Реагенты для ингибирования выщелачивания меди при цианировании медьсодержащей золотой руды

Введение

Цианирование является широко используемым и эффективным методом извлечения золота из золотосодержащих руд, особенно в случае медных золотых руд. Он основан на способности цианид-ионs для образования стабильных комплексов с золотом, что позволяет растворять золото из рудной матрицы. Основная химическая реакция в процессе цианирования золота - 4Au + 8NaCN+O_2 + 2H_2O=4Na[Au(CN)_2]+4NaOH. Этот процесс является краеугольным камнем золотодобывающей промышленности уже более века благодаря своей относительно высокой эффективности и хорошо изученной технологии.

Однако при работе с медьсодержащими золотыми рудами присутствие медный минералs представляет значительные проблемы. Распространенные медные минералы, связанные с золотом, такие как халькопирит (CuFeS_2), халькозин (Cu_2S), малахит (Cu_2(OH)_2CO_3) и азурит (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), весьма реакционноспособны в цианидных растворах. Например, в среде, содержащей цианид, халькозин может реагировать следующим образом: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Эти реакции приводят к потреблению большого количества цианида. Чрезмерное потребление цианида не только увеличивает себестоимость продукции, но и имеет экологические последствия из-за токсичности цианида.

Более того, растворение меди может помешать последующим процессам извлечение золота. Высокое содержание меди в растворе цианида может снизить эффективность образования комплекса золота с цианидом, тем самым уменьшая содержание золота. скорость выщелачивания. Это происходит потому, что медь конкурирует с золотом за ионы цианида и кислород в растворе, нарушая химическое равновесие, необходимое для эффективного растворения золота. В некоторых случаях присутствие меди может также вызывать проблемы в последующих процессах, таких как цементация цинком или углерод в пульпе (CIP) для извлечения золота, что приводит к снижению скорости извлечения золота и низкому качеству продукта.

Поэтому поиск эффективных реагентов, ингибирующих выщелачивание меди при цианировании медьсодержащих золотых руд, имеет большое значение. Такие реагенты могут помочь оптимизировать процесс цианирования, снизить потребление цианида, и повысить общую эффективность извлечения золота, сделав горнодобывающую операцию более экономически выгодной и экологически чистой. В следующих разделах мы рассмотрим различные реагенты, которые были изучены и использованы для этой цели.

Характеристики выщелачивания меди в цианидных растворах

В цианидных растворах медные минералы, связанные с золотом, демонстрируют различные выщелачивающие свойства. Распространенные первичные медные минералы, такие как халькопирит (CuFeS_2) и халькозин (Cu_2S), а также малахит (Cu_2(OH)_2CO_3), азурит (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), борнит (Cu_5FeS_4), куприт (Cu_2O) и самородная медь, являются относительно растворимыми.

Эти медные минералы можно выщелачивать при комнатной температуре (25^{\circ}C). Скорость выщелачивания меди варьируется в широких пределах: от 5 - 10% до более 90%. Например, малахит и азурит, которые являются минералами карбоната меди, весьма реакционноспособны в растворах цианида. Химическая реакция малахита с цианидом может быть выражена как Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Это показывает, что под действием цианида медь в малахите может эффективно растворяться.

При работе с высокомедными золотыми концентратами процесс выщелачивания при цианировании имеет некоторые «клинические» симптомы. Расход цианида становится чрезвычайно высоким. Как правило, для различных медных минералов растворение 1 грамма меди требует расхода 2.3 - 3.4 грамма Цианид натрия. В то же время растворение меди также потребляет кислород в растворе. Например, в процессе выщелачивания халькозина происходит реакция 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH, в которой потребляется не только большое количество цианида, но и значительное количество кислорода.

Более того, эффект выщелачивания становится относительно слабым. Высокие уровни меди в цианидном растворе могут снизить эффективность образования комплекса золота с цианидом. Медь конкурирует с золотом за ионы цианида и кислород в растворе. В результате нарушается химическое равновесие, необходимое для эффективного растворения золота. Это приводит к снижению скорости выщелачивания золота и может также вызвать проблемы в последующих процессах извлечения золота, таких как цементация цинка или углерод в пульпе (CIP), что в конечном итоге приводит к снижению скорости извлечения золота и снижению качества продукта.

