Выщелачивание цианидом натрия при добыче золота

Введение

Привлекательность золота и роль цианирования

Золото пленяло человечество на протяжении тысячелетий, его блеск и редкость сделали его символом богатства, власти и красоты во всех культурах. От роскошных золотых артефактов Древнего Египта до современных золотых резервов, хранящихся в центральных банках, значение золота в мировой экономике и культуре неоспоримо. Оно служит средством сбережения, страховкой от экономической неопределенности и ключевым компонентом в ювелирной, электронной и аэрокосмической промышленности.

В царстве добыча золота, цианид Выщелачивание стало доминирующим методом извлечения. С момента своего промышленного внедрения в конце 19 века выщелачивание цианидом произвело революцию в золотодобывающей промышленности, позволив извлекать золото из низкосортных руд, переработка которых ранее была нерентабельной. Этот метод использует уникальные химические свойства цианида для растворения золота из руды, образуя растворимые комплексы цианида золота, которые можно легко отделить и очистить.

Химия, лежащая в основе выщелачивания цианидом

Реакционная способность цианида с золотом

Процесс выщелачивания цианидом основан на уникальной химической реакции между ионами цианида и золотом. Цианид натрия (NaCN) растворяется в воде, диссоциирует на ионы натрия (Na⁺) и ионы цианида (CN⁻). Эти ионы цианида очень реакционноспособны по отношению к золоту, и в присутствии кислорода они инициируют сложную химическую реакцию.

Химическое уравнение реакции между золотом, Цианид натрия, кислорода и воды выглядит следующим образом:

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

В этой реакции атомы золота в руде реагируют с ионами цианида, образуя растворимый комплекс, дицианоаурат натрия (Na[Au(CN)₂]). Кислород, присутствующий в растворе, действует как окислитель, облегчая реакцию, предоставляя необходимые электроны для образования комплекса золото-цианид. Молекулы воды также играют роль в реакции, участвуя в образовании комплекса и побочного продукта, гидроксида натрия (NaOH).

Эта реакция является окислительно-восстановительным процессом. Золото окисляется из своего элементарного состояния (Au⁰) до степени окисления +1 в комплексе [Au(CN)₂]⁻, в то время как кислород восстанавливается. Образование растворимого комплекса золото-цианид имеет решающее значение, поскольку оно позволяет золоту, которое изначально находилось в твердой, нерастворимой форме в руде, раствориться в растворе. Это растворенное золото затем может быть отделено от остальных компонентов руды с помощью последующих этапов обработки, таких как адсорбция на активированном угле или осаждение с использованием цинкового порошка.

Почему цианид? Уникальные свойства цианида натрия

Цианид натрия обладает рядом свойств, которые делают его предпочтительным реагентом для выщелачивания золота в горнодобывающей промышленности:

1. Высокая селективность к золоту: Ионы цианида обладают замечательной способностью селективно растворять золото в присутствии многих других минералов, обычно встречающихся в золотосодержащих рудах. Эта селективность имеет решающее значение, поскольку она позволяет извлекать золото из низкосортных руд, где золото часто перемежается с большим количеством жильных минералов. Например, в руде, содержащей кварц, полевой шпат и другие неценные минералы, цианид будет преимущественно реагировать с золотом, оставляя большую часть жильных минералов непрореагировавшими и легко отделяемыми от золотосодержащего раствора.

2. Высокая растворимость в воде: Цианид натрия хорошо растворяется в воде, что необходимо для его применения в процессах выщелачивания. Высокая растворимость гарантирует, что ионы цианида могут быстро рассеиваться по всей рудной пульпе, максимизируя контакт между цианидом и частицами золота. Такое быстрое рассеивание приводит к более высокой скорости реакции и более высоким показателям извлечения золота. Например, при комнатной температуре значительное количество цианид натрия может растворяться в воде, обеспечивая высокую концентрацию реактивных ионов цианида в выщелачивающем растворе.

3. Относительная эффективность затрат: По сравнению с некоторыми альтернативными реагентами, которые потенциально могут быть использованы для извлечения золота, цианид натрия относительно недорог. Эта экономическая эффективность является основным фактором его широкого использования в золотодобывающей промышленности, особенно для крупномасштабных операций. Шахтеры могут получать цианид натрия в больших количествах по разумной цене, что помогает удерживать общую стоимость извлечения золота в экономически жизнеспособном диапазоне.

4. Стабильность в щелочных растворах: Цианид стабилен в щелочных растворах, что является преимуществом в процессе выщелачивания. Поддерживая выщелачивающий раствор при высоком pH (обычно около 10 - 11), можно свести к минимуму разложение цианида в цианистый водород (HCN), высокотоксичный и летучий газ. Эта стабильность гарантирует, что цианид остается в своей реактивной форме в течение длительного периода, что позволяет эффективно растворять золото. Известь часто добавляют в выщелачивающий раствор для поддержания щелочной среды и повышения стабильности цианида.

Пошаговый процесс выщелачивания цианидом на золотых рудниках

Предварительная обработка: дробление и измельчение

Перед началом процесса цианирования золотосодержащая руда проходит решающую стадию предварительной обработки. Первым шагом на этой стадии является дробление, которое необходимо для измельчения крупных кусков руды на более мелкие. Обычно это достигается с помощью ряда дробилок, таких как щековые дробилки, конусные дробилки и конусные дробилки. Например, щековая дробилка имеет простую конструкцию и высокую степень дробления. Она может обрабатывать крупные руды и изначально дробить их на более мелкие фрагменты.

