Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

Однако способ поляризации ртути при амальгамации

благородных металлов не получил промышленного приме-

нения из-за сложности аппаратурного оформления.

Вторая стадия амальгамации (диффузия ртути в золо-

то) мало зависит от технологических параметров процес-

са амальгамации и определяется, в основном, природой ис-

t;c

1000

800

600

гоо

-100

1083°

ч.

420 "(Г

(Аи)

I 1

402° .

310

122°

-36°

J L

I-39

-38,9°О

Ди

100

Ид,У-fam.)

РИС. 19. Диаграмма состояния Au— Hg

ходных металлов. Из диаграммы Au—Hg, приведенной на

рис. 19, видно, что золото со ртутью образует ряд интер-

металлических соединений (Au

Hg, Au

Hg, AuHg

), твер-

дый раствор ртути в золоте, содержащий ~ 16 % Hg, и

жидкий раствор золота в ртути с содержанием ~0,1 % Au.

Если кусочек золота опустить в ртуть и выдержать дос-

таточно долгое время, а затем разрезать, то в первом при-

ближении можно считать, что состав кусочка по сечению-

будет меняться в соответствии со схемой, показанной на

рис. 20. Таким образом, золотая амальгама представляет

собой жидкую ртуть, содержащую до 0,1 % Au, в которой-

диспергированы твердые частицы, представленные золотом,,

твердым раствором золота в ртути и интерметаллически-

6Ь

ми соединениями. При этом степень перехода золота в со-

динения со ртутью определяется крупностью извлекаемого

золота. Чем мельче золотины, тем больше золота перехо-

дит в интерметаллические соединения. В некоторых случа-

ях извлечение золота амальгамацией неэффективно вслед-

ствие затвердевания и хрупкости образующейся амальга-

мы. Это объясняется попаданием в ртуть значительных

•количеств меди и железа.

Медь непосредственно амальгамируется плохо, но в све-

жевосстановленном, не окисленном состоянии легко сма-

чивается ртутью. Золотые руды иногда содержат некото-

рое количество минералов меди. При измельчении таких

руд возможен переход меди в раствор. Кроме того, ионы

меди могут попадать в процесс с промышленными водами.

Ионы меди восстанавливаются металлическим железом,

попадающим в пульпу вследствие механического истира-

ния измельчающей аппаратуры. В результате на поверх-

ности железных частиц цементируется медь Cu

Fe—>-

-»-Fe

-fCu, которая легко смачивается ртутью и вместе с

железом увлекается в амальгаму, делая ее хрупкой. В це-

.лях борьбы с вредным влиянием ионов меди в пульпу до-

бавляют известь, осаждающую медь в виде гидроксида.

§ 2. Способы амальгамации

Процесс амальгамации осуществляется двумя способами:

1) внутренней амальгамацией, которую проводят одно-

временно с измельчением руды или чаще концентрата вну-

три самого измельчающего аппарата;

Твердое Au

ТвердыйpacmSop

в Au

AuHg

Жид/шаpacmSop

Au в Hg

Рис. 20. Диффузия ртути в золото

2) внешней амальгамацией, проводимой вне измельча-

ющего прибора (обычно на шлюзах, реже в специальных

аппаратах — амальгаматорах).

Внутренняя амальгамация обеспечивает наиболее бла-

гоприятные условия для извлечения золота, так как оно-

контактирует со ртутью в момент обнажения частиц золо-

та. При измельчении перерабатываемого материала

свежеобнаженная поверхность золотинок, не успевшая по-

крыться пленками, хорошо смачивается ртутью, что явля-

ется основным условием для хорошей амальгамации золо-

та. При внутренней амальгамации в измельчительный

аппарат одновременно с материалом подают также и

ртуть.

Количество заливаемой ртути и промежутки времени

между заливкой зависят от характера материала (вещест-

венного состава, формы и крупности включений золота), со-

держания золота в нем и условий ведения процесса. Эти

параметры процесса амальгамации устанавливают пред-

варительными исследованиями и корректируют практикой

работы при регулировании процесса в промышленных ус-

ловиях. Отношение количества заливаемой ртути к содер-

жанию золота в сырье на практике колеблется в широких

пределах [Hg:Au=(3—10) : 1]. При более крупном золо-

те отношение ртути к золоту берут (3—6) : 1, при мелком—

(6—10) : 1. Выгоднее всего заливать ртуть с небольшими

интервалами, так как это позволяет равномернее осуще-

ствлять процесс амальгамации. При частых подачах рту-

ти малыми порциями уменьшается возможность пемзова-

ния ртути. Для подачи ртути применяют специальные пита-

тели, позволяющие регулировать скорость подачи.