Распространенные реагенты для ингибирования выщелачивания меди

Свинцовые соли

Соли свинца часто используются в качестве реагентов для ингибирования выщелачивания меди при цианировании медных золотых руд. Обычно используемые соли свинца включают нитрат свинца (Pb(NO_3)_2), ацетат свинца (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) и оксид свинца (PbO).

Возьмем в качестве примера ацетат свинца. Исследования показали, что добавление ацетата свинца перед цианированием может эффективно ингибировать выщелачивание меди, усиливать выщелачивание золота и серебра и снижать потребление Цианид натрия. Для определенного золотосодержащего концентрата с содержанием меди 4.92% при непосредственном добавлении 150 г/т ацетата свинца перед выщелачиванием, при условиях тонкости помола -0.037 мм, составляющей 95%, времени выщелачивания 48 ч, концентрации цианида натрия 0.5%, pH 12 и концентрации пульпы 40% содержание золота в остатке выщелачивания может быть снижено до 1.20 г/т, степень выщелачивания золота достигает 97.55%, степень извлечения серебра составляет 60.28%, а расход цианида натрия составляет 14.37 кг/т. Это наглядно демонстрирует положительное влияние ацетата свинца в данном процессе.

Механизм ингибирования солей свинца может быть связан с образованием нерастворимых соединений. Например, свинец может реагировать с серосодержащими веществами в руде с образованием нерастворимого сульфида свинца. Эта реакция уменьшает количество серосодержащих веществ, которые могут реагировать с медными минералами, тем самым ингибируя растворение медных минералов. Кроме того, соли свинца могут также влиять на поверхностные свойства медных минералов, снижая их реакционную способность в растворе цианида.

Хелатирующие агенты (например, лимонная кислота)

Хелатирующие агенты, такие как лимонная кислота, также могут играть роль в ингибировании выщелачивания меди во время цианирования. Хелатирующие агенты, способствующие выщелачиванию, такие как лимонная кислота, работают по уникальному механизму. Лимонная кислота содержит карбоксильные и гидроксильные группы, которые могут хелатировать вредные ионы, такие как Cu^{2 +}, Zn^{2+}, Fe^{2+} и Fe^{3+} в пульпе, образуя стабильные хелаты.

Например, карбоксильная группа в лимонной кислоте может координироваться с ионами металлов через неподеленные пары электронов атомов кислорода, образуя кольцевую структуру. Хелатируя эти ионы металлов, лимонная кислота может устранить их негативное влияние на процесс выщелачивания цианированием, например, уменьшая потребление ими кислорода в растворе. Более того, лимонная кислота может ингибировать растворение минералов пустой породы, таких как минералы, содержащие кальций и магний. Она может взаимодействовать с поверхностью этих минералов пустой породы, изменяя их поверхностный заряд и гидрофильно-гидрофобные свойства, что затрудняет их растворение в растворе цианида. Это ингибирование минералов пустой породы также может улучшить «эффективный активный кислород» в пульпе. Когда минералы пустой породы менее склонны растворяться, они потребляют меньше кислорода, и больше кислорода доступно для цианирования золота, что благоприятно для выщелачивания золота. В целом, добавление лимонной кислоты может способствовать созданию более благоприятной химической среды для цианирования золота, уменьшая влияние ионов других металлов и повышая эффективность извлечения золота.

Другое (краткое введение)

В дополнение к вышеупомянутым реагентам, контроль концентрации ионов цианида также может быть эффективным способом ослабления растворения меди. Когда концентрация ионов цианида должным образом контролируется в определенном диапазоне, скорость реакции минералов меди с цианидом может быть снижена. Например, для некоторых золотых руд с относительно высоким содержанием легкорастворимых минералов меди, поддерживая концентрацию свободных ионов CN^- на относительно низком уровне (например, 0.05% - 0.10%), скорость растворения минералов меди может быть значительно замедлена, в то время как скорость растворения минералов золота все еще относительно высока, так что цианид в основном действует на растворение минералов золота.

