Сборник научных трудов ДонНТУ - 2012. Серия: металлургия
  Публикация №10

Исследование процесса выщелачивания золотосодержащих руд в реакторе конусного типа

И.Ф. ЧЕРВОНЫЙ*(д-р техн.наук, проф.), Р.Н. ВОЛЯР*(канд.техн.наук), В.В. ХОМУТОВ**(канд.техн.наук), И.В. ХОМУТОВ*, В.Н. БРЕДИХИН***(канд.техн.наук, ст.науч.сотр.), Н.А. МАНЯК***(д-р техн.наук, проф.)
* Запорожская государственная инженерная академия, Запорожье
** ООО «Донецкий кряж», Донецк
***Донецкий национальный технический университет, Донецк

УДК 669.21/23

Рассмотрена возможность извлечения тонкого золота из золотосодержащих руд месторождений Украины при выщелачивании их в реакторах конусного типа. Использование реактора конусного типа, для выщелачивании золота содержащего крупные частицы, позволяет избежать потери металла в виде не растворившихся частиц.Это позволит сосредоточить наиболее медленно растворяющиеся частицы золота в зоне самого мощного динамического потока выщелачивающего раствора расположенной в вершине конуса реактора.Установлены оптимальные параметры процесса выщелачивания золота в раствор в реакторе конусного типа: массовое соотношение жидкой и твёрдой фаз должно соответствовать 2:1, концентрация цианида в выщелачиваемом растворе на уровне 1,5 г/л, время процесса выщелачивания около 12 часов, разгрузка пульпы от выщелачивания с остатком около 20% материала в вершине конуса на повторный цикл переработки. Применение указанных параметров процесса выщелачивания позволяет извлекать золото в раствор на уровне 97 %.

Ключевые слова: золото, шлих, концентрат, выщелачивание, цианистый раствор, конусный реактор.

Введение

В последние годы происходит значительное увеличение добычи благородных металлов, в частности золота. Это связано с тем, что золото является основным банковским металлом и является валютным резервом многих стран. Особенно актуальным этот вопрос является из-за нестабильности конвертируемых мировых валют, падением цен на ценные бумаги и последствий мирового финансового кризиса.

Золото в природе встречается, в основном, в самородном состоянии, главным образом в виде мелких зёрен, вкрапленных в кварц или содержащихся в кварцевом песке. В небольших количествах золото встречается в сульфидных рудах железа, свинца и меди. Кларк золота составляет 5x10-7 [1]. За все время существования человечества было добыто около 161 тысячи тонн золота (оценка на 2011 год) [2]. Динамика мирового производства золота представлена на рисунке 1.

Динамика мирового производства золота

Рисунок 1 – Динамика мирового производства золота.

Мировой объем производства золота в 2010 году, согласно данным World Gold Council, составил 2659 тонн. Крупнейшие страны-производители золота в 2010 году приведены на рисунке 2.

Крупнейшие производители золота

Рисунок 2 – Крупнейшие производители золота.

В наши дни основным потребителем золота является ювелирная, электронная и другие отрасли промышленности, рисунок 3.

Структура потребления золота в мире в 2010 году

Рисунок 3 – Структура потребления золота в мире в 2010 году.

Прогнозные запасы золота в Украине весьма и весьма значительны. По некоторым оценкам они превышают 3000 т. Подавляющее количество золота содержится в рудах. Интерес, как источники добычи золота, могут также представлять россыпные месторождения и отвальные продукты некоторых действующих предприятий [3]. На рисунке 4 и в таблице 1 приведены разведанные и частично разведанные рудные месторождения золота Украины.

Месторождения золота и рудопроявлений золота и платиноидов на территории Украины

Рисунок 4 – Месторождения золота и рудопроявлений золота и платиноидов на территории Украины.

Таблица 1 – Рудные месторождения золота на территории Украины.

Рудные месторождения золота на территории Украины

В настоящее время самым распространённым процессом извлечения золота из руд и концентратов является цианирование. В основе этого процесса лежит селективное выщелачивание золота или другого благородного металла водными растворами щелочных цианидов: натрия, калия или кальция. Полученный раствор, содержащий растворенное золото, отправляют на переработку различными методами для получения товарного продукта высокого качества в виде сплава Доре в слитках. Полученный сплав отправляют на аффинажный завод для производства золота необходимой степени чистоты [4].

Цель работы

Целью работы является установить оптимальные параметры процесса выщелачивания в реакторе конусного типа для максимального извлечением золота в раствор.

Основная часть исследований

Исследования по определению оптимальных параметров процесса выщелачивания в реакторе конусного типа, проводили с использованием золотосодержащего сырья: концентраты и шлихи различного состава (окисленное, сульфидное, золото-мышьяковистое). Золото, которое содержится в сырье, обладает следующими свойствами:

  • золото в гравитационных концентратах (шлих) содержится в свободном состоянии в виде частиц металла различной крупности и формы;
  • повышение содержания золота в гравитационном концентрате при его получении из одного вида сырья, при прочих равных условиях, обусловлено увеличением доли содержания крупных частиц свободного металла и сопровождается потерями мелкого золота;
  • ассоциированное с минералами золото в гравитационных концентратах имеет доступ и, при создании определённых условий, может быть переведено в раствор без дополнительного механического, химического или термического вскрытия.