В настоящее время наиболее распространенным аппа-

ратом для проведения внутренней амальгамации" является

амальгамационная бочка (рис. 21). Этот аппарат состоит

из чугунного или сваренного из толстого листового железа

цилиндрического корпуса 1 с торцовыми стенками 7. Меж-

ду торцовыми стенками и кольцевыми приливами корпуса

закладываются чугунные диски 4, представляющие собой

футеровку торцовых стенок. Бочка имеет полуоси 5, лежа-

щие в подшипниках 6. Вращение бочки осуществляется от

двигателя через шкив 3. Для загрузки и разгрузки матери-

ала в бочке имеются два противоположно расположенных,

люка, закрываемых крышками 2 при помощи винтов. Пе-

ред началом амальгамации в бочку через один из люков,

загружают материал (концентрат, шлих), подлежащий

амальгамации, стальные шары, воду и ртуть. Количество-

«а

ртути обычно в 3—10 раз превышает содержание золота в

материале.

Если перед амальгамацией необходимо доизмельчить

материал, то ртуть загружают не сразу, а пускают бочку

с повышенной скоростью. После доизмельчения материала

заливают ртуть, и переводят бочку на вращение с понижен-

ной скоростью во избежание пемзования ртути. Для борь-

I бы с пемзуемостью ртути применяют химические реагенты,

например, ксантогенат. Продолжительность предваритель-

ного измельчения для более полного вскрытия золота и ос-

вежения его поверхности в каждом отдельном случае ус-

танавливают опытным путем. В среднем, на ту и другую

операцию затрачивают по 3—4 ч. По окончании амальга-

мации содержимое бочки выпускают через воронку на под-

шлюзок, где улавливается сносимая амальгама; основная

масса ртути улавливается в воронке.

В амальгамационной бочке размером 800—1200 мм

можно переработать 2,5—5 т концентрата в сутки.

Примерно по аналогичному принципу работают чаны-

амальгаматоры, в которых подлежащий амальгамации ма-

териал растирается между неподвижными и вращающимися

дисками с нарифлением (по принципу действия мель-

ничных жерновов). Аппарат, так же, как и амальгамацион-

ная бочка, позволяет вначале вскрыть золотины и затем,

после добавки ртути, осуществить амальгамацию золота.

Внешняя (наружная) амальгамация осуществляется

чаще всего на амальгамационных шлюзах. Конструктивно

шлюз представляет собой две — три последовательно рас-

положенные наклонные плоскости, на которых уложены

медные листы, натертые ртутью. При прохождении пульпы

золотосодержащего измельченного материала по шлюзу

свободные золотины оседают на дно шлюза, соприкасают-

ся с ртутью и переходят в амальгаму.

Условия правильной работы шлюза создаются, в основ-

ном, регулированием наклона шлюза и количества посту-

пающей с пульпой воды. Условия течения потока пульпы

по шлюзу должны быть такими, чтобы не допускать отло-

жений твердой части пульпы на поверхности медных лис-

тов, так как это затруднит контакт золотых частиц и амаль-

гамы с поверхностью шлюза и тем самым уменьшит воз-

можность улавливания золота.

На практике обычно подбирают оптимальный уклон (от

10 до 21 %) и оптимальное разжижение. Минимальным

разжижением, обеспечивающим нормальную работу шлю-

зов, считается Ж : Т=4 : 1.

5—706

Для успешного течения процесса наружной амальгама-

ции весьма важно состояние поверхности амальгамиро-

ванных медных листов. При образовании на их поверхнос-

ти налетов (продуктов окисления) улавливание частиц зо-

лота и амальгамы прекращается. При появлении на по-

верхности листов зеленых пятен оксидов меди или черных

пятен вследствие взаимодействия поверхности с сульфид-

ными минералами рекомендуется растворять оксидные

пленки 0,3 %-ным раствором цианида и 0,5%-ным раство-

ром NaOH и натирать пораженные места поверхности лис-

тов натриевой амальгамой. При сильном окислении поверх-

ности необходимо сменить листы или очистить поверхность

листов и дополнительно натереть их ртутью. При работе

амальгамационных шлюзов улавливающую способность

поддерживают периодической натиркой листов ртутью для

разжижения затвердевшего поверхностного слоя листов—

золотой амальгамы, плохо улавливающей золото.

