Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

(пульпой), составляет несколько десятков часов. В пер-

вую очередь сорбируются анионы, обладающие малым срод-

ством к иониту (железо, медь, серебро). Однако при увели-

чении длительности контакта эти анионы постепенно вытес-

няются анионами с повышенным сродством к смоле (золо-

то, цинк, никель). Поэтому при насыщении ионита из поли-

компонентных растворов его емкость по золоту, цинку и

никелю постепенно возрастает, а по железу, меди и сереб-

ру проходит через максимум (рис. 88).

Рис. 88. Кинетика насыщения анионита AM—2Б металлами

из полнкомпонентного раствора

При сорбционном выщелачивании зерна ионита подвер-

гаются абразивному воздействию пульпы, претерпевают

многочисленные столкновения со стенками аппаратуры,

Таблица 15. Емкость и селективность, анионитов (по данным

Б. Н. Ласкорина с сотрудниками, 1974 г.)

Ионит

Е, мг/г

Селектив-

ность

Au>

/2£

прим

Ионит

Селектив-

ность

Au>

/2£

прим

AM—п

8,1

4,3

5,5

25,6

13,5

0,2

АП—3 X 8п

12,8

3,2

4,4

19,1

3,2 0,4

АП—2 X 12п

13,6

3,4 3,5

15,8

3,2 0,5

AM—2Б

15,3

3,1

3,5

4,7

1,3

1,2

201s

дренажными сетками и т. д. Это приводит к частичному

разрушению смолы. Мелкие осколки ионита проходят

сквозь сетки дренажных устройств и вместе с пульпой ухо-

дят в отвал. В результате повышается расход сорбента. Во

избежание этого смола должна иметь высокую механиче-

скую прочность. Приведенные в табл. 17 аниониты этому

условию удовлетворяют достаточно хорошо.

§ 4. Технологические параметры

сорбционного процесса

Сорбционное выщелачивание проводят в непрерывном ре-

жиме в каскаде из нескольких последовательно соединен-

ных аппаратов при противоточном движении пульпы и ио-

нита. Пульпу подают в первый аппарат и выводят из пос-

леднего. Свежий (регенерированный) анионит загружают

в последний (по ходу движения пульпы) аппарат, насы-

щенную золотом смолу выводят из первого. Для разделе-

ния смолы и пульпы каждый аппарат оборудован специ-

альным сетчатым дренажем. Использование противоточ-

ного движения смолы и пульпы позволяет получать макси-

мально насыщенную золотом смолу при минимальных

потерях растворенного золота с отвальной пульпой.

При прочих равных условиях емкость анионита тем

больше, чем выше концентрация золота в жидкой фазе

пульпы. Поэтому перед выводом насыщенного анионита на

регенерацию он должен контактировать с цианистой пуль-

пой, жидкая фаза которой имеет достаточно высокую кон-

центрацию золота. Это достигается тем, что золотосодер-

жащую руду перед сорбционным выщелачиванием подвер-

гают предварительному цианированию без ионита для

частичного перевода золота в раствор. Полученную пульпу

подают на сорбционное выщелачивание, где происходит до-

растворение золота и его сорбция из пульпы. Принципи-

альная схема этого процесса показана на рис. 89.

Как известно, важным параметром массообменных про-

цессов, осуществляемых при противотоке обменивающих-

ся фаз, является число теоретических ступеней контакта,

необходимое для достижения заданных показателей.

Рассмотрим сорбционный каскад, состоящий из п сту-

пеней контакта пульпы и смолы (рис. 90). Примем для

простоты, что в процессе сорбции дополнительного рас-

творения золота не происходит, т. е. все растворимое золо-

то переходит в жидкую фазу пульпы уже на стадии пред-

варительного цианирования. Пусть концентрация золота в

202s

растворе уменьшается по ходу движения пульпы от началь-

ной J

до конечной (сбросной) Х

, содержание золота в

анионите при движении его навстречу пульпе возрастает

от начального У

(остаточная емкость ионита после реге-

нерации) до конечного У

(емкость насыщенного ионита).

Теоретической ступени соответствует такая часть каскада,

NaCN

Насыщенный ианигп

на регенерацию

Регенерируемый

ионит

СаО

Пульпа

ч/

Пульпа

• Ионит

§§

Рис, 89. Принципиальная схема сорбционного выщелачивания:

/ — аппараты для предварительного цианирования; 2—аппараты для сорбцион-

ного выщелачивания

с противоположных сторон которой выходят ионит и раст-

вор (пульпа), имеющие равновесные по отношению друг к

другу содержания золота. На рис. 93 равновесию соответ-

ствуют соотношения содержаний золота Х\ и У

, Х

и У

...

Xi и Yi и т. д.

Составим материальный баланс по золоту для хвосто-

вой части каскада, включающей ступени с i-той по п-ную.

