Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 10. Техническая характеристика барабанных

вакуум-фильтров с наружной фильтрующей поверхностью

Марки фильтра

Ю TO <х>

С'Г

СО

Параметры

СМ

Площадь фильтрования, м

10 20

Размеры барабана, мм:

2612

3000

диаметр

1762

2612

3000

длина

960 1350 2702

4400

Частота вращения бараба-

0,007—

на, с

-1

0,002— 0,002—

0,002—

0,007—

0,032 0,032 0,032

0,188

Мощность электродвигате-

ля, кВт:

4,1

привода барабана . . .

1,1

2,2

3,0

4,1

привода мешалки . .

1,1

2,2

3,0

Масса, т

ДО 5,27

до 7,88

до 12,95

до 17,88

По принципу действия к барабанным фильтрам весьма

близки дисковые вакуум-фильтры. Дисковый вакуум-фильтр

(рис. 74) отличается от барабанного конструкцией филь-

трующего органа. Им являются диски, набранные из не-

скольких (обычно 12) секторов. Последние имеют перфо-

рированные стенки и обтянуты фильтровальной тканью. Все

секторы закреплены на валу с помощью патрубков и ради-

альных спиц. Боковые стенки дисков образуют фильтрую-

щую поверхность. Вал фильтра полый, двустенный. В коль-

цевом пространстве вала проходят продольные ребра, об-

разующие каналы, число которых соответствует числу секто-

ров в диске. Диски расположены так, чтобы каждый сектор

сообщался со своим каналом. Каналы выходят на тор-

цевую поверхность вала, к которой прижата распредели-

тельная головка. Со стороны входа секторов в пульпу ван-

на фильтра имеет форму карманов с укрепленными на них

ножами для съема кека. В остальном конструкция диско-

вых вакуум-фильтров подобна конструкции барабанных.

Дисковые фильтры отличаются развитой поверхностью,

что является их основным достоинством. Однако вертикаль-

ное расположение фильтрующих поверхностей (дисков) за-

трудняет промывку кека на поверхности фильтра. Поэто-

му для фильтрования цианистых пульп дисковые фильтры

применяют ограниченно, в основном, в тем случаях, когда

промывку ведут методом разбавления.

11—706

161

Для фильтрования глинистых труднофильтруемых пульп

применяют рамные вакуум-фильтры периодического дей-

ствия. Рамный вакуум-фильтр (рис. 75) состоит из ряда

прямоугольных фильтровальных рам, подвешенных в об-

щем чане. Рама представляет собой согнутую в виде бук-

вы П перфорированную железную трубку диаметром 20—

25 мм, обтянутую фильтровальной тканью. Во внутреннем

пространстве рамы находится решетка из деревянных пла-

нок, препятствующих слипанию фильтроткани. Концы ра-

мы в верхней ее части скрепляют деревянным брусом и с

помощью резиновых патрубков присоединяют к вакуум-ли-

нии. Рамы (обычно 24 или 48 шт.) подвешивают в прямо-

угольном чане с пирамидальным днищем (воронкой). Сво-

ими концами они опираются на борта чана. В днище чана

предусмотрены отверстия, запираемые задвижками, к кото-

рым подведены трубопроводы для закачки и спуска пуль-

пы. Фильтрование происходит следующим образом. В чан

фильтра с помощью насоса закачивают пульпу. Под дейст-

вием разрежения, создаваемого вакуум-насосом, жидкость

проходит через фильтровальную ткань внутрь рам и че-

рез отверстия в трубах выкачивается в ресивер. Кек от-

лагается на поверхности рам. Для нормальной работы

фильтра необходимо, чтобы рамы все время полностью ос-

тавались погруженными в пульпу. Поэтому пульпу по мере

понижения уровня непрерывно подкачивают в чан фильт-

ра. Когда толщина осадка достигнет 2,5—5 см, дальнейшее

просасывание раствора становится затруднительным. Тог-

да разрежение в рамах уменьшают и пульпу спускают в

Л 62

чан-сборник. В фильтр закачивают промывной раствор

(или воду) и вновь повышают вакуум. В результате филь-

трования промывного раствора через слой кека происхо-

дит отмывка растворенного золота. Степень отмывки мо-

жет быть весьма высокой, так как продолжительность про-

мывки можно регулировать в широких пределах. По окон-

чании промывки и спуска промывного раствора кек

Рис. 76. Фильтровальная установка

отдувают сжатым воздухом, подаваемым внутрь рам, или

смывают струей воды. После этого в днище фильтра от-

крывают задвижки и смывают хвосты в отвал.

