Застосування активованого вугілля при вилученні золота

У золотодобувній промисловості активоване вугілля є ключовим матеріалом, який використовується для адсорбції та збагачення золота низької-концентрації з ціанідних розчинів. Його основною функцією є вибіркове збагачення ціанідних комплексів золота у великій пористій структурі шляхом фізичної адсорбції, досягнення тисячо-кратного збільшення масової концентрації та закладення основи для наступного ефективного відновлення.

 

I. Роль активованого вугілля у вилученні золота

 

Після ціанідного вилуговування золотої руди золото існує в розчині у вигляді ціанідних аніонів золота (Au(CN)₂⁻) у зазвичай надзвичайно низьких концентраціях. Безпосереднє вилучення золота з таких розбавлених розчинів є економічно складним. Активоване вугілля з надзвичайно високою питомою поверхнею (приблизно 1000 м²/г) і специфічною структурою пор стає ідеальним середовищем для збагачення золота з розчину.

У промисловому виробництві в основному використовується активоване вугілля зі шкаралупи кокосового горіха. Він виробляється шляхом активації парою та має достатню твердість і зносостійкість, щоб протистояти стиранню в процесі виробництва вуглецю-в-целюлозі.

 

II. Механізм адсорбції золота: Іонна пара Ціанідні аніони золота негативно заряджені, тоді як поверхня активованого вугілля електрично нейтральна, тому пряма адсорбція неможлива. Адсорбція золота базується на утворенні «іонних пар». Іони кальцію (Ca²⁺, зазвичай із доданого вапна) у розчині поєднуються з двома аніонами ціаніду золота, утворюючи електрично нейтральні пари іонів ціаніду кальцію-золота: Ca[Au(CN)₂]₂. Ці пари нейтральних іонів фізично адсорбуються на поверхні пор активованого вугілля за допомогою сил Ван-дер-Ваальса.

Це оборотний процес динамічної рівноваги. Існує відповідна залежність між концентрацією золота в розчині та навантаженням золота на активоване вугілля. Щоб постійно зменшувати концентрацію золота в розчині та збільшувати навантаження золота на вугілля, використовується протитечійний контактний метод: золото-вмісна пульпа послідовно протікає через серію адсорбційних резервуарів, тоді як активоване вугілля рухається у протилежному напрямку. Свіжий вуглець додається з останнього резервуара і надходить до першого резервуара з найвищою концентрацією золота; пульпа перетікає з першої ємності в останню. Таким чином, концентрація золота в хвостах, вивантажуваних з останнього резервуару, може бути знижена до надзвичайно низького рівня, тоді як вуглець, насичений золотом-, виведений з першого резервуару, досягає високої місткості.

III. Основні фактори, що впливають на ефективність адсорбції золота На ефективність адсорбції золота впливають різні робочі та хімічні умови.

 

1. Фізичні умови: Щільність пульпи має бути близькою до щільності вологого активованого вугілля (приблизно 1,3-1,5 т/м³), щоб забезпечити рівномірну суспензію частинок вуглецю та уникнути осідання або спливання. Адекватне перемішування може зменшити товщину рідкого прикордонного шару на поверхні вуглецевих частинок і прискорити масообмін і дифузію золота в вуглецеві частинки.

 

2. Властивості активованого вугілля: менший розмір частинок вуглецю сприяє прискоренню кінетики адсорбції, але ускладнює скринінг і відновлення. У промисловості зазвичай використовується діапазон розміру частинок 1-3 міліметри (наприклад, 6×12 меш або 8×16 меш). Твердість вуглецю має вирішальне значення, оскільки він повинен витримувати стирання під час процесів перемішування, перекачування та регенерації. У цьому відношенні чудово працює вуглець зі шкаралупи кокосового горіха.

 

3. Конкурентна адсорбція та отрути: це ключова проблема, яка впливає на швидкість відновлення.

- Органічні отрути: органічні речовини, такі як флотаційні реагенти (наприклад, ксантогенати), мастильні масла та гумінові кислоти конкурують із золотом за місця адсорбції та можуть навіть блокувати пори. Деякі флотаційні реагенти можуть знизити адсорбційну активність активованого вугілля більш ніж на 60%. Ці органічні отрути в основному видаляються за допомогою наступних етапів термічної регенерації.

- Неорганічні отрути: переважно ціанідні комплекси інших металів (наприклад, міді, нікелю, срібла). Вони також можуть утворювати іонні пари, які адсорбуються, займаючи активні центри. Особливу увагу варто звернути на вплив міді. Його ціанідна форма в розчині змінюється з рН, і він легше адсорбується, коли рН нижче 10,5. Більшість неорганічних отрут можна видалити промиванням кислотою.

- Утворення накипу: під час CIP-процесу іони кальцію та карбонат можуть утворювати осад, наприклад карбонат кальцію (CaCO₃), на поверхні активованого вугілля. Ці шари накипу в основному осідають і блокують входи в мезопори та макропори частинок вуглецю, перешкоджаючи дифузії золота в мікропори. Регулярне миття кислотою може ефективно видалити ці шари накипу.