После дробления руда подвергается измельчению. Измельчение проводится для дальнейшего уменьшения размера частиц руды, обычно в шаровой мельнице или стержневой мельнице. В шаровой мельнице для измельчения руды используются стальные шары. По мере вращения мельницы шары каскадом падают вниз, ударяя и измельчая частицы руды. Этот процесс имеет решающее значение, поскольку он увеличивает площадь поверхности руды. Большая площадь поверхности означает, что между частицами золота в руде и раствором цианида на этапе выщелачивания больше контакта.

Например, если руда не была должным образом измельчена и размолота, частицы золота могут быть захвачены в больших кусках руды. Тогда раствору цианида будет трудно достичь этих частиц золота, что приведет к снижению скорости извлечения. Измельчая руду до тонкого порошка путем измельчения, золото становится более доступным для ионов цианида, что повышает эффективность процесса выщелачивания.

Стадия выщелачивания: перемешиваемое выщелачивание против кучного выщелачивания

После надлежащей подготовки руды начинается этап выщелачивания, который осуществляется двумя основными методами: перемешиваемое выщелачивание и кучное выщелачивание.

Выщелачивание с перемешиванием

При перемешивании тонкоизмельченная руда смешивается с раствором цианида в большом резервуаре, часто называемом резервуаром для выщелачивания или резервуаром для перемешивания. Механические мешалки, такие как импеллеры, используются для непрерывного перемешивания смеси. Это постоянное перемешивание служит нескольким важным целям. Во-первых, оно обеспечивает равномерное распределение раствора цианида по всей рудной пульпе. Это равномерное распределение имеет решающее значение, поскольку позволяет всем золотосодержащим частицам иметь равные шансы на реакцию с ионами цианида. Во-вторых, перемешивание помогает удерживать частицы руды во взвешенном состоянии, не давая им оседать на дне резервуара. Это важно, потому что если частицы осядут, реакция между золотом и цианидом может быть подавлена.

Выщелачивание с перемешиванием часто предпочитают для руд с более высоким содержанием или когда требуется высокая скорость извлечения за относительно короткий период времени. Оно также подходит для руд, которые сложнее выщелачивать, поскольку перемешивание может улучшить контакт между рудой и раствором цианида. Однако выщелачивание с перемешиванием требует больше энергии из-за непрерывной работы агитаторов. Оно также имеет относительно высокие капитальные затраты, поскольку требует крупногабаритного оборудования и значительного количества раствора цианида.

Кучное выщелачивание

Кучное выщелачивание, с другой стороны, является более экономичным методом, особенно для бедных руд. В этом процессе измельченная руда складывается в большие кучи, как правило, на непроницаемой подкладке, чтобы предотвратить утечку раствора цианида. Затем раствор цианида распыляется или капает на верхнюю часть кучи руды. По мере того, как раствор просачивается через кучу, он реагирует с золотом в руде, растворяя его и образуя комплекс золота с цианидом. Выщелачивающий продукт, содержащий растворенное золото, затем стекает на дно кучи и собирается в пруду или резервуаре для дальнейшей обработки.

Кучное выщелачивание является более подходящим вариантом для крупномасштабных операций с рудами низкого качества, поскольку оно требует меньших капиталовложений в оборудование по сравнению с перемешиванием. Оно также имеет более низкие энергетические потребности, поскольку нет необходимости в постоянном перемешивании. Однако кучное выщелачивание имеет более длительное время выщелачивания по сравнению с перемешиванием, и скорость извлечения может быть немного ниже. Успех кучного выщелачивания также зависит от таких факторов, как проницаемость рудной кучи. Если куча неправильно сконструирована и частицы руды слишком плотно упакованы, раствор цианида может не проникать равномерно, что приводит к неравномерному выщелачиванию и снижению извлечения золота.

Обработка после выщелачивания: извлечение золота из раствора

После того, как золото растворилось в растворе цианида на этапе выщелачивания, следующим шагом является извлечение золота из этого раствора. Существует несколько методов, обычно используемых для этой цели, два из которых наиболее распространены — адсорбция активированным углем и цементация цинковой пылью.

Адсорбция активированным углем

Активированный уголь имеет большую площадь поверхности и высокое сродство к комплексам золота с цианидом. В процессе адсорбции активированным углем, также известном как процесс «уголь в пульпе» (CIP) или «уголь в выщелачивании» (CIL), активированный уголь добавляется в выщелачивающий продукт. Комплексы золота с цианидом в растворе притягиваются к поверхности активированного угля и адсорбируются на ней. Это образует «загруженный» или «беременный» уголь, который затем отделяется от раствора.

Отделение загруженного углерода от раствора может быть достигнуто путем просеивания или фильтрации. После отделения золото затем извлекается из загруженного углерода. Обычно это делается с помощью процесса, называемого элюированием или десорбцией, где золото удаляется из углерода с помощью горячего концентрированного раствора цианида натрия и гидроксида натрия. Полученный раствор, который богат золотом, затем далее обрабатывается с помощью электролиза для осаждения золота на катоде, что приводит к образованию чистого золота.

