Цианид натрия и экологически чистые выщелачивающие агенты: сравнительный анализ

I. Введение

В области добыча золота, выбор выщелачивающий агент играет ключевую роль в процессе извлечения. Цианид натрия долгое время был основным вариантом для извлечения золота из-за его эффективности в растворении золота из руды. Однако, с ростом внимания к защите окружающей среды и устойчивому развитию, новые типы экологически чистые выщелачивающие агенты появились как альтернативы. Цель этой статьи — всесторонне сравнить цианид натрия и выщелачивающие агенты окружающей среды с разных сторон, включая их состав, скорость выщелачивания, потребление, скорость восстановления, воздействие на окружающую среду и требования к транспортировке. Таким образом, мы надеемся предоставить ценную информацию для золотодобывающей промышленности, чтобы принимать более обоснованные решения относительно выбора выщелачивающего агента.

II. Состав

2.1 Цианид натрия

Цианид натрия — это химическое соединение с формулой NaCN. Он содержит 98% чистого цианида натрия. Как соль сильного основания и слабой кислоты, он имеет несколько примечательных характеристик. Физически он выглядит как белые кристаллические твердые вещества, которые склонны к расплыванию, то есть он легко поглощает влагу из воздуха. Он также имеет слабый запах горького миндаля. Химически он очень реактивен. Он гидролизуется в воде с образованием цианистого водорода (HCN) и гидроксида натрия, причем раствор является сильнощелочным. Цианид натрия может реагировать с различными металлами, такими как железо, цинк, никель, медь, кобальт, серебро и кадмий, с образованием соответствующих цианидов металлов. В присутствии кислорода он может эффективно растворять драгоценные металлы, такие как золото и серебро, образуя стабильные комплексные соли, что является основой для его широкого использования в золотодобывающей промышленности для извлечения золота. Однако он чрезвычайно токсичен. Даже небольшое количество при попадании на кожу, вдыхании или приеме внутрь может оказаться смертельным для человека и других организмов.

2.2 Экологически чистые выщелачивающие агенты

Экологически чистые выщелачивающие агенты выпускаются в различных формулах, и их составы разработаны для достижения эффективного извлечения золота при минимальном воздействии на окружающую среду. Например, некоторые распространенные экологически чистые выщелачивающие агенты содержат высокие концентрации глицина и йодида натрия. Глицин, как простейшая аминокислота, нетоксичен для окружающей среды и человека. В процессе выщелачивания он может образовывать стабильные комплексы с ионами золота, облегчая растворение золота из руд. Йодид натрия также играет важную роль. Ионы йода могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях и процессах комплексообразования, повышая эффективность выщелачивания золота. Эти компоненты работают синергетически, улучшая общую производительность выщелачивающего агента. Наличие таких ингредиентов не только обеспечивает эффективное извлечение золота, но и снижает потенциальный вред для окружающей среды по сравнению с традиционным цианидом натрия. Кроме того, некоторые экологически чистые выщелачивающие агенты могут содержать другие добавки или хелатирующие агенты, которые тщательно подбираются для оптимизации процесса выщелачивания, например, вещества, которые могут регулировать значение pH выщелачивающего раствора, контролировать растворимость ионов металлов или повышать селективность выщелачивающего агента по отношению к золоту.

