мінералів міді розчинення 1 грама міді вимагає споживання 2.3-3.4 грама Ціанід натрію. У той же час розчинення міді також споживає кисень у розчині. Наприклад, у процесі вилуговування халькозиту відбувається реакція 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH, яка не тільки споживає велику кількість ціаніду, але й значну кількість кисню.

Крім того, ефект вилуговування стає відносно слабким. Високий вміст міді в ціанідному розчині може знизити ефективність утворення золото-ціанідного комплексу. Мідь конкурує з золотом за ціанідні іони та кисень у розчині. У результаті порушується хімічна рівновага, необхідна для ефективного розчинення золота. Це призводить до зниження швидкості вилуговування золота, а також може спричинити проблеми в наступних процесах вилучення золота, таких як цементація цинку або вуглецю в целюлозі (CIP), що в кінцевому підсумку призводить до нижчого рівня вилучення золота та зниження якості продукції.

Загальні реагенти для інгібування вилуговування міді

Солі свинцю

Солі свинцю часто використовуються як реагенти для інгібування вилуговування міді при ціануванні мідьвмісних золотих руд. Зазвичай використовувані солі свинцю включають нітрат свинцю (Pb(NO_3)_2), ацетат свинцю (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) і оксид свинцю (PbO).

Візьмемо, наприклад, ацетат свинцю. Дослідження показали, що додавання ацетату свинцю перед вилуговуванням ціанідом може ефективно пригнічувати вилуговування міді, посилювати вилуговування золота та срібла та зменшувати споживання Ціанід натрію. Для певного золотого концентрату з вмістом міді 4.92%, коли 150 г/т ацетату свинцю додається безпосередньо перед вилуговуванням, за умов тонкості помелу -0.037 мм, розмір частинок становить 95%, час вилуговування 48 годин, концентрація ціаніду натрію 0.5%, рН 12 і концентрація пульпи 40%, вміст золота в залишок від вилуговування можна знизити до 1.20 г/т, коефіцієнт вилуговування золота досягає 97.55%, коефіцієнт вилучення срібла — 60.28%, витрата ціаніду натрію — 14.37 кг/т. Це наочно демонструє позитивну дію ацетату свинцю в цьому процесі.

Інгібуючий механізм солей свинцю може бути пов'язаний з утворенням нерозчинних сполук. Наприклад, свинець може реагувати з речовинами, що містять сірку в руді, з утворенням нерозчинного сульфіду свинцю. Ця реакція зменшує кількість речовин, що містять сірку, які можуть реагувати з мідними мінералами, тим самим перешкоджаючи розчиненню мідних мінералів. Крім того, солі свинцю також можуть впливати на властивості поверхні мідних мінералів, знижуючи їх реакційну здатність у розчині ціаніду.

Хелатні агенти (наприклад, лимонна кислота)

Хелатоутворювачі, такі як лимонна кислота, також можуть відігравати певну роль у пригніченні вилуговування міді під час ціанування. Хелатоутворюючі агенти типу вимивання, такі як лимонна кислота, діють за допомогою унікального механізму. Лимонна кислота містить карбоксильні та гідроксильні групи, які можуть хелатувати шкідливі іони, такі як Cu^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+} і Fe^{3+} у м’якоті, утворюючи стабільні хелати.

Наприклад, карбоксильна група в лимонній кислоті може координуватися з іонами металу через неподілену пару електронів атомів кисню, утворюючи кільцеподібну структуру. Шляхом хелатування цих іонів металів лимонна кислота може усунути їхній негативний вплив на процес вилуговування ціануванням, наприклад, зменшити споживання ними кисню в розчині. Крім того, лимонна кислота може перешкоджати розчиненню мінеральних речовин, таких як мінерали, що містять кальцій і магній. Він може взаємодіяти з поверхнею цих жильних мінералів, змінюючи їх поверхневий заряд і гідрофільно-гідрофобні властивості, ускладнюючи їх розчинення в розчині ціаніду. Це пригнічення мінералів жильної породи також може покращити «ефективний активний кисень» у пульпі. Коли жильні мінерали менш імовірно розчиняються, вони споживають менше кисню, і більше кисню доступно для ціанування золота, що є корисним для вилуговування золота. Загалом, додавання лимонної кислоти може допомогти створити більш сприятливе хімічне середовище для ціанування золота, зменшуючи вплив іонів інших металів і покращуючи ефективність вилучення золота.

