Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология золота и серебра. Учебное пособие
.pdf
P = VpTg,
где g – ускорение свободного падения.
Подъёмная сила R, направленная вверх, равна:
где p
– плотность жидкости.
ж
R = Vр
ж
g,
Сила тяжести P, направленная вниз, определяется объёмом V и
плотностью pT частицы:
P = VpTg,
где g – ускорение свободного падения.
Подъёмная сила, направленная вверх, равна:
где р
– плотность жидкости.
ж
R = Vр
ж
g,
Гидродинамическое сопротивление зависит от размеров и формы частиц, плотности и вязкости жидкости, а в условиях стеснённого падения –
и от расстояния между частицами. Сила механического взаимодействия
частиц определяется массой частиц и скоростью их соприкосновения.
В качестве классифицирующих устройств на практике наибольшее
применение нашли гидравлические классификаторы. В паре с
классификатором работает измельчительное устройство – мельница. С помощью
классификатора устанавливается та тонина помола рудного материала, которая позволяет наиболее эффективно извлекать полезный компонент из
руды. Слив классификатора является готовым продуктом измельчения, а
пески классификатора возвращаются в мельницу на доизмельчение.
В последнее время на большинстве золотоизвлекательных пред-
приятий на всех стадиях обработки
вместо спиральных, реечных и чашевых классификаторов широкое распространение получили гидроциклоны различных конструкций. Гидроциклоны разделяют материал по
крупности в центробежном поле, создаваемом в результате вращения
пульпы. Центробежная сила многократно увеличивает силу тяжести частицы, что объясняет эффективность данного метода классификации.
Иногда грубую классификацию проводят в барабанных грохотах.
4.1.3. Обогащение
И здесь мы вспомним, что золото по плотности тяжелее воды почти
в 20 раз, рудного зерна – в 7 раз и стали – почти в три раза. Такие яркие
физические отличия золотины от окружающего её материала позволяют
легко отделить её от общего потока одним из многих гравитационных
методов. И себестоимость такого золота на любом производстве
21
будет
минимальной. Современные методы гравитации позволяют извлекать до
70 % золота от исходной руды, они же конструктивно являются весьма
компактными, что. в свою очередь, позволяет размещать их непосредственно в шахте или на передвижной мобильной установке.
Рис. 1. Первичная технология переработки руды
В большинстве золотоносных руд содержится какое-то количество
крупного ( +0,1 мм) свободного золота, которое плохо извлекается не
только флотацией, но и гидрометаллургической переработкой. Поэтому
крупное золото извлекают из руды гравитацией на отсадочных машинах, в шлюзах с мягким покрытием, на концентрационных столах, в барабанных концентраторах, в короткоконусных гидроциклонах. Гравитационные концентраты
, получаемые при переработке коренных руд,
содержат от 100 до от 500 г/т до 40 % золота. Эти концентраты перерабатывают чаще всего на самих же предприятиях путем либо амальгамации, либо после глубокой гравитационной перечистки плавят с добавкой флюсов с получением конечного продукта – чернового золота.
22
4.1.4. Флотационное обогащение золота
В практику переработки золотосодержащих руд флотация была
внедрена в 1918 г. В России сейчас с использованием флотации перерабатывается более половины рудного сырья.
Цель флотации – выделение свободного золота и сульфидов, с которыми золото ассоциировано, и, следовательно, в последующем цианистом процессе оно будет недоступно для извлечения.
Флотация золота основана на его
природном свойстве не смачиваться водой, даже правильнее сказать – золото отталкивает от себя воду. Такие вещества называют гидрофобными, в отличии от тех, которые
легко смачиваются водой и называются гидрофильными. В практике
применения концентрационных столов на обогащении золота давно замечено, что на поверхности потока смывной воды иногда появляется
«плавучее
» сверхтонкое золото. Оно проходит мимо концентрата стола
и уходит в хвосты. Если в потоке воды при этом есть хоть небольшое
количество масла, потери золота возрастут многократно. Вот частный и
простой случай флотации золота. Правда именно в этом случае гидрофобность золота будет вредить производству.