Другой метод заключается в использовании системы аммиак - цианид. В системе аммиак - цианид аммиак может образовывать комплексы с ионами меди, которые могут в определенной степени ингибировать выщелачивание меди. Однако из-за высокой летучести аммиака трудно поддерживать стабильную концентрацию в процессе промышленного производства, что ограничивает его крупномасштабное промышленное применение. Хотя этот метод имеет преимущество в снижении выщелачивания меди, проблемы практической эксплуатации и экономической эффективности требуют дальнейшего рассмотрения.

Факторы, влияющие на действие реагентов

Эффективность реагентов, используемых для ингибирования выщелачивания меди при цианировании медьсодержащих золотых руд, зависит от нескольких факторов, понимание которых имеет решающее значение для оптимизации процесса цианирования.

Свойства руды

1. Тип медных минералов

1. Различные минералы меди имеют различную реакционную способность в растворах цианида. Например, минералы карбоната меди, такие как малахит (Cu_2(OH)_2CO_3) и азурит (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), относительно более реакционноспособны по сравнению с некоторыми первичными сульфидными минералами меди, такими как халькопирит (CuFeS_2). Малахит легко реагирует с цианидом в соответствии с реакцией Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Такая высокая реакционная способность означает, что при использовании реагентов для ингибирования выщелачивания меди может потребоваться более высокая дозировка для руд, богатых такими реакционноспособными минералами меди.

2. Напротив, халькопирит имеет более сложную структуру и требует больше энергии и особых условий реакции для растворения в растворах цианида. Однако при определенных условиях он все равно может способствовать значительному потреблению цианида. Понимание доминирующего типа медного минерала в руде является первым шагом в определении подходящего реагента и его дозировки.

2. Содержание медных минералов

1. Чем выше содержание медного минерала в руде, тем больше потенциал выщелачивания меди и соответствующий расход цианида. Например, в золотосодержащей руде с содержанием меди 5% количество цианида, потребляемого реакциями выщелачивания меди, будет намного выше, чем в руде с содержанием меди 1%. В результате реагент, необходимый для ингибирования выщелачивания меди, должен быть пропорционально скорректирован. Для руды с более высоким содержанием меди может потребоваться большее количество солей свинца или хелатирующих агентов для эффективного подавления растворения меди. Исследования показали, что на каждый 1% увеличения содержания легкорастворимой меди в руде может потребоваться увеличение расхода ингибитора на основе соли свинца на 10-20 г/т для поддержания того же уровня ингибирования выщелачивания меди.

Условия процесса

1. Концентрация цианида

1. Концентрация цианида в растворе играет двойную роль в выщелачивании меди и эффективности ингибиторов. Когда концентрация цианида низкая, скорость реакций выщелачивания меди снижается. Например, если концентрация свободного цианида (CN^ -) поддерживается на уровне 0.05% - 0.10%, скорость растворения медных минералов может быть значительно замедлена. Однако, если концентрация цианида слишком низкая, скорость выщелачивания золота также может быть отрицательно затронута.

2. При использовании таких реагентов, как соли свинца, оптимальная концентрация цианида для их эффективности может варьироваться. В некоторых случаях может потребоваться немного более высокая концентрация цианида (около 0.15% - 0.20%), чтобы гарантировать, что ингибитор соли свинца может образовывать нерастворимые соединения с серосодержащими веществами в руде, эффективно ингибируя выщелачивание меди. Но если концентрация цианида слишком высока, это может способствовать растворению медных минералов, несмотря на присутствие ингибиторов.

2. Значение рН

1. pH раствора цианида имеет решающее значение как для выщелачивания меди, так и для действия ингибиторов. В общем случае процесс цианирования осуществляется в щелочной среде, обычно с pH в диапазоне 10 - 11. В этом диапазоне pH сохраняется стабильность иона цианида, а гидролиз цианида сводится к минимуму.