Інші (Короткий вступ)

На додаток до вищезазначених реагентів, контроль концентрації ціанід-іонів також може бути ефективним способом послаблення розчинення міді. Коли концентрація іонів ціаніду належним чином контролюється в певному діапазоні, швидкість реакції мінералів міді з ціанідом може бути зменшена. Наприклад, для деяких руд золота з відносно високим вмістом легкорозчинних мінералів міді, підтримуючи концентрацію вільних іонів CN^- на відносно низькому рівні (наприклад, 0.05% - 0.10%), швидкість розчинення мінералів міді можна значно сповільнити, тоді як швидкість розчинення мінералів золота все ще відносно висока, так що ціанід в основному впливає на розчинення мінералів золота.

Інший метод - використання системи аміак - ціанід. У системі аміак - ціанід аміак може утворювати комплекси з іонами міді, які можуть певною мірою гальмувати вилуговування міді. Однак через високу летючість аміаку важко підтримувати стабільну концентрацію в процесі промислового виробництва, що обмежує його широкомасштабне промислове застосування. Незважаючи на те, що цей метод має перевагу у зменшенні вилуговування міді, проблеми з практичним використанням і економічною ефективністю потребують подальшого вирішення.

Фактори, що впливають на дію реагентів

На ефективність реагентів, що використовуються для пригнічення вилуговування міді під час ціанування мідьвмісних золоторудних руд, впливає кілька факторів, які є вкрай важливими для розуміння для оптимізації процесу ціанування.

Властивості руди

1. Тип мідних мінералів

1. Різні мінерали міді мають різну реакційну здатність у ціанідних розчинах. Наприклад, мідно-карбонатні мінерали, такі як малахіт (Cu_2(OH)_2CO_3) і азурит (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2) є відносно більш реакційноздатними порівняно з деякими первинними сульфідними мінералами міді, такими як халькопірит (CuFeS_2). Малахіт легко реагує з ціанідом за реакцією Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Ця висока реакційна здатність означає, що при використанні реагентів для інгібування вилуговування міді може знадобитися більша доза для руд, багатих такими реактивними мінералами міді.

2. Навпаки, халькопірит має більш складну структуру і вимагає більше енергії та специфічних умов реакції для розчинення в ціанідних розчинах. Однак за певних умов це може сприяти значному споживанню ціаніду. Розуміння домінуючого типу мінералу міді в руді є першим кроком у визначенні відповідного реагенту та його дозування.

2. Вміст мінералів міді

1. Чим вищий вміст мінералу міді в руді, тим більший потенціал вилуговування міді та відповідне споживання ціаніду. Наприклад, у золотовмісній руді з вмістом міді 5 % кількість ціаніду, що споживається в реакціях вилуговування міді, буде набагато більшою, ніж у руді з вмістом міді 1 %. У результаті реагент, необхідний для інгібування вилуговування міді, має бути пропорційно відрегульований. Для руди з вищим вмістом міді може знадобитися більша кількість солей свинцю або хелатуючих агентів для ефективного придушення розчинення міді. Дослідження показали, що для кожного збільшення вмісту легкорозчинної міді в руді на 1% споживання інгібітора на основі свинцевої солі може знадобитися збільшити на 10–20 г/т, щоб підтримувати той самий рівень інгібіції вилуговування міді.

Умови процесу

1. Концентрація ціаніду

1. Концентрація ціаніду в розчині відіграє подвійну роль у вилуговуванні міді та ефективності інгібіторів. Коли концентрація ціаніду низька, швидкість реакцій вилуговування міді знижується. Наприклад, якщо концентрація вільного ціаніду (CN^ -) підтримується на рівні 0.05% - 0.10%, швидкість розчинення мінералів міді може значно сповільнитися. Однак, якщо концентрація ціаніду занадто низька, швидкість вилуговування золота також може негативно вплинути.

2. При використанні таких реагентів, як солі свинцю, оптимальна концентрація ціаніду для їх ефективності може змінюватися. У деяких випадках може знадобитися дещо вища концентрація ціаніду (приблизно 0.15% - 0.20%), щоб переконатися, що свинцево-сольовий інгібітор може утворювати нерозчинні сполуки з сірковмісними речовинами в руді, ефективно перешкоджаючи вилуговуванню міді. Але якщо концентрація ціаніду занадто висока, це може сприяти розчиненню мінералів міді, незважаючи на наявність інгібіторів.

