Reagenti za zaviranje izpiranja bakra pri cianidaciji zlate rude, ki vsebuje baker

Uvod

Cianidacija je široko uporabljena in učinkovita metoda za ekstrakcijo zlata iz zlatonosnih rud, zlasti v primeru bakronosnih zlatih rud. Temelji na sposobnosti cianidnih ionov , da tvorijo stabilne komplekse z zlatom, kar omogoča raztapljanje zlata iz rudne matrice. Temeljna kemijska reakcija v procesu cianidacije zlata je 4Au + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Au(CN)_2] + 4NaOH. Ta postopek je že več kot stoletje temelj industrije pridobivanja zlata zaradi svoje relativno visoke učinkovitosti in dobro razumljene tehnologije.

Vendar pa pri delu z bakro-vsebujočimi zlatimi rudami prisotnost bakrovih mineralov predstavlja precejšnje izzive. Pogosti bakrovi minerali, povezani z zlatom, kot so halkopirit (CuFeS_2), halkozin (Cu_2S), malahit (Cu_2(OH)_2CO_3) in azurit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), so v cianidnih raztopinah precej reaktivni. Na primer, v mediju, ki vsebuje cianid, lahko halkozin reagira na naslednji način: Cu_2S + 4NaCN=2Na[Cu(CN)_2]+Na_2S. Te reakcije vodijo do porabe velike količine cianida. Prekomerna poraba cianida ne le poveča proizvodne stroške, temveč ima tudi okoljske posledice zaradi toksičnosti cianida.

Poleg tega lahko raztapljanje bakra moti nadaljnje procese pridobivanja zlata . Visoke ravni bakra v cianidni raztopini lahko zmanjšajo učinkovitost nastajanja kompleksa zlato-cianid in s tem zmanjšajo hitrost izpiranja zlata . To je zato, ker baker tekmuje z zlatom za cianidne ione in kisik v raztopini, kar moti kemijsko ravnovesje, potrebno za učinkovito raztapljanje zlata. V nekaterih primerih lahko prisotnost bakra povzroči težave tudi v nadaljnjih procesih, kot sta cementacija cinka ali ogljik v pulpi (CIP) za pridobivanje zlata, kar vodi do nižjih stopenj pridobivanja zlata in slabe kakovosti izdelkov.

Zato je iskanje učinkovitih reagentov za zaviranje izluževanja bakra med cianidacijo bakronosnih zlatih rud zelo pomembno. Takšni reagenti lahko pomagajo optimizirati postopek cianidacije, zmanjšati porabo cianida in izboljšati splošno učinkovitost pridobivanja zlata, s čimer postane rudarjenje bolj ekonomsko upravičeno in okolju prijazno. V naslednjih razdelkih bomo raziskali različne reagente, ki so bili preučeni in uporabljeni v ta namen.

Značilnosti izluževanja bakra v raztopinah cianida

V cianidnih raztopinah bakrovi minerali, povezani z zlatom, kažejo izrazito obnašanje pri izpiranju. Običajni primarni bakrovi minerali, kot sta halkopirit (CuFeS_2) in halkocit (Cu_2S), skupaj z malahitom (Cu_2(OH)_2CO_3), azuritom (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), bornitom (Cu_5FeS_4), kupritom (Cu_2O) in samorodnim bakrom, so razmeroma topni.

Ti bakrovi minerali se lahko izlužijo pri sobni temperaturi (25^{\circ}C). Stopnja izpiranja bakra je zelo različna in se giblje od 5 - 10 % do več kot 90 %. Na primer, malahit in azurit, ki sta bakrovo-karbonatna minerala, sta precej reaktivna v raztopinah cianida. Kemično reakcijo malahita s cianidom lahko izrazimo kot Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. To kaže, da se lahko pod delovanjem cianida baker v malahitu učinkovito raztopi.