2. Для хелатирующих агентов, таких как лимонная кислота, pH раствора влияет на их хелатирующую способность. Лимонная кислота содержит карбоксильные и гидроксильные группы, которые хелатируют с ионами металлов. В щелочной среде диссоциация этих функциональных групп усиливается, что усиливает их хелатирующую способность с ионами меди. Однако, если pH слишком высок (выше 12), это может вызвать побочные реакции, которые могут снизить эффективность хелатирующего агента. Например, в сильнощелочном растворе некоторые комплексы металл-хелат могут распадаться, высвобождая хелатированные ионы меди обратно в раствор.

3. Время выщелачивания

1. Время выщелачивания может влиять на степень выщелачивания меди и эффективность ингибиторов. По мере увеличения времени выщелачивания больше меди может раствориться, если не будет эффективно ингибировано. Например, в краткосрочном процессе выщелачивания (менее 12 часов) количество выщелоченной меди может быть относительно небольшим, и ингибитор может легче контролировать скорость выщелачивания меди. Но если время выщелачивания увеличивается до 48 часов или более, кумулятивный эффект реакций выщелачивания меди может стать более значительным.

2. В случае ингибиторов на основе свинца более длительное время выщелачивания может потребовать более высокой начальной дозировки ингибитора. Это связано с тем, что со временем образующиеся нерастворимые соединения, содержащие свинец, могут постепенно расходоваться или их эффективность может снижаться из-за постоянного присутствия реактивных веществ в растворе цианида. Поэтому время выщелачивания необходимо тщательно учитывать при определении количества и типа реагента для ингибирования выщелачивания меди.

Тематические исследования и практическое применение

Случай 1: Применение свинцовых солей на золотом руднике в Южной Африке

На золотом руднике в Южной Африке перерабатывалась медная руда с содержанием меди около 3%. До использования солей свинца в качестве ингибитора процесс цианирования сталкивался с рядом проблем. Расход цианида был чрезвычайно высок и достигал 15 кг/т руды, а скорость выщелачивания золота составляла всего около 80%. Высокое содержание меди в руде приводило к значительному растворению меди во время цианирования, что не только потребляло большое количество цианида, но и мешало процессу выщелачивания золота.

После добавления нитрата свинца (Pb(NO_3)_2) в дозировке 200 г/т руды были отмечены значительные изменения. Расход цианида был снижен до 8 кг/т руды, снижение составило около 47%. Скорость выщелачивания золота увеличилась до 90%. Экономические выгоды были значительными. Учитывая цену цианида и стоимость дополнительно извлеченного золота, рудник сэкономил около 50 долларов на тонну переработанной руды. С точки зрения экологии, снижение расхода цианида означало меньший экологический риск, связанный с утечкой и утилизацией цианида. Количество отходов, содержащих цианид, также было снижено, что было полезно для местной экологической среды.

Случай 2: Применение хелатирующего агента (лимонной кислоты) на золотом руднике в Австралии

На австралийском золотом руднике руда содержала значительное количество медных минералов, в основном халькопирита и некоторых медно-карбонатных минералов. Первоначальный процесс цианирования без использования хелатирующего агента имел скорость выщелачивания золота 75% и скорость выщелачивания меди 30%. Высокая скорость выщелачивания меди привела к высокому расходу цианида, около 12 кг/т руды.

Когда в процесс цианирования была добавлена ​​лимонная кислота в дозировке 1 кг/т руды, ситуация улучшилась. Скорость выщелачивания меди снизилась до 10%, а скорость выщелачивания золота увеличилась до 85%. Расход цианида снизился до 6 кг/т руды. С экономической точки зрения стоимость добавления лимонной кислоты была относительно низкой по сравнению с экономией на потреблении цианида и повышенным извлечением золота. По оценкам рудника, он мог бы увеличить свою годовую прибыль примерно на 300,000 XNUMX долларов. С экологической точки зрения, сокращение выщелачивания меди означало меньшее количество сточных вод, содержащих медь, которые было легче очищать и которые оказывали меньшее воздействие на водные ресурсы в окрестностях.