III. Скорость выщелачивания

3.1 Характеристики цианида натрия

Скорость выщелачивания цианида натрия относительно медленная. В процессе извлечения золота с использованием цианида натрия реакция между цианидом натрия и золотом в руде зависит от множества факторов. Например, сложный химический состав руды может замедлить скорость реакции. Если руда содержит значительное количество сульфидных минералов, таких как пирит ( ), сульфид может реагировать с кислородом воздуха и водой с образованием серной кислоты и других веществ. Эта кислая среда может ускорить гидролиз цианида натрия, образуя газ цианистого водорода ( ), что не только приводит к потере цианида натрия, но и снижает эффективную концентрацию выщелачивающего агента в растворе, тем самым замедляя скорость выщелачивания золота. Кроме того, размер частиц руды также оказывает заметное влияние. Более крупные частицы руды имеют меньшее отношение поверхности к объему, что означает, что площадь контакта между цианидом натрия и золотом в руде ограничена. В результате скорость реакции снижается, и требуется больше времени для достижения определенной степени извлечения золота. Например, на некоторых традиционных золотых рудниках, использующих выщелачивание цианидом натрия, процесс выщелачивания может занять от нескольких дней до нескольких недель, что не только удлиняет производственный цикл, но и увеличивает себестоимость продукции.

3.2 Эффективность экологически чистых выщелачивающих агентов

Экологически чистые выщелачивающие агенты обычно демонстрируют более высокую скорость выщелачивания по сравнению с цианидом натрия. Возьмем в качестве примера некоторые выщелачивающие агенты, содержащие глицин и иодид натрия. Глицин может образовывать относительно стабильные комплексы с ионами золота через свои амино- и карбоксильные группы. Образование этих комплексов является относительно быстрым процессом. В присутствии кислорода глицин может быстро реагировать с золотом в руде, растворяя его. Иодид натрия также играет решающую роль. Ионы иодида могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, способствуя окислению золота. Сочетание этих двух веществ может значительно ускорить процесс выщелачивания. Исследования показали, что во многих экспериментах при использовании таких экологически чистых выщелачивающих агентов время, необходимое для достижения высокой скорости извлечения золота, намного короче, чем при использовании цианида натрия. Например, в некоторых случаях время выщелачивания может быть сокращено вдвое или даже больше. Эта более высокая скорость выщелачивания не только повышает эффективность производства, но и позволяет горнодобывающим компаниям быстрее получать золотую продукцию, ускоряя цикл оборота капитала. Кроме того, некоторые экологически чистые выщелачивающие агенты разработаны так, чтобы быть более адаптируемыми к различным типам руд. Они могут эффективно выщелачивать золото из руд со сложным составом, поддерживая относительно высокую скорость выщелачивания, что является преимуществом, которым не обладает цианид натрия.

IV. Норма потребления

По нормам расхода цианид натрия и экологически чистые выщелачивающие реагенты вполне сопоставимы.

4.1 Потребление цианида натрия

В процессе извлечения золота с использованием цианида натрия на потребление влияет множество факторов. Химический состав руды является решающим фактором. Например, если руда содержит значительное количество металлов, которые могут реагировать с цианидом натрия, таких как медь, цинк и железо, эти металлы будут конкурировать с золотом за цианид натрия. Ионы меди в руде могут реагировать с цианидом натрия с образованием комплексов цианида меди. Уравнение реакции следующее. Это не только приводит к потреблению цианида натрия, но и снижает его эффективную концентрацию для выщелачивания золота. В некоторых случаях, когда руда имеет высокое содержание таких мешающих металлов, потребление цианида натрия может значительно увеличиться. Кроме того, присутствие определенных минералов, таких как сульфиды, также может влиять на потребление цианида натрия. Сульфидные минералы могут реагировать с кислородом в воздухе и воде с образованием серной кислоты и других веществ в среде выщелачивания. Эта кислая среда может ускорить гидролиз цианида натрия, образуя газ цианистого водорода ( ), что приводит к потере цианида натрия. Однако при нормальных условиях эксплуатации и для руд с относительно стабильным составом норма расхода цианида натрия хорошо изучена и установлена ​​в отрасли. Например, при типичной операции по добыче золота с определенным типом руды расход цианида натрия может быть около определенного значения на тонну переработанной руды, которое служит ориентиром для горнодобывающих компаний при планировании и управлении использованием реагентов.