Техническая характеристика рамных вакуум-фильтров

приведена ниже.

Размеры, мм:

длина чана

ширина чана .....

Число, рам, шт

Вместимость чана, м

. . .

Площадь фильтрования, м

Мощность насоса, кВт:

центробежного ....

вакуумного

Масса, т

С одной С двумя

воронкой

воронками

3000

6000

3000

24 48

31,3

62,6

204

408

3,0 6,0

5,5 5,5

10,96

14,62

Общая продолжительность цикла работы аппарата зависит

от характера фильтруемой пульпы и колеблется от 2 до

5 ч. Удельная производительность рамных вакуум-фильт-

ров весьма низка и обычно составляет 0,2—-0,4 т на 1 м

163s

фильтрующей поверхности в сутки, что в 5—10 раз мень-

ше производительности барабанных вакуум-фильтров не-

прерывного действия. Это обусловлено периодическим ре-

жимом работы фильтра и плохой фильтруемостью перера-

батываемых пульп.

Схема фильтровальной установки показана на рис. 76.

Барабанный вакуум-фильтр 1 подключен к вакуум-насосу

9 через ресиверы 2 и 4 и гидравлическую ловушку 6. Ре-

сивер 2 служит для сбора фильтрата, ресивер 4 — для сбо-

ра промывных растворов. Удаление растворов из ресиве-

ров производится центробежными насосами 3. Назначение

гидроловушки — препятствовать попаданию капель воды в

вакуум-насос. Уловленная в ней влага выпускается через

барометрическую трубку 7 высотой 10—10,5 м. Нижний

конец трубки погружен в бак с водой 8, образуя гидроза-

твор. Сжатый воздух подводится к фильтру от воздухо-

дувки 5.

Глава XI

ОСАЖДЕНИЕ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

ИЗ ЦИАНИСТЫХ РАСТВОРОВ

МЕТОДОМ ЦЕМЕНТАЦИИ

Для выделения золота и серебра из цианистых растворов

могут быть использованы следующие методы:

1) осаждение цинком;

2) осаждение алюминием;

3) сорбция ионообменными смолами;

4) сорбция активными углями;

5) экстракция.

С начала развития цианистого процесса и до послед-

него времени основным и практически единственным мето-

дом осаждения благородных металлов из цианистых рас-

творов была цементация цинком. В настоящее время этот

метод сохраняет ведущее место в практике золотоизвлека-

тельной промышленности. Однако в последние годы все

шире распространяется сорбционный метод, основанный на

применении ионнообменных смол и активных углей. Воз-

можности его весьма высоки, и следует ожидать, что со

временем его роль значительно возрастет.

Процесс цементации благородных металлов алюминием

представляет в основном исторический интерес; этот спо-

164s

соб в течение некоторого времени применяли при циани-

ровании серебряных руд. Экстракционный метод находит-

ся пока в стадии изучения.

§ 1. Физико-химические основы

осаждения золота цинком

Теоретические основы процесса цементации благородных

металлов цинком были разработаны зарубежными и оте-

чественными учеными. Из отечественных ученых надо осо-

бо отметить И. Н. Плаксина, Н. А. Суворовскую, О. К- Буд-

никову, И. А. Каковского, Г. Н. Шиврина.

В ряду напряжений металлов в цианистых растворах

(см. ниже) потенциал цинка (—1,26 В) более отрицателен,

чем потенциалы золота (—0,54 В) и серебра (—0,31 В).

