Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

и загрузки материала в чаны, способствует значительному

сокращению продолжительности выщелачивания. Окомко-

вание особенно целесообразно при переработке глинистых

РУД-

Выщелачивание просачиванием — несложный и дешевый

способ цианирования. По сравнению с выщелачиванием пе-

ремешиванием он выгодно отличается простотой применяе-

мого оборудования и малым расходом электроэнергии (от-

сутствуют энергоемкие операции тонкого измельчения и

фильтрования). Недостатком этого способа является невы-

сокое (обычно 70—80 %) извлечение золота и громоздкость

оборудования, обусловленные необходимостью длительной

обработки. В настоящее время этот способ иногда приме-

няют для переработки бедных руд, когда затраты на тон-

кое измельчение руды не окупаются стоимостью дополни-

тельно извлекаемого золота.

§ 3. Кучное выщелачивание

По своей сущности процесс кучного выщелачивания близок

к процессу выщелачивания просачиванием. Он заключается

в том, что руда, уложенная в виде штабеля (кучи) на спе-

циальном водонепроницаемом основании (площадке) оро-

шается сверху цианистым раствором. При медленном про-

сачивании раствора через слой руды происходит выщелачи-

вание золота и серебра. Стекающий снизу раствор идет на

осаждение благородных металлов.

Как и выщелачивание просачиванием, кучное выщела-

чивание пригодно для переработки пористых проницаемых

для цианистого раствора руд, а также таких руд, в кото-

рых золото сконцентрировано, в основном, на внутренней

поверхности трещин и потому доступно действию цианисто-

го раствора. Золото в руде должно быть достаточно мелкое.

Обычно кучному выщелачиванию подвергают руду после

дробления до крупности 5—20 мм. Однако иногда выщела-

чивают и не дробленую руду с размером кусков до 100 мм

и более. Присутствие глинистых веществ снижает прони-

цаемость кучи, замедляет выщелачивание и уменьшает из-

влечение золота. В таких случаях рекомендуется предвари-

тельно окомковать руду с небольшой добавкой цемента,

цианида и щелочи.

Кучное выщелачивание проводят на открытом воздухе

на специально подготовленных площадках (рис. 58). Для

придания площадке водонепроницаемых свойств ее покры-

вают слоем бетона, асфальта или утрамбованной глины.

131

Иногда для этой цели используют пленки из синтетических

материалов. Чтобы облегчить сток растворов, площадке

обычно придают небольшой уклон (2—4°).

На подготовленной площадке проводят отсыпку кучи.

Эта операция — наиболее ответственная часть всей техно-

логии. Отсыпку следует выполнять таким образом, чтобы

руда в куче лежала однородной (без каналов), рыхлой и

проницаемой для цианистых растворов массой. Обычно от-

сыпку ведут фронтальными погрузчиками или бульдозера-

ми. Наиболее распространенная форма кучи — четырех-

1 — водонепроницаемое основание; 2— куча; 3 — разбрызгиватели;

4 — пруд-сборник для золотосодержащих растворов; 5 — установ-

ка для осаждения золота; 6 — пруд-сборник для обеззопочекного

раствора

угольная усеченная пирамида. Высота куч изменяется от 3

до 10—15 м, а вместимость по руде может достигать 100—• ;

200 тыс. т.

Кучи орошают цианистым раствором с помощью специ-

альных разбрызгивающих устройств (форсунок), установ-

ленных над ними. Скорость подачи раствора зависит от ха-

рактера руды и может изменяться в широких пределах — от

0,15 до 3 м

раствора на 1 м

поверхности кучи в сутки.

Концентрация цианистого раствора 0,05 — 0,1% NaCN,

рН 10—11. В качестве защитной щелочи иногда применяют

едкий натр, так как известь вызывает частое забивание раз-

брызгивателей.

Золотосодержащий раствор, вытекающий из основания

кучи, стекает в облицованные пластиком дренажные канав-

ки, проложенные рядом с кучей вдоль ее длинных сторон,

и по ним отводится в пруд-сборник. Осаждение благород-

ных металлов обычно осуществляют, сорбируя их активным

углем. Обеззолоченный раствор подкрепляют по цианиду

и щелочи и возвращают на выщелачивание.

По окончании выщелачивания кучу орошают водой для

отмывки растворенного золота, и после дренирования про-

мывного раствора выщелоченную руду транспортируют в

отвал. Длительность всего цикла обработки, включая от-

132s

сыпку кучи, орошение цианистым раствором, промывку во-

дой, дренирование промывного раствора и разгрузку, со-

ставляет в среднем 30—90 сут. Извлечение золота и серебра

обычно не превышает 50—70 %.