Цементация цинковой пылью

Цементация цинковой пылью, также известная как процесс Меррилла-Кроу, является еще одним широко используемым методом извлечения золота из щелока. В этом процессе цинковая пыль добавляется в раствор, содержащий комплекс золота с цианидом. Цинк более реактивен, чем золото, и он вытесняет золото из комплекса в соответствии со следующей химической реакцией:

2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

Затем золото выпадает из раствора в виде твердого вещества, образуя осадок золота и цинка. Затем этот осадок фильтруется и отделяется от раствора. Золото далее очищается путем плавления осадка для удаления цинка и других примесей, что приводит к получению чистого золота. Цементация цинковой пылью является относительно простым и понятным процессом, но он требует тщательного контроля pH и концентрации раствора цианида для обеспечения эффективного извлечения золота.

Факторы, влияющие на эффективность цианирования

Характеристики руды

Природа золотосодержащей руды является основополагающим фактором, влияющим на эффективность выщелачивания цианидом. Различные типы руд, такие как сульфидные золотые руды и окисленные золотые руды, имеют различные характеристики, которые могут существенно влиять на процесс выщелачивания.

Сульфидные золотые руды: Сульфидные золотые руды часто содержат значительное количество сульфидных минералов, таких как пирит (FeS₂), арсенопирит (FeAsS) и халькопирит (CuFeS₂). Эти сульфидные минералы могут создавать ряд проблем во время выщелачивания цианидом. Например, пирит является распространенным сульфидным минералом в золотосодержащих рудах. Когда пирит присутствует в руде, он может реагировать с раствором цианида и кислородом в среде выщелачивания. Окисление пирита в присутствии кислорода и цианида может привести к образованию различных побочных продуктов, таких как серная кислота (H₂SO₄) и комплексы железа с цианидом. Образование серной кислоты может понизить pH выщелачивающего раствора, что пагубно сказывается на стабильности цианида. Кроме того, реакция сульфидных минералов с цианидом может потреблять большое количество цианида, увеличивая стоимость реагента. Например, в руде с высоким содержанием сульфидов расход цианида может быть в несколько раз выше, чем в руде без сульфидов.

Окисленные золотые руды: С другой стороны, окисленные золотые руды обычно имеют более благоприятную среду выщелачивания по сравнению с сульфидными рудами. Эти руды подверглись процессам выветривания и окисления, которые уже окислили многие сульфидные минералы в более стабильные оксидные формы. В результате проблемы, связанные с реакциями сульфида и цианида, уменьшаются. Золото в окисленных рудах часто более доступно для раствора цианида, поскольку структура руды, как правило, более пористая и менее сложная. Например, в латеритной золотой руде, которая является типом окисленной руды, золото часто находится в более дисперсной и менее инкапсулированной форме. Это позволяет ионам цианида легко достигать частиц золота, что приводит к более высокой эффективности выщелачивания. Однако окисленные руды также могут содержать некоторые примеси, такие как оксиды и гидроксиды железа, которые могут адсорбировать комплекс золота и цианида или в некоторой степени мешать процессу выщелачивания.

Размер частиц золота в руде также играет решающую роль. Мелкозернистые частицы золота имеют большее отношение поверхности к объему, что означает, что они могут быстрее реагировать с раствором цианида. Напротив, крупнозернистые частицы золота могут потребовать более длительного времени выщелачивания или более агрессивных условий выщелачивания для достижения высокой скорости извлечения. Например, если частицы золота очень крупные, раствор цианида может не проникнуть достаточно глубоко в частицы, оставив часть золота непрореагировавшей.

Концентрация цианида

Концентрация цианида натрия в выщелачивающем растворе является критическим параметром, который напрямую влияет как на эффективность извлечения золота, так и на общую стоимость операции.

Влияние на эффективность выщелачивания: По мере увеличения концентрации цианида скорость реакции между золотом и цианидом изначально увеличивается. Это происходит потому, что более высокая концентрация ионов цианида обеспечивает больше молекул реагентов, доступных для взаимодействия с частицами золота. Например, в лабораторном эксперименте, когда концентрация цианида увеличивается с 0.01% до 0.05%, скорость растворения золота может значительно увеличиться, что приведет к более высокому извлечению золота за более короткий период. Однако эта зависимость не является линейной до бесконечности. Как только концентрация цианида достигает определенного уровня, дальнейшее увеличение может не привести к пропорциональному увеличению скорости растворения золота. Фактически, когда концентрация цианида слишком высока, это может вызвать гидролиз цианида. Гидролиз цианида происходит, когда цианид реагирует с водой с образованием цианида водорода (HCN) и гидроксид-ионов (OH⁻). Реакция выглядит следующим образом: CN⁻+H₂O⇌HCN + OH⁻. Цианид водорода является летучим и высокотоксичным газом. Образование HCN не только снижает количество цианида, доступного для реакции выщелачивания золота, но и представляет серьезную опасность для безопасности и окружающей среды.

Соображения стоимости: Цианид является относительно дорогим реагентом, особенно при рассмотрении крупномасштабных операций по добыче золота. Использование более высокой концентрации цианида, чем необходимо, может значительно увеличить себестоимость продукции. Например, при крупномасштабной операции кучного выщелачивания, если концентрация цианида увеличивается на 0.05% больше оптимального уровня, годовая стоимость потребления цианида может увеличиться на значительную величину в зависимости от объема выщелачивающего раствора и масштаба операции. С другой стороны, использование слишком низкой концентрации цианида приведет к медленной скорости выщелачивания, что может потребовать более длительного времени выщелачивания или большего объема выщелачивающего раствора для достижения желаемого извлечения золота. Это также может увеличить общую стоимость из-за более длительного времени обработки, более высокого потребления энергии и потенциально более низкой производительности.

