Методы выделения золота из растворов
Лекция 12. Методы выделения золота из растворов
Из цианистых, тиомочевинных и других растворов благородные металлы, в том числе золото, выделяют следующими методами:
- осаждением цинком, алюминием;
- сорбцией ионообменными смолами;
- сорбцией активными углями;
- экстракцией;
- электролизом.
Осаждение золота цинком, алюминием
Этот метод в практике переработки золотосодержащих руд сохраняет ведущее место, хотя и другие методы, такие как сорбционный, основанный на применении ионообменных смол, и «уголь в пульпе» начинают широко применяться.
Рекомендуемые материалы
В электрохимическом ряду напряжений потенциал цинка (-0,76 В) более отрицателен, чем потенциал золота (1,50 В) и серебра (0,80 В). Стандартный электродный потенциал в цианистых растворах также более отрицателен для цинка (-1,26 В), чем для золота (-0,61 В) и серебра (-0,51 В).
Металлический цинк легко вытесняет золото из цианистых растворов по реакции:
Константа равновесия этой реакции 1,0 ×1023, и в термодинамическом отношении золото практически полностью может быть осаждено цинком.
При цементации золота возможны и другие реакции. Являясь восстановителем, цинк разлагает молекулы воды с выделением газообразного водорода:
Кислород же в цианистых пульпах восстанавливается цинком с образованием гидроксильных групп:
В соответствии с этими реакциями значительная часть цинка расходуется не по прямому назначению:
Цинк будет вытеснять из цианистых растворов металлы, стоящие в электрохимическом ряду слева от него: медь, серебро, платину, свинец, никель и др. Теоретически расход цинка на осаждение золота составляет 0,19 г на 1 г золота, а практически его расход в десятки раз больше.
В цианистом растворе между металлическим цинком и раствором происходит обмен ионами, в результате которого на анодных участках цинка идет его ионизация, а на катодных - восстановление золота, кислорода и воды. Электроны при этом перетекают по металлу от анодных участков к катодным. При определенных допущениях катодные и анодные участки цементационного элемента имеют один и тот же стационарный потенциал, величина которого обеспечивает равенство анодного и катодного токов.
По мере осаждения концентрация золота в растворе снижается и соответственно уменьшается его равновесный потенциал и величина предельного тока. При выравнивании стационарного и равновесного потенциалов осаждение золота может прекратиться, хотя термодинамическое равновесие еще не наступило. При определенных условиях вследствие продолжающегося окисления цинка кислородом и водой активная поверхность его уменьшается, возрастает анодная поляризация, стационарный потенциал сдвинется в сторону положительных значений и может начаться обратный процесс растворения уже восстановленного золота.
Во избежание этих явлений поверхность цинка должна быть как можно более высоко развитой, что достигается увеличением ее за счет предварительного освинцовывания. Для этого металлический цинк обрабатывают раствором растворимой соли свинца - уксусно- или азотнокислой. На поверхности цинка образуется рыхлый губчатый осадок металлического свинца с очень большой удельной поверхностью.
Освинцованный тонкодисперсный порошок металлического цинка значительно ускоряет процесс осаждения золота. Но скорость осаждения золота ограничена скоростью диффузии анионов Аu(СN)2- к поверхности катодных участков. Интенсивное перемешивание увеличивает предельный ток восстановления золота, т.е. скорость диффузии анионов Аu(СN)2- к поверхности цинка. Но при чрезмерном перемешивании происходит и восстановление кислорода, что ведет к увеличению расхода цинка; возможен также отрыв пленок восстановленного на цинке золота. На практике цианистые растворы перед осаждением золота подвергают деаэрации - обескислороживанию, а само осаждение проводится методом просачивания раствора через слой дисперсного порошка металлического цинка.
При цементации происходит окисление цинка с образованием цинкат-ионов по реакциям:
При низкой щелочности цинкат-ионы гидролизуются с образованием нерастворимого белого осадка гидроксида цинка:
В свою очередь гидроксид цинка при недостаточной концентрации цианида взаимодействует с комплексным цианидом цинка с образованием белого осадка цианистого цинка:
Белые осадки гидроксида и простого цианида цинка, образующиеся при осаждении золота из цианистых растворов с недостаточной концентрацией цианида и щелочи, являются нежелательными. Они отлагаются на поверхности цинка, препятствуют контакту цинка с раствором и осложняют процесс осаждения. Кроме того, образование этих осадков приводит к разубоживанию золотого осадка, что усложняет его дальнейшую переработку. В связи с этим осаждение золота проводят из растворов с оптимальной концентрацией цианида и щелочи. В этих условиях образование цинкатных ионов маловероятно, так как равновесие реакции сдвигается влево:
При избытке цианида простой цианид цинка растворяется:
Препятствует образованию осадков и тщательное обескислороживание растворов перед осаждением золота. Таким образом, для создания оптимальных условий осаждения золота необходимы:
- предварительная деаэрация растворов;
- применение металлического цинка с высокоразвитой освинцованной поверхностью;
- оптимальная концентрация растворов по цианиду и щелочи;
- ведение процесса осаждения золота методом просачивания.