Pri ravnanju z zlatimi koncentrati z visoko vsebnostjo bakra ima proces izluževanja med cianidacijo nekatere "klinične" simptome. Poraba cianida postane izjemno visoka. Na splošno je za raztapljanje 1 grama bakra pri različnih bakrovih mineralih potrebno porabiti 2.3–3.4 grama natrijevega cianida . Hkrati se pri raztapljanju bakra porablja tudi kisik v raztopini. Na primer, pri procesu izluževanja halkocita poteka reakcija 2Cu_2S + 8NaCN + O_2 + 2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2] + 2Na_2S + 4NaOH, ki ne porabi le velike količine cianida, temveč tudi znatno količino kisika.

Poleg tega postane učinek izpiranja razmeroma slab. Visoke vsebnosti bakra v raztopini cianida lahko zmanjšajo učinkovitost tvorbe zlato-cianidnega kompleksa. Baker tekmuje z zlatom za cianidne ione in kisik v raztopini. Posledično se poruši kemijsko ravnovesje, potrebno za učinkovito raztapljanje zlata. To vodi do zmanjšanja stopnje izpiranja zlata in lahko povzroči tudi težave pri poznejših postopkih pridobivanja zlata, kot sta cementacija cinka ali ogljik v celulozi (CIP), kar na koncu povzroči nižje stopnje pridobivanja zlata in zmanjšano kakovost izdelka.

Običajni reagenti za zaviranje izpiranja bakra

Svinčeve soli

Svinčeve soli se pogosto uporabljajo kot reagenti za zaviranje izpiranja bakra pri cianidaciji zlatih rud, ki vsebujejo baker. Pogosto uporabljene svinčeve soli vključujejo svinčev nitrat (Pb(NO_3)_2), svinčev acetat (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) in svinčev oksid (PbO).

Vzemimo za primer svinčev acetat. Raziskave so pokazale, da lahko dodajanje svinčevega acetata pred luženjem s cianidom učinkovito zavira izluževanje bakra, pospešuje izluževanje zlata in srebra ter zmanjšuje porabo natrijevega cianida . Pri določenem koncentratu zlata z vsebnostjo bakra 4.92 %, ko se pred luženjem neposredno doda 150 g/t svinčevega acetata, pod pogoji finosti mletja -0.037 mm (velikost delcev predstavlja 95 %), časa luženja 48 ur, koncentracije natrijevega cianida 0.5 %, pH 12 in koncentracije pulpe 40 %, se lahko vsebnost zlata v ostanku luženja zmanjša na 1.20 g/t, stopnja luženja zlata doseže 97.55 %, stopnja izkoristka srebra 60.28 %, poraba natrijevega cianida pa 14.37 kg/t. To jasno kaže na pozitiven učinek svinčevega acetata v tem procesu.

Zaviralni mehanizem svinčevih soli je lahko povezan s tvorbo netopnih spojin. Na primer, svinec lahko reagira s snovmi, ki vsebujejo žveplo v rudi, da nastane netopen svinčev sulfid. Ta reakcija zmanjša količino snovi, ki vsebujejo žveplo in lahko reagirajo z bakrovimi minerali, s čimer zavirajo raztapljanje bakrovih mineralov. Poleg tega lahko svinčeve soli vplivajo tudi na površinske lastnosti bakrovih mineralov, kar zmanjša njihovo reaktivnost v raztopini cianida.

Kelatna sredstva (npr. citronska kislina)

Kelatna sredstva, kot je citronska kislina, lahko prav tako igrajo vlogo pri zaviranju izpiranja bakra med cianidacijo. Sredstva za pomoč pri kelatiranju, kot je citronska kislina, delujejo z edinstvenim mehanizmom. Citronska kislina vsebuje karboksilne in hidroksilne skupine, ki lahko kelirajo s škodljivimi ioni, kot so Cu^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+} in Fe^{3+} v pulpi, da tvorijo stabilne kelate.