4.2 Потребление экологически чистых выщелачивающих агентов

Экологически чистые выщелачивающие агенты, несмотря на различный химический состав, имеют скорость потребления, схожую с таковой цианида натрия. Возьмем в качестве примера выщелачивающие агенты на основе глицина и иодида натрия. Глицин, хотя он нетоксичен и имеет другой механизм реакции по сравнению с цианидом натрия, реагирует стехиометрически с золотом в руде. Карбоксильные и аминогруппы глицина могут образовывать комплексы с ионами золота. Процесс реакции относительно стабилен, а количество глицина, необходимое для растворения определенного количества золота, определяется уравнением химической реакции. Иодид натрия также участвует в реакции, и его потребление связано с окислительно-восстановительными реакциями и процессами комплексообразования, в которых он участвует. Общее потребление экологически чистого выщелачивающего агента представляет собой сумму потребления каждого компонента. Во многих практических применениях и экспериментах было обнаружено, что при обработке одного и того же количества руды с аналогичным содержанием золота и характеристиками, количество потребляемого экологически чистого выщелачивающего агента сопоставимо с количеством цианида натрия. Такое сходство в скорости потребления выгодно для горнодобывающих компаний, поскольку оно позволяет относительно плавно переходить с точки зрения планирования производства и оценки затрат при рассмотрении перехода с цианида натрия на экологически чистые альтернативы. Это означает, что им не нужно вносить радикальные изменения в стратегии управления реагентами, закупками и запасами из-за больших различий в скорости потребления.

V. Скорость восстановления

5.1 Скорость извлечения цианида натрия

Скорость извлечения цианида натрия при извлечении золота хорошо зарекомендовала себя в золотодобывающей промышленности благодаря многолетней практике и исследованиям. При оптимальных условиях и для определенных типов руд цианид натрия может достигать относительно высоких скоростей извлечения золота. Например, на некоторых хорошо управляемых золотых рудниках с рудами, которые относительно подходят для выщелачивания цианидом натрия, скорость извлечения может достигать 95% или даже выше. Однако во многих реальных сценариях фактическая скорость извлечения может быть ниже. Как упоминалось ранее, присутствие других металлов в руде может существенно повлиять на скорость извлечения. Если руда содержит большое количество меди, цинка или железа, эти металлы будут реагировать с цианидом натрия, потребляя выщелачивающий агент и уменьшая количество, доступное для выщелачивания золота. В результате скорость извлечения золота может снизиться. Кроме того, неправильные условия эксплуатации, такие как неправильный контроль значения pH, недостаточное поступление кислорода или ненадлежащая скорость перемешивания во время процесса выщелачивания, также могут привести к снижению скорости извлечения. Например, если значение pH выщелачивающего раствора слишком низкое, гидролиз цианида натрия ускорится, что приведет к потере выщелачивающего агента и снижению эффективной концентрации для растворения золота, что повлияет на скорость извлечения.

5.2 Скорость извлечения экологически чистых выщелачивающих агентов

Степень извлечения экологически чистых выщелачивающих агентов вполне сопоставима с цианидом натрия. Экологически чистые выщелачивающие агенты могут достигать степени извлечения, которая составляет приблизительно 90 - 95% от степени извлечения цианида натрия. Возьмем в качестве примера выщелачивающие агенты на основе глицина и иодида натрия. В лабораторных экспериментах и ​​некоторых полевых испытаниях при обработке руд с аналогичными характеристиками эти экологически чистые выщелачивающие агенты показали высокую эффективность в извлечении золота. Хотя их степень извлечения в некоторых случаях немного ниже, чем у цианида натрия, они все же находятся в приемлемом диапазоне. Например, на конкретном золотом руднике, где руда имеет относительно простой состав, после перехода с цианида натрия на экологически чистый выщелачивающий агент степень извлечения золота снизилась с 93% (с цианидом натрия) до 90% (с экологически чистым выщелачивающим агентом), снижение составило всего 3 процентных пункта. Эта небольшая разница в скорости извлечения часто компенсируется многочисленными преимуществами экологически чистых выщелачивающих агентов, такими как их экологичность, более высокая скорость выщелачивания и схожая скорость потребления. Более того, благодаря постоянным исследованиям и разработкам, производительность экологически чистых выщелачивающих агентов постоянно улучшается. Ученые работают над оптимизацией состава этих выщелачивающих агентов, добавляя новые добавки или корректируя соотношения существующих компонентов для дальнейшего повышения скорости извлечения золота. В результате ожидается, что разрыв в скорости извлечения между экологически чистыми выщелачивающими агентами и цианидом натрия в будущем еще больше сократится.