В целом, для большинства операций по добыче золота подходящий диапазон концентрации цианида составляет от 0.03% до 0.1%. Однако этот диапазон может варьироваться в зависимости от таких факторов, как тип руды, наличие примесей и конкретный используемый метод выщелачивания. Например, в процессе перемешивания - выщелачивания для относительно чистой золотой руды может быть достаточно более низкой концентрации цианида в диапазоне около 0.03% - 0.05%. Напротив, для сложной сульфидсодержащей золотой руды в операции кучного выщелачивания может потребоваться немного более высокая концентрация цианида, возможно, ближе к 0.08% - 0.1%, чтобы компенсировать потребление цианида сульфидными минералами.

Значение pH раствора

Значение pH цианистого выщелачивающего раствора имеет первостепенное значение в процессе выщелачивания золота цианидом, поскольку оно влияет на стабильность цианида, растворимость золота и коррозию оборудования.

Стабильность цианида: Цианид наиболее стабилен в щелочной среде. Когда pH раствора находится в диапазоне 10 - 11, гидролиз цианида, который производит токсичный газ цианистый водород (HCN), сводится к минимуму. Как упоминалось ранее, реакция гидролиза цианида выглядит следующим образом: CN⁻+H₂O⇌HCN + OH⁻. В щелочном растворе высокая концентрация гидроксид-ионов (OH⁻) смещает равновесие этой реакции влево, уменьшая образование HCN. Например, если pH выщелачивающего раствора падает до 8 или ниже, скорость гидролиза цианида значительно возрастет, что приведет к потере цианида и повышенному риску выделения HCN, что является не только пустой тратой реагента, но и серьезной угрозой безопасности для рабочих и окружающей среды.

Растворимость золота: Растворимость комплекса золота и цианида также зависит от значения pH. В соответствующем щелочном диапазоне pH благоприятствует образованию растворимого комплекса золота и цианида, такого как Na[Au(CN)₂]. Когда pH слишком низкий, комплекс может разлагаться, уменьшая количество золота в растворе и, таким образом, снижая эффективность выщелачивания. Кроме того, в кислой среде другие ионы металлов, присутствующие в руде, могут растворяться легче, мешая процессу выщелачивания золота. Например, ионы железа (Fe³⁺) из железосодержащих минералов в руде могут образовывать осадки или комплексы с цианидом в кислом растворе, конкурируя с золотом за ионы цианида.

Коррозия оборудования: Поддержание правильного pH также имеет решающее значение для защиты оборудования, используемого в процессе выщелачивания. В кислой среде раствор цианида может быть очень едким для металлического оборудования, такого как выщелачивающие баки, трубопроводы и насосы. Например, стальные выщелачивающие баки могут быстро корродировать в кислотном растворе цианида, что приводит к утечкам и необходимости частой замены оборудования, что увеличивает себестоимость продукции и время простоя. Напротив, щелочной раствор гораздо менее едкий для большинства распространенных материалов, используемых в оборудовании для добычи золота.

Для поддержания соответствующего значения pH в выщелачивающий раствор часто добавляют известь (CaO) или гидроксид натрия (NaOH). Известь является широко используемым реагентом для регулирования pH в золотодобывающих операциях из-за ее относительно низкой стоимости и эффективности. Она реагирует с водой, образуя гидроксид кальция (Ca(OH)₂), который может нейтрализовать любые кислотные компоненты в растворе и повысить pH. Добавление извести также имеет дополнительное преимущество, поскольку осаждая некоторые ионы металлов, такие как железо и медь, может уменьшить их вмешательство в процесс выщелачивания.

Температура и время выщелачивания

Температура и время выщелачивания — два взаимосвязанных фактора, которые оказывают существенное влияние на эффективность цианирования.

Влияние температуры: Повышение температуры обычно приводит к увеличению скорости реакции цианида с золотом. Это происходит потому, что более высокие температуры увеличивают кинетическую энергию молекул реагентов, включая ионы цианида и атомы золота на поверхности руды. В результате частота столкновений между реагентами увеличивается, а скорость реакции ускоряется. Например, в лабораторном эксперименте, когда температура выщелачивающего раствора повышается с 20°C до 40°C, скорость растворения золота может удвоиться или даже утроиться в некоторых случаях. Однако существуют ограничения для повышения температуры. По мере повышения температуры растворимость кислорода в растворе уменьшается. Поскольку кислород является основным окислителем в реакции золота с цианидом, уменьшение растворимости кислорода может ограничить скорость реакции. При очень высоких температурах, близких к 100°C, растворимость кислорода становится чрезвычайно низкой, и процесс выщелачивания может стать кислородоограниченным. Кроме того, более высокие температуры могут также привести к увеличению гидролиза цианида, как упоминалось ранее, что снижает доступный цианид для реакции выщелачивания золота. Более того, повышенные температуры могут ускорить коррозию оборудования, увеличивая расходы на техническое обслуживание и сокращая срок службы оборудования. В большинстве операций по добыче золота температура выщелачивания поддерживается на умеренном уровне, обычно между 15°C и 30°C. Этот температурный диапазон обеспечивает баланс между скоростью реакции, растворимостью кислорода, стабильностью цианида и долговечностью оборудования.