Na primer, karboksilna skupina v citronski kislini se lahko koordinira s kovinskimi ioni preko samih parov elektronov kisikovih atomov in tvori obroču podobno strukturo. S keliranjem teh kovinskih ionov lahko citronska kislina odpravi njihove negativne vplive na proces izpiranja s cianidacijo, kot je zmanjšanje njihove porabe kisika v raztopini. Poleg tega lahko citronska kislina zavira raztapljanje mineralov jalovine, kot so minerali, ki vsebujejo kalcij in magnezij. Lahko medsebojno deluje s površino teh mineralov gangue, spremeni njihov površinski naboj in hidrofilne – hidrofobne lastnosti, zaradi česar se težje raztopijo v raztopini cianida. To zaviranje mineralov gangue lahko tudi izboljša "učinkovit aktivni kisik" v pulpi. Ko je manjša verjetnost, da se bodo minerali jalove barve raztopili, porabijo manj kisika, več kisika pa je na voljo za cianidacijo zlata, kar je koristno za izpiranje zlata. Na splošno lahko dodatek citronske kisline pomaga ustvariti ugodnejše kemično okolje za cianidacijo zlata, zmanjšati motnje drugih kovinskih ionov in izboljšati učinkovitost ekstrakcije zlata.

Drugi (kratek uvod)

Poleg zgoraj omenjenih reagentov je lahko učinkovit način za oslabitev raztapljanja bakra tudi nadzor koncentracije cianidnih ionov. Ko je koncentracija cianidnih ionov pravilno nadzorovana v določenem območju, se lahko hitrost reakcije bakrovih mineralov s cianidom zmanjša. Na primer, za nekatere zlate rude z relativno visoko vsebnostjo lahko topnih bakrovih mineralov se lahko z ohranjanjem koncentracije prostih CN^- ionov na relativno nizki ravni (kot je 0.05 % - 0.10 %) stopnja raztapljanja bakrovih mineralov znatno upočasni, medtem ko je stopnja raztapljanja zlatih mineralov še vedno relativno visoka, tako da cianid deluje predvsem na raztapljanje zlatih mineralov.

Druga metoda je uporaba sistema amoniak - cianid. V sistemu amoniak - cianid lahko amoniak tvori komplekse z bakrovimi ioni, ki lahko do določene mere zavirajo izpiranje bakra. Vendar pa je zaradi visoke hlapnosti amoniaka težko vzdrževati stabilno koncentracijo v procesu industrijske proizvodnje, kar omejuje njegovo industrijsko uporabo v velikem obsegu. Čeprav ima ta metoda prednost zmanjšanja izluževanja bakra, je treba nadalje obravnavati izzive pri praktičnem delovanju in stroškovni učinkovitosti.

Dejavniki, ki vplivajo na učinek reagentov

Na učinkovitost reagentov, ki se uporabljajo za zaviranje izluževanja bakra med cianiranjem zlatih rud, ki vsebujejo baker, vpliva več dejavnikov, ki jih je ključnega pomena razumeti za optimizacijo procesa cianiranja.

Lastnosti rude

1. Vrsta bakrovih mineralov

1. Različni bakrovi minerali imajo različne reaktivnosti v raztopinah cianida. Na primer, bakrovo-karbonatni minerali, kot sta malahit (Cu_2(OH)_2CO_3) in azurit (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), so relativno bolj reaktivni v primerjavi z nekaterimi primarnimi sulfidnimi bakrovimi minerali, kot je halkopirit (CuFeS_2). Malahit zlahka reagira s cianidom po reakciji Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Ta visoka reaktivnost pomeni, da je pri uporabi reagentov za zaviranje izpiranja bakra morda potreben večji odmerek za rude, bogate s takimi reaktivnimi bakrovimi minerali.

2. Nasprotno ima halkopirit bolj zapleteno strukturo in zahteva več energije in specifične reakcijske pogoje za raztapljanje v raztopinah cianida. Vendar pa lahko pod določenimi pogoji še vedno prispeva k znatni porabi cianida. Razumevanje prevladujoče vrste minerala bakra v rudi je prvi korak pri določanju ustreznega reagenta in njegovega odmerka.

