Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

ного кислорода бесполезно расходуется на побочные реак-

ции. Если при этом аэрация раствора недостаточно интен-

сивна, то содержание кислорода в цианистых растворах

становится ниже равновесного при данном парциальном

давлении и температуре.

В большинстве случаев концентрация цианида в ра-

бочих цианистых растворах несколько превышает опти-

мальную, и процесс растворения контролируется диффузи-

ей кислорода. Поэтому снижение концентрации кислорода

в результате протекания побочных реакций окисления неиз-

бежно приводит к уменьшению скорости растворения золо-

та. Учитывая это, вопросам интенсивной аэрации пульпы

всегда уделяют большое внимание, стараясь поддерживать

концентрацию кислорода в цианистых растворах возможно

более близкой к равновесной.

Зная механизм растворения благородных металлов в

цианистых растворах, можно наметить пути дальнейшего

повышения скорости растворения. Очевидно, что если кон-

центрация цианида равна оптимальной или выше нее, то

интенсифицировать процесс цианирования можно, лишь по-

вышая концентрацию кислорода в растворе. Та к как раст-

воримость кислорода прямо пропорциональна его парциаль-

ному давлению над раствором, выщелачивание при повы-

шенном давлении кислорода

должно сопровождаться уве-

личением оптимальной концентрации цианида и скорости

растворения золота. При растворении чистого золота в чи-

стых цианистых растворах это положение полностью под-

тверждается. Исследования И. Н. Плаксина (1937 г.) пока-

зали, что в равной степени оно применимо и в случае циани-

рования золотосодержащих руд.

На рис. 43 показано извлечение в раствор рудного золо-

та в зависимости от концентрации NaCN и парциального

давления кислорода. Эти результаты показывают, что с по-

вышением давления кислорода скорость растворения воз-

растает и достигает максимума при более высоких концен-

трациях цианида.

Испытания золотых руд различных типов свидетельст-

вуют о том, что выщелачивание при повышенном парциаль-

ном давлении кислорода позволяет увеличить скорость

Повышение парциального давления кислорода достигается ис-

пользованием технического кислорода при атмосферном или повышен-

ном давлении или сжатого воздуха. Последний вариант требует более

прочной аппаратуры, так как в этом случае общее давление в аппара-

те (при том же парциальном давлении кислорода) будет значительно

выше.

101

процесса в десятки раз. В качестве примера на рис. 44 пред-

ставлены результаты выщелачивания одной из золотосодер-

жащих руд при давлении воздуха 0,021 и 0,0101 МПа.

Несмотря на большие пернмущества цианирования при

повышенных давлениях кислорода, этот процесс не нашел

пока промышленного применения, главным образом, вслед-

ствие большой стоимости аппаратуры высокого давления

(автоклавов).

На заводах Южной Африки цианистые растворы насы-

щали кислородом перед приведением их в контакт с обраба-

Рис. 43. Растворение рудного золота при различных концентрациях цианида а

парциальных давлениях кислорода:

/ — в атмосфере воздуха (PQ =0,021 МПа); 2— в атмосфере сжатого кислорода

(Р

=0.7 МПа)

Рис. 44. Выщелачивание золота из руды при давлениях воздуха, МПа:

—

0,1; 2

—

0,7

тываемой золотой рудой. Для этого растворы пропускали

через специальные котлы, куда подавали сжатый воздух

под давлением 0,6 МПа. В результате содержание кислоро-

да в растворах повышалось до 40—45 иг/л. Однако при вы-

ходе из котлов избыточный кислород в виде пузырьков бур-

но выделялся из раствора, и его концентрация снижалась

до равновесной, соответствующей давлению кислорода в ат-

мосфере воздуха (~ 9 мг/л). Поэтому к моменту начала

цианирования содержание кислорода в растворе было отно-

сительно низким. Таким образом, этот метод не позволяет

использовать все преимущества, связанные с проведением

цианирования при повышенных давлениях кислорода, и мо-

жет служить только для быстрого восполнения убыли кис-

лорода в цианистых растворах.