Процесс кучного выщелачивания отличается простотой

технологии, весьма низкими капитальными и эксплуатаци-

онными затратами. Вместе с тем извлечение золота и сереб-

ра этим методом невысокое. С учетом этих факторов куч-

ное выщелачивание применяют для переработки бедного

сырья, содержащего 1—2 г/т золота, — забалансовых руд,

вскрышных пород, старых отвалов золотоизвлекательных

предприятий и т. д. Применение кучного выщелачивания

экономически эффективно также для отработки относитель-

но богатых, но не больших по запасам месторождений, для

которых нецелесообразно строительство золотоизвлекатель-

ных фабрик.

С начала 70-х годов установки для кучного выщелачи-

вания получили широкое распространение за рубежом и

особенно в США. Это обусловлено тем, что в связи с повы-

шением цен на золото в эксплуатацию стали вовлекать бед-

ное сырье и небольшие по запасам месторождения, для ко-

торых кучное выщелачивание — наиболее рентабельный

способ переработки.

§ 4. Цианирование перемешиванием

Общая характеристика процесса. Цианирование перемеши-

ванием— значительно более эффективный процесс по срав-

нению с цианированием просачиванием. Это объясняется

хорошим вскрытием выщелачиваемого золота (вследствие

тонкого измельчения руды), благоприятными условиями

диффузионного подвода ионов CN~ и молекул растворенно-

го кислорода к поверхности золотин (вследствие интенсив-

ного перемешивания), и энергичным иакислороживанием

пульпы в процессе выщелачивания. Поэтому по скорости

выщелачивания и полноте извлечения золота цианирование

перемешиванием значительно превосходит цианирование

просачиванием и кучное выщелачивание.

Необходивая степень измельчения руды зависит от круп-

ности золота. В некоторых случаях (при тонковкрапленном

золоте) руду подвергают весьма тонкому измельчению до

—0,074 и даже —0,043 мм. Но если характер вкрапленнос-

ти золота не требует такого измельчения, то цианируют

пульпу с грубо измельченным материалом, например, до

—0,3 мм.

133s

После измельчения получаемая пульпа (слив классифи-

катора) сильно разжижена (Ж:Т=5: 1 и выше), поэтому

для сокращения потребного объема гидрометаллургической

аппаратуры ее предварительно сгущают. Сгущенный про-

дукт подвергают цианированию перемешиванием при

Ж : Т= (1-Т-2) : 1. Золотосодержащий раствор отделяют де-

кантацией или фильтрованием и направляют на осаждение

золота. Хвосты после промывки идут в отвал.

Тонкое измельчение руды и фильтрование иловой пуль-

пы— энергоемкие операции. Поэтому цианирование пере-

мешиванием требует значительно более высокого расхода

энергии по сравнению с цианированием просачиванием и

кучным выщелачиванием.

Сгущение — следующий после измельчения этап обра-

ботки пульпы. Оно состоит в частичном обезвоживании

пульпы отстаиванием — оседанием твердых частиц на дно

чана-сгустителя и сливом осветленного раствора. В боль-

шинстве случаев в осевшем материале остается около 50 %

воды, что соответствует отношению Ж:Т=1 : 1. Предел

сгущения зависит от крупности, плотности и физико-хими-

ческих свойств измельченных частиц обрабатываемой руды.

Содержащиеся в пульпе частицы обычно сильно различаются по

размерам. Наряду со сравнительно крупными зернистыми частицами

(свыше 0,1 мм) в пульпе обычно содержится значительное количество

частиц размером в несколько микронов и даже мельче (<0,001 мм).

Более крупные частицы оседают быстрее, мелкие в течение долгого

времени удерживаются во взвешенном состоянии.

Тонкие частицы рудных пульп, по размерам не принадлежащие

к истинным коллоидам, часто являются носителями коллоидных свойств.

Такие свойства проявляют глинистые вещества, шламистые фракции

сульфидных минералов, многие окисленные минералы тяжелых ме-

таллов и др. Пептизация таких минеральных частиц сильно затрудняет

процесс сгущения рудных пульп.

Как известно, пептизация возникает в результате адсорбции на по-

верхности коллоидных частиц ионов одного и того же знака. В резуль-

тате этого частицы приобретают одноименные заряды, а в жидкой

фазе остается избыток ионов противоположного знака. Одноименно

заряженные частицы, отталкиваясь, остаются во взвешенном состоянии

и не оседают. В этом случае для улучшения отстаивания необходимо

укрупнить частицы в агрегаты (хлопья). Агрегация может быть достиг-

нута коагуляцией электролитами или флокуляцией полимерами.