Многие минералы с металлическим блеском попадают
в категорию
гидрофобных и от природы отлично взаимодействуют с маслянистыми
и жирными веществами. К ним относится ряд сульфидных минералов,
способных содержать драгоценные металлы, например пирит, галенит
(сульфид свинца), халькопирит (медь) и сфалерит (сульфид цинка).
Другими словами, их поверхность при наличии воды и масла проявляет
заметную подверженность к воздействию последнего. Однако
с водой
легко взаимодействуют многие пустые или отработанные материалы со
стеклянным блеском, например кварц или кальцит.
Для эффективной сепарации минералов они должны быть в достаточной степени измельчены. Так, для флотации золота принято считать
оптимальным помолом класс –0,15 мм. В процессе флотации гидрофобные частицы прикрепляются к пузырькам воздуха (и наоборот) и
поднимаются с ними на поверхность пены. Поверхность минералов, лучше
взаимодействующих с водой (например, «стеклянные» кальцит, кварц и
другие силикаты), полностью смачивается, препятствуя прилипанию к
пузырькам, которые в этом случае просто двигаются мимо, а сами пустые минералы оседают на дно.
Пузырьки более эффективно прилипают к гидрофобным сульфид-
ным минералам
при наличии на их поверхности (металлической) некоторых видов масел, которые еще больше увеличивают гидрофобность минеральных частиц. Поэтому когда смесь гидрофильных и гидрофобных
минералов определенной крупности перемешивается в пене при доста-
23
точном поступлении воздуха, его пузырьки прикрепляются к частицам,
обладающим металлической, отталкивающей воду поверхностью. Они
заставляют их (частицы), несмотря на большую плотность, всплывать, а
пустые частицы, легко смачиваемые водой, оседают на дно. Затем ценные компоненты собираются с поверхности пены, сгущаются и помещаются на хранение в виде концентрата. Хвосты, в свою
очередь, удаляют-
ся со дна флотационной камеры.
Об этих свойствах минералов добытчики отлично знали уже
в начале XX в. Они учитывали и использовали их при разработке метода обогащения, который должен был эффективно отделять минералы
драгоценных металлов от остальных в рамках одного месторождения.
В конце концов он получил название пенной флотации.
Для контроля за поведением минералов при флотации были разработаны специальные химические вещества. Так, определённые кислоты
снижают степень прилипания масла к пустым частицам, не препятствуя,
однако, воздействию масла и воздуха на металлические сульфиды. Таким образом, регулируя используемые реагенты, уровень pH в пульпе, а
также некоторые другие факторы, добытчик может сам определять
, какие минералы будут собираться пеной. Также существует возможность
отделить один сульфидный минерал от другого, получив при этом два
разных концентрата, например свинца и цинка (при переработке материала, достаточно богатого обоими металлами).
Химические вещества (флотореагенты), используемые для регулирования флотации, подразделяются на несколько видов: пенообразующие агенты, коллекторы (собиратели),
активаторы и депрессанты.
Технология пенной флотации широко применяется в области переработки и обогащения золотосодержащего сырья и может быть адаптирована к самым разнообразным системам извлечения металлов. Пенная
флотация при правильном подходе может дать отличный уровень извлечения (обычно 90…95 %). Кроме того, коэффициент концентрации
исходного материала при применении данного способа обычно состав
-
ляет 10 к 1 (иногда и больше). Общие финансовые расходы на внедрение и применение данного метода по сравнению с другими технологиями достаточно умеренные, поэтому флотация очень популярна и стоит
того, чтобы о ней знали все добытчики золота.