2. Vsebnost bakrovih mineralov

1. Višja kot je vsebnost minerala bakra v rudi, večja je možnost izpiranja bakra in temu primerna poraba cianida. Na primer, v rudi, ki vsebuje zlato, z vsebnostjo bakra 5 %, bo količina cianida, ki ga porabijo reakcije izluževanja bakra, veliko večja kot v rudi z vsebnostjo bakra 1 %. Posledično je treba sorazmerno prilagoditi reagent, potreben za zaviranje izluževanja bakra. Ruda z višjo vsebnostjo bakra lahko zahteva večjo količino svinčevih soli ali kelatnih sredstev za učinkovito zatiranje raztapljanja bakra. Raziskave so pokazale, da bo za vsak 1-odstotni porast vsebnosti lahko topnega bakra v rudi morda treba povečati porabo inhibitorja na osnovi svinčeve soli za 10–20 g/t, da se ohrani enaka raven zaviranja izpiranja bakra.

Pogoji postopka

1. Koncentracija cianida

1. Koncentracija cianida v raztopini igra dvojno vlogo pri izpiranju bakra in učinkovitosti inhibitorjev. Ko je koncentracija cianida nizka, se hitrost reakcij izpiranja bakra zmanjša. Na primer, če se koncentracija prostega cianida (CN^ -) vzdržuje pri 0.05 % - 0.10 %, se lahko stopnja raztapljanja bakrovih mineralov znatno upočasni. Če pa je koncentracija cianida prenizka, lahko to negativno vpliva tudi na hitrost izpiranja zlata.

2. Pri uporabi reagentov, kot so svinčeve soli, se lahko optimalna koncentracija cianida za njihovo učinkovitost spreminja. V nekaterih primerih je lahko potrebna nekoliko višja koncentracija cianida (okoli 0.15 % - 0.20 %), da se zagotovi, da lahko zaviralec svinčeve soli tvori netopne spojine s snovmi, ki vsebujejo žveplo, v rudi, kar učinkovito zavira izpiranje bakra. Toda če je koncentracija cianida previsoka, lahko spodbuja raztapljanje bakrovih mineralov kljub prisotnosti inhibitorjev.

2. pH vrednost

1. pH raztopine cianida je kritičen tako za izpiranje bakra kot za delovanje inhibitorjev. Na splošno se postopek cianidacije izvaja v alkalnem mediju, običajno s pH v območju od 10 do 11. V tem območju pH se ohrani stabilnost cianidnega iona in zmanjša hidroliza cianida.

2. Pri kelatnih sredstvih, kot je citronska kislina, pH raztopine vpliva na njihovo kelatno sposobnost. Citronska kislina vsebuje karboksilne in hidroksilne skupine, ki kelirajo s kovinskimi ioni. V alkalnem mediju se spodbuja disociacija teh funkcionalnih skupin, s čimer se poveča njihova sposobnost keliranja z bakrovimi ioni. Če pa je pH previsok (nad 12), lahko povzroči stranske reakcije, ki lahko zmanjšajo učinkovitost kelatnega sredstva. Na primer, v zelo alkalni raztopini lahko nekateri kompleksi kovina - kelat razpadejo in sprostijo kelirane bakrove ione nazaj v raztopino.

3. Čas luženja

1. Čas luženja lahko vpliva na stopnjo luženja bakra in učinkovitost inhibitorjev. Ko se čas luženja podaljšuje, se lahko raztopi več bakra, če ga ne zaviramo učinkovito. Na primer, pri kratkotrajnem postopku luženja (manj kot 12 ur) je lahko količina izluženega bakra razmeroma majhna in inhibitor lahko lažje nadzoruje stopnjo luženja bakra. Če pa se čas luženja podaljša na 48 ur ali več, lahko kumulativni učinek bakra - reakcije luženja postanejo pomembnejši.