Присутствие примесных компонентов в растворах для цементации нежелательно, так как они образуют на поверхности цинка плотные пленки, препятствующие осаждению золота. Щелочные сульфиды образуют на поверхности цинка пленки сульфидов цинка и свинца, также препятствующие осаждению.
Медь из растворов легко вытесняется цинком и покрывает его поверхность:
Поэтому вначале из растворов осаждают чистым цинком медь, а затем уже освинцованным цинком - золото.
Вредное влияние оказывают также коллоидные соединения крем- некислоты, которые в присутствии извести образуют пленки силиката кальция. Поэтому растворы для цементации должны быть абсолютно прозрачными. После сгущения и фильтрации растворы осветляют, применяя для этого песковые фильтры, рамные вакуум-фильтры, рамные фильтр-прессы, мешочные фильтры и т.д. На зарубежных предприятиях для осветления растворов применяют фильтры с фильтрующей поверхностью 38 и 48 м2 и производительностью по раствору ~ 60 м3/(м2×сут).
Осветленный раствор после деаэрации смешивают с цинковой пылью и уксуснокислым свинцом и фильтруют при одновременном осаждении золота.
Процесс цементации протекает с высокой скоростью и достаточно полно. Основная масса золота осаждается на цинковом слое кека на поверхности фильтра при просачивании раствора.
Расход свинцовых солей составляет 10...30 % от расхода цинковой пыли. Разгрузку золотоцинкового осадка (сполоск кека) выполняют периодически, обычно 2-3 раза в месяц.
На отечественных предприятиях для осаждения золота цинковой пылью применяют осадительные установки с производительностью по раствору 250, 500, 1200, 2400 м3/сут. При этом используют рамные вакуум-фильтры для установок с большой производительностью и мешочные фильтры для установок с меньшей производительностью.
Расход цинковой пыли в зависимости от содержания золота в растворе составляет 15...50 г на 1 т раствора. Степень осаждения золота 99,5...99,9 %; концентрация золота в обеззолоченных растворах не превышает 0,02...0,03 г/м3.
Цинковые осадки после цементации золота имеют сложный вещественный состав. В них содержится металлический цинк, металлический свинец, гидроксид и карбонат цинка, простой цианид цинка, карбонат и сульфат кальция, соединения меди, железа, мышьяка, сурьмы, селена, теллура, оксид кальция, алюминия, кремния и т.д. Состав осадков зависит от состава цианистых растворов и условий осаждения. В осадках содержание основных и примесных компонентов колеблется в широких пределах, %: золота 5...35, цинка 20...60, свинца 4...25, меди до 30, селена до 12.
Способы очистки золотых осадков различны. Наибольшее распространение получила кислотная обработка с последующей сушкой и плавкой на золотосеребряный сплав. Промытый и обезвоженный осадок выщелачивают 10...15 %-ной серной кислотой; целью этого процесса является растворение основной массы цинка и кислоторастворимых соединений. При этом образуются газы - синильная кислота (НСN), арсин (АsН3) и стибин (SbН3). Выщелачивание проводят в освинцованных чанах, закрытых крышками и оснащенных мощной системой вытяжной вентиляции. Расход кислоты 1...2 кг на 1 кг осадка; выщелачивание ведут с перемешиванием. Затем пульпу фильтруют, золотосодержащий осадок промывают водой. Фильтрат и промывная вода содержат до 16 г/м3 золота; их пропускают через контрольный фильтр или колонки с активным углем или ионообменной смолой, после чего содержание золота в водах снижается до 0,05...0,20 г/м3. Из растворов выщелачивания кристаллизацией получают сульфат или осаждением содой - карбонат цинка; после прокаливания полученный оксид цинка отправляют на цинковый завод. Золотосодержащий осадок после промывки фильтруют и сушат. Содержание цинка в осадке снижается до единиц процента, а золота возрастает до 50 %. Свинец вследствие малой растворимости сульфата практически полностью остается в осадке.