Золотосодержащие концентраты флотации после фильтрации и
сушки направляются на один из процессов, где
окисляется двухвалентное железо до четырёхвалентного. Такими современными процессами
являются: бактериальное выщелачивание сульфидов, окислительный
обжиг в печах, окисление сульфидов кислородом в автоклавах. Дальнейшее движение золота можно представить как классическое; цианирование, сорбция, аффинаж.
24
4.2. Амальгамация золотоносных руд и концентратов
Амальгамацией называется процесс извлечения благородных металлов из руд и концентратов при помощи жидкой ртути. При амальгамации
частички золота смачиваются ртутью и растворяются в ней, образуя
амальгаму. Минералы вмещающей породы, цветные металлы и железо не
смачиваются ртутью и в амальгаму не переходят. Амальгама вследствие
своей
большой плотности легко может быть отделена от пустой породы.
Процесс амальгамации состоит из двух последовательных стадий:
1) смачивание золота ртутью;
2) диффузия ртути в золото.
Определяющая стадия – смачивание золота ртутью. Амальгамацию
проводят в водной среде. Поэтому в процессе участвуют три фазы: золото, ртуть, вода (рис. 2).
Известно, что граница раздела двух
фаз обладает свободной поверхностной энергией (поверхностным натяжением), величина которой определяется природой соприкасающихся фаз. Чем больше различие в полярности
соприкасающихся фаз, тем выше поверхностная энергия. Мерой полярности фаз могут служить такие её свойства, как диэлектрическая постоянная,
дипольный момент молекул и другие молекулярные свойства фазы.
Рис. 2. Смачивание золота ртутью
Согласно второму закону термодинамики, всякая межфазная поверхность стремится к самопроизвольному сокращению для уменьшения свободной энергии.
Смачивание золота ртутью определяется значением поверхностного натяжения на границе раздела фаз: золото–вода
; ртуть–вода
Hg/ Au
.
HO/Hg
2
HO/Au
; золото–ртуть
2
При нанесении капли ртути на золотую пластину, погружённую в
воду, она будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие,
определяемое соотношением:
HO/Au Hg/Au HO/Hg
22
25
cos ,
откуда
cos
HO/Au Hg/Au
2
HO/Hg
.
2
Угол θ, называемый равновесным краевым углом смачивания, может
служить критерием смачивания. Чем меньше угол, тем лучше смачивание.
При полном смачивании угол стремится к нулю, а cos θ – к единице.
Чистое золото смачивается ртутью лучше, чем золото, содержащее
примеси серебра, и особенно примеси железа и цветных металлов. Объясняется это тем
, что примеси, содержащиеся в золоте, образуют оксидную пленку на его поверхности, которая и вызывает ухудшение смачиваемости. При появлении оксидной пленки на поверхности золота увеличивается поверхностное натяжение на границе золото–ртуть и
уменьшается на границе золото–вода, что увеличивает краевой угол
смачивания. Именно поэтому ртуть не смачивает неблагородные
металлы, т. к. они всегда покрыты оксидной пленкой. Свежеобразованная, не
успевшая окислиться поверхность этих металлов смачивается ртутью
так же хорошо, как и чистое золото.
Замечено, что ртуть, содержащая до 0,1 % других металлов, смачи-
вает золото лучше, чем чистая ртуть.
Большое значение для смачиваемости имеет состояние поверхно-
сти ртути, употребляемой для амальгамации
золота. Ртуть должна быть
подвижной, иметь свежую блестящую поверхность, должна после измельчения быстро сливаться в сплошную массу.
Вторая стадия амальгамации – диффузия ртути в золото – опреде-
ляется в основном природой исходных металлов.
Золото с ртутью образует ряд интерметаллических соединений:
Au
твёрдый раствор ртути в золоте, содержащий ~16 % Hg;
жидкий раствор золота в ртути с содержанием ~0,1 % Au.
Hg, Au2Hg, AuHg2;
3
Если кусочек золота опустить в ртуть и выдержать достаточно долгое время, а затем разрезать, то картина будет примерно такой, как
представлена на рис. 3.