2. Значення рН

1. Рівень рН ціанідного розчину є критичним як для вилуговування міді, так і для дії інгібіторів. Загалом, процес ціанування здійснюється в лужному середовищі, як правило, з рН в діапазоні 10-11. У цьому діапазоні рН зберігається стабільність ціанід-іона, а гідроліз ціаніду мінімізується.

2. Для хелатуючих агентів, таких як лимонна кислота, рН розчину впливає на їхню хелатну здатність. Лимонна кислота містить карбоксильні та гідроксильні групи, які утворюють хелат з іонами металів. У лужному середовищі сприяє дисоціації цих функціональних груп, підвищуючи їхню хелатну здатність з іонами міді. Однак, якщо рН занадто високий (вище 12), це може спричинити побічні реакції, які можуть знизити ефективність хелатного агента. Наприклад, у сильно лужному розчині деякі метало-хелатні комплекси можуть руйнуватися, вивільняючи хелатні іони міді назад у розчин.

3. Час вилуговування

1. Час вилуговування може впливати на ступінь вилуговування міді та продуктивність інгібіторів. Коли час вилуговування збільшується, більше міді може розчинятися, якщо її не пригнічувати ефективно. Наприклад, у короткочасному процесі вилуговування (менше 12 годин) кількість вилуговуваної міді може бути відносно невеликою, і інгібітор може легше контролювати швидкість вилуговування міді. Але якщо час вилуговування подовжується до 48 годин або більше, кумулятивний ефект міді - реакції вилуговування можуть стати більш значними.

2. У випадку свинцево-сольових інгібіторів довший час вилуговування може вимагати вищої початкової дози інгібітора. Це пояснюється тим, що з часом утворені нерозчинні сполуки, що містять свинець, можуть поступово витрачатися або їх ефективність може знизитися через постійну присутність реакційноздатних речовин у розчині ціаніду. Таким чином, час вилуговування необхідно ретельно враховувати при визначенні кількості та типу реагенту для інгібування вилуговування міді.

Тематичні дослідження та практичне застосування

Випадок 1: Застосування солей свинцю на золотому руднику в Південній Африці

Золотий рудник у Південній Африці переробляв міднемісну золоторудну руду з вмістом міді приблизно 3%. Перш ніж використовувати солі свинцю як інгібітор, процес ціанування зіткнувся з кількома проблемами. Витрата ціаніду була надзвичайно високою, досягаючи 15 кг/т руди, а швидкість вилуговування золота становила лише близько 80%. Високий вміст міді в руді призводив до значного розчинення міді під час ціанування, яке не тільки споживало велику кількість ціаніду, але й заважало процесу вилуговування золота.

Після додавання нітрату свинцю (Pb(NO_3)_2) у дозі 200 г/т руди спостерігаються значні зміни. Витрата ціаніду зменшилася до 8 кг/т руди, тобто приблизно на 47%. Швидкість вилуговування золота зросла до 90%. Економічні вигоди були значними. Враховуючи ціну ціаніду та вартість додаткового видобутого золота, шахта заощадила приблизно 50 доларів США на тонну переробленої руди. З екологічної точки зору, зменшення споживання ціаніду означало менший ризик для навколишнього середовища, пов’язаний із витоком ціаніду та утилізацією. Також було зменшено кількість ціанід-вмісних відходів, що сприяло місцевому екологічному середовищу.

Випадок 2: Застосування хелатного агента (лимонної кислоти) на золотому руднику в Австралії

В австралійській золоторудній копальні руда містила значну кількість мідних мінералів, головним чином халькопіриту та деяких мідно-карбонатних мінералів. Початковий процес ціанування без використання хелатного агента мав швидкість вилуговування золота 75% і швидкість вилуговування міді 30%. Висока швидкість вилуговування міді призвела до високої витрати ціаніду, близько 12 кг/т руди.