Учитывая, что в стационарном режиме работы количество

золота, поступающего в любую часть каскада, равно коли-

честву золота, уходящего из нее, получим;

Q + Y

G = X

Q + Y

G, (176)

где Q — объемный поток жидкой фазы пульпы, м

/ч; G —

массовый поток ионита (в пересчете на воздушно-сухой),

кг/ч; Х

, Xi-i — концентрация золота в жидкой фазе от-

вальной пульпы и пульпы, поступающей на j'-тую ступень

соответственно, г/м

; У

, У; — остаточная емкость регене-

рированного ионита и ионита после j'-той ступени сорбции

соответственно,г/кг.

Из соотношения (176) находим:

Yt = Y

+ Q/G(X

-i-X

). (177)

203s

Уравнение (177), называемое уравнени-

ем рабочей линии, выражает зависи-

мость между содержаниями золота

Хг-i, У г в неравновесных между собой

растворе и ионите в любом сечении кас-

када. В координатах У—X ему соответ-

ствует прямая линия, проходящая через

точку с координатами Х

, Ко, с накло-

ном к оси абсцисс под углом, тангенс

которого равен отношению потоков жид-

кой фазы пульпы и смолы.

С помощью изотермы сорбции и ра-

бочей линии можно графическим мето-

дом определить число теоретических сту-

пеней я, обеспечивающее при заданном

отношении Q/G снижение концентрации

золота в жидкой фазе пульпы от X

на

входе в каскад до Х

на выходе. Метод

заключается в последовательном — от

ступени к ступени — определении содер-

жаний золота в ионите и растворе с по-

мощью изотермы сорбции и рабочей ли-

нии. При этом надо учитывать, что в рас-

сматриваемом каскаде содержания золо-

та Х\—У

, Х

—Y

...Xi—У,- связаны меж-

ду собой изотермой сорбции, а содержа-

ния Х

—

Ук,

Xi—У

...Х{—У

—рабочей

линией. Порядок определения п заклю-

чается в следующем (рис. 91). По задан-

ному значению Х

с помощью рабочей

линии АВ находим У

. Зная У

, по изо-

терме сорбции ОС находим Xi. По вели-

чине Х\ и рабочей линии определяем У

а по нему с помощью изотермы сорб-

ции— Х

и т.д. до тех пор, пока Х

{

не

станет Число ступеней сорбции

п определяется как число ступеней на

ломаной линии, вписанной между рабо-

чей линией и изотермой сорбции. Для

случая, изображенного на рис. 91, n=<L

С увеличением отношения Q/G

(уменьшением потока сорбента) возрас-

тает угол наклона рабочей линии к оси

абсцисс, что приводит к росту степени ис-

пользования емкости ионита — величина

приближается к значению равновесной (предельной) ем-

кости, определяемой изотермой сорбции. Однако при этом,

как видно из рис. 91, возрастает необходимое число ступе-

ней сорбции. Очевидно, что отношение Q/G не может быть

выше, чем отвечающее рабочей линии АВ'. Обычно величи-

ну Q/G выбирают такой, чтобы степень использования ем-

кости ионита составила 70—90 %.

Видно также, что число ступеней зависит от формы изо-

термы сорбции: с увеличением крутизны подъема ее

начального участка (т.е. с

увеличением селективности

сорбента по отношению к

золоту) п уменьшается. От-

сюда вытекает одно из важ-

ных требований, предъявля-

емых к иониту, — сорбент

должен иметь достаточно

высокую емкость в широком

диапазоне концентраций зо-

лота в жидкой фазе пуль-

пы— от начальной (обычно

2—10 мг/л) до сбросной

(0,02—0,03 мг/л). Низкая

емкость анионита при ма-

лых концентрациях золота в

растворе потребует большо-

го числа ступеней сорбции

для достижения сбросного

содержания золота.

Рассмотренные выше закономерности в основной своей

части справедливы также для процесса сорбционного вы-

щелачивания, в котором наряду с сорбцией растворенного

золота идет дорастворение металла из твердой фазы. Ис-

следовательские работы показывают, что для проведения

сорбционного выщелачивания золота с применением анио-

нита AM—2Б требуются 3—4 теоретические ступени сорб-

ции.

Следует заметить, что число теоретических ступеней

сорбции нельзя отождествлять с числом аппаратов в сорб-

ционном каскаде, так как ионит и пульпа, выходящие из

каждого отдельно взятого аппарата, далеки от равновесия.