Таким образом, золотая амальгама представляет собой жидкую
ртуть, содержащую до 0,1 % Au, в которой диспергированы твёрдые частицы, представленные золотом, твёрдым раствором
золота в ртути и
интерметаллическими соединениями. При этом степень перехода золота
в соединения с ртутью определяется крупностью извлекаемого золота.
Чем мельче золотины, тем больше золота переходит в интерметаллические соединения. Наиболее высокая эффективность амальгамации для
золотин – от 0,1 до 1 мм.
26
Рис. 3. Диффузия ртути в золото
Способы амальгамации
Процесс амальгамации осуществляется двумя способами:
внутренней амальгамацией, которую проводят одновременно с
измельчением руды или чаще концентрата внутри самого измельчающего аппарата;
внешней амальгамацией, проводимой вне измельчающего аппара-
та (обычно на шлюзах, реже в специальных аппаратах – амальгаматорах).
Внутренняя амальгамация обеспечивает наиболее благоприятные
условия для извлечения золота, т. к. оно контактирует с ртутью в момент обнажения частиц золота. При измельчении перерабатываемого
материала свежеобнажённая поверхность золотинок, не успевшая покрыться плёнками, хорошо смачивается ртутью
, что является основным
условием для хорошей амальгамации золота.
Наиболее распространенным аппаратом для внутренней амальгамации золота является амальгамационная бочка (рис. 4).
Амальгамационная бочка состоит из чугунного или сваренного из
толстого листового железа цилиндрического корпуса
стенками (фланцами)
корпуса закладываются чугунные диски
Бочка имеет полуось
7. Между стенками (фланцами) и приливами 3
4, играющие роль футеровки.
5, лежащую в подшипниках 6.
1 с торцевыми
Для загрузки и разгрузки материала имеются два противополож-
ных люка, закрываемые крышками
2.
Перед началом амальгамации в бочку через один из люков загружают
концентрат, подлежащий амальгамации, стальные шары, воду и ртуть.
Если требуется предварительное измельчение, то ртуть заливают после
27
предварительного измельчения. Отношение заливаемой ртути к количеству золота выбирается в пределах Hg : Au = (3 – 10) : 1. При более крупном золоте – Hg : Au = (3 – 6) : 1, при мелком – Hg : Au = (6 – 10) : 1.
Время предварительного измельчения при повышенных оборотах
(100…120 об/мин) бочки – 3…4 часа. Время амальгамации при пониженных оборотах (20…33 об/мин) – 3…4 часа. Пониженные обороты бочки –
для предотвращения пемзования ртути. Пемзование – образование мелких, не
сливающихся капель ртути.
Рис. 4. Амальгамационная бочка
По окончании амальгамации содержимое бочки выпускают через
воронку на подшлюзок, где улавливается сносимая амальгама, основная
масса ртути улавливается в воронке. Примерные размеры бочки: длина
800…1200 мм, объём – 0,6 м
3
, производительность – 2,5…5 т концентр-
ата в сутки.
Внешняя (наружная) амальгамация осуществляется чаще на амальгамационных шлюзах. Шлюз представляет собой две-три последовательно расположенные наклонные плоскости, на которых уложены медные
листы, натертые ртутью. При прохождении пульпы золотосодержащего
измельченного материала по шлюзу свободные золотинки оседают на
дно шлюза, соприкасаются с ртутью и
переходят в амальгаму.
Условия течения потока пульпы по шлюзу должны быть такими,
чтобы не допускать отложений твердой части пульпы на поверхности
медных листов, т. к. это затруднит контакт золотых частиц и амальгамы с поверхностью шлюза и тем самым уменьшит возможность улавливания золота. На практике подбирают оптимальный уклон шлюза
(10…12 %)
в зависимости от разжижения пульпы. Ж : Т = 4 : 1 – это
минимальное разжижение.