Для коагуляции в пульпу вводят электролит, образующий в ра-

створе ионы, обладающие способностью адсорбироваться на поверхно-

сти частиц и имеющие заряд, противоположный заряду первоначально

адсорбированных ионов, создающих устойчивость системы. При введе-

нии коагулянта заряды дисперсных частиц нейтрализуются, и под дей-

ствием сил Ван-дер-Ваальса частицы слипаются в крупные, быстро осе-

дающие агрегаты. В качестве коагулянта в цианистом процессе исполь-

зуют известь, одновременно выполняющую роль защитной щелочи.

Для флокуляции в пульпу вводят какой-либо полимер, большие

молекулы (или мицелы) которого адсорбируются на активных участках

134s

•одновременно нескольких твердых частиц, связывая их с помощью об-

разующихся «мостиков» в крупные агрегаты («мостиковая» флокуля-

ция). В отечественной практике для флокуляции пульп широко исполь-

зуют полиакриламид (ПАА), являющийся катионно-анионным поли-

•электролитом и имеющий структурную формулу

сн—"

— сн

—

= 0

он

Длинные молекулы ПАА (длиной в несколько микрометров) адсор-

бируются на активных участках сразу нескольких твердых частиц, свя-

зывая пх во флокулу. Поли-

акриламид значительно уско-

ряет отстаивание пульп. Введе-

ние его в количестве около Юг

иа 1 т руды увеличивает ско-

рость осаждения в 2—4 раза.

Сгущение пульп осуществ-

ляют в сгустителях (рис. 59).

Пульпу подают в центр аппа-

рата. Осевший уплотненный

осадок перемещается гребками

к разгрузочному отверстию в

центре сгустителя, откуда от-

качивается насосом к месту

назначения (в вьпцелачиватель-

ный чан, на фильтр и т. д.). Ос-

ветленный раствор поднимается

вверх и сливается через край

сгустителя в кольцевой желоб и далее в соответствующий сборник.

Скорости поступления пульпы и слива регулируют таким образом, что-

бы слив из сгустителя был практически прозрачным.

В процессе отстаивания пульпа проходит две главные фазы: отстаи-

вание твердых частиц и осветление раствора и уплотнение, или сжатие

осадка. Фаза отстаивания характеризуется такой плотностью пульпы,

при которой частицы (агрегаты) свободно осаждаются под действием

силы тяжести с постепенно уменьшающейся скоростью до тех пор,

пока не будет достигнута критическая точка, на которой заканчивается

осаждение и начинается уплотнение осадка. Фаза уплотнения, или

сжатия осадка характеризуется настолько тесным расположением частиц

(агрегатов), что они собственно не осаждаются, а сжимаются, причем

жидкость, заключенная в осадке, выжимается и выходит по образую-

щимся каналам в выше расположенные слои более жидкой пульпы.

На переход сгущения в фазу уплотнения указывает резкое замедление

скорости отстаивания и образование каналов чистого раствора в сгу-

щенном продукте.

Соответственно этой схеме в сгустителях различают четыре зоны

(см. рис. 59): А — осветленной жидкости; Б — осаждения; В — переход-

ная; Г—уплотнения. Переход от зоны осаждения к зоне уплотнения

происходит при определенной плотности пульпы, зависящей от природы

сгущаемого материала и присутствия в растворе коагулянтов или фло-

Питание

Сгущенный

продукт

РИС. 59. Процесс сгущения, зоны:

А — осветленной жидкости; Б — осажде-

ния; В — переходная; Г — уплотнения

135s

кулянтов. Для большинства пульп этот переход наступает при плотно»

сти пульпы, соответствующей содержанию твердого 25—33 % (Ж: Та»

к=2-нЗ : 1). В сгущенном продукте, разгружаемом из сгустителя, содер-

жание твердого составляет обычно 40—50 %, т.е. Ж : Т= 1,5-е- (1 : 1).