102

Лишь в последние годы на отдельных предприятиях

ЮАР стали применять цианирование гравитационных кон-

центратов в атмосфере чистого кислорода, чтобы исключить

трудоемкий и вредный процесс амальгамации, обычно при-

меняемый для извлечения крупного золота из этих продук-

тов. Выщелачивание ведут при энергичном перемешивании,

Рис. 45. Растворение золотин различной крупности, мм:

/ — +0,074; 2— +0,057; 3 0,057

Рнс. 46. Различные формы вкрапленности золота

лорода. Такое интенсивное цианирование позволяет за 17 ч

перевести в раствор 97 % золота, что значительно больше,

чем при обычном цианировании, осуществляемом при

Ро

0,021

МПа.

Выше указывалось, что скорость растворения благород-

ных металлов сравнительно слабо возрастает с повышени-

ем температуры. В то же время, как показали исследования,

увеличение температуры выщелачивания сопровождается

значительным ускорением побочных реакций взаимодейст-

вия цианида с сопутствующими минералами. Помимо это-

го, при повышенных температурах усиливается гидролиз

цианистых растворов, а также их разложение с образова-

нием аммиака и солей муравьиной кислоты: CN

+ 2H

0 =

= NH

+HCOO-

Поэтому на практике прибегают к небольшому подогре-

ву цианистых растворов только в зимний период, поддержи-

вая их температуру равной 15—20 °С.

Одним из важнейших факторов, определяющих скорость

цианирования, является крупность частиц благородных ме-

таллов. Так как удельная поверхность крупных золотин

меньше, чем мелких, они растворяются с меньшей скоростью

(рис. 45). Полное растворение крупных зерен золота тре-

повышенной концентрации

цианида и р

0г

«0,1 МПа;

последнее условие выполня-

ется путем непрерывной по-

дачи в реактор чистого кис-

103

бует столь сильного затягивания процесса, что извлечение

золота цианированием становится нерентабельным.

В процессе измельчения руды крупность золотин, обла-

дающих большой ковкостью, существенно не меняется. По-

этому в технологических схемах ЗИФ для извлечения круп-

ного золота обычно предусматривают операции гравита-

ционного обогащения или амальгамации, предшествующие

процессу цианирования.

Сложную задачу представляет извлечение тонкодисперс-

ного золота (крупностью—1 мкм). Такое золото не удает-

ся полностью вскрыть, даже при сверхтонком измельчении.

Руды, содержащие тонкодисперсное золото, относят к ка-

тегории упорных; для переработки их применяют специ-

альные методы (гл. XVI, § 3).

В отдельных случаях, когда частицы выщелачиваемой

руды имеют пористую, рыхлую структуру, цианированию

можно подвергать материал после грубого помола или да-

же мелкокусковую руду. При этом процесс протекает во

внутренней диффузионной области, т. е. самой медленной

стадией его является доставка цианида и кислорода по тре-

щинам и капиллярам к поверхности золотин. Скорость про-

цессов, протекающих во внутренней диффузионной области,

не зависит от интенсивности перемешивания, но возрастает

с повышением концентрации реагентов. Основное влияние

на скорость цианирования в этом случае оказывает диаметр

частиц выщелачиваемой руды и их пористость.

Удельная поверхность частиц определяется не только их

размером, но и формой. Поэтому форма золотин также вли-

яет на скорость цианирования. Очевидно, что при равной

массе золотин скорость растворения шарообразных частиц^

имеющих минимально возможную удельную поверхность,

будет меньше, чем кубических, а кубических — меньше, чем

пластинчатых, и т. д. В процессе выщелачивания поверх-

ность золотин обычно уменьшается и, соответственно, сни-

жается абсолютное количество металла, переходящее в

раствор в единицу времени. Иногда, однако, поверхность

контакта металл—раствор в течение всего времени выщела-

чивания сохраняется примерно постоянной или даже нес-

колько возрастает. Это происходит, когда частица золота

имеет форму, близкую к пластинчатой, или вкраплена в

породу так, как это показано на рис. 46. В этом случае ско-

рость растворения меняется незначительно.