Влияние времени выщелачивания: Время выщелачивания напрямую связано с количеством золота, которое можно извлечь из руды. В целом, по мере увеличения времени выщелачивания больше золота растворяется в растворе цианида. Однако зависимость между временем выщелачивания и извлечением золота нелинейна. Первоначально скорость растворения золота относительно высока, и значительное количество золота можно извлечь за короткий период. Но по мере продолжения процесса выщелачивания скорость растворения золота постепенно снижается. Это происходит потому, что сначала растворяются наиболее доступные частицы золота, и со временем оставшееся золото становится все труднее достать из-за таких факторов, как образование продуктов реакции на поверхности руды, которые могут действовать как барьер. Например, при операции выщелачивания с перемешиванием большая часть золота может раствориться в течение первых 24–48 часов. После этого увеличение времени выщелачивания может привести лишь к незначительному увеличению извлечения золота. Слишком длительное выщелачивание может быть неэкономичным, поскольку увеличивает стоимость операции, включая потребление энергии, расход реагентов и стоимость рабочей силы. В то же время это может привести к растворению большего количества примесей, что может усложнить последующий процесс извлечения золота.

Для оптимизации эффективности производства необходимо найти баланс между температурой и временем выщелачивания. Часто для этого требуется проведение лабораторных испытаний на конкретном образце руды, чтобы определить оптимальное сочетание этих двух параметров. Например, для определенного типа руды может оказаться, что температура выщелачивания 25°C и время выщелачивания 36 часов обеспечивают максимальное извлечение золота при минимальных затратах.

Вопросы безопасности и защиты окружающей среды

Токсичность цианида: меры предосторожности при обращении и хранении

Цианид в форме цианида натрия, используемый при выщелачивании золота, является чрезвычайно токсичным веществом. Даже мизерное количество может быть смертельным для людей и других организмов. Когда цианид натрия вступает в контакт с кислотами, он может выделять газ цианистого водорода, который является очень летучим и быстро поглощается организмом через вдыхание. Проглатывание или контакт кожи с цианидом натрия также может привести к тяжелому отравлению. Токсичность цианида обусловлена ​​его способностью связываться с цитохромоксидазой в клетках, нарушая нормальный процесс клеточного дыхания и заставляя клетки неспособными использовать кислород, что приводит к быстрой гибели клеток.

Учитывая его чрезвычайную токсичность, необходимо соблюдать строгие меры предосторожности при обращении и хранении. Работники, занятые использованием цианида натрия, должны пройти комплексную подготовку по технике безопасности перед работой с этим химикатом. Средства индивидуальной защиты, включая перчатки из подходящих материалов, таких как нитрил, для предотвращения контакта с кожей, защитные очки для защиты глаз и средства защиты органов дыхания, такие как противогазы с соответствующими фильтрами для цианида водорода, должны быть надеты в течение всего времени работы.

Хранилища цианида натрия должны располагаться в хорошо проветриваемом, изолированном месте вдали от источников тепла, возгорания и несовместимых веществ. Место хранения должно быть четко обозначено предупреждающими знаками, указывающими на наличие высокотоксичного вещества. Цианид натрия должен храниться в плотно закрытых контейнерах из материалов, устойчивых к коррозии цианидом, таких как определенные виды пластика или нержавеющая сталь. Эти контейнеры должны храниться во вторичной системе локализации, такой как поддон, защищающий от протечек, или шкаф для хранения, предназначенный для предотвращения распространения любых потенциальных протечек. Регулярные проверки места хранения и контейнеров необходимы для того, чтобы убедиться в отсутствии утечек или признаков деградации.

При транспортировке цианид натрия должен перевозиться в соответствии со строгими правилами. Требуются специализированные транспортные средства, оборудованные средствами безопасности для предотвращения утечек и четко обозначенные как транспортные средства для перевозки опасных материалов. Процесс транспортировки должен тщательно контролироваться, а на случай аварии должны быть предусмотрены планы реагирования на чрезвычайные ситуации.

Воздействие на окружающую среду и управление отходами

Использование цианида при выщелачивании золота может иметь значительные экологические последствия, в первую очередь из-за выброса отходов, содержащих цианид. Наиболее опасным отходом являются сточные воды, богатые цианидом, образующиеся в процессе выщелачивания. Если эти сточные воды не очищаются должным образом и сбрасываются в окружающую среду, они могут иметь разрушительные последствия для водных экосистем.

Цианид очень токсичен для водных организмов. Даже при низких концентрациях он может убить рыбу, беспозвоночных и другие водные организмы. Например, концентрация цианида в воде всего 0.05 мг/л может быть смертельной для многих видов рыб. Присутствие цианида в воде также может нарушить пищевую цепь в водных экосистемах, поскольку он может убить первичных производителей и потребителей, что приведет к каскаду негативных последствий для организмов более высокого уровня. Кроме того, если загрязненная вода используется для орошения, она может повлиять на качество почвы и нанести ущерб посевам.

Для смягчения этих экологических последствий, правильное управление отходами цианидсодержащих сточных вод имеет решающее значение. Существует несколько распространенных методов очистки этих сточных вод:

Методы окисления: Химическое окисление является широко используемым подходом. Одним из наиболее распространенных окислителей являются соединения на основе хлора, такие как гипохлорит натрия (отбеливатель) или газообразный хлор. В присутствии щелочной среды эти окислители могут реагировать с цианидом, превращая его в менее токсичные соединения. Например, реакция с гипохлоритом натрия в щелочном растворе может преобразовать цианид (CN⁻) сначала в цианат (CNO⁻), а затем далее в диоксид углерода (CO₂) и азот (N₂) через ряд реакций. Общую реакцию можно представить следующим образом:

2CN⁻+5OCl⁻ + H₂O→2HCO₃⁻+N₂ + 5Cl⁻

Другим методом окисления является использование перекиси водорода (H₂O₂). Перекись водорода может окислять цианид до цианата в присутствии катализатора. Этот метод часто является предпочтительным в некоторых случаях, поскольку он не вносит дополнительных загрязняющих веществ, как некоторые методы на основе хлора.

