Лабораторная работа № 2

Изучение процесса окислительного разложения сульфидного золотосодержащего концентрата

Цель работы

изучение процессов разложения сульфидных минералов – носителей золота в упорных золотосодержащих концентратах для подготовки материалов к последующей операции выщелачивания золота

Задачи работы

- изучить способы кондиционирования золотосодержащих сульфидных концентратов;

- произвести опытное выщелачивание сульфидного золотосодержащего концентрата в кислой среде без окислителя и с введением в систему окислителя

- определить выходы и составы полученных продуктов выщелачивания

Теоретические сведения

Подготовка упорных руд и концентратов к цианированию (кондиционирование)

Для кондиционирования золотосодержащих упорных руд, в основном арсенопиритных, разработаны различные методы. Наиболее широко используют биологическое окисление и окислительную обработку под давлением. На части предприятий продолжают применять традиционный окислительный обжиг.

Наибольшее внимание уделяется переработке углистых руд и гравитационных концентратов. Это обусловлено выявлением значительных запасов руд, содержащих природные сорбенты золота и серебра, а также невозможностью применения цианистого процесса в традиционном исполнении для растворения крупного золота, содержащегося в гравитационных концентратах.

Окислительный обжиг

Окислительный одно- и двухстадиальный обжиг имеет целью разложение сульфидных минералов в условиях высоких температур в присутствии в качестве реагента-окислителя кислорода воздуха. В результате обжига достигается высокая степень разложения сульфидных минералов с выделением серы и мышьяка в виде газообразных соединений – сернистого газа и оксида мышьяка. При этом железо и цветные металлы в огарке присутствуют в виде соответствующих оксидов, характеризующихся пористой структурой. Подробно процессы окислительного и дистилляционного обжига были рассмотрены в лабораторной работе № 1.

Автоклавное окислительное выщелачивание

Развитие этого способа кондиционирования упорных руд обусловлено двумя причинами: установлением новых норм ПДК на содержание диоксида серы и триоксида мышьяка в атмосфере и большим извлечением золота (по сравнению с обжигом) при последующем цианировании.

В условиях автоклавного окисления 60 - 95 % железа переводится в форму основного сульфата или в виде ярозита. Значительная часть мышьяка переосаждается в виде стабильного арсената железа FeAsО₄.

В применении к золотосодержащему сырью, интересны два возможных варианта такого рода технологии.

- автоклавное вскрытие (окисление) сульфидов с сохранением золота и серебра в нерастворенном остатке, из которого их легко извлечь цианированием или амальгамацией.

- автоклавное кислородно-аммиачное выщелачивание, в котором процесс вскрытия золотосодержащих сульфидов совмещен во времени и аппаратуре с процессом растворения золота. Разложение сульфидов под давлением кислорода может осуществляться в водной, щелочной (NaOH) и кислой (H₂SO₄) среде.

Сущность автоклавно-кислородного процесса в водной или кислой среде заключается в следующем Пульпу, содержащую сульфиды, нагревают в автоклаве до температуры 120–130° С под давлением воздуха или кислорода, превосходящем упругость пара растворов. Сульфиды окисляются с образованием сульфатов, арсенатов, серной и мышьяковой кислоты и элементарной серы.

Установлено, что образованию элементарной серы по реакции:

FeS₂ + 2О₂ = FeSО₄ + S°

Способствует высокая кислотность (выщелачивание в кислых средах) и низкие температуры. Напротив, низкая кислотность (выщелачивание в водной среде) и высокие температуры приводят в основном к образованию серной кислоты:

2FeS₂ + 7О₂ + 2Н₂О = 2FeSО₄ + 2H₂SО₄.

Дополнительной причиной образования элементной серы может явиться взаимодействие пирита с возможным продуктом его окисления — сульфатом трехвалентного железа:

FeS₂ + Fe₂ (SО₄)₃ = 3FeSО₄ + 2S°.

Оптимальными условиями автоклавного окисления пирита считают температуру 200° С и давление кислорода 3,2 МПа.