Затем осадки прокаливают при 500...700 °С с целью перевода неблагородных металлов в оксиды, которые при последующей плавке переходят в шлаки. При прокалке удаляется влага, разлагаются остатки солей и окисляется нерастворимый цинк. Прокалку ведут в противнях из нержавеющей стали в электрических печах. Прокаленные осадки смешивают с флюсами и плавят на золотосеребряный сплав. В качестве флюсов используют соду, буру, кварцевый песок, плавиковый шпат. Для предотвращения образования штейна, в который может перейти часть золота (при наличии в осадках серы), в шихту вводят окислитель - натриевую селитру или диоксид марганца, также способствующие окислению неблагородных металлов. Плавку проводят в тигельных и отражательных печах на минеральном топливе при температуре 1100...1200 °С. Оксиды неблагородных металлов переходят в шлаки.
По окончании плавки содержимое печи выливают в изложницы. После застывания расплава изложницы опрокидывают и отделяют шлак от сплава золота и серебра. Если сплав недостаточно чист, его гранулируют, медленно выливая в воду расплав, и вместе с флюсами подвергают повторной плавке.
Полученные сплавы могут содержать благородные металлы 950...980-й пробы. Слитки взвешивают и отправляют на аффинажное производство. В шлаке могут содержаться застрявшие корольки золота и серебра. По мере накопления таких шлаков их плавят повторно. Обогащенный благородными металлами переплавленный шлак обогащают, выделяя из него золото и серебро амальгамацией, обогащением на шлюзах и концентрационных столах с последующим цианированием хвостов.
В настоящее время плавку осадков ведут в электрических печах; в ЮАР применяют трехэлектродные дуговые печи с графитовыми электродами с вместимостью по металлу до 750 кг. В этом случае шлаки получают значительно беднее, а сама плавка дешевле.
В отдельных случаях осадки обрабатывают простыми методами. Это может быть плавка сырых осадков без кислотной обработки и сушки; этот метод применяют для очень богатых по содержанию золота осадков. Качество слитков при этом получается невысоким. Иногда сырые осадки перерабатывают с предварительным окислительным обжигом перед плавкой.
За рубежом цианистые осадки перерабатывают на золотоизвлекательных фабриках, где получают слитки золотосеребряного сплава для последующего аффинажа.
На рис. 3.1 и 3.2 приведены схемы обработки цианистых осадков с использованием метода хлорирования.
Рис. 3.1. Переработка цианистых осадков
Рис. 3.2. Переработка цианистых растворов методом хлорирования
По схеме, представленной на рис. 3.2 (ЮАР), на цианистый осадок воздействуют серной кислотой, переводя в раствор кислоторастворимые примеси. Затем пульпа хлорируется газообразным хлором; при этом все золото (99,8 %) переходит в раствор:
Серебро в виде АgСl остается в осадке. Пульпу фильтруют и из фильтрата сернистым газом осаждают металлическое золото:
Золотой осадок переплавляют в слитки. Из кека после хлорирования золота 5 %-ным раствором NаСN выщелачивают серебро и оставшееся золото. Из полученного раствора электролизом осаждают серебро и золото; катодный осадок направляют на аффинаж. Потери золота по этой схеме не превышают 0,04 %, а чистота металлического золота 999,5 пробы, что иногда и не требует дополнительной обработки в аффинажном производстве.
Информация в лекции "12. Параметрическая идентификация объектов" поможет Вам.
Обеззолоченные растворы после цементации золота цинком содержат свободный цианид и комплексные соединения цианида; их иногда подвергают регенерации для последующего использования. Наиболее простой способ регенерации цианида - подкисление сернистым газом цианистых растворов с последующим поглощением летучей синильной кислоты (НСN) раствором щелочи. При этом возможны реакции:
Извлечение золота из тиомочевинных растворов
В тиомочевинном растворе после выщелачивания либо после десорбции с синтетической смолы (товарном регенерате) концентрация золота может составлять 0,5...2,0 г/л; в качестве примесей в нем присутствуют медь, железо и другие металлы. Из тиомочевинных растворов золото осаждают: цементацией, щелочами, электролизом с нерастворимыми анодами.
Цементация основана на вытеснении золота менее благородными металлами (цинком, свинцом, алюминием) в соответствии с рядом окислительных потенциалов в тиомочевинных растворах. Цементация обеспечивает полное и быстрое осаждение золота. Как и в случае осаждения золота из цианистых растворов, при цементации в тиомочевинных растворах осадки содержат мало золота и много примесных металлов и соединений; наблюдается высокий расход осадителя, его накопление в растворе и снижение скорости десорбции золота.
При осаждении золота щелочью выпадают осадки малорастворимых гидроксидов, осаждаются также медь, железо и другие примеси. После этого пульпу фильтруют, раствор регенерируют, осадок прокаливают; в огарке содержание благородных металлов составляет 35...50 %. Продукт подвергают очистным операциям и направляют на аффинажное производство.