Нейтрализация и осаждение: В некоторых случаях сточные воды, содержащие цианид, могут также содержать комплексы тяжелых металлов и цианидов. Регулируя pH сточных вод и добавляя соответствующие химикаты, можно вывести эти тяжелые металлы в осадок. Например, добавление извести (CaO) в сточные воды может повысить pH и вызвать осаждение тяжелых металлов, таких как медь, цинк и железо, в виде их гидроксидов. Затем цианид можно дополнительно обработать методами окисления после удаления тяжелых металлов.

Биологическое лечение: Некоторые микроорганизмы обладают способностью разлагать цианид. В системах биологической очистки, таких как процессы с активированным илом или биопленочные реакторы, эти микроорганизмы могут использоваться для разложения цианида на менее вредные вещества. Однако биологическая очистка больше подходит для сточных вод с низкой или средней концентрацией цианида, поскольку высокие концентрации цианида могут быть токсичны для микроорганизмов. Микроорганизмы используют цианид в качестве источника азота и углерода, преобразуя его в аммиак, углекислый газ и другие безвредные побочные продукты в ходе своих метаболических процессов.

Помимо очистки сточных вод, необходимо также приложить усилия для минимизации количества цианида, используемого в процессе выщелачивания золота, и перерабатывать и повторно использовать растворы, содержащие цианид, когда это возможно. Это может помочь снизить общее воздействие на окружающую среду золотодобывающих операций, которые основаны на выщелачивании цианидом.

Практические примеры и отраслевая практика

Истории успеха: высокоэффективные операции по выщелачиванию цианидом

Несколько золотодобывающих предприятий по всему миру достигли выдающихся успехов в выщелачивании цианированием, установив эталоны для отрасли с точки зрения эффективности, рентабельности и охраны окружающей среды.

Одним из таких примеров является рудник Янакоча в Перу, один из крупнейших золотодобывающих рудников в мире. На руднике был реализован ряд инновационных мер по оптимизации процесса выщелачивания цианидом. Проведя комплексные исследования характеристик руды, инженеры рудника смогли точно понять свойства руды. Это позволило им адаптировать концентрацию цианида и условия выщелачивания к конкретным характеристикам руды. Например, они обнаружили, что для определенного типа руды с высоким содержанием сульфида требовалась немного более высокая концентрация цианида, около 0.08% - 0.1%, чтобы компенсировать потребление цианида сульфидными минералами. Такая точная корректировка концентрации цианида не только улучшила скорость извлечения золота, но и снизила общее потребление цианида на тонну руды.

Что касается охраны окружающей среды, рудник Янакоча вложил значительные средства в современные очистные сооружения сточных вод. Они внедрили многоступенчатый процесс очистки, который сочетает химическое окисление, нейтрализацию и биологическую очистку для эффективного удаления цианида и других загрязняющих веществ из сточных вод. Очищенная вода затем перерабатывается для использования в процессе выщелачивания, что снижает зависимость рудника от источников пресной воды и минимизирует воздействие на окружающую среду.

Еще одна история успеха — рудник Поргера в Папуа-Новой Гвинее. Этот рудник сосредоточился на постоянном совершенствовании процесса и технологических инновациях. Они внедрили современную автоматизированную систему управления для своих перемешиваемых резервуаров для выщелачивания. Эта система непрерывно отслеживает и регулирует такие параметры, как скорость перемешивания, расход раствора цианида и температура выщелачивающего шлама. Поддерживая оптимальные условия в любое время, рудник достиг высокой степени извлечения золота — более 90% в некоторых операциях. Кроме того, рудник Поргера активно участвовал в исследованиях и разработках с целью поиска альтернативных реагентов, которые могут снизить воздействие процесса выщелачивания цианида на окружающую среду. Они проводили испытания с новыми типами безцианидных выщелачивающий агентс, хотя цианирование по-прежнему остается основным методом ввиду его эффективности и экономичности.

Возникшие проблемы и принятые решения

Несмотря на широкое применение, выщелачивание цианидом на золотых рудниках не лишено своих проблем. Рудники часто сталкиваются с различными проблемами, которые могут повлиять на эффективность, стоимость и экологическую устойчивость процесса.

Комплексные свойства руды

Многие золотосодержащие руды имеют сложный состав, что может представлять значительные проблемы для выщелачивания цианидом. Например, руды, содержащие высокие уровни мышьяка, такие как в некоторых месторождениях на западе США, могут быть особенно трудными для обработки. Минералы, содержащие мышьяк, такие как арсенопирит, могут реагировать с цианидом и кислородом, потребляя большое количество цианида и снижая эффективность выщелачивания золота. Кроме того, присутствие мышьяка в выщелачивающем растворе может сделать очистку сточных вод более сложной и сложной из-за токсичности соединений мышьяка.

Для решения этой проблемы некоторые шахты внедрили методы предварительной обработки. Одним из распространенных подходов является обжиг, при котором руда нагревается в присутствии воздуха. Обжиг окисляет содержащие мышьяк минералы, превращая их в более стабильные формы, которые с меньшей вероятностью будут мешать процессу выщелачивания цианидом. После обжига руду можно подвергнуть обычному выщелачиванию цианидом. Другим методом предварительной обработки является биоокисление, при котором для окисления сульфидов и содержащих мышьяк минералов используются микроорганизмы. Этот метод более экологичен, чем обжиг, поскольку он работает при более низких температурах и производит меньше загрязнения воздуха.