VI. Воздействие на окружающую среду

6.1 Опасности цианида натрия

Цианид натрия очень токсичен и представляет значительную угрозу для окружающей среды. Когда цианид натрия используется в золотодобыче, полученные хвосты содержат определенное количество остаточного цианида натрия и других вредных веществ. Если их не обрабатывать должным образом, эти хвосты могут иметь ряд негативных последствий. Например, в некоторых случаях, когда хвосты сбрасываются в водоемы, цианид натрия в хвостах может растворяться в воде, выделяя высокотоксичные ионы цианида. Эти ионы цианида могут реагировать с ионами металлов в воде, образуя различные комплексы металл-цианид, которые чрезвычайно вредны для водных организмов. Даже при очень низких концентрациях цианид может ингибировать дыхательные ферменты рыб и других водных животных, что приводит к их гибели. Он также может нарушить нормальный экологический баланс водоема, влияя на рост и размножение планктона, водных растений и других организмов на нижних уровнях пищевой цепи, в конечном итоге вызывая значительное снижение биоразнообразия всей водной экосистемы.

Кроме того, если хвосты, содержащие цианид натрия, оставить на открытом воздухе, они могут быть размыты ветром и дождем. Цианидсодержащие вещества в хвостах могут переноситься дождевой водой в близлежащие почвы и грунтовые воды. Это может загрязнять почву, снижая ее плодородие и влияя на рост растений. Цианид также может проникать в грунтовые воды, делая их непригодными для потребления человеком и сельскохозяйственного орошения. В некоторых регионах, где расположены золотые рудники, использующие цианид натрия, долгосрочный экологический мониторинг показал, что почва и грунтовые воды в близлежащих районах загрязнены в разной степени повышенным содержанием цианида и тяжелых металлов, что оказывает долгосрочное негативное воздействие на местную экологическую среду и условия жизни людей.

6.2 Преимущества экологически чистых выщелачивающих агентов

Экологически чистые выщелачивающие агенты, с другой стороны, предлагают отличную экологичность. После процесса извлечения золота с использованием этих агентов полученные хвосты оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду. Например, некоторые экологически чистые выщелачивающие агенты не содержат высокотоксичных веществ, таких как цианид натрия. Когда хвосты выгружаются или подвергаются дальнейшей обработке, они с меньшей вероятностью вызывают сильное загрязнение окружающей среды. Фактически, в некоторых случаях хвосты, обработанные определенными экологически чистыми выщелачивающими агентами, могут использоваться для улучшения почвы. Например, в некоторых экспериментальных проектах было обнаружено, что хвосты от извлечения золота с использованием экологически чистых выщелачивающих агентов подходят для обработки почвы после соответствующей обработки. Эти хвосты можно смешивать с другими материалами, улучшающими почву, и вносить в землю. Вещества в хвостах могут помочь улучшить структуру почвы, увеличить пористость почвы и повысить водоудерживающую способность. В результате почва может быть сделана пригодной для роста растений, и на ней можно успешно высаживать различные культуры и растения. Это не только снижает экологическую нагрузку от утилизации хвостов, но и обеспечивает новый способ комплексного использования ресурсов хвостов, способствуя устойчивому развитию экосистемы в районе добычи. Это показывает, что экологически чистые выщелачивающие агенты могут эффективно снижать экологический след золотодобывающей деятельности и способствовать гармоничному сосуществованию добычи и окружающей среды.