Амальгаму с листов лучше всего снимать резиновыми

скребками во избежание повреждения основного поверх-

ностного слоя. Амальгаму снимают с листов не полностью,,

оставляя на листе тонкий слой для облегчения последую-

щей натирки.

Преимущество амальгамационных шлюзов в простоте

их устройства и работы, отсутствии потребности в энергии,

малом расходе ртути. Но недостатки значительны: малая

производительность на единицу площади; большой расход

воды; непригодность для руд, содержащих тяжелые мине-

ралы (сульфиды, барит, шеелит и др.), которые оседают на

поверхности шлюзов и препятствуют контакту золота с

ртутью.

В настоящее время внешняя амальгамация как самосто-

ятельный процесс практически не применяется. Ее исполь-

зуют иногда как дополнение к внутренней амальгамации

для улавливания, в основном, частичек амальгамы, теряе-

мой после внутренней амальгамации.

Одним из способов повышения извлечения благород-

ных металлов при амальгамации является применение «ак-

тивной» амальгамации, заключающейся в том, что исход-

ный материал обрабатывают в бочках или на шлюзах цин-

ковой амальгамой в кислой среде. Выделяющийся при вза-

имодействии цинка и кислоты водород активизирует по-

верхность благородных металлов, улучшает смачиваемость

их ртутью, и, в конечном итоге, повышает извлечение в

амальгаму. Этот способ амальгамации применяют в основ-

ном при извлечении платины.

Повысить показатели амальгамации можно также, при-

меняя различные химические реагенты, удаляющие с по-

верхности золота пассивирующие пленки. К таким реа-

гентам относятся, например, серная кислота, хлористый

аммоний, марганцевокислый калий, бихромат калия. В ря-

де случаев при переработке золотосодержащих сульфид-

ных руд и концентратов эффективно проведение амальга-

мации с добавкой в пульпу водорастворимых солей свин-

ца. При этом уменьшается пемзование ртути, так как ионы

свинца связывают растворимые сульфиды, вызывающие

пемзование.

§ 3. Обработка амальгамы

Полученную амальгаму после съема с аппаратов очища-

ют от механически захваченных железа, песка, сульфидов

и других инородных примесей. Железо удаляют магнитом,

а остальные примеси отделяют, промывая амальгаму во-

дой в промывочных чанах или специальном шлюзе. Очищен-

ную амальгаму отжимают (фильтруют) через плотную

ткань или замшу на прессе. При этом отделяется жидкая

ртуть, содержащая ~0,1 % Au, которая является оборот-

ным продуктом, и получается полусухая пластичная амаль-

5* 67

гама, содержащая от 20 до 50 % Аи. Чем крупнее амальга-

мируемое золото, тем богаче полусухая амальгама.

Для удаления оставшейся ртути полусухую амальгаму

подвергают отпарке. Отгонку (отпарку) ртути производят

дистилляцией в ретортах, размер и конструкция которых

определяются масштабом производства. Реторты нагрева-

ют сжиганием топлива на колосниках под ретортой или с

помощью электричества (рис. 22). Суженный конец ретор-

ты имеет водяной холодильник. Реторты необходимо на-

гревать постепенно во избежание разбрызгивания амаль-

гамы вследствие резкого разложения интерметаллических

соединений ртути с благородными металлами. После уда-

ления большей части ртути при 350—400°С температуру в

реторте повышают до 750—800 °С. Пары отогнанной ртути

конденсируются в водяном холодильнике, и эта ртуть воз-

вращается на амальгамацию. После отгонки ртути остав-

шееся в охлажденной ретоте золото в виде порошка

или губки вынимают и плавят в тиглях с флюсами (бура,

сода, селитра).

§ 4. Применение амальгамации

в схемах золотоизвлекательных фабрик

В мировой практике процесс амальгамации широко приме-

няли для извлечения золота из руд. В настоящее время его

используют редко. Вызвано это, во-первых, постоянным из-

менением качества золотосодержащих руд, вследствие

чего повышается содержание золота, связанного с сульфи-

дами, имеющего покровные образования, а также низко-

пробного золота, т. е. таких форм, которые не извлекают-

ся амальгамацией; во-вторых, амальгамация — трудоем-

кий процесс, всегда сопровождающийся потерями золота в

виде амальгамы, которая в последующих звеньях техно-

логического процесса не извлекается; в-третьих, вследствие

сильной токсичности паров ртути использование больших

ее объемов создает опасность ртутного отравления людей

и окружающей среды.