Коли в процес ціанування додавали лимонну кислоту в дозі 1 кг/т руди, ситуація покращилася. Швидкість вилуговування міді була знижена до 10%, а швидкість вилуговування золота зросла до 85%. Витрата ціаніду знизилася до 6 кг/т руди. Економічно вартість додавання лимонної кислоти була відносно низькою порівняно з економією споживання ціаніду та збільшенням вилучення золота. За оцінками шахти, вона може збільшити свій річний прибуток приблизно на 300,000 XNUMX доларів США. З точки зору навколишнього середовища, зменшення вилуговування міді означало менше стічних вод, що містять мідь, які легше очищати та мали менший вплив на водні ресурси навколишньої території.

Випадок 3: Застосування нового інгібітора (MZY) на китайській золотій шахті

Золотий рудник у Китаї мав справу з вогнетривкою рудою, що містить золото. Традиційний процес ціанування мав швидкість вилуговування золота лише 70% і високу швидкість вилуговування міді, що викликало велике споживання ціаніду. Після додавання нового інгібітора MZY у певній дозі разом із оптимізованими умовами процесу, включаючи додавання 18 кг/т вапна та 1.2 кг/т ціаніду натрію, швидкість вилуговування золота досягла 83% - 84%, а швидкість вилуговування міді знизилася до 4% - 5%.

Цей новий процес не тільки покращив ефективність вилуговування золота, але й значно зменшив споживання ціаніду. Економічні вигоди були подвійними: збільшення вилучення золота додало більшої вартості виробництва, а зменшення споживання ціаніду дозволило заощадити витрати. З точки зору захисту навколишнього середовища, менше споживання ціаніду та менше відходів, що містять мідь, зменшили навантаження на навколишнє середовище, зробивши видобуток більш стійким. Ці тематичні дослідження чітко демонструють практичну цінність використання реагентів для пригнічення вилуговування міді під час ціанування мідьвмісних золотих руд як з точки зору економічної вигоди, так і захисту навколишнього середовища.

Висновок

У процесі ціанування мідьвмісних золотих руд вилуговування міді не тільки призводить до високого споживання ціаніду, але також негативно впливає на швидкість вилуговування золота та подальші процеси вилучення золота. Тому використання реагентів для інгібування вилуговування міді має велике значення.

Солі свинцю, такі як нітрат свинцю, ацетат свинцю та оксид свинцю, можуть ефективно пригнічувати вилуговування міді, утворюючи нерозчинні сполуки з сірковмісними речовинами в руді або змінюючи властивості поверхні мідних мінералів. Хелатоутворювачі, такі як лимонна кислота, можуть хелатувати іони міді та інші шкідливі іони металів, зменшуючи їхній негативний вплив на процес ціанування. Крім того, контроль концентрації ціаніду та використання системи аміак - ціанід також може певною мірою послабити розчинення міді.

На ефективність цих реагентів впливають різні фактори. Властивості руди, включаючи тип і вміст мінералів міді, визначають реакційну здатність міді в руді і, таким чином, впливають на кількість необхідного реагенту. Умови процесу, такі як концентрація ціаніду, значення pH і час вилуговування, також мають значний вплив на ефективність реагентів. Наприклад, відповідна концентрація ціаніду та значення рН можуть забезпечити стабільність розчину ціаніду та ефективність реагенту, тоді як час вилуговування може вплинути на кумулятивний ефект реакцій вилуговування міді.

Завдяки практичним дослідженням ми переконалися в практичному застосуванні цих реагентів. У Південній Африці використання нітрату свинцю в золотих копальнях зменшило споживання ціаніду та збільшило швидкість вилуговування золота, що принесло значні економічні вигоди та переваги для навколишнього середовища. В Австралії додавання лимонної кислоти в золоту шахту ефективно зменшило вилуговування міді та споживання ціаніду, одночасно підвищивши швидкість вилуговування золота, що було вигідно як з економічної, так і з екологічної точки зору. У китайській золоторудній шахті використання нового інгібітора MZY разом із оптимізованими умовами процесу покращило ефективність вилуговування золота та зменшило швидкість вилуговування міді, досягнувши хороших економічних та екологічних результатів.

Загалом, маючи справу з ціануванням мідьвмісних золоторудних руд, необхідно всебічно враховувати характеристики руди та вимоги процесу, а також вибрати відповідний реагент і робочі умови. Майбутні дослідження можуть бути зосереджені на подальшому дослідженні більш ефективних і екологічно чистих реагентів, а також на оптимізації комбінації реагентів і параметрів процесу для досягнення більш ефективних, економічних і екологічно стійких процесів вилучення золота.