Коэффициент диффузии, а следовательно, и ее скорость

зависят от вязкости пульпы, снижаясь с ее ростом. Поэтому

скорость растворения золота в вязких пульпах значительно»

104

падает. Вязкость пульпы определяется соотношением в ру-

де кристаллических и коллоидных частиц и степенью раз-

жижения пульпы (отношение Ж:Т). Говоря о коллоидных

частицах, называемых илами, мы имеем в виду частицы

высокой дисперсности; размеры и свойства которых при-

ближаются к коллоидным. На практике под илами обычно

понимают наиболее мелкие дисперсные частицы, чаще все-

го аморфные, которые чрезвычайно медленно оседают из

пульпы при

ее

отстаивании.

Илы подразделяют на первичные и вторичные. Первич-

ные илы образуются в самом месторождении и представля-

ют одну из составных частей исходной руды. Очень часто

первичные илы возникают в результате процесса каолини-

зации полевошпатовых пород и содержат значительное ко-

личество минералов каолннитовой группы (АЬОз^БЮгХ

Х2Н

0). В ЧИСТО кварцевых рудах количество илов обыч-

но ничтожно, но в некоторых рудах их содержание достига-

ет 30—35 %. Известны типы полностью коалинизированных

золотосодержащих руд, называемых глинистыми; другим

распространенным типом золотых руд с высоким со-

держанием первичных илов являются охристые руды. В них

основной компонент первичных илов—охры (Fe

03-nH

0) —

представляют собой продукт окисления и выщелачивания

сульфидных минералов.

Вторичные илы образуются в результаты истирающего

действия дробильно-измельчительных машин и состоят из

весьма мелких частиц кварца, силикатов и других переиз-

мельченных материалов.

В отличие от кварцевых руд, глинистые и охристые руды

при пониженных степенях разжижения образуют пульпы

с повышенной вязкостью (рис. 47), возрастающей при дли-

тельном перемешивании вследствие набухания коллоидных

частиц (рис. 48). Высокая вязкость v обусловливает резкое

снижение скорости растворения золота в таких пульпах.

Поэтому их Цианирование возможно только при повышен-

ных степенях разжижения. Однако увеличение Ж:Т требу-

ет увеличения объема аппаратуры, необходимой для циа-

нирования, и повышения расхода реагентов. Кроме того,

присутствие в пульпе большого количества илов сильно за-

трудняет последующие операции сгущения, фильтрации и

промывки. Поэтому руды с высоким содержанием илов

обычно относят к категории упорных.

Из числа компонентов, входящих в состав золотин и за-

трудняющих извлечение золота в раствор, наиболее изве-

стен теллур. Скорость растворения природных теллуридов

105

золота резко понижена по сравнению со скоростью раство-

рения чистого золота. Поэтому для интенсификации про-

цесса растворения приходится значительно увеличивать

удельную поверхность растворяющихся частиц, применяя

очень тонкое измельчение, а также повышать концентрацию

щелочи в цианистых растворах. Взаимодействие теллурида

АиТе

с цианистым раствором протекает по реакции

2АиТе

-- 4CN~ + 60Н~ + 4,50

= 2Au(CN)7 +

+ 4ТеОз~ + ЗН

Если цианированию подвергают хвосты амальгамации,

то в пульпе может присутствовать небольшое количество

Рис. 47. Вязкость глинистой (1) и кварцевой (2) пульп в зависимости от степени

разжижения

Рис. 48. Изменение вязкости v глинистой пульпы в зависимости от степени раз-

жижения и продолжительности перемешивания, ч:

/ — 36; 2 — 3; 3— 1

мелких частиц ртути и амальгамы, вынесенных из амальга-

мационных аппаратов и по каким-либо причинам не улов-

ленных. Золото, входящее в состав амальгамы, растворяет-

ся очень медленно, и основная его часть теряется с хвоста-

ми. Замедляющее действие ртути, видимо, связано, главным

образом, с тем, что сама ртуть растворяется в цианистых

растворах чрезвычайно медленно.

Кроме этих основных факторов, определяющих скорость

растворения золота, есть еще и ряд других, влияние которых

будет рассмотрено в последующих разделах.