Поэтому металлический цинк легко вытесняет благород-

ные металлы из цианистых растворов:

2 Au (CN)r + Zn = 2 Au + Zn (CN)^"; (146)

2Ag

(CN)-r

+ Zn = 2Ag + Zn (CN)!". (147)

Ряд напряжений металлов в цианистых растворах при-

веден ниже.

Процесс

<J>0, B

Процесс

<Po. в

' Fe + 6CN" =

1,5

Pd 4 4CN- =

—0,71

= Fe (CN)g~ 4 2 e = Pd (CN)^~ 4 2 e

Zn -f 4CN

—

—1,26 Pt 4 4CN- =

0,60

= Zn (CN)l~ + 2e

= Pt (CN)4~ 4 2 e

Cu + 3CN~ = —1,15 Au 4 2CN^ =

—0,54

= Cu (СЫ)з~ 4 e

= Au (CN)7 4 e

Ni 4 4CN~ =

— 1,08

Hg4 4CN" =

—0,37

= Ni (CN)4~ + 2 e

= Hg (CN)4~ 4 2 i?

Cd -f 4CN~ =

—0,95

kg 4 2CN- =

—0,31

= Cd (CN)^~ 4 2 e

= Ag (CN)^

-f e

Cu 4 2CN~ =

—0,87

= Cu (CN)7 4 e

165s

Константа равновесия реакции (146) равна 1,0-10

, а

реакции (147) 1,4-10

. Следовательно, в термодинамичес-

ком отношении золото и серебро могут быть осаждены

практически полностью.

Наряду с основными реакциями (146) и (147) во время

процесса цементации в значительной степенп протекают

также побочные реакции.

Будучи сильным восстановителем, цинк может восста-

навливать молекулы воды с выделением газообразного во-

дорода:

2Н

0 = Н

+ 20Н~ — 2е, <р

=— 0,83В. (148)

В цианистых растворах, поступающих на осаждение

благородных металлов, всегда присутствует некоторое ко-

личество растворенного кислорода. Обладая высоким окис-

лительным потенциалом, кислород восстанавливается цин-

ком с образованием гидроксильных ионов:

+ 2Н

0 = 40Н~ — 4е, %= + 0,40В. (149)

Поэтому значительная часть металлического цинка при

цементации расходуется бесполезно:

Zn + 4CN~ + 2Н

0 = Zn (CN)f~ + Н

+ 20Н~; (150)

2Zn + 8CN~ + 0

+ 2Н

0 = 2Zn (CN)4~ + 40Н~. (151)

Теоретический расход цинка на осаждение золота по ре-

акции (146) составляет 0,19 г на 1 г Au. Практически же

вследствие окисления цинка по реакциям (150) и (151) его

расход в десятки раз выше.

Согласно современным представлениям, процесс цемен-

тации является электрохимическим и может быть уподоб-

лен работе гальванического микроэлемента. При погруже-

нии металлического цинка в цианистый раствор между

цинком и раствором начинается обмен ионами, в резуль-

тате которого на анодных участках цинка происходит его

ионизация, а на катодных — восстановление золота, кис-

лорода и воды. Электроны при этом перетекают по метал-

лу от анодных участков к катодным.

Рассмотрим работу такого цементационного элемента,

пользуясь методом поляризационных кривых (рис. 77, а).

Так как концентрация золота и растворенного кислорода

в цианистых растворах не велика и обычно не превышает

нескольких миллиграммов на литр, поляризационные кри-

вые катодного восстановления золота (кривая 1) и кисло-

рода (кривая 2) имеют четко выраженные участки пределъ-

166s

кого тока. Скорость катодного восстановления водорода

(кривая 3) определяется щелочностью цианистого раство-

ра и перенапряжением выделения водорода на золоте и

-цинке. Чем выше концентрация щелочи и ниже перенапря-

жение водорода, тем больше доля тока, приходящаяся на

реакцию вытеснения водорода.