Ужесточение экологических норм

По мере роста экологической осведомленности золотодобывающие предприятия сталкиваются с более строгими правилами в отношении использования и утилизации цианида. Во многих странах допустимые пределы содержания цианида в сточных водах и выбросах в атмосферу были значительно ужесточены. Например, в Австралии органы по регулированию окружающей среды установили строгие ограничения на концентрацию цианида в сточных водах, сбрасываемых с золотых рудников. Рудники обязаны соблюдать эти ограничения, чтобы избежать крупных штрафов и возможного закрытия.

Чтобы соответствовать этим нормам, шахты инвестируют в передовые технологии очистки сточных вод. Некоторые из них используют передовые процессы окисления, такие как использование озона или ультрафиолетового (УФ) света в сочетании с перекисью водорода, чтобы более эффективно разлагать цианид в сточных водах. Эти методы позволяют достичь очень низких остаточных концентраций цианида в очищенной воде. Кроме того, шахты также внедряют более эффективные методы управления для предотвращения разливов и утечек цианида. Это включает в себя улучшение конструкции и обслуживания хранилищ, использование двухслойных прудов для растворов, содержащих цианид, и внедрение систем мониторинга в реальном времени для немедленного обнаружения любых потенциальных утечек.

Эффективность затрат на нестабильном рынке золота

Стоимость операций по добыче золота, включая выщелачивание цианидом, является серьезной проблемой, особенно на нестабильном рынке золота. Колебания цен на золото могут существенно повлиять на рентабельность рудников. Цианид, как ключевой реагент в процессе выщелачивания, может вносить существенный вклад в общую себестоимость производства.

Для решения проблемы экономической эффективности рудники постоянно ищут способы снижения расхода реагентов и повышения эффективности процесса. Некоторые рудники используют передовые аналитические подходы и подходы на основе данных для оптимизации процесса выщелачивания. Анализируя большие объемы данных о свойствах руды, условиях выщелачивания и показателях извлечения золота, они могут определить оптимальные рабочие параметры для каждой партии руды. Это позволяет им сократить количество используемого цианида, не жертвуя извлечением золота. Например, некоторые рудники внедрили алгоритмы машинного обучения, которые могут предсказать оптимальную концентрацию цианида и время выщелачивания на основе химического состава руды и распределения размеров частиц. Кроме того, рудники также изучают использование альтернативных, более экономически эффективных реагентов или добавок, которые могут улучшить процесс выщелачивания и снизить зависимость от цианида.

Будущие тенденции в технологии выщелачивания цианидом

Технологические инновации, направленные на повышение эффективности и снижение рисков

Будущее технологии выщелачивания цианидом имеет большие перспективы, поскольку на горизонте маячит несколько технологических инноваций. Одной из ключевых областей является разработка более совершенного и эффективного оборудования для выщелачивания. Например, исследователи работают над проектированием выщелачивающих ванн нового поколения с улучшенными системами перемешивания. Эти системы направлены на улучшение смешивания рудной пульпы и раствора цианида, обеспечивая более равномерное распределение реагентов. Недавней разработкой является использование вычислительной гидродинамики (CFD) для оптимизации конструкции перемешивающих импеллеров в выщелачивающих ваннах. Моделируя схемы течения пульпы и раствора, инженеры могут проектировать импеллеры, которые обеспечивают лучшее смешивание, снижают потребление энергии и повышают общую эффективность процесса выщелачивания.

Еще одной областью инноваций является разработка непрерывных процессов выщелачивания. Традиционные процессы выщелачивания периодического действия часто страдают от неэффективности из-за необходимости частых операций запуска и остановки. С другой стороны, непрерывные процессы выщелачивания могут работать непрерывно, сокращая время простоя и увеличивая производительность. Некоторые горнодобывающие компании уже изучают возможность использования реакторов непрерывного перемешивания (CSTR) при выщелачивании цианидом. Эти реакторы могут поддерживать устойчивую работу, что позволяет осуществлять более последовательный и эффективный процесс выщелачивания. Кроме того, непрерывные процессы выщелачивания можно легче интегрировать с другими операциями в процессе добычи золота, такими как измельчение руды и извлечение золота, что приводит к более оптимизированной и эффективной общей работе.

С точки зрения снижения рисков для окружающей среды и безопасности разрабатываются новые технологии для лучшего управления отходами, содержащими цианид. Например, растет интерес к разработке технологий разделения на основе мембран для очистки сточных вод, богатых цианидом. Мембранная фильтрация может эффективно удалять цианид и другие загрязняющие вещества из сточных вод, производя чистый поток воды, который может быть возвращен обратно в процесс выщелачивания. Это не только снижает воздействие горнодобывающей деятельности на окружающую среду, но и экономит потребление воды. Некоторые мембранные системы спроектированы как мобильные, что позволяет производить очистку отходов, содержащих цианид, на месте, что особенно полезно для удаленных горнодобывающих работ.

Поиск альтернативных выщелачивающих агентов

Поиск альтернативных выщелачивающих агентов для замены цианида натрия стал активной областью исследований в последние годы. Главными движущими силами этих исследований являются необходимость снижения рисков для окружающей среды и безопасности, связанных с использованием цианида, а также поиск более эффективных и экономически выгодных методов выщелачивания.