2. V primeru zaviralcev svinca in soli lahko daljši čas izpiranja zahteva višji začetni odmerek zaviralca. To je zato, ker se lahko sčasoma nastale netopne spojine, ki vsebujejo svinec, postopoma porabijo ali pa se njihova učinkovitost zmanjša zaradi stalne prisotnosti reaktivnih snovi v raztopini cianida. Zato je treba pri določanju količine in vrste reagenta za uporabo pri zaviranju izpiranja bakra skrbno upoštevati čas izpiranja.

Študije primerov in praktične aplikacije

Primer 1: Uporaba svinčevih soli v rudniku zlata v Južni Afriki

Rudnik zlata v Južni Afriki je predeloval zlato, ki je vsebovalo baker, z vsebnostjo bakra približno 3 %. Pred uporabo svinčevih soli kot inhibitorja se je postopek cianidacije soočil z več izzivi. Poraba cianida je bila izjemno velika in je dosegala tudi do 15 kg/t rude, stopnja izluženosti zlata pa le okoli 80 %. Visoka vsebnost bakra v rudi je privedla do znatnega raztapljanja bakra med cianiranjem, ki ni le porabilo velike količine cianida, ampak je tudi motilo proces izpiranja zlata.

Po dodajanju svinčevega nitrata (Pb(NO_3)_2) v odmerku 200 g/t rude so opazili izjemne spremembe. Poraba cianida se je zmanjšala na 8 kg/t rude, kar je zmanjšanje za približno 47 %. Stopnja izpiranja zlata se je povečala na 90 %. Gospodarske koristi so bile pomembne. Če upoštevamo ceno cianida in vrednost dodatnega pridobljenega zlata, je rudnik prihranil približno 50 USD na tono predelane rude. Z okoljskega vidika je zmanjšana poraba cianida pomenila manjše okoljsko tveganje, povezano z uhajanjem in odlaganjem cianida. Zmanjšala se je tudi količina odpadkov, ki vsebujejo cianid, kar je ugodno vplivalo na lokalno ekološko okolje.

Primer 2: Uporaba kelatnega sredstva (citronska kislina) v rudniku zlata v Avstraliji

V avstralskem rudniku zlata je ruda vsebovala znatno količino bakrovih mineralov, predvsem halkopirita in nekaj bakrovo-karbonatnih mineralov. Začetni postopek cianiranja brez uporabe kelatnega sredstva je imel stopnjo izpiranja zlata 75 % in stopnjo izpiranja bakra 30 %. Visoka stopnja izluževanja bakra je povzročila visoko porabo cianida, okoli 12 kg/t rude.

Ko smo v proces cianiranja dodali citronsko kislino v odmerku 1 kg/t rude, se je stanje izboljšalo. Stopnja luženja bakra se je zmanjšala na 10 %, stopnja luženja zlata pa se je povečala na 85 %. Poraba cianida se je zmanjšala na 6 kg/t rude. Ekonomsko gledano so bili stroški dodajanja citronske kisline razmeroma nizki v primerjavi s prihranki pri porabi cianida in povečanim izkoristkom zlata. Rudnik je ocenil, da bi lahko povečal svoj letni dobiček za približno 300,000 dolarjev. Z okoljskega vidika je zmanjšano izpiranje bakra pomenilo manj odpadne vode, ki vsebuje baker, ki jo je bilo lažje čistiti in je imela manjši vpliv na vodne vire v okolici.

Primer 3: Uporaba novega zaviralca (MZY) v kitajskem rudniku zlata

Rudnik zlata na Kitajskem se je ukvarjal z ognjevzdržno zlato rudo, ki je vsebovala baker. Tradicionalni postopek cianiranja je imel le 70-odstotno stopnjo izpiranja zlata in visoko stopnjo izpiranja bakra, kar je povzročilo veliko porabo cianida. Po dodajanju novega inhibitorja MZY v določenem odmerku, skupaj z optimiziranimi procesnimi pogoji, vključno z dodatkom 18 kg/t apna in 1.2 kg/t natrijevega cianida, je stopnja izluževanja zlata dosegla 83 % - 84 %, stopnja izluževanja bakra pa se je zmanjšala na 4 % - 5 %.