Рассмотренные выше физические характеристики золота, которые затрудняют его выщелачивания из концентратов цианистыми или другими растворами, в традиционных аппаратах, при изменении технологических режимов могут быть использованы для интенсификации его растворения.

При проведении исследований по интенсификации процесса выщелачивания использовался способ “кипящего слоя” с изменяющейся скоростью восходящего потока выщелачивающих растворов в конусном реакторе с вершиной, направленной вниз (см. рис. 5).

Установка выщелачивания концентратов

Рисунок 5 – Установка выщелачивания концентратов: 1 – реактор конусного типа; 2 – бак; 3 – насос.

В таком реакторе конусного типа, изменяющийся по скорости, восходящий поток растворов обеспечивает разрыхление концентрата, сегрегацию частиц золота по крупности с размещением наиболее крупных частиц золота в вершине конуса, где наблюдаются самые высокие скорости потока растворов и, следовательно, наиболее интенсивное перемешивание. Для увеличения извлечения золота вместо традиционных насосов подающих раствор в реактор использовали аппараты интенсифицирующие растворение золота ультразвуком: роторно-турбулизационные или роторно-пульсационные.

Для извлечения золота в раствор на уровне 90…99 % необходимо подобрать оптимальные параметры процесса выщелачивания: массовое соотношение жидкой и твёрдой фаз, концентрация реагентов, время выщелачивания, разгрузка пульпы от выщелачивания с остатком материала в вершине конуса на повторный цикл переработки.

Как указано выше крупные частицы золота, содержащиеся в гравитационных концентратах, при цианировании оседают на дне аппарата из-за сложности в поддержании указанных частиц во взвешенном состоянии, что приводит к снижению извлечения золота в раствор.

Для более полного извлечения золота и оптимального перешивания раствора в аппарате цианирования проводили исследования по определению массового соотношения жидкой и твёрдой фаз.

Повышение соотношения жидкой и твёрдой фаз (Ж:Т) в реакторе от 0,5:1 до 2:1 приводит к увеличению извлечения золота в раствор с 85 до 92 %. Дальнейшее разбавление пульпы Ж:Т до 4:1 даёт небольшой прирост извлечения золота в раствор на 1%, до 93 %, что не оказывает существенного влияния на процесс выщелачивания. Зависимость извлечения золота в раствор при выщелачивании от массового соотношения жидкой и твёрдой фаз (Ж:Т) показано на рисунке 6.

Зависимость извлечения золота в раствор от массового соотношения жидкой и твёрдой фаз

Рисунок 6 – Зависимость извлечения золота в раствор от массового соотношения жидкой и твёрдой фаз (концентрация: NaCN – 1 г/л, СaO – 0,25 г/л, время выщелачивания – 12 часов).

Проведённые исследования позволили установить оптимальное массовое соотношение жидкой и твёрдой фаз в реакторе равное 2:1, что увеличивает извлечение золота в раствор до 92 %. Это можно объяснить тем, что разжижение пульпы до указанного соотношения заметно снижает вязкость пульпы. Это в свою очередь положительно влияет на интенсивность еёперемешивания и поддержание тяжёлых частиц во взвешенном состоянии и на скорость диффузионных процессов внутри системы «жидкое-твёрдое».

Помимо определения оптимального соотношения жидкой и твёрдой фаз для более полного извлечения золота необходимо подавать в реактор для выщелачивания заданное количество с необходимой концентрацией цианида в растворе. При малой концентрации цианида в растворе процесс выщелачивания и извлечения в раствор золота будет проходить не полностью или затягивать процесс во времени, что экономически не целесообразно.

Если увеличить концентрацию цианида в выщелачиваемом растворе извлечение золота увеличивается, но при этом возрастает цена реагентов и регенерации отработанных растворов, а так же вопрос загрязнения окружающей среды.

Исследования по определению оптимальной концентрации цианидов в выщелачиваемом растворе проводили, с изменением концентрации цианидов от 0,1 до 5 г/л при соотношении жидкой и твёрдой фаз в реакторе равном 2:1. Повышение концентрации цианида в выщелачиваемом растворе от 0,1 до 1,5 г/л приводит к резкому увеличению извлечения золота в раствор с 20 до 92 %. Дальнейшее повышение концентрации цианида в растворе до 5 г/л приводит к незначительному увеличению извлечения золота в раствор на 1…2 %, т.е. до 93…94 %, рисунок 7.

Зависимость извлечения золота в раствор от концентрации цианида

Рисунок 7 – Зависимость извлечения золота в раствор от концентрации цианида, (время выщелачивания – 12 часов, Ж:Т = 2:1, СаО – 0,25 г/л).