На золотоизвлекательных предприятиях наибольшее распростране-

ние получили непрерывнодействующие одноярусные сгустители с цент-

ральным приводом. Сгуститель (рис. 60) представляет собой невысокий

цилиндрический чан 9 с плоским или слегка коническим днищем и

кольцевым желобом 8 около верхнего края. Чаны больших сгустителей

изготовляют из бетона, малых—из стальных листов или дерева. В цент-

ре сгустителя находится подвесной вертикальный вал 4, к наклонным

радиальным граблинам 3 которого прикреплены короткие гребки 2. Вал

вращается от приводного механизма 6 и вместе с ним закреплен на

ферме 7. Во избежание поломок при перегрузках вал может поднимать-

ся (автоматически или вручную) с помощью механизма 5. Сгущаемая

136s

Таблица 8. Техническая характеристика сгустителей с центральным

приводом

Диаметр чана,

мм

Площадь сгу-

щения, м

Глубина чана

в центре, мм

Время одного оборо-

та граблии, мин

Мощность

электродви-

гателя, кВт

4 000

2500 3

1,1

6 000

28 2500

2,2

9 000

3000

3,0

12 000

110

3000 6

3,0

15 000

175 3000

7,5

4,0

18 000 250 3600 9

4,0

25 000

500 4000 11—45

1,9X2

30 000 700

4000

11—45

3,3X2

50 000

1950 5000 15, 18, 26, 33

5,5X2

пульпа непрерывно поступает в загрузочный стакан 10. Нижний край

последнего заглублен на 0,5—1 м по отношению к уровню слива, благо-

даря чему предотвращается взмучивание пульпы. Осаждающийся на

дно сгустителя материал с помощью гребков постепенно перемещается

к разгрузочному отверстию 1, из которого откачивается диафрагмовым

или центробежным Песковым насосом. Окружная скорость движения

граблин невелика

( — 0,1

м/с), поэтому перемещение гребков по дну ап-

парата не нарушает процесс отстаивания. Осветленная жидкость пере-

ливается в кольцевой желоб и по нему отводится из сгустителя.

Производительность сгустителя зависит не от его высоты, а от ско-

рости осаждения и свободной поверхности аппарата. Поэтому сгусти-

тели имеют большую площадь при относительно малой высоте. Техни-

ческая характеристика сгустителей с центральным приводом приведена

в табл. 8.

В цианистом процессе при сгущении пульп, содержащих 75—90 %

зерен —0,074 мм, и при начальном Ж : Т в диапазоне от 9 : 1 до 4 : I

удельная площадь сгущения составляет 0,4—0,6 м

на 1 т твердого в

сутки. При сгущении глинистых материалов удельная площадь может

возрастать до 1,5—2,0 м

на 1 т твердого в сутки.

Достоинством сгустителей является непрерывность действия, малый

расход электроэнергии, простота конструкции и обслуживания. Основ-

ной недостаток этих аппаратов — их громоздкость и, следовательно,

большой объем занимаемых производственных площадей. Поэтому,

•если позволяют климатические условия, сгустители устанавливают на

открытом воздухе.^

Выщелачивание. Рудные пульпы, поступающие на циа-

нирование перемешиванием, имеют повышенную (по срав-

нению с водными растворами) вязкость, что затрудняет

диффузию ионов CN~ и молекул растворенного кислорода

к поверхности растворяющихся золотин. Кроме того, суль-

фидные минералы, часто присутствующие в золотых рудах,

довольно легко окисляются растворенным кислородом, в

результате чего его концентрация в жидкой фазе пульпы

может стать значительно ниже равновесной (при данной

137s

температуре и парциальном давлении кислорода). Это так-

же замедляет растворение золота. Поэтому при цианирова-

нии тонкодисперсных пульп особое значение имеет энергич-

ное перемешивание и непрерывное насыщение пульпы кис-

лородом воздуха.

Процесс ведут при концентрации NaCN, составляющей

0,01—0,1% (чаще всего 0,02—0,05%) и концентрации-

СаО, равной 0,01—0,03% (рН 9—11). Цианистые раство-

ры не агрессивны, поэтому для изготовления оборудования

Пульпа-л

{

/ "

ZTTTTTL

л У Y

Рис. 61. Периодическое цианирование:

1 — сгуститель: 2— чан-сборник; 3 — чаи для перемешива-

ния; 4 — фильтр

применяют такие доступные материалы, как обычная угле-

родистая сталь, чугун и т. п. ¥

Важным параметром выщелачивания является отноше-

ние Ж:Т в пульпе. Вообще говоря, целесообразно вести

процесс при минимальном разжижении пульпы, так как .

при этом требуется минимальный объем аппаратуры, сокра-

щаются затраты на перемешивание и фильтрование пуль-

пы. Однако, цианирование чрезмерно густых пульп протекает

медленно и неполно вследствие низкой скорости диф-

фузии реагентов к поверхности золота. На практике опти-

мальное отношение Ж: Т устанавливают эмпирически, при-

нимая во внимание перечисленные факторы. Обычно циа-

нирование кварцевых (кристаллических) руд ведут при

Ж : Т= 1,2ч-(1,5 : 1). При цианировании глинистых руд

разжижение пульпы увеличивают до Ж : Т=2^- (2,5 : 1).

Процесс выщелачивания осуществляют в периодическом

или непрерывном режиме.