Это обусловлено тем, что продолжительность пребывания

отдельных зерен ионита в аппарате непрерывного действия

с перемешиванием находится в очень широких пределах—•

от весьма малой до превышающей во много раз время, не-

Рис. 91. Графический метод опреде-

ления числа ступеней сорбции:

ОС — изотерма сорбции; АВ и АВ' —

рабочие линии

205s

•обходимое для установления равновесия. Поэтому, даже ес-

ли средняя продолжительность нахождения ионита в ап-

парате, равная отношению объема ионита в этом аппарате

к его объемному потоку, превосходит время, необходи-

мое для установления равновесия, значительная часть зе-

рен смолы находится в аппарате недостаточно долго, в ре-

зультате чего емкость выходящего из него сорбента будет

меньше равновесной.

Для увеличения степени приближения к равновесию

ионита и раствора (т.е. степени использования емкости

смолы) необходимо уменьшить долю зерен сорбента с ма-

лым временем пребывания в аппарате. Как известно, наи-

более просто и эффективно подобные задачи решаются по-

следовательным соединением нескольких аппаратов. Поэто-

му сорбционные каскады обычно состоят из 10—12

последовательно соединенных аппаратов — по 3—4 аппа-

рата на каждую ступень сорбции, что позволяет достичь

приемлемой степени использования емкости ионита.

Помимо числа ступеней сорбции, важными параметра-

ми сорбционного процесса являются поток ионита, продол-

жительность сорбционного выщелачивания, продолжитель-

ность пребывания ионита в аппаратах сорбционного вы-

щелачивания и единовременная загрузка ионита.

Поток ионита G определяется из уравнения материаль-

ного баланса по золоту для каскада сорбционного выще-

лачивания.

QX„ + GY

= QX

+ GY

, (178)

где Q — объемный поток пульпы, м

/ч;

А и,

— концент-

рация золота в исходной и сбросной пульпе соответствен-

но (суммарно в твердой и жидкой фазах), г/м

; G, У

— обозначают те же величины, что и в уравнении (176).

Из уравнения (178) получим:

G = (QX

- QX

)/(Y

~ Y

). (179)

Следовательно, поток смолы должен быть увеличен при

увеличении количества (потока) извлекаемого золота и

уменьшен при возрастании емкости сорбента.

Продолжительность сорбционного выщелачивания т,

т. е. время прохождения пульпы через весь каскад аппара-

тов сорбции должно быть достаточным как для максималь-

но полного довыщелачиваиия золота из твердой фазы, так

и для практически полной сорбции растворенного металла

из жидкой фазы. Лимитирующим процессом, определяю-

щим значение т, является обычно процесс довыщелачива-

206s

ния золота. В большинстве случаев продолжительность

сорбционного выщелачивания лежит в пределах от 10 до

20 ч. Поток пульпы Q и продолжительность сорбционного

выщелачивания т определяют суммарный полезный объем

всех аппаратов V в каскаде: V=Qr.

Продолжительность пребывания смолы в аппаратах

сорбционного выщелачивания т должна обеспечивать до-

статочно высокую степень насыщения смолы золотом. Зна-

чение т определяется, в основном, кинетическими свойст-

вами применяемого сорбента. Для ионита АМ-2Б продол-

жительность контакта, необходимая для установления

равновесия между смолой и раствором, составляет 40—

60 ч. Поэтому для каскада, состоящего из 3—4 ступеней

сорбции, общая продолжительность пребывания смолы в

аппаратах сорбционного выщелачивания должна равнять-

ся примерно 150—200 ч. Увеличение т сверх этого значе-

ния обычно нецелесообразно, так как не дает существен-

ного выигрыша в емкости ионита, но приводит к повы-

шенным потерям сорбента в результате механического

разрушения.

Под единовременной загрузкой смолы V м

понимают

общий объем ионита в аппаратах сорбционного выщела-

чивания. Единовременная загрузка должна обеспечивать,

во-первых, необходимую для насыщения ионита продол-

жительность контакта его с пульпой т, т.е. удовлетворять

условию V=QT (где Q — объемный поток ионита, м

/ч),

во-вторых, достаточно высокую скорость сорбции, гаран-

тирующую практически полное поглощение растворенного

золота ионитом за время прохождения пульпой сорбцион-

ных аппаратов. При т=150—200 ч выполнение первого

условия оказывается обычно достаточным и для выполне-

ния второго.

Иногда, например, при переработке углистых руд (гл.

XVI, § 6), необходимо по возможности увеличить скорость

сорбции, так как вследствие снижения концентрации зо-

лота в жидкой фазе пульпы возрастает извлечение золота

из выщелачиваемой руды. В этом случае единовременная

загрузка может быть повышена до величины, соответству-

ющей т = 300—400 ч. Естественно, при этом несколько воз-

растают потери ионита в результате его механического

разрушения.

Часто под единовременной загрузкой ионита понима-

ют его объемную концентрацию в пульпе (V/V) 100%.

207s

Практически эта характеристика ограничена пределами

1,5—2,5 %. В отдельных случаях ее повышают до 3—4 %.

