Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

фективно, изготовлением катодов из специальных волок-

нистых углеродных материалов. Последние представляют

собой рыхлую массу, состоящую из тончайших (толщиной

5—10 мкм) нитей и имеют поэтому большую удельную по-

верхность (0,2—0,3 м

/г). Волокнистые углеродные мате-

риалы стойки в агрессивных средах и достаточно электро-

проводны. Их получают термической обработкой вискоз-

ной основы в виде различного рода войлоков, тканей и т. п.

Ш=№=а

•••

ЮО-Ни

юа

DDD

и сю

раа

•••

•рею

Рнс. 104. Электролизер ЭУ—1 с катодами из волокнистого

углеродного материала

На рис. 104 показан разрез электролизера с катодами из волок-

нистого углеродного материала. Аппарат состоит из титанового корпу-

са 4, в котором поочередно установлено десять катодных 8 и одиннад-

цать анодных 7 камер. Фиксация положения камер достигается на-

правляющими 3. Подача католита в катодные камеры и анолита в

анодные осуществляется через соответствующие коллекторы 1, распо-

ложенные в днище электролизера. Отвод католита и анолита произво-

дится также раздельно через сливные карманы 2. Для токоподвода слу-

жат две титановые шины — анодная 5 и катодная 9, уложенные на

отбортованные стенки электролизера и снабженные ножевыми контак-

тами 6 и 10 для подключения соответственно анодов и катодов.

Катодная камера (рис.105) представляет собой рамку 1 из винипла-

ста или полиметилметакрилата с двумя перфорированными токоподво-

дящими стенками 3 из титана, на которые с наружных сторон уклады-

вается волокнистый углеродный материал 4. Последний прижимается

231s

к стенкам винипластовой сеткой 5, закрепляемой решетчатыми вини-

пластовымн крышками 2. Верхняя часть рамкн 6 выполнена из титана

и служит для закрепления на ней с помощью винтов 7 перфорирован-

ных токоподводов 3. Золотосодержащий раствор через штуцер 8 по-

ступает внутрь катодной камеры и фильтруется через углеродный мате-

риал. В объеме последнего под действием постоянного тока осаждается

золото. Обеззолоченный раствор переливается в сливной карман и

выводится из электролизера.

••

•

S3T

А'А

ОСИ

Рис. 103. Катодная камера

Рис. 106. Аиодиая камера

Анодная камера (рис. 106) выполнена в виде рамки 6

из полиметилметакрилата. Через верхнюю перекладину рам-

ки 2 проходит токоподвод 1, на который навешивается слу-

жащая анодом платиновая сетка 4. Для изготовления ано-

дов могут использоваться и другие менее дефицитные ма-

териалы (графит, свинец), однако стойкость их значительно

меньше. С двух сторон к рамке крепятся катионитовые мем-

браны 5, которые по периметру прижимаются титановыми

накладками 7 и стягиваются винтами 8. Этим достигается

герметичность камеры. Анолит поступает в камеру снизу

через штуцер 9 и выходит сверху через штуцер 3 в сливной

карман электролизера.

Техническая характеристика электролизера приведена

ниже.

Производительность по товарному регенерату, м

/сут 22—25

Сила постоянного тока, А 1000—1300

Напряжение, В 4—6

232s

Продолжение

Количество камер, шт:

катодных 10

анодных 11

Геометрические размеры катода, мм 254 X 374 X2

Масса углеродного материала в одной катодной ка-

мере, кг 1,5—2,0

Эффективная поверхность одного катода, м

. . , 30—40

Скорость циркуляции, м

/ч:

католита 8—10

анолита 0,15—0,2

Габаритные размеры, мм 935X1220X805

Масса, кг 308

Благодаря очень большой катодной поверхности производительность

электролизера в 60—100 раз превосходит производительность равнове-

ликого электролизера с плоскими катодами.