 

4. Хімічне середовище розчину:

- РН і концентрація ціаніду: промислово рН зазвичай підтримується в межах 10-11, щоб контролювати утворення токсичного газу HCN. Достатня концентрація вільного ціаніду є необхідною умовою для забезпечення ефективного розчинення та стабільності золота.

- Температура: адсорбція золота є екзотермічним процесом, тому нижчі температури сприяють адсорбції. Багато заводів часто досягають вищих показників відновлення в холодну пору року. Навпаки, подальший процес десорбції вимагає високих температур.

- Іонна сила: наявність іонів лужноземельних металів, таких як кальцій і магній, необхідна для утворення пар іонів ціаніду золота.

 

IV. Десорбція: десорбція золота з активованого вугілля Наповнений золотом-вуглець, адсорбований високою-концентрацією золота, потребує десорбції (елюювання), щоб перенести золото назад у розчин для електролітичного очищення.

 

Основним принципом десорбції є створення умов, несприятливих для адсорбції, і зворотний процес адсорбції. У промисловості в основному застосовуються два зрілих процеси: метод AARL і метод Zadra. Обидва вони засновані на наступних кроках:

1. За високої температури розчин іонів натрію (з гідроксиду натрію) високої{1}}концентрації використовується для заміни іонів кальцію в парах ціаніду золота на іони натрію шляхом іонного обміну, утворюючи менш стабільні пари іонів натрію-золота ціаніду.

2. Висока температура сприяє розкладанню нестабільних іонних пар-золотоціаніду натрію, і аніони ціаніду золота вивільняються назад у розчин із поверхні активованого вугілля.

Основна відмінність між ними полягає в поєднанні процесу: метод AARL — це періодична операція, і десорбований-збагачений золотом розчин (вагітний розчин) надсилається в незалежний електролізний цех; метод Zadra з’єднує десорбційну колонку та електролітичну комірку послідовно, щоб утворити замкнутий -цикл циклу, реалізуючи десорбцію та електроліз одночасно. Незалежно від обраного методу, метою є зниження вмісту золота в бідному вуглеці, що повертається в адсорбційний контур, до рівня нижче приблизно 50 грамів на тонну, щоб відновити його адсорбційну здатність.

 

V. Основні потоки процесу: CIP, CIL і Pumpcell

 

Існує три основні форми процесів вилучення золота активованим вугіллям:

Вуглець у целюлозі (CIP): руда спочатку завершує більшу частину розчинення золота через незалежні резервуари для вилуговування ціанідом, а потім пульпа потрапляє в серію адсорбційних резервуарів для адсорбції золота. Пульпа тече вперед, а активоване вугілля транспортується протитечією. Його «коефіцієнт збагачення» (співвідношення вмісту вуглецю-з вмістом золота до вмісту золота у вихідному розчині) зазвичай становить 1000-1200.

Вуглець у вилуговуванні (CIL): вилуговування та адсорбція поєднуються та проводяться одночасно в одній серії резервуарів. Цей процес особливо підходить для руд, що містять речовини, які «-крадуть золото» (інші речовини, які можуть адсорбувати золото), оскільки активоване вугілля може конкурувати з ними, захищаючи розчинене золото. Однак через низьку концентрацію золота в розчині, коли вилуговування є неповним, зазвичай потрібна більша кількість активованого вугілля, а коефіцієнт збагачення зазвичай становить 800-1000.

 

Процес Pumpcell: приймає режим роботи, подібний до "каруселі". Протитечія досягається шляхом регулярного обертання точки подачі пульпи та точки вивантаження хвостів без необхідності фізичного переміщення вуглецевої пульпи. Цей метод зменшує зворотне змішування, керує партіями вуглецю, може досягти вищого коефіцієнта збагачення (1500-2500 або вище) і має більш компактний об’єм обладнання.

Вибір процесу залежить від різних факторів, таких як властивості руди, проектний масштаб, інвестиції та експлуатаційні витрати.

 

VI. Моніторинг і баланс процесу. Стабільна робота установки CIP/CIL залежить від моніторингу ключових параметрів, які в основному оцінюються за двома «аспектами»:

 

- Концентрація золота в розчині: відстежуйте вміст золота в розчині на виході з кожної адсорбційної ємності, який має показувати значну тенденцію до-{2}}покрокового зниження.

- Концентрація золота в вугіллі, наповненому золотом-: відстежуйте навантаження золота в активованому вугіллі в кожній адсорбційній ємності, яка має демонструвати--покрокову тенденцію до зниження від початку до кінця.

Регулярний аналіз цих аспектів у поєднанні з тестуванням кінетичної швидкості (активності) адсорбції активованого вугілля може допомогти заводу вчасно виявити такі проблеми, як накопичення отрути, зниження ефективності обладнання або робочий дисбаланс, таким чином підтримуючи оптимальний рівень вилучення золота.

Незамінну роль у вилученні золота відіграє активоване вугілля. Від основного принципу адсорбції пар іонів ціаніду золота до вирішення практичних проблем органічних і неорганічних отрут і утворення накипу, до відновлення десорбції та вибору процесу, увесь процес становить складну та ефективну технічну систему. Глибоке-розуміння та точний контроль властивостей активованого вугілля, умов процесу та балансу системи є основою досягнення ефективного та економічного вилучення золота.