VII. Меры предосторожности при транспортировке

7.1 Цианид натрия

Транспортировка цианида натрия является строго регламентированным и осторожным процессом из-за его чрезвычайной токсичности. Цианид натрия требует специализированных опасных морских грузовых каналов. Судоходные компании, которые работают с цианидом натрия, должны иметь специальные лицензии и соблюдать строгие международные морские правила, такие как Международный кодекс морской перевозки опасных грузов (IMDG). В этом кодексе подробно описывается правильная упаковка, обработка и размещение опасных грузов во время морской перевозки для предотвращения любой потенциальной утечки или несчастных случаев.

Что касается упаковки, цианид натрия должен быть в герметичной упаковке. Обычно его упаковывают в герметичные контейнеры из материалов, которые могут выдерживать коррозионную и реактивную природу цианида натрия. Эти контейнеры предназначены для предотвращения любого контакта с воздухом, влагой или другими веществами, которые могут вызвать опасные реакции. Например, его можно упаковать в стальные бочки с двухслойными пластиковыми пакетами для обеспечения максимальной защиты. Во время транспортировки весь процесс тщательно контролируется, и применяются строгие меры безопасности. За обращение с цианидом натрия и его транспортировку отвечают специализированные сотрудники, и они должны быть хорошо обучены действиям в потенциальных чрезвычайных ситуациях, связанных с этим высокотоксичным веществом.

7.2 Экологически чистые выщелачивающие агенты

Напротив, экологически чистые выщелачивающие агенты более удобны в транспортировке. Их можно перевозить по обычным каналам транспортировки химических веществ. Это означает, что их можно перевозить обычными грузовиками, поездами или судами, которые обычно используются для перевозки не-чрезвычайно-опасных химикатов. Нет необходимости в специальных, строго ограниченных маршрутах доставки, как в случае с цианидом натрия.

Упаковка экологически чистых выщелачивающих агентов также более проста, обычно принимает стандартную упаковку. Например, они могут быть упакованы в пластиковые бочки или мешки, которые соответствуют общим требованиям к химической упаковке. Эта стандартная упаковка не только экономически эффективна, но и упрощает процесс транспортировки. Поскольку эти выщелачивающие агенты менее опасны, транспортным компаниям не нужно вкладывать средства в узкоспециализированное оборудование или обучение персонала для их транспортировки. Это делает цепочку поставок экологически чистых выщелачивающих агентов более гибкой и доступной, снижая общие транспортные расходы и логистические трудности для горнодобывающих компаний.

VIII. Вывод

В заключение, хотя цианид натрия уже давно является основным продуктом в золотодобывающей промышленности для извлечения золота, экологически чистые выщелачивающие агенты предлагают более устойчивую и эффективную альтернативу. Экологически чистые выщелачивающие агенты имеют более высокую скорость выщелачивания, что может значительно повысить эффективность производства. Их сопоставимые с цианидом натрия показатели извлечения гарантируют, что количество извлеченного золота не будет существенно снижено. Более того, их превосходная экологичность является основным преимуществом, поскольку они могут снизить экологическую нагрузку, связанную с добычей золота, особенно с точки зрения утилизации хвостов. Более удобные требования к транспортировке экологически чистых выщелачивающих агентов также способствуют экономии затрат и простоте логистики.

Хотя могут возникнуть проблемы, такие как более высокие начальные затраты в некоторых случаях или необходимость дальнейшей оптимизации для определенных типов руды, при постоянных исследованиях и разработках эти проблемы, вероятно, будут преодолены. Поскольку всеобщее внимание к защите окружающей среды и устойчивому развитию усиливается, ожидается, что экологически чистые выщелачивающие агенты будут играть все более важную роль в золотодобывающей промышленности, постепенно становясь основным выбором для извлечения золота в будущем.