Одним из наиболее перспективных альтернативных выщелачивающих агентов является тиосульфат. Тиосульфат является относительно нетоксичным реагентом, который может растворять золото при определенных условиях. Механизм выщелачивания тиосульфатом включает образование комплекса между золотом и ионами тиосульфата в присутствии окислителя. По сравнению с цианидом тиосульфат имеет несколько преимуществ. Он гораздо менее токсичен, что снижает риски для безопасности и окружающей среды, связанные с его использованием. Кроме того, выщелачивание тиосульфатом менее чувствительно к присутствию некоторых примесей в руде, таких как медь и железо, которые могут мешать процессу выщелачивания цианидом. Однако выщелачивание тиосульфатом также имеет некоторые проблемы. Процесс выщелачивания часто более сложен и требует тщательного контроля pH, температуры и концентрации реагентов. Стоимость тиосульфата также относительно высока, что может ограничивать его широкое применение в крупномасштабных горнодобывающих операциях.

Другой альтернативой является использование выщелачивающих агентов на основе галогенидов, таких как бромид и хлорид. Эти агенты могут растворять золото посредством реакций окисления и комплексообразования. Например, выщелачивание на основе бромида показало высокую скорость растворения золота в некоторых исследованиях. Однако выщелачивающие агенты на основе галогенида также имеют свои недостатки. Они могут вызывать коррозию оборудования, что увеличивает стоимость обслуживания. Кроме того, утилизация отходов, образующихся в результате процессов выщелачивания на основе галогенида, может быть сложной задачей из-за потенциального воздействия отходов, содержащих галогенид, на окружающую среду.

Также изучаются биологические выщелачивающие агенты. Некоторые микроорганизмы, такие как определенные бактерии и грибы, обладают способностью производить органические кислоты или другие вещества, которые могут растворять золото. Биологическое выщелачивание является экологически чистым вариантом, поскольку не предполагает использования токсичных химикатов. Однако этот процесс относительно медленный, и условия для роста микроорганизмов необходимо тщательно контролировать. Продолжаются исследования с целью повышения эффективности биологического выщелачивания и превращения его в жизнеспособную альтернативу для крупномасштабных операций по добыче золота.

Заключение

Обзор значения и сложностей выщелачивания цианидом при добыче золота

Выщелачивание цианидом имело и продолжает иметь важнейшее значение в золотодобывающей промышленности. Его способность извлекать золото из бедных руд сделала добычу золота более экономически выгодной в больших масштабах. Уникальные химические свойства цианида натрия, такие как его высокая селективность к золоту, растворимость в воде, экономичность и стабильность в щелочных растворах, сделали его предпочтительным реагентом для извлечения золота на протяжении более столетия.

Однако этот процесс далеко не прост. Эффективность выщелачивания цианидом зависит от множества факторов. Характеристики руды, включая тип руды (сульфидная или окисленная), наличие примесей, таких как сульфидные минералы, и размер частиц золота в руде, могут значительно влиять на процесс выщелачивания. Концентрация цианида в выщелачивающем растворе, значение pH раствора, температура, при которой происходит выщелачивание, и время выщелачивания — все это необходимо тщательно оптимизировать, чтобы достичь высоких показателей извлечения золота при минимизации расхода реагентов и воздействия на окружающую среду.

Более того, токсичность цианида создает значительные проблемы безопасности и окружающей среды. Строгие меры предосторожности при обращении и хранении имеют важное значение для защиты работников от смертельных последствий цианида, а надлежащее управление отходами имеет решающее значение для предотвращения выброса цианидсодержащих отходов в окружающую среду, что может иметь разрушительные последствия для водных экосистем и здоровья человека.

Призыв к действию по устойчивым и безопасным методам добычи золота

По мере того, как золотодобывающая промышленность движется вперед, горнодобывающим компаниям крайне важно отдавать приоритет устойчивым и безопасным методам. Это означает не только оптимизацию процесса выщелачивания цианидом для максимальной эффективности, но и инвестирование в исследования и разработки для поиска альтернативных выщелачивающих агентов, которые могут снизить экологические и производственные риски, связанные с использованием цианида.

В краткосрочной перспективе горнодобывающим компаниям следует сосредоточиться на внедрении передовых методов управления окружающей средой. Это включает модернизацию очистных сооружений для обеспечения эффективной обработки цианидсодержащих отходов перед сбросом. Должны быть установлены системы мониторинга в реальном времени для немедленного обнаружения любых потенциальных утечек или разливов цианида, что позволит оперативно реагировать и смягчать последствия. Работникам следует предоставить комплексное обучение по технике безопасности и доступ к новейшим средствам индивидуальной защиты.

В долгосрочной перспективе отрасль должна сотрудничать с научно-исследовательскими институтами и университетами для ускорения разработки альтернативных технологий выщелачивания. Перспективные исследования тиосульфатных, галогенидных и биологических выщелачивающих агентов должны быть дополнительно изучены и уточнены. Кроме того, постоянные инновации в горнодобывающем оборудовании и процессах, такие как разработка более эффективных выщелачивающих резервуаров и непрерывных процессов выщелачивания, могут способствовать повышению общей устойчивости золотодобывающих операций.

Потребители также должны сыграть свою роль. Требуя ответственно полученное золото, они могут влиять на рынок и поощрять горнодобывающие компании внедрять устойчивые и безопасные методы. Благодаря этим коллективным усилиям золотодобывающая промышленность может продолжать процветать, минимизируя свое воздействие на окружающую среду и обеспечивая безопасность и благополучие всех заинтересованных сторон.