Во избежание забивания катодов взвешенными части-

цами поступающий на электролиз товарный регенерат под-

вергают контрольной фильтрации на фильтрпрессах. Элек-

тролиз ведут в циркуляционном режиме. Отфильтрованный

товарный регенерат из напорной емкости самотеком посту-

пает в электролизер и распределяется по катодным каме-

рам. Выходящий из электролизера частично обеззолочен-

ный католит вновь закачивается в напорную емкость. Рас-

твор циркулирует между емкостью и электролизером до тех

пор, пока не будет достигнута заданная степень осаждения

золота (обычно 96—98 %). Обеззолоченный раствор воз-

вращается в цикл регенерации смолы. Как показывает

практика эксплуатации электролизных установок, при мно-

гократном обороте тиомочевинных растворов концентрация

примесей в них стабилизируется на уровне, не ухудшающем

десорбцию золота.

Для циркуляции анолита служит специальная напорная

емкость, откуда анолит самотеком поступает в анодные ка-

меры электролизера. При повышении кислотности анолита

свыше 50 г/л его заменяют свежим. Отработанный анолит

идет в оборот на кислотную обработку смолы.

Электролиз золота ведут также в режиме электроэлюи-

рования. В этом случае тиомочевинный раствор циркулиру-

ет между колонной с насыщенной золотом смолой и элек-

тролизером. В колонне происходит десорбция золота, в

электролизере — его осаждение. Благодаря непрерывному

выводу золота его концентрация в тиомочевинном раство-

ре поддерживается на невысоком уровне. В результате это-

го резко ускоряется десорбция золота — наиболее медлен-

ная операция при регенерации смолы.

233s

В коническую колонну закачивают порцию смолы, под-

вергнутой кислотной обработке и сорбции тиомочевины, и

снизу начинают подавать тиомочевинный раствор. Ско-

рость подачи раствора такова, что смола в колонне на-

ходится во взвешенном состоянии. Во избежание выно-

са смолы в колонне предусмотрена дренажная сетка. Вы-

текающий из верхней части колонны раствор проходит

фильтр-пресс, электролизер, теплообменник и вновь посту-

пает в нижнюю часть колонны. Отношение объема цир-

кулирующего раствора к объему ионита составляет (1,5н-

-т-2) : 1, что значительно ниже, чем при обычной десорб-

ции золота.

Режим электроэлюирования позволяет весьма быстро

(за 7—8 ч) перевести золото из ионита в катодный металл.

Тем самым уменьшается объем незавершенного производ-

ства и сокращается количество потребного оборудования.

Одновременно снижается остаточное содержание золота в-

регенерированном ионите.

Катодный осадок из электролизера разгружают перио-

дически по мере накопления. Для этого процесс останав-

ливают и выпускают из электролизера обеззолоченный рас-

твор. Катодный осадок промывают подачей воды в катод-

ную камеру и подсушивают продувкой сжатым воздухом.

Катодные блоки извлекают из электролизера, освобожда-

ют их от катодного осадка и заполняют свежей порцией

углеродного материала. Важная особенность катодов из уг-

леродного материала состоит в том, что они позволяют

осаждать до 30—50 кг металла на 1 кг углеродного мате-

риала. Поэтому содержание углерода в разгружаемом осад-

ке составляет всего 2—3 %. Для удаления углерода осадок

прокаливают при 500—600 °С. Полученный черновой ме-

талл, содержащий в сумме 95—96 % золота и серебра, от-

правляют на аффинаж.

Осаждение благородных металлов электролизом умень-

шает расход реагентов, особенно тиомочевины, обеспечива-

ет получение конечной продукции с высоким содержанием

золота и серебра, устраняет загрязнение оборотных тиомо-

чевинных растворов примесями, в результате чего улучша-

ются показатели регенерации смолы, повышает культуру

производства. Благодаря своим достоинствам электроли-

тический метод получил широкое распространение на оте-

чественных золотоизвлекательных предприятиях, приме-

няющих сорбционную технологию.

Следует подчеркнуть, что по сравнению с обычным ши-

роко распространенным процессом цианирования сорбци-

234s

онная технология имеет следующие большие преимуще-

ства:

1) устранение операций сгущения и фильтрации выще-

лоченных пульп и связанная с этим большая экономия ка-

питальных и эксплуатационных затрат;

2) повышенное извлечение благородных металлов вслед-

ствие уменьшения потерь как нерастворенных, так и рас-

творенных, но не отмытых металлов;

3) значительное повышение скорости растворения бла-

городных металлов и соответствующее уменьшение объема

аппаратуры;

4) возможность получения при регенерации непосредст-

венно чернового металла.