Процесс окисления пирротина Fe_nS_n+1 в водных растворах протекает в значительно более мягких условиях. Полное окисление его достигается уже при температуре 110–115° С и парциальном давлении кислорода до 1 МПа. При этом конечным продуктом реакции может быть элементарная сера и окись железа:

4Fe_nS_n+1 + 3nО₂ = 2n Fe₂O₃ + 4 (n + 1) S°.

При окислении троилита FeS выход элементарной серы в сильнокислой среде может достигать 90%:

FeS + 3О₂ = 2 Fe₂O₃ + 4S°.

Арсенопирит довольно энергично окисляется при температуре 150° С. В отличие от других окисление арсенопирита сопровождается образованием, наряду с отмеченными продуктами, мышьяковой кислоты H₃AsО₄. Выделяющиеся сульфаты железа могут взаимодействовать с мышьяковой кислотой с образованием нерастворимых арсенатов железа.

Таким образом, при температуре 130–340° С и давлении кислорода, превышающем упругость паров раствора, часть мышьяка и большая часть железа переходят в нерастворимую форму и остаются в твердом остатке. Одновременно ценные металлы и, в частности, золото, первоначально физически и химически ассоциированные с железистыми сульфидами, вскрываются, т. е. становятся доступными воздействию растворителя (цианида).

Следует подчеркнуть, что образование элементной серы при осуществлении автоклавно-кислородного процесса вскрытия золотосодержащих сульфидов в водной и сернокислой средах – один из основных факторов, снижающих эффективность этого метода. Ведение процесса выше 120° С (что необходимо для полного разложения пирита и арсенопирита), неизбежно связано с расплавлением элементарной серы, температура плавления которой для моноклинной модификации 119° С и ромбической модификации – 112° С. Расплавленная сера покрывает поверхность зерен сульфидов, препятствуя их дальнейшему окислению. В результате этого, снижается степень разложения сульфидов, и, следовательно, степень вскрытия золота, связанного с ним.

Отмеченные выше недостатки автоклавно-кислородного вскрытия сульфидов в значительной мере устраняются при осуществлении процесса в щелочных растворах (например, NaOH). Установлено, что кеки щелочного разложения золотосодержащих сульфидов благоприятный материал для цианирования, вследствие достижения полного вскрытия металла, разрушения пленок на золотинах, а также полного перевода мышьяка в щелочной раствор в виде арсената натрия Na₃AsО₄. Таким образом, данный процесс можно рассматривать как гидрометаллургическую селекцию золота и мышьяка в коллективных мышьяковопиритных концентратах. Полученный раствор арсената натрия можно использовать для извлечения мышьяка в товарную продукцию, например арсенат кальция, с одновременной регенерацией щелочи, связанной в арсенате натрия:

2Na₃AsО₄ + 3Са(ОН)₂ = Са₃(AsO₄)₂ + 6NaOH.

Отрицательный момент автоклавно-щелочного выщелачивания – весьма высокий расход щелочи (до 820 кг NaOH на 1 т концентрата), значительная часть которой связывается в прочный сульфат Na₂SО₄ и не регенерируется простыми способами.

Одна из разновидностей автоклавно-щелочного процесса — аммиачное выщелачивание. Установлено, что в избытке аммиака простые сульфиды тяжелых металлов дают растворимые (сульфаты) или нерастворимые (гидраты окислов) соединения. Сложные сульфиды (арсенопирит, халькопирит), окисляясь кислородом, распадаются на составные части, одни из которых растворяются в аммиаке (медь, никель), а другие образуют нерастворимые соединения (железо).

Важными технологическими параметрами контроля за процессом являются температура, парциальное давление кислорода, время выдержки в автоклаве и окислительно-восстановительный (редокс) потенциал.

Первые 3 параметра влияют на скорость окисления сульфидов, в то время как редокс-потенциал используют для определения степени окисления. Температура в автоклавах поддерживается на уровне от 180 до 225 °С, а парциальное давление кислорода от 200 до 550 кПа. При этих условиях время нахождения в автоклаве составляет 1–2 ч для пиритных и арсенопиритных упорных руд и концентратов.

Четырехсекционный горизонтальный автоклав,

футерованный кирпичом и свинцом:

1 – перемешивающее устройство; 2 – перегородка между секциями; 3 – погружная труба; 4 – блок обслуживания; 5 – люки; 6 – двигатель; 7 – вал мешалки