§ 5. Гидролиз цианистых растворов. Защитная щелочь

Цианиды щелочных и щелочноземельных металлов, при-

меняемые для выщелачивания золотых руд, являются соля-

ми слабой синильной кислоты HCN и сильных оснований

(NaOH, КОН, Са(ОН)

). Поэтому при растворении в воде

/.'/

1,5:1 2:1 25-1 3:1

3,5:1 ИСТ

/V 1,5:12:1

2,5•'/

J-7 3,5:1 К Г

106

они подвергаются гидролизу с образованием слабо диссо-

циированной летучей синильной кислоты и ионов гидрок-

сила:

+ Н

0 = ОН

+ HCN. (78)

Гидролиз цианистых растворов — явление крайне неже-

лательное, так как приводит к значительным потерям циа-

нида и отравлению атмосферы цеха парами ядовитой си-

нильной кислоты.

Константа равновесия гидролиза (константа гидролиза)

Кг может быть выражена как Kr= (a

-a

HCN

)/a

—

Если рассматривать достаточно разбавленный раствор,

то активности можно считать примерно равными концен-

трациям, тогда

=• [ОН~] [HCN]/[CN

]. (79)

Синильная кислота диссоциирована, хотя и в малой сте-

пени, на ионы Н+ и CN~. Константа диссоциации ее

равна:

HCN = Н+ + CN~;

/С

= [Н

] [CIsPj/lHCN]. (80)

Найдя из последнего уравнения значение [HCN] и под-

ставив его в уравнение (79) получим: Кг=[ОН

][Н+]//<'д.

Учитывая, что числитель последнего выражения пред-

ставляет собой ионное произведение воды К

, имеем:

= KJKp,. (81)

При 25°С значения К* = Ю-10~

и /С

= 7,9-10

, откуда

Кг= 1,26-10~

Найдем степень гидролиза цианистого натрия, если

концентрация его в растворе равна С

. Если степень гид-

ролиза NaCN равна h, то концентрация негидролизованной

соли составит (С

—С

А) моль/л. Негидролизованная соль

полностью диссоциирована на ионы, и поэтому концентра-

ция ее равна концентрации иона CN

[CN~] = С

(1 —h). (82)

При гидролизе образуются эквивалентные количества

молекул HCN и ионов ОН", следовательно [OH

]=[HCN],

Так как из одного иона CN

образуется при гидролизе од-

на молекула HCN, то концентрация HCN равна концентра-

ции гидролизованной соли:

[HCN] = [ОН"] = С

ft. (83)

107

Таблица 6. Степень гидролиза растворов NaCN

Концентрация NaCN

Степень гидролиза, %, при концентрации СаО

в растворе, % (моль/л)

% | 10

, моль/л 0 0,01 (1,78-10—

)

0,05 (8,92-Ю-

)

0,5

10,20

1,1

0,32

0,07

0,2

4,08

1,7

0,34

0,07

0,1 2,04

2,5

0,35 0,07

0,05

1,02

3,5

0,35 0,07

0,02

0,408

5,4

0,35 0,07

0,01 0,204

7,6

0,35 0,07

0,005

0,102

10,5 0,35

0,07

0,002

0,041

16,1

0,35

0,07

Подставив выражения (82) и (83) в уравнение (79),

получим

= eg h

(1 — h) = С

!{\ — h),

откуда

h =

_ (K

/2C

)+ + K

. (84)

Уравнение (84) применимо для расчета степени гидро-

лиза цианида в чистой воде (табл. 6, третий столбец и

рис. 49, кривая 1). Как видно, степень гидролиза значитель-

но увеличивается с уменьшением концентрации цианида. '

При концентрациях цианида, применяемых на практике,

степень гидролиза может достигать значительных величин

(5-10%).

Из реакции (78) следует, что для подавления гидроли-

за в цианистые растворы необходимо добавлять щелочь.

Найдем степень гидролиза цианистого раствора концен-

трации С

в присутствии щелочи концентрации Со. Так же <

как и в предыдущем случае, концентрации ионов CN

и мо-

лекул HCN определяются уравнениями (82) и (83). Для

нахождения концентрации ионов ОН- надо учесть, что их

появление в растворе обусловлено введением щелочи и ча-

стичным протеканием реакции гидролиза. Если в качестве

щелочи использовать оксид кальция СаО, дающий в вод-

ном растворе гидроксид Са(ОН)

, то концентрация ионов

ОН- будет равна:

[ОН

] = 2Со + С

А. (85)