При параллельном протекании на катодных участках

реакций восстановления золота, кислорода и воды суммар-

Рис. 77. Поляризационные кривые в начале (а) и конце (б) процесса це-

ментации:

/ — восстановление золота; 2 — восстановление кислорода; 3 — восстанов-

ление воды; 4 — суммарная кривая катодных процессов; 5, 5' — окисление

цинка (поправка: по горизонтальной оси справа не ф, а —ф)

"ная катодная поляризационная кривая будет иметь вид,

показанный на рис. 77, а (кривая 4).

Если в первом приближении пренебречь омическим со-

противлением электролита (цианистого раствора) и ме-

таллов, то можно считать, что катодные и анодные участ-

ки цементационного элемента имеют один и тот же стацио-

нарный потенциал. Величина этого потенциала должна

обеспечивать равенство анодного и катодного токов. Как

видно из рис. 76, а, этому условию удовлетворяет потенци-

ал ф

По мере осаждения концентрация золота в растворе

снижается и соответственно уменьшается его равновесный

потенциал и величина предельного тока. В результате это-

го может наступить такой момент, когда стационарный

потенциал станет равным равновесному, и дальнейшее осаж-

167s

дение золота прекратится, несмотря на то, что термодина-

мическое равновесие еще не достигнуто. Положение поля-

ризационных кривых, соответствующих такому состоянию.,

изображено на рис. 77,6. Как видно из рисунка, в этих ус-

ловиях на катодных участках будут протекать только ре-

акции (148) и (149), приводящие к непроизводительному

окислению цинка.

Более того, при известных условиях может начаться об-

ратное растворение золота. Действительно, если вследствие

продолжающегося окисления цинка кислородом и водой

поверхность его сильно уменьшится, значительно возрастет

анодная поляризация (анодная поляризационная кривая

5 приблизится к оси абсцисс), стационарный потенциал

сдвинется в сторону положительных значений и начнется

обратное растворение ранее вытесненного золота.

На рис. 77, б такому состоянию соответствует анодная

поляризационная кривая 5' и значение стационарного по-

тенциала ф^.

Рассмотренные диаграммы позволяют наметить пути

достижения возможно большей глубины и скорости процес-

са цементации. Для уменьшения остаточной концентрации

золота в растворе необходимо сдвинуть потенциал катода

в сторону электроотрицательных значений. Проще всего

это сделать уменьшением анодной поляризации, достигае-

мой применением цинка с высокоразвитой поверхностью.

В этом случае анодная поляризационная кривая 5 (см.

рис. 77,6) пойдет круче, стационарный потенциал умень-

шится, а достижимая глубина цементации возрастет.

Скорость осаждения золота ограничена величиной пре-

дельного тока, т.е. скоростью диффузии анионов Аи(СМ)Г

к поверхности катодных участков.

Поэтому для ускорения цементации применимы все ме-

тоды, способствующие возрастанию скорости диффузии —

увеличение катодной поверхности, интенсивное перемеши-

вание, повышение температуры.

На практике для повышения скорости осаждения ши-

роко используют прием, заключающийся в увеличении ка-

тодной поверхности предварительным освинцовыванием

металлического цинка. Для этого металлический цинк об-

рабатывают раствором какой-либо растворимой соли свин-

ца (уксусно- или азотнокислой). На поверхности цинка об-

разуется рыхлый губчатый осадок металлического свинца,

имеющий очень большую удельную поверхность. Примене-

ние такого освинцованного цинка значительно ускоряет

процесс осаждения. Очевидно также, что повышению ка-

168s

-тодной поверхности способствует применение металличес-

кого цинка в виде тонкодисперсного порошка (пыли).

Интенсивное перемешивание дает при цементации дво-

який эффект. С одной стороны, оно приводит к увеличению

предельного тока восстановления золота и, следовательно,

ускорению его осаждения; с другой — одновременно возра-

стает предельный ток восстановления кислорода, вследст-

вие чего увеличивается бесполезный расход цинка. Кроме

того, при интенсивном перемешивании существует опас-

ность отрыва пленок вытесненного золота от частиц метал-

лического цинка. При отсутствии контакта золота с цин-

ком стационарный потенциал поверхности золота сдвинет-

ся в положительную сторону (в результате поляризации

растворенным кислородом), и начнется обратное растворе-

ние вытесненного металла.