Тем не менее, амальгамация сохранила свое значение

для извлечения свободного золота из гравитационных кон-

центратов, получаемых при переработке коренных и рос-

сыпных руд. В этом случае приходится обрабатывать не-

большое количество богатого материала, и амальгамаци-

онный процесс сохраняет свое основное преимущество —

дешевую и быструю реализацию золота в виде металла.

Этим методом, в частности, перерабатывают основную мас-

су гравитационных концентратов в ЮАР.

Гл а в а VII

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЦИАНИСТОГО ПРОЦЕССА

Рассмотренные выше методы гравитационного обогащения

и амальгамации позволяют извлекать из руд только отно-

сительно крупное золото. Однако подавляющее большин-

ство золотосодержащих руд, наряду с крупным золотом,

содержит значительное, а иногда и преобладающее коли-

чество мелкого золота, практически неизвлекаемого этими

методами. Поэтому хвосты гравитационного обогащения и

амальгамации, как правило, содержат значительное коли-

чество золота, представленного мелкими золотинами. Ос-

новным методом извлечения мелкого золота является про-

цесс цианирования.

Сущность этого процесса заключается в выщелачива-

нии благородных металлов с помощью разбавленных раст-

воров цианистых солей щелочных или щелочноземельных

металлов (KCN, NaCN, Ca(CN)

) в присутствии кислоро-

да воздуха. Перешедшие в раствор золото и серебро осаж-

дают цементацией металлическим цинком или сорбируют

ионообменными смолами или активным углем.

§ 1. Термодинамика процесса цианирования

При цианировании золото и серебро окисляются кислоро-

дом воздуха до Ме(+1) и переходят в раствор в виде ком-

плексных анионов [Me(CN)

]~. В общем виде химизм про-

цесса описывается двумя последовательно протекающими

реакциями:

2 Me + 4CN~ + 0

+ 2Н

0 = 2[Ale(CN)

r + 20Н~ + Н

;

(38)

2Me + Н

+ 4CN" = 2 [Me(CN)

]~ + 20Н~. (39)

Для золота степень развития реакции (39) невелика, и хи-

мизм процесса достаточно точно соответствует реакции

(38), т. е.:

2Au + 4CN~ + 0

+ 2Н

0 = 2 [Au (CN)

P + 20Н~ + Н

(40)

Для серебра, напротив, практически весь образующийся по

реакции (38) пероксид водорода вступает во взаимодейст-

вне по реакции (39), поэтому растворение серебра более

точно описывается реакцией:

4Ag + 8CN~ + 0

+ 2Н

0 = 4 [Ag(CN)

P + 40Н

, (41)

представляющей собой сумму реакций (38) и (39).

Рассмотрим термодинамическую вероятность этих ре-

акций.

Окислительный потенциал золота весьма высок: Аич=±

^Au+^j-e, ф

= + 1,88 В.

Большинство технически приемлемых окислителей облада-

ет значительно более отрицательными потенциалами и не

может окислить золото.

Цианистые растворы имеют щелочной характер. В ще-

лочной среде наиболее доступный и распространенный в

гидрометаллургии окислитель — кислород — имеет окис-

лительный потенциал, значительно уступающий потенциа-

лу золота:

-f 2Н

0 + 4е 40Н~,

Фо

= + 0,405. (42)

Окислительные потенциалы кислорода при его восстановле-

нии до пероксида водорода

- 2Н

0 + 2е5± Н

+ 20Н~,

Фо

=— 0,155 (43)

и пероксида водорода при его восстановлении до гидро-

ксильных ионов

+ 2й±20Н

, Фо = + 0,955 (44)

также недостаточны для окисления металлического золота

и перевода его в раствор в виде катионов Аи+.

Но, как следует из уравнения Нернста, потенциал ме-

талла в растворе его соли зависит от активности ионов это-

го металла:

<e = 4

+ (RT/nF)\na

j4r, (45)

где ф — потенциал металла в растворе его соли, В;

фо — стандартный потенциал металла, В; R — газовая

постоянная, = 8,314 Дж/(моль-К); Т — температура, К;

п — число электронов, принимающих участие в реак-

ции;

F — число Фарадея, /

= 96500 Кл/моль; ам

п+

— актив-

ность катионов металла в растворе.