Способ извлечения в раствор золота и серебра гидрохлорированием и кавитационным диспергированием

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано в технологии извлечения золота и серебра из горно-рудной массы, рудных концентратов и полуфабрикатов, хвостов обогатительных фабрик, а также в качестве альтернативного технологического процесса цианирования. Руду измельчают в кавитационных диспергаторах до необходимой консистенции, при одновременном гидрохлорировании в растворе хлорида натрия и белильной извести, с использованием кавитационных эффектов: разогревом пульпы, образованием перекиси водорода, ударных волн, разрушающих труднорастворимые пленки окислов на поверхностях извлекаемых металлов. Твердую фракцию отделяют от золото- и серебросодержащих растворов отстоем на водонепроницаемой площадке первичного отстойника. После первичного отстоя раствор сливают во вторичный отстойник для осветления, а твердую фракцию подвергают вакуумному осушению. После осушения и обезвреживания песчано-илистую смесь твердой фракции разгружают в отвал. Способ позволяет сократить время извлечения металлов и повысить рентабельность переработки руд с малыми балансовыми запасами. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано в технологии извлечения золота и серебра из горно-рудной массы, рудных концентратов и полуфабрикатов, хвостов обогатительных фабрик, а также в качестве альтернативного технологического процесса цианирования с целью сокращения сроков извлечения металлов и рентабельной переработки руд с малыми балансовыми запасами.

Большинство способов извлечения золота и серебра из руд включает стадию перевода благородных металлов в раствор. Основным способом извлечения золота и серебра является цианирование, способ, основанный на избирательности растворения металлов слабой концентрацией раствора (0,03-0,3%) цианида.

В основе теории процессов цианирования лежат закономерности кинетики растворения на неоднородной поверхности (при катодной деполяризации кислородом) и диффузного растворения металлов (при одновременной диффузии цианида и кислорода), учитывающие закономерности взаимодействия реагентов с минералами.

Однако золото и серебро способно растворяться под действием кислорода воздуха не только в водных растворах цианидов, но и в водных растворах хлороидов, бромидов, одидов: использованию этих процессов в практике препятствует неблагоприятная кинетика. Однако скорость растворения существенно зависит от природы окислителя. Благоприятную кинетику имеет процесс растворения золота и серебра под действием хлора в водных растворах хлоридов.

Скорость растворения золота и серебра в растворах хлора значительно выше, чем в цианидах, а добавки галогенид-ионов еще больше увеличивают ее.

Известен способ извлечения в раствор соединений платиновых металлов, золота и серебра патент России RU 2154684, согласно которому исходное сырье выдерживают в атмосфере инертного газа (азот или аргон) при температуре 650-1000С^o в течение 5-20 мин. Затем исходное сырье охлаждают в инертной атмосфере, при этом происходит диссоциация оксидов металлов платиновой группы, содержащихся в сырье, до металлов (платина, палладий, радий, иридий). Проводят гидрохлорирование соляной кислотой и хлором в присутствии нитрат-иона в количестве (0,01-3,0%) от объема раствора.

Недостатками известного способа извлечения золота и серебра являются: - отсутствие возможности в экспедиционных условиях рентабельно перерабатывать золото- и серебросодержащие руды без нанесения при этом ущерба окружающей среде; высокая токсичность хлора, требующая сложного аппаратурного оформления процесса и безопасного в работе, а также дорогостоящей системы безопасности для обслуживающего персонала.

Названный способ извлечения в раствор золота и серебра гидрохлорированием является наиболее близким заявленному, способу гидрохлорирования и кавитационного диспергирования, однако традиционный технологический процесс, легко осуществляемый в заводских условиях при аффинаже, непригоден для извлечения золота и серебра в экспедиционных условиях.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа извлечения в раствор из руды золота и серебра, техническим результатом которого было бы ускорение процесса гидрохлорирования без высокотемпературного нагрева и выдержки в среде инертных газов, исключения из технологического процесса токсичного извлечения благородных металлов.

Технический результат достигается способом извлечения золота и серебра из руды в раствор, включающим гидрохлорирование, отделение твердой фракции от золото и серебросодержащих растворов, осветление растворов, восстановление золота и серебра из растворов, согласно изобретению гидрохлорирование проводят при кавитационном диспергировании руды, а отделение твердой фракции от раствора осуществляют отстоем на водонепроницаемой площадке. При этом кавитационное диспергирование ведут при измельчении руды до необходимой песчано-илистой фракции при одновременном гидрохлорировании в растворе хлористого натрия и хлорной извести, а также тем, что после отстоя и слива раствора песчано-илистую смесь подвергают вакуумному осушению.

а) Данный способ включает гидрохлорирование в цикле измельчения руды кавитационными диспергаторами, позволяющими проводить тонкодисперсное до (5-10 мкм) измельчение в струе растворов гидрохлоридов, а также использовать другие кавитационные эффекты.

б) Использование дешевых и доступных окислителей в хлорно-хлоридной среде, где хлор является не только окислителем, но и комплексообразователем (например, NaCl > 2,0 моль (Л), а также хлорирующего реагента (например, белильной извести Са(ОСl)₂), имеющего существенные технологические преимущества: реагент