Экспериментально полученную оптимальную концентрацию цианида в растворе на уровне 1,5 г/л можно объяснить тем, что в процессе выщелачивания золота, обязательным условием протекания реакции растворения является наличие кислорода в растворе. Известно, что растворимость кислорода в цианистых растворах не превышает 7…8,5 мг/л [3], то очевидно, что весь кислород, находящийся в растворе, который подводится к растворяющейся частице золота, будет полностью расходоваться при реакции растворения. Дальнейшее повышение концентрации цианида в растворе существенного влияния не оказывает.

Продолжительность процесса выщелачивания, сказывается на производительности реактора.

Длительное пребывание пульпы в реакторе снижает его производительность, а ограниченное по время пребывание пульпы в реакторе приводит к снижению извлечения золота в раствор и снижению технико-экономических показателей работы реактора.В связи с этим после определения оптимальных параметров, массового соотношения жидкой и твёрдой фаз и концентрации цианида в растворе, проводили исследования по извлечению золота в раствор от времени процесса выщелачивания в реакторе конусного типа.

При продолжительности выщелачивания концентрата в интервале от 2 до 12 часов извлечение золота в раствор увеличивается с 60 до 95 %, дальнейшее продолжение выщелачивания до 24 часов существенного увеличения извлечения в раствор не наблюдается. При продолжительности выщелачивания 24 часа извлечение золота составляет около 98 %, что является достаточным для полного извлечения золота в раствор. Результаты исследований по изучению извлечения золота в раствор от времени выщелачивания представлены на рисунке 8.

Зависимость извлечения золота в раствор от времени выщелачивания

Рисунок 8 – Зависимость извлечения золота в раствор от времени выщелачивания (концентрация: NaCN – 1 г/л, СаО – 0,25 г/л, Ж:Т = 2:1).

Как отмечалось выше, крупные частицы золота при выщелачивании не успевают полностью растворяться и переходить в раствор, накапливаясь в нижней конусной части реактора. После окончания процесса выщелачивания пульпа полностью извлекается из реактора и отправляется в отвал. Для наиболее полного извлечения золота в раствор, проводили исследования с возвращением до 30% пульпы, которая остаётся в реакторе в вершине конуса, на повторный цикл выщелачивания.

Исследования показали, что извлечение золота в раствор существенно увеличивается с 82 до 97 %, при увеличении до 20 % остатков в конусе повторно перерабатываемого материала.

Результаты исследования извлечения золота от массы материала, оставляемого в вершине конуса реактора на повторный цикл выщелачивания показаны на рисунке 9.

Зависимость извлечения золота от массы материала, оставляемого в вершине конуса на повторный цикл выщелачивания

Рисунок 9 – Зависимость извлечения золота от массы материала, оставляемого в вершине конуса на повторный цикл выщелачивания (концентрация: NaCN – 1 г/л, СаО – 0,25 г/, Ж:Т = 2:1, время – 12 часов).

Это подтверждает, что крупные частицы золота при выщелачивании находятся в нижней части реактора у вершины конуса, где наблюдаются наиболее мощные потоки выщелачивающего раствора, которые способствуют интенсификации диффузионных процессов.

Выводы

Использование реактора конусного типа для выщелачивания золота содержащего крупные частицы позволяет избежать потерь металла в виде не растворившихся частиц. Сосредоточить наиболее медленно растворяющиеся частицы золота в зоне самого динамического потока выщелачивающего раствора расположенной в вершине конуса реактора. Выполненные исследования позволили установить оптимальные параметры процесса выщелачивания золота в раствор в реакторе конусного типа. Массовое соотношение жидкой и твёрдой фаз должно соответствовать 2:1, концентрация цианида в выщелачиваемом растворе на уровне 1,5 г/л, время процесса выщелачивания около 12 часов, разгрузка пульпы от выщелачивания с остатком около 20% материала в вершине конуса на повторный цикл переработки. Применение указанных параметров процесса выщелачивания позволяет извлекать золото в раствор на уровне 97 %.

  • 1. Золотодобыча [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.goldomania.ru/menu_024.html– 25.11.2011. - Заголовок с экрана.
  • 2. Рынок золота в 2010 году [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.polyusgold.com/reportes/index-12.htm – 25.11.2011. – Заголовок с экрана.
  • 3. Единственное украинское золотодобывающее предприятие объявили банкротом и лишили лицензии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://revisor.od.ua/news/Edinstvennoe_v_Ukraine_predpriyatie_kotoroe_doby– 25.11.2011. – Заголовок с экрана.
  • 4. Гравитационное обогащение, цианирование и флотация золотосодержащих руд: ч.3. / Лодейщиков В.В., гл. научный сотрудник ОАО «Иргиредмет», д.т.н., профессор [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zolotodb.ru/news/10443 – 23.12.2011. – Заголовок с экрана.
  Публикация №10
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