Случай 3: Применение нового ингибитора (MZY) на китайском золотом руднике

На золотом руднике в Китае работали с тугоплавкой медной золотой рудой. Традиционный процесс цианирования имел скорость выщелачивания золота всего 70% и высокую скорость выщелачивания меди, что приводило к большому потреблению цианида. После добавления нового ингибитора MZY в определенной дозировке, а также оптимизированных условий процесса, включая добавление 18 кг/т извести и 1.2 кг/т цианида натрия, скорость выщелачивания золота достигла 83% - 84%, а скорость выщелачивания меди снизилась до 4% - 5%.

Этот новый процесс не только повысил эффективность выщелачивания золота, но и значительно сократил потребление цианида. Экономические выгоды были двоякими: повышенное извлечение золота добавило большую ценность производству, а сниженное потребление цианида сэкономило затраты. С точки зрения защиты окружающей среды, более низкое потребление цианида и меньшее количество отходов, содержащих медь, снизили нагрузку на окружающую среду, сделав горнодобывающую операцию более устойчивой. Эти тематические исследования наглядно демонстрируют практическую ценность использования реагентов для ингибирования выщелачивания меди при цианировании медьсодержащих золотых руд, как с точки зрения экономической выгоды, так и с точки зрения защиты окружающей среды.

Заключение

В процессе цианирования медных руд выщелачивание меди не только приводит к высокому расходу цианида, но и отрицательно влияет на скорость выщелачивания золота и последующие процессы извлечения золота. Поэтому применение реагентов, ингибирующих выщелачивание меди, имеет большое значение.

Соли свинца, такие как нитрат свинца, ацетат свинца и оксид свинца, могут эффективно ингибировать выщелачивание меди, образуя нерастворимые соединения с серосодержащими веществами в руде или изменяя поверхностные свойства медных минералов. Хелатирующие агенты, такие как лимонная кислота, могут хелатировать с ионами меди и другими вредными ионами металлов, снижая их негативное воздействие на процесс цианирования. Кроме того, контроль концентрации цианида и использование системы аммиак-цианид также могут играть роль в ослаблении растворения меди в определенной степени.

Эффективность этих реагентов зависит от различных факторов. Свойства руды, включая тип и содержание медных минералов, определяют реакционную способность меди в руде и, таким образом, влияют на количество требуемого реагента. Условия процесса, такие как концентрация цианида, значение pH и время выщелачивания, также оказывают значительное влияние на эффективность реагентов. Например, соответствующая концентрация цианида и значение pH могут обеспечить стабильность раствора цианида и эффективность реагента, в то время как время выщелачивания может повлиять на кумулятивный эффект реакций выщелачивания меди.

Благодаря тематическим исследованиям мы увидели практическую ценность применения этих реагентов. В Южной Африке использование нитрата свинца на золотом руднике снизило потребление цианида и увеличило скорость выщелачивания золота, что принесло значительные экономические выгоды и экологические преимущества. В Австралии добавление лимонной кислоты на золотом руднике эффективно снизило выщелачивание меди и потребление цианида, одновременно увеличив скорость выщелачивания золота, что было выгодно как с экономической, так и с экологической точки зрения. На китайском золотом руднике использование нового ингибитора MZY вместе с оптимизированными условиями процесса повысило эффективность выщелачивания золота и снизило скорость выщелачивания меди, достигнув хороших экономических и экологических результатов.

В целом, при цианировании медных золотых руд необходимо всесторонне рассмотреть характеристики руды и требования процесса, а также выбрать соответствующий реагент и условия эксплуатации. Будущие исследования могут быть сосредоточены на дальнейшем изучении более эффективных и экологически чистых реагентов, а также на оптимизации сочетания реагентов и параметров процесса для достижения более эффективных, экономичных и экологически устойчивых процессов извлечения золота.