При работе амальгамационных шлюзов улавливающую способность поддерживают периодической натиркой листов ртутью для раз-
28
жижения затвердевшего поверхностного слоя листов – золотой амальгамы, плохо улавливающей золото. Амальгаму с медных листов снимают резиновыми скребками, чтобы не повредить основной поверхностный слой медного листа.
Преимущества внешней амальгамации: простота устройства, не
потребляется энергия, малый расход ртути.
Недостатки: крайне вредное для человека производство, малая
производительность на единицу площади, большой расход воды, непригодность для руд с тяжёлыми минералами, оседающими на поверхность
шлюзов и препятствующими контакту золота с ртутью.
В настоящее время этот метод как самостоятельный не применяется, а чаще применяют для улавливания частичек амальгамы, теряемой
после внутренней
амальгамации.
Рис. 5. Амальгамация
Полученную в результате амальгамации амальгаму очищают от
механически захваченных железа, песка, сульфидов и других инородных примесей. Железо удаляют магнитом, остальные примеси отмывают водой в промывочных чанах или специальном шлюзе. Далее амальгаму фильтруют через плотную ткань или замшу на прессе. При этом
отделяется жидкая ртуть, содержащая 0,1 % Au, которая является обо
-
ротным продуктом, и получается пластичная полусухая амальгама, содержащая от 20 до 50 % Au. Чем крупнее амальгамируемое золото, тем
богаче полусухая амальгама.
Для удаления оставшейся ртути полусухую амальгаму подвергают
отпарке, т. е. отгонке её в виде паров с последующей конденсацией в
29
водяном холодильнике. Длительность отпарки – 3–6 часов. Вначале
температуру поддерживают 350…400 ºC для удаления большей части
свободной ртути, а затем 750…800 ºC для разложения амальгамы. При
этом получается золото в виде порошка или губки. Сконденсированная
ртуть возвращается на амальгамацию. Золото в виде порошка или губки
плавят в тиглях с флюсами (бура, сода, селитра).
Известно применение золотой амальгамы
при строительстве и в ювелирном деле. Так, позолота на куполе Исаакиевского собора (г. СанктПетербург) выполнена методом нанесения амальгамы на медные листы уже
готового и стоящего на своем месте купола с последующим отжигом ртути.
При этом от отравления и падения с купола погибло несколько человек.
4.3. Извлечение золота методом цианирования
4.3.1. Физико-химические основы цианистого процесса
Методы гравитационного обогащения и амальгамации позволяют
извлекать из руд только относительно крупное золото. Но руды содержат и мелкое золото, во многих случаях в преобладающем количестве.
Основным методом извлечения мелкого золота из руд и хвостов, указанных выше методов обогащения, является процесс цианирования.
Сущность процесса цианирования заключается в выщелачивании
благородных металлов
солей щелочных и щёлочно-земельных металлов (KCN, NaCN, Ca(CN)
с помощью разбавленных растворов цианистых
)
2
в присутствии кислорода воздуха. Затем перешедшие в раствор благородные металлы либо осаждают методом цементации, либо сорбируют
ионообменными смолами или активированным углем.
При цианировании золото и серебро окисляются кислородом воздуха до Ме(+1) и переходят в раствор в виде анионов Ме(CN)
2
В общем виде химизм процесса описывается двумя последовательно
протекающими реакциями:
2Ме + 4CN
+ O2 + 2H
2Ме + H
2O2
O = 2Ме(CN)2
2
+ 4CN
= 2Ме(CN)2
+ 2OH + H2O2 (1)
+ 2OH (2)
.
Термодинамика процесса цианирования
Рассмотрим термодинамическую вероятность реакций (1) и (2):
Au
0
Au
+
+ e, E0 = +1,88 В.
Большинство технически применяемых окислителей обладает значительно более отрицательными потенциалами и не может окислить золото.
Цианистые растворы имеют щелочной характер. В щелочной среде
наиболее доступный и распространенный в гидрометаллургии окисли-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]