Поэтому на практике цианистые растворы перед осаж-

дением из них благородных металлов в большинстве случа-

ев подвергают операции деаэрации (обескислороживанию),

само ос аждение осуществляется просачиванием обескис-

лороженного раствора через слой дисперсного цинка. Это

юбеспечивает достаточно высокую скорость диффузии ани-

онов Au(CN) 2~к поверхности цинка, и в то же время, бла-

годаря сохранению структуры цементного осадка и отсут-

ствию кислорода, сводится к минимуму возможность об-

ратного растворения золота и сокращается расход цинка.

Кроме того, в методе просачивания наиболее богатый по

благородным металлам раствор соприкасается с наименее

.активным (отработанным) цинком, а раствор, все более

-обедняющийся по мере просачивания, вступает в контакт

со все более свежим осадителем, т. е. осуществляется прин-

цип противотока. В результате дополнительно увеличива-

ются скорость и глубина осаждения.

При отсутствии достаточной концентрации цианида

окисление цинка протекает с образованием цинкат-иона

2пО?~:

2Zn + 4 ОН~ + 0

= 2ZnOt + 2Н

0; (152)

Zn + 20Н" = ZnO't + Н

. (153)

При низкой концентрации щелочи ион Zn02~ подверга-

•ется гидролизу с образованием нерастворимого в воде бе-

•лого осадка гидроксида цинка:

ZnO

" + 2Н

0 = Zn (ОН)

+ 2 ОН", (154)

169s

При недостаточной концентрации цианида гидроксид

взаимодействует с комплексным цианидом цинка, образуя

белый осадок цианистого цинка:

Zn (CN)!" + Zn (ОН)

= 2Zn (CN)

+ 20H~ (155)

Гидроксид и простой цианид цинка являются главными

составляющими так называемого белого осадка, образую-

щегося при осаждении золота и серебра из цианистых рас-

творов, имеющих недостаточную концентрацию щелочи и

свободного цианида. Отлагаясь на поверхности цинка, бе-

лый осадок препятствует контакту цинка с раствором и

тем самым затрудняет процесс осаждения. Кроме того,

образование Zn(OH)

и Zn(CN)

ведет к разубоживанию

золотого осадка и усложняет его дальнейшую переработку.

Для предупреждения образования белого осадка осаж-

дение благородных металлов ведут из растворов с доста-

точно высокой концентрацией цианида и щелочи. При

этом равновесие реакции (154) сдвигается влево, ион

Zn02

—

превращается в комплексный анион Zn(CN)l~:

Zn02~ -f 4CN" + 2Н

0 = Zn (CN)!

+ 40H

, (156)

а простой цианид растворяется по следующей реакции:

Zn (CN)

+ 2CN~ = Zn (CN)!

Однако чрезмерное повышение концентрации реагентов

также нежелательно, ибо вследствие интенсификации ре-

акций (150)—(153) значительно возрастает расход цинка,

цианида и щелочи.

Помимо поддержания необходимой концентрации циа-

нида и щелочи, очень действенно препятствует образова-

нию белого осадка предварительное обескислороживание

раствора. Положительный эффект достигается при этом в

результате резкого уменьшения окисления цинка. При

осаждении золота из обескислороженных растворов белый

осадок не образуется даже в условиях, обычно способству-

ющих его появлению. Так, при осаждении золота из не-

обескислороженных растворов условием, препятствующим

образованию белого осадка, является концентрация циани-

да 0,05—0,08 % и столько же щелочи. Если же растворы

предварительно деаэрированы, концентрацию каждого из

этих реагентов можно снизить до 0,02—0,03 %.

На основании сказанного оптимальными условиями

осаждения благородных металлов являются:

1) предварительная деаэрация растворов;

2) применение металлического цинка с высокоразвито»

поверхностью;

170s