При цианировании в периодическом режиме пульпу пе-

риодически отдельными порциями закачивают в параллель-

но работающие аппараты для выщелачивания (рис. 61).

После перемешивания в течение определенного времени,

необходимого для перевода золота в раствор, пульпу вы-

пускают или перекачивают в чан-сборник, а в выщелачива-

138s

тельные аппараты закачивают новую порцию пульпы. В ча-

не-сборнике выщелоченная пульпа накапливается и поддер-

живается во взвешенном состоянии до поступления в после-

дующую стадию обработки (фильтрование).

При непрерывном выщелачивании пульпа поступает в

цепочку (каскад) из последовательно соединенных аппа-

ратов, где она перемешивается (рис. 62). Средняя продол-

Пульпа

Рис. 62. Непрерывное цианирование:

1 — сгуститель; 2 — чан для перемешивания; 3 — фильтр

жительность пребывания пульпы в каскаде определяется

уравнением, ч

т = V/Q, (145)

где V — суммарный объем всех аппаратов в каскаде, м

;

Q — поток пульпы, м

/ч.

Очевидно, что значение т должно быть достаточным для

перевода в раствор всего золота. Число аппаратов в кас-

каде обычно выбирают не менее 4—6 (лучше 8—12). При

меньшем числе аппаратов весьма велика дисперсия (раз-

брос) времени пребывания отдельных частиц относительно

среднего значения т, определяемого уравнением (145).

Другими словами, при малом числе аппаратов значитель-

ная доля частиц выщелачиваемой руды «проскакивает» все

аппараты за время, недостаточное для перевода всего зо-

лота в раствор, а значительная доля задерживается в кас-

каде излишне долго, т. е. дольше, чем необходимо для пол-

ного выщелачивания золота. И то, и другое нежелательно,

так как снижает извлечение золота и ухудшает эффектив-

ность использования объема аппаратуры. Непрерывно дей-

ствующая система выщелачивания обычно соединяется с

непрерывной системой отделения золотосодержащего рас-

твора.

По сравнению с периодической непрерывная система

выщелачивания имеет следующие основные преимущества:

1) возможность полной автоматизации; 2) меньшее коли-

139s

чество обслуживающего персонала; 3) более эффективное

использование чанов (отсутствуют операции закачки и опо-

ражнивания); 4) меньшая мощность двигателей и насосов

для перекачки пульпы. Поэтому в современной практике в

подавляющем большинстве случаев применяют схему не-

прерывного выщелачивания.

По принципу действия чаны для цианирования переме-

шиванием подразделяют на следующие типы:

1) с механическим перемешиванием; ;

2) с пневматическим перемешиванием;

3) с пневмомеханическим перемешиванием.

К первому типу относятся чаны-сборники (мутилки) и

чаны с импеллерной мешалкой.

Чаны-сборники представляют собой простейший тип ап-

паратов; их используют для накапливания и поддержания

пульпы во взвешенном состоянии. Перемешивание в них

осуществляется простой крестовиной, насаженной на вер-,

тикальный вал. '

Чан с импеллерной мешалкой (рис. 63) представляет

собой аппарат, в центре которого расположена широкая

труба 1 (диффузор) с циркуляционными патрубками 2.

Через трубу проходит вертикальный вал 3 с импеллером

5. Вал приводится во вращение от электродвигателя 6. .

В нижней своей части труба 1 имеет защитный диск 11,

предохраняющий импеллер от заиливания при остановке

мешалки. Пульпа поступает в агитатор по лотку 12 или по

трубе 4 непосредственно в трубу 1. Выпуск пульпы произ-

водится через штуцер 7 в сливной карман 8. Для разгруз- с

ки песковой фракции служит труба 9.

При работе аппарата импеллер затягивает пульпу че-

рез циркуляционные патрубки вниз по центральной трубе,

образуя воронку засасывания. В эту воронку засасывается^

также воздух в виде большой массы мелких пузырьков,

благодаря чему происходит интенсивная аэрация пульпы.

Вращающийся импеллер отбрасывает опускающуюся по

центральной трубе пульпу и поддерживает ее во взмучен-

ном состоянии. Поднимающаяся пульпа вновь засасывает-

ся через боковые патрубки в центральную трубу, и таким

образом устанавливается непрерывная циркуляция пульпы

в аппарате. Характер циркуляции можно изменить, пере-

мещая вверх или вниз подвижной воротник 10, имеющийся

в верхней части трубы 1. Основным достоинством чанов о

импеллерной мешалкой является весьма высокая интен-

сивность аэрации и перемешивания пульпы. Однако вслед-

ствие высокого расхода электроэнергии применение этих

140s