Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭКСТРАКЦИИ ЗОЛОТА В РАСПЛАВЛЕННЫЙ СВИНЕЦ

Олейникова Н.В. Чекушин В.С.
Основными источниками производства золота в мире являются коренные руды и россыпи. Руды разделяют на окисленные, смешанные и сульфидные, и, соответственно, разработаны технологические приемы извлечения золота. Окисленные руды эффективно перерабатывают гидрометаллургическими методами. Смешанные и сульфидные - с использованием обогатительных приемов. Продукты металлургической переработки соответствуют по содержанию благородных металлов требованиям аффинажного производства. Что касается гравитационных и флотационных концентратов, то, как по содержанию золота и серебра, так и сопутствующих примесей, они не удовлетворяют этим требованиям. Как правило, данные продукты подвергают металлургической доводке до соответствующей кондиции.

Следует отметить, что из гравитационных и флотационных продуктов получают 20 - 25 % золота и серебра от общего объема производства.

Современные технологии доводки рудных концентратов используют два направления: гидрометаллургическое, связанное с выщелачиванием золота в водные растворы реагентов в совокупности с комплексом подготовительных операций, а также растворение золота и серебра в расплавленных металлах (меди, никеле, свинце и др.), также в совокупности с подготовительными операциями.

Опыт использования указанных приемов и технологий позволяет утверждать, что наиболее предпочтительным является применение пирометаллургических процессов экстракции золота и серебра в металлический коллектор. Подтверждением тому широко используемый в мире метод доводки рудных продуктов по технологии медного завода, а также известный в металлургической и аналитической практике прием экстракции (коллектирования) благородных металлов в расплавленном свинце.

Характерно, что все экстракционные процессы в системе металл - металл, осуществляются в интервале температур 1250 - 1450 °С, при сравнительно постоянной поверхности контакта взаимодействующих фаз с использованием конвективного переноса вещества, в том числе из одной фазы в другую.

В задачу исследований входило совершенствование экстракционной системы металл - металл с целью извлечения золота в расплавленный свинец в условиях сравнительно низких температур, совмещение экстракции с процессом разложения золотоносных минералов, обеспечение высоких скоростей осуществления операции за счет направленного регулирования величины поверхности контакта фаз.

Решение поставленной задачи базируется на выполненных кинетических исследованиях экстракции компактных благородных металлах в расплаве свинца в интервале температур 350 - 550 °С, свидетельствующих о существенных скоростях растворения их, лимитируемых химической кинетикой. В соответствии с данными ряда авторов в системе свинец - золото, существует два интерметаллида. Для низкотемпературной области характерно накапливание в свинце соединения AuPb2, обладающего значительной растворимостью в свинце. При температуре 500 °С, содержание золота в свинце может достигать 40 %. Аналогично, по-видимому, ведет себя серебро, однако растворимость его в свинцовом сплаве при указанной температуре не превышает 15 %.

Из-за трудности использования в технологической практике двухфазной системы концентрат - расплавленный свинец, нами было предложено ввести в качестве дополнительной среды легкоплавкую каустическую соду, обеспечивающую выполнение двух функций: шлаковой покрыши для расплавленного свинца и реакционной среды для разложения ряда золотоносных минералов.

Термодинамический анализ возможных взаимодействий расплава щелочи с минеральными составляющими руды, и, в том числе, с золотоносными пиритом, арсенопиритом и пирротином по схемам обменного и окислительного разложения подтвердил высокую вероятность протекания реакций. Кинетические исследования разложения монофракций сульфидных минералов в щелочных расплавах проводили в интервале температур 400 - 600 °С, при различной интенсивности перемешивания фаз. Процесс разложения арсенопирита и пирита при температуре системы 600 °С завершается через 10 - 15 мин перемешивания фаз. В свою очередь для пирротина, он растянут во времени и завершается через 30 - 35 мин. Константы скорости, разложения сульфидов, рассчитанные по уравнению первого порядка для различных сульфидов, в значительно степени различаются. Однако впервые установлен факт изменения их во времени. Нами высказано предположение о существенном влиянии на скорость процесса покровообразований гидроксидной природы на поверхности разлагаемых сульфидов. Последнее подтверждается соответствующими значениями величин кажущейся энергии активации.

В качестве объектов исследований экстракции золота в расплавленный свинец из рудных продуктов были выделены концентраты гравитационного и флотационного обогащения принципиально отличающиеся минералогией, крупностью и содержанием в них золота. В частности, гравийные продукты характеризуются различным суммарным содержанием сульфидов, изменяющимся от 0 до 35 %. Меняется содержание диоксида кремния, окиси алюминия, а также золота и серебра. В свою очередь, флотационные концентраты характеризуются определенной полиметальностью с высоким содержанием сульфидных минералов, в том числе и мышьяковых. Содержание пирита в этих материалах достигает 60 %. В отличие от гравитационных, флотопродукты характеризуются пониженным содержанием извлекаемых металлов.

Опыты проводили в интервале температур 450 - 6500С, с регулированием интенсивности перемешивания фаз, и использованием материалов примерно одинаковой и различной крупности, при этом визуально контролировали вязкость шлакового продукта. Содержание золота в шлаке и свинцовом сплаве анализировали пробирным методом с весовым и атомно-абсорбционным окончанием. Средние значения результатов анализов 2 - 5 параллельных опытов использовали в обсуждении.