Поведение серебра в сорбционном процессе существен-

но отличается от поведения золота. Это отличие обуслов-

лено значительно меньшим сродством к анионитам иона

[Ag(CN)2]~ по сравнению с ионом [Au(CN)

]~. При совме-

стном присутствии в растворе золота и серебра сорбиру-

ется преимущественно золото. Поэтому проведение сорб-

ции в режиме максимального насыщения смолы по золоту

ведет к значительным потерям серебра.

Для предотвращения потерь серебра можно увеличить

поток ионита. Очевидно, однако, что этот путь малоэффек-

тивен, так как ведет к снижению емкости сорбента по обо-

им металлам. Другой, более совершенный путь заключа-

ется в проведении сорбции в две стадии (Пунишко А. А.

и др., 1975 г.). На первой стадии сорбируют золото, на вто-

рой— серебро. После первой стадии получают максималь-

но насыщенную золотом смолу и пульпу, в жидкой фазе

которой золота практически нет. Последнее позволяет до-

стичь на второй стадии сорбции приемлемой емкости сор-

бента по серебру при высоком извлечении этого металла.

§ 5. Аппаратурное оформление

и практика сорбционного выщелачивания

Сорбционное выщелачивание проводят в агитаторах с

пневматическим перемешиванием—пачуках. Принцип ра-

боты пачука для сорбционного выщелачивания ясен из

схемы, приведенной на рис. 92. Перемешивание пульпы с

находящейся в ней смолой осуществляется циркулятором 1.

Для транспортирования пульпы в следующий аппарат, а

смолы — в предыдущий служит аэролифт 2. Смола отде-

ляется от пульпы с помощью наклонно установленной

сетки 4 с размером ячейки меньшим, чем размер зерен

ионита, но превышающим частицы выщелачиваемой руды.

Аэролифтом 2 пульпа подается на сетку 4, проходит сквозь

нее и по желобу 3 поступает в следующий аппарат. Части-

цы смолы задерживаются сеткой и, скатываясь по ней в

желоб 5, направляются в предыдущий пачук.

В зависимости от масштаба производства применяют

п-ачуки объемом до 500 м

Конструкция пачука для сорбционного выщелачивания

показана на рис. 93. Пачук имеет циркулятор 1, аэролифт

2 и дренажное устройство 3. Последнее в виде надстройки

расположено на крышке аппарата. Пульпа со смолой аэ-

208s

ролифтсш 2 подается в дренажное устройство 3 и с по-

мощью отражателя 4 направляется вниз на распредели-

тельное устройство 5. Через щели распределителя пульпа

со смолой попадает на наклонные дренажные сетки б из

нержавеющей стали с размером отверстий 0,4 мм. В зави-

симости от объема пачука количество дренажных сеток

может быть от 2 до 12, а их общая площадь — от 1 до

15 м

. Сетки натянуты на

выдвижные деревянные рам-

ки и расположены двумя

параллельными рядами с

Пульпа

-4

Смола

jjlульпа

смола г

Рис. 92. Принцип работы пачука для сорбционного выщелачивания

Рнс. 93. Пачук для сорбционного выщелачивания

наклоном к центру аппарата. Удельная производительность

дренажных сеток весьма велика: для кварцевых кристал-

лических руд она достигает 50 и даже 100 м

пульпы на

1 м

поверхности сетки в 1 ч, для глинистых руд составля-

ет 20—25 м

/(м

-ч). Расход воздуха на транспортирова-

ние пульпы 1,5—3 м

/м

Пройдя сквозь сетки, пульпа попадает в два располо-

женных под ними наклонных желоба 7 и по ним выводит-

ся в следующий аппарат. Для передвижения смолы в пре-

дыдущий пачук служит короткий лоток 8, в который ска-

14—706

209

210s

тывается смола с край-

них сеток каждого ря-

да. С остальных сеток

смола падает обратно

в пачук. В днище пачу-

ка предусмотрены дис-

пергатор 9 для взму-

чивания слежавшегося

осадка и штуцер

для аварийного выпус-

ка пульпы.

Предварительное

цианирование проводят

в обычных пачуках.

Для сорбционного

выщелачивания можно

использовать также

пульсационные колон-

ны (см. гл. IX, § 4),

оборудованные дре-

нажными устройства-

ми для разделения

смолы и пульпы. Внут-

ри каждой колонны

смола и пульпа дви-

жутся прямотоком,

между колоннами —

противотоком. Благо-

даря интенсивному пе-

ремешиванию и упоря-

доченному гидродина-

мическому режиму, бли-

зкому к режиму иде-

ального вытеснения,

степень приближения к

равновесию между

смолой и пульпой в

пульсационной колон-

не значительно выше,

чем в пачуке. Поэтому

замена пачуков пульса-

ционными колоннами

может обеспечить рез-

кое сокращение числа

и объема аппаратов в

сорбционном каскаде.