Ta novi postopek ni le izboljšal učinkovitosti izpiranja zlata, ampak je tudi bistveno zmanjšal porabo cianida. Gospodarske koristi so bile dvojne: povečano pridobivanje zlata je dodalo večjo vrednost proizvodnji, zmanjšana poraba cianida pa je zmanjšala stroške. Z vidika varstva okolja sta manjša poraba cianida in manj odpadkov, ki vsebujejo baker, zmanjšala okoljsko obremenitev, zaradi česar je rudarstvo bolj trajnostno. Te študije primerov jasno prikazujejo praktično vrednost uporabe reagentov za zaviranje izpiranja bakra pri cianidaciji zlatih rud, ki vsebujejo baker, tako v smislu gospodarskih koristi kot varstva okolja.

zaključek

V procesu cianiranja zlatih rud, ki vsebujejo baker, izpiranje bakra ne vodi samo do visoke porabe cianida, ampak ima tudi negativen vpliv na stopnjo izpiranja zlata in kasnejše postopke pridobivanja zlata. Zato je uporaba reagentov za zaviranje izluževanja bakra velikega pomena.

Svinčeve soli, kot so svinčev nitrat, svinčev acetat in svinčev oksid, lahko učinkovito zavirajo izpiranje bakra s tvorbo netopnih spojin s snovmi, ki vsebujejo žveplo, v rudi ali spreminjanjem površinskih lastnosti bakrovih mineralov. Kelatna sredstva, kot je citronska kislina, lahko kelirajo z bakrovimi ioni in drugimi škodljivimi kovinskimi ioni, kar zmanjša njihov negativni vpliv na proces cianiranja. Poleg tega ima lahko nadzorovanje koncentracije cianida in uporaba sistema amoniak - cianid do določene mere tudi vlogo pri oslabitvi raztapljanja bakra.

Na učinkovitost teh reagentov vplivajo različni dejavniki. Lastnosti rude, vključno z vrsto in vsebnostjo bakrovih mineralov, določajo reaktivnost bakra v rudi in tako vplivajo na količino potrebnega reagenta. Procesni pogoji, kot so koncentracija cianida, vrednost pH in čas izpiranja, prav tako pomembno vplivajo na učinkovitost reagentov. Na primer, ustrezna koncentracija cianida in pH vrednost lahko zagotovita stabilnost raztopine cianida in učinkovitost reagenta, medtem ko lahko čas luženja vpliva na kumulativni učinek bakra – reakcije luženja.

Skozi študije primerov smo videli praktično uporabno vrednost teh reagentov. V Južni Afriki je uporaba svinčevega nitrata v rudniku zlata zmanjšala porabo cianida in povečala stopnjo izpiranja zlata, kar je prineslo pomembne gospodarske in okoljske prednosti. V Avstraliji je dodajanje citronske kisline v rudniku zlata učinkovito zmanjšalo izpiranje bakra in porabo cianida, hkrati pa povečalo stopnjo izpiranja zlata, kar je bilo koristno tako z gospodarskega kot okoljskega vidika. V kitajskem rudniku zlata je uporaba novega zaviralca MZY skupaj z optimiziranimi procesnimi pogoji izboljšala učinkovitost luženja zlata in zmanjšala stopnjo luženja bakra ter dosegla dobre ekonomske in okoljske rezultate.

Na splošno je treba pri cianiranju bakrenih zlatih rud celovito upoštevati značilnosti rude in zahteve postopka ter izbrati ustrezen reagent in pogoje delovanja. Prihodnje raziskave se lahko osredotočijo na nadaljnje raziskovanje učinkovitejših in okolju prijaznejših reagentov ter optimizacijo kombinacije reagentov in procesnih parametrov za doseganje učinkovitejših, gospodarnejših in okoljsko trajnostnih postopkov pridobivanja zlata.