В исследуемой экстракционной системе обеспечивается достижение глубокого извлечения золота из всех типов гравитационных материалов. При этом в зависимости от минералогического состава сырья, меняется скорость достижения требуемого извлечения. Характер зависимостей позволяет разделить динамические кривые формально на три области. Первая область примерно постоянных скоростей, вторая область постоянно меняющейся скорости, третья область постоянной скорости. В первой области, по-видимому, происходит экстракция свободного золота, во второй - золота в сростках и ассоциированного с сульфидами, а также характеризующегося наличием природных и вновь образованных покровов из продуктов разложения минералов. Третья область характеризуется экстракцией тонкодисперсных частиц золота, забронированных покровами. С учетом сказанного, важнейшее значение имеет определение факторов, обеспечивающих либо увеличение скоростей экстракции во второй и третьей областях, либо уменьшения ширины области с точки зрения содержания извлекаемого металла. Важным фактором ускорения экстракции золота из ряда гравитационных концентратов, является как повышение температуры, так и интенсивности перемешивания. Как и в случае разложения сульфидных минералов, наблюдается соответствующее изменение величин констант скорости экстракции золота в области 2. Объяснением тому является реальное существование покровов на поверхности растворяемых золотых частиц.

Таким образом, наиболее легко экстрагируется золото, частицы которого в меньшей степени связаны с минералами-носителями и не имеющее покровов на своей поверхности.

Экстракция золота из флотационных концентратов характеризуется большими сложностями. Глубокое извлечение золота из фабричных Саралинского и Артемовского концентратов обеспечивается через три часа перемешивания фаз и температуре 600 °С. Интенсификация процесса при экстракции золота из Саралинского и Артемовского переобогащенных концентратов обеспечивается при температуре 600 °С и активном перемешивании фаз (1350об/мин). При этом для обоих концентратов процесс заканчивается примерно через 20 мин. Затруднения, возникающие при экстракции обусловлены сравнительно низким содержанием в материалах свободного золота, тесной ассоциацией тонкого и супертонкого золота с пиритом и пирротином. Повышение температуры на 100 °С обеспечило приращение констант скоростей экстракции золота из фабричного Саралинского концентрата примерно в 3 раза, Саралинского переобогащенного - примерно в 10 раз, и Артемовского переобогащенного - примерно в 1,5 раза. В свою очередь, повышение интенсивности перемешивания способствовало изменению механизма осуществления процесса.

Необходимость механического разрушения пленок новообразований на поверхности золотин является важным фактором глубокого извлечения металла в ограниченные промежутки времени.

Исследования на различных типах материалов позволили сделать ряд выводов о механизме протекающих процессов, суть которых состоит в следующем:

- скорость образования интерметаллидов AuPb2 не лимитирует процесса;

- скорость разложения минералов-носителей также не лимитирует процесса;

- скорость сольватации растворяемых частиц золота расплавленным свинцом также весьма высока;

- лимитирующим фактором скорости протекания процесса является состояние поверхности растворяемого металла.

Исследовано влияние расхода щелочи на физические свойства шлаковых расплавов и установлено, что, в зависимости от минералогического состава, меняется оптимальное отношение щелочь:концентрат, составляющее (2,5 - 3):1.

Анализ щелочнорастворимой части шлаковых расплавов показал присутствие кремния и алюминия. В целях уменьшение негативного влияния последних на вязкость шлака, в состав шихты вводили гашеную известь. Однако следует отметить, что вводимая известь оказывает отрицательное влияние на скорость извлечения золота, которое можно эффективно ликвидировать повышая скорость перемешивания.

Результаты проведенных исследований на ряде гравитационных и флотационных концентратов свидетельствуют, прежде всего, о достижении высокого извлечения и возможности получения свинцовых сплавов, содержащих до 10 % суммы благородных металлов. Кроме того подтверждена эффективность экстракции не только золота, но и серебра.

Рассмотрены вопросы переработки шлаковых систем с регенерацией щелочи и возвратом последней в процесс, а также подробно изучены вопросы переработки золотосодержащих свинцовых сплавов. При этом, рассмотрена возможность использования цинкования с целью выделения пены интерметаллидов, а также окислительной переработки сплавов. Суть процесса состоит в том, что сплав под слоем щелочи подвергается выкручиванию в определенном интервале температур с подачей в расплав кислорода или воздуха. Установлено, что наиболее приемлемыми условиями ведения процесса являются температура 600 - 620 °С при скорости перемешивания примерно 750 об/мин, барботирование в расплав воздуха или кислорода при исключении перемешивания свинцового сплава.

Проведены кинетические исследования процесса и определено, что окислительные реакции протекают в диффузионной области. Найдено, что окислительное обогащение свинцового сплава целесообразно проводить до содержания суммы благородных металлов 65 - 70 %, так как дальнейшее обогащение сопряжено с возрастанием механических потерь последних.

Проведенные исследования позволили разработать технологическую схему процесса, включающую подготовку концентрата к экстракции, экстракцию благородных металлов в расплавленный свинец, переработку шлакового продукта с регенерацией 80 % щелочи от подаваемой, окислительное обогащение свинцового сплава с возвратом свинца в экстракционный процесс и гидрометаллургической доводкой спека благородных металлов с получением золотого и серебряного концентратов. По данной технологии выполнены модельные испытания полностью подтвердившие эффективность проведенных исследований и предложенной технологии.

Выполненные технико-экономические расчеты свидетельствуют о целесообразности вовлечения в переработку концентратов с содержанием золота не менее 250г/т.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования РФ


Библиографическая ссылка

Олейникова Н.В., Чекушин В.С. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭКСТРАКЦИИ ЗОЛОТА В РАСПЛАВЛЕННЫЙ СВИНЕЦ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 3. – С. 64-66;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=22441 (дата обращения: 17.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252