108

Подставив выражения [CN

], [HCN] и [ОН

] в урав-

нение (79), получим

(.2

Кг =

откуда

А=-

2 С

h)C

C.(l-A)

+ ,

2 C

h + C

1 — Л

2С

(2Со + ^

4С

Со

(86)

Результаты расчетов, выполненных по этому уравне-

нию, показывают (см. табл. 6, четвертый и пятый столбцы,

и рис. 49, кривые 2, 3),

что даже при небольших

концентрациях щелочи

степень гидролиза резко

снижается. Это положе-

ние широко используют

на практике, вводя в циа-

нистые растворы неболь-

шое количество щелочи,

которая защищает их от

разложения гидролизом

и потому называется за-

щитной. В качестве за-

щитной щелочи обычно

применяют наиболее де-

шевую известь, выпол-

няющую одновременно

функцию коагулянта при сгущении пульп.

Величина 1(

, а следовательно, степень гидролиза и по-

тери цианида растут с повышением температуры. Это яв-

ляется одной из причин проведения процесса цианирования

при обычных температурах (10—20 °С).

О 0,02 0,0Ь 0.06 0,08 о,:о

NQCN,%

Рис. 49. Степень гидролиза растворов

NaCN при концентрации СаО, %:

—

0; 2

—

0,01; 3 — 0,05

Глава VIII

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЦИАНИСТЫХ РАСТВОРОВ

С СОПУТСТВУЮЩИМИ МИНЕРАЛАМИ

Минералогический состав золотых руд отличается большим

разнообразием. Наряду с относительно инертными минера-

лами (кварц, силикаты, оксиды железа), практически не

взаимодействующими с цианистыми растворами, в золотых

рудах часто присутствуют минералы, активно реагирую-

109

щие с цианидом и растворенным кислородом. Протекающие

при этом побочные реакции повышают расход реагентов,

а в некоторых случаях снижают или замедляют извлечение

золота в цианистый раствор. Продукты этих реакций мо-

гут вызывать осложнения в последующей операции осаж-

дения золота цинком. Поэтому вещественный состав золо-

тосодержащих руд является одним из основных факторов,

определяющих показатели цианистого процесса.

Среди большого числа минералов, встречающихся в зо-

лотых рудах и сильно влияющих на процесс цианирования,

особое место занимают минералы железа, меди, сурьмы,

мышьяка. Заметно, хотя и значительно меньше, могут вли-

ять минералы цинка, ртути, свинца и некоторые другие.

Минералы железа в тех или иных количествах всегда

входят в состав золотых руд. Окисленные минералы желе-

за, такие как гематит Ре

0з, магнетит FeFe

, гетит

FeOOH, сидерит FeC0

и др., практически не взаимодейст-

вуют с цианистыми растворами и не оказывают вредного

влияния при цианировании. Напротив, сульфидные мине-

ралы железа — пирит FeS2, марказит FeS2 и пирротин

Fei-rcS (где л:=0-4-0,2) •—претерпевают заметные, а иногда

и весьма существенные превращения в процессе цианиро-

вания, вызывая тем самым ряд нежелательных явлений.

Степень превращения этих минералов зависит от индиви-

дуальных особенностей того или иного сульфида, размера

его частиц и условий цианирования.

Особенность поведения сульфидных соединений железа

при цианировании состоит в том, что цианистые растворы

взаимодействуют не столько с самими сульфидами, сколь-

ко с продуктами их окисления.

По скорости окисления сульфидов железа, входящих в *

состав золотых руд, последние условно подразделяют на

медленно и быстро окисляющиеся колчеданы. К первому

типу относятся руды, содержащие большинство разновид-

ностей пирита, и особенно те из них, которые имеют плот- "

ную крупнокристаллическую структуру. Отличаясь очень

малой скоростью окисления, эти колчеданы почти не изме-

няются в процессе всех технологических операций, включая :

измельчение и цианирование. Извлечение золота из руд

этого типа обычно не вызывает затруднений.

Ко второму типу относятся руды, содержащие мелко-

зернистые и рыхлые разновидности сульфидов железа,

главным образом пирротин и отчасти марказит. В некото-

рых довольно редких случаях к ним относятся и руды, со-

держащие мелкокристаллические разности пирита. Быстро

110