Благодаря этим преимуществам сорбционная техноло-

гия позволяет рентабельно перерабатывать руды с более

низким содержанием золота, чем это возможно при исполь-

зовании обычного цианистого процесса. Это расширяет

сырьевую базу золотоизвлекательной промышленности.

7 S" Ч 3

§ 9. Сорбция активными углями • "

Природа сорбции электролитов на углях

Способность активных углей адсорбировать благородные

металлы из цианистых растворов известна уже давно.

Активные угли — пористые углеродные адсорбенты. Их

получают из различного органического сырья: древесины,

бурых и каменных углей, антрацита, костей животных

и т. д. Лучшие сорта угля, отличающиеся высокой механи-

ческой прочностью, производят из скорлупы кокосовых

орехов и косточек плодов. При производстве активных уг-

лей из этих материалов вначале удаляют летучие вещест-

ва (влагу и частично смолы), применяя нагрев без доступа

воздуха. Получающийся уголь-сырец имеет крупно-порис-

тую структуру и поэтому обладает невысокими адсорбци-

онными свойствами. Для получения микропористой струк-

туры его активируют обработкой диоксидом углерода или

водяным паром при 800—900 °С. Часть угля (около 50 %)

при этом выгорает (С + С0

= 2С0; С+Н

0 = С0 + Н

а оставшийся уголь приобретает ажурную микропористую

структуру. Другой вид активации заключается в обработке

угля некоторыми солями или кислотами (карбонатами,

хлоридами, сульфатами, азотной кислотой и т. д.) при вы-

сокой температуре. Активация происходит вследствие вы-

горания части угля под действием выделяющихся газов-

окислителей.

235s

Получаемые таким образом активные угли имеют чрез-

вычайно высокоразвитую удельную поверхность (400—

1000 м

/г), что обусловлено наличием у них микропор ра-

диусом от 0,5 до 2 нм.

Согласно современным представлениям, развитым шко-

лами советских ученых Н. А. Шилова и А. Н. Фрумкина,

адсорбция электролитов на активных углях является обмен-

ной и обусловлена характером взаимодействия угля с кис-

лородом воздуха. Если уголь после активирования приво-

дится в контакт с кислородом воз-

духа при комнатной температуре,

то на нем образуются поверхност-

ные соединения (оксиды), имеющие

основной характер. Природа этих

соединений точно не установлена,

однако известно, что кислород в них

связан относительно непрочно и при

соприкосновении угля с водой или

водным раствором переходит в рас-

твор в виде ионов гидроксила, заря-

жая поверхность угля положитель-

но (рис. 107, а). Такой «положитель-

ный» уголь функционирует как не-

обратимый кислородный электрод и

обменивает ионы ОН

" внешней обкладки своего двойного

слоя на анионы растворенного электролита, т. е. является

своеобразным электрохимическим анионообменником.

Если уголь вступает в контакт с кислородом при повы-

шенных температурах (400—500 °С), то образующиеся со-

единения отличаются повышенной прочностью. Значитель-

ная часть хемосорбированного в этих условиях кислорода

(около 20 %) входит в состав соединений, имеющих кис-

лотный характер, — карбоксильных, фенольных и др.

(рис. 107,6). В отличие от обычных «положительных» ак-

тивных углей, такой «отрицательный» уголь называют окис-

ленным. В растворах электролитов окисленный уголь про-

являет свойства полифункционального катионообменника.

Часть катионообменной емкости окисленных углей обуслов-

лена, по-видимому, ионами Н+, удерживаемыми вблизи от

рицательно заряженной поверхности угля чисто электро-

статическими силами.

Следует отметить, что реальные «положительные» ак-

тивные угли имеют на своей поверхности не только группы

основного характера, но и некоторое количество кислот-

ных групп. Поэтому наряду с анионообменными свойства-

ОН"

I—он

—с ^

он

Рнс. 107. Характер поверх-

ностных соединений на

«положительном» (а) н «от-

рицательном» (б) актив-

ном угле

236s

ми такие угли отчасти проявляют и катионообменные свой-

ства. Аналогично этому «отрицательные» окисленные угли,

имея на своей поверхности не только кислотные, но и неко-

торое количество основных групп, проявляют в растворах

электролитов как катионообменные, так, отчасти, и анио-

нообменные свойства. Для сорбции золота и серебра из

цианистых растворов применяют «положительные» актив-

ные угли, у которых преобладают анионообменные свой-

ства.

Активные угли можно использовать для сорбции бла-

городных металлов как из осветленных цианистых раство-

ров, так и непосредственно из пульпы.

Сорбцию из осветленных растворов с помощью древес-

ного угля применяли на некоторых золотоизвлекательных

предприятиях в самом начале развития цианистого процес-

са, когда метод осаждения цинком еще не был окончатель-

но разработан. Вскоре, однако, в силу своих недостатков

(высокий расход, низкое качество получаемых осадков)

древесный уголь как осадитель благородных металлов был

полностью вытеснен цинком. В годы первой и второй ми-

ровых войн в связи с нехваткой цинка сорбция древесным

углем снова получила некоторое распространение на золо-

тоизвлекательных фабриках. Сорбцию проводили на рам-

ных вакуум-фильтрах, фильтруя цианистые золотосодержа-

щие растворы через слой измельченного угля, предвари-

тельно наращенный на поверхности фильтровальных рам.

Угольный осадок, содержащий золото и серебро, сжигали

и полученную золу плавили с флюсами на черновой ме-

талл.

В настоящее время активные угли применяют для сорб-

ции золота и серебра из цианистых растворов кучного вы-

щелачивания. По сравнению с растворами, получаемыми

при цианировании перемешиванием, растворы кучного вы-

щелачивания имеют низкую концентрацию благородных

металлов (обычно менее 0,5 мг/л) при относительно высо-

ком содержании примесей. Применение цинка и ионообмен-

ных смол для осаждения благородных металлов из таких

растворов не эффективно. Особенностью же активных уг-

лей как осадителей золота и серебра является их малая

чувствительность к присутствию примесей. Поэтому исполь-

зуя их, можно достаточно полно осадить благородные ме-

таллы, даже из столь бедных и грязных растворов, какими

являются растворы кучного выщелачивания.

Сорбцию проводят в динамических условиях, пропуская

золотосодержащий раствор последовательно через 3.—4 вер-

237s

тикальные колонны, заполненные гранулированным актив-

ным углем с крупностью зерен около 1 мм. Уголь периоди-

чески перегружают из колонны в колонну навстречу дви-

жению раствора. Из первой (по ходу движения раствора)

колонны выгружают насыщенный благородными металла-

ми уголь, в последнюю колонну загружают регенерирован-

ный сорбент. Насыщенный уголь, содержащий 2—5 кг/т зо-

лота, идет на регенерацию.

В отечественной практике активные угли применяют

для сорбции золота и серебра из циансодержащих раство-

ров обогатительных фабрик, перерабатывающих полиме-

таллические свинцово-цинковые руды. При флотационном

обогащении этих руд для депрессии сфалерита, пирита и

халькопирита используют цианистый натрий, что приво-

дит к переходу в жидкую фазу пульпы до 20 % содержа-

щегося в руде золота и заметных количеств серебра. Полу-

чаемые растворы (сливы сгустителей) содержат, мг/л:

0,2—1 Au, до 5Ag, 400—500 Си, 40—50 Zn и другие примеси.

Сорбцию благородных металлов осуществляют в динами-

ческих условиях фильтрацией раствора через зернистый

активный уголь, помещенный в специальные фильтры, ра-

ботающие под давлением. Насыщенный уголь содержит

1—2 кг/т Au и 1—4 кг/т Ag. Применяют и более простые,

но менее совершенные методы сорбции, например, сорбцию

перемешиванием угля и раствора в статических условиях.

Разумеется, полнота осаждения и емкость угля по благо-

родным металлам в этом случае снижаются. Насыщенный

сорбент, как правило, не регенерируют, а подшихтовывают

к медному или свинцовому флотоконцентратам, направляе-

мым на пирометаллургическую переработку.

Сорбция из пульп. Подобно ионообменным смолам, ак-

тивные угли применяют для сорбции благородных метал-

лов непосредственно из пульп. Эта технология, аналогич-

ная рассмотренной выше технологии с применением иони-

тов, в последние годы все шире распространяется на

золотоизвлекательных предприятиях США, Австралии,

ЮАР и других стран.

Аппаратурная схема процесса сорбции из пульпы с при-

менением активного угля показана на рис. 108. Для повы-

шения емкости сорбента поступающую на сорбцию пульпу

подвергают предварительному цианированию. Последую-

щий процесс сорбционного выщелачивания ведут в цепочке

из 5—10 аппаратов с пневматическим или механическим

перемешиванием при противоточном движении угля и пуль-

пы. В качестве сорбента используют, как правило, наиболее

238s

USB

m M

" I

ПК

—

s§

Ойк

& I

со xo

. Q C3

sss

gxii

Sag

и» £

Э tr

S ° S

ою

О f~

га

\о

К X V

>> I

о ®Я<Л

<_ & и

S gig

сп

3 к К

ч га

£ S « «

s л м

СО на

О) с

Л ч

3? с

S . о

ч м

О. о

С ^мч

а**

sii

« в

« 2

Оле;

S Qu

J3 м

sEJ

« *

tt к

- 5

аЗЕ

ч с* М

• 1st

й f-

О)

о о

я-

».

ч й

ЕЙ

сг

о.

239s

механически прочные сорта гранулированного угля, изго-

товляемые из скорлупы кокосовых орехов. Размер зерен

угля от 1,2 до 3,4 мм. Для выделения сорбента из пульпы

применяют грохоты различной конструкции, располагаемые

снаружи или внутри сорбционных аппаратов. Если грохоты

расположены вне аппаратов, то пульпу подают на них с по-

мощью аэролифтов или центробежных насосов. Так как

прочность даже лучших сортов угля сравнительно невысо-

ка, при выборе конструкции перемешивающих и дренаж-

ных устройств исходят прежде всего из условия минималь-

ного разрушения зерен сорбента.

Сорбцию ведут из пульп, содержащих 40—45 % твердо-

го, при концентрации цианида в жидкой фазе 0,01—0,02 %,

рН 10—10,5 и единовременной загрузке сорбента 10—

30 г/л. Емкость углей по золоту составляет обычно

2—8 кг/т.

Сорбция из пульп с применением крупнозернистых уг-

лей имеет те же достоинства, что и аналогичная технология

-с применением ионитов. Вместе с тем, активные угли зна-

чительно дешевле ионообменных смол и отличаются от них

меньшей чувствительностью к присутствию в растворе при-

месей. Последнее позволяет использовать угли даже в тех

случаях, когда жидкая фаза пульпы имеет повышенную

концентрацию примесей и применение ионообменных смол

нецелесообразно.

Серьезным недостатком активных углей является их

невысокая механическая прочность и обусловленные этим

повышенные потери сорбента (до 100—200 г на 1 т перера-

батываемой руды) в виде мелких фракций.

Регенерация угля. Насыщенный уголь можно перераба-

тывать сжиганием его с последующей плавкой золы на чер-

новой металл или элюированием благородных металлов с

помощью различных растворителей. Последний метод поз-

воляет регенерировать сорбент и поэтому более рациона-

лен. Десорбентами золота могут служить горячие цианис-

тые растворы, жидкий (безводный) аммиак, водные рас-

творы сернистого натрия или щелочей и некоторые другие

вещества.

На практике элюирование благородных металлов осу-

ществляют обычно горячими цианистыми растворами, со-

держащими 0,1—0,2 % NaCN и 1—2 % NaOH. Процесс

ведут в динамических условиях в цепочке из трех—четырех

вертикальных колонн (см. рис. 108). Элюирующий раствор

подают в первую по ходу движения раствора колонну,

крепкий золотосодержащий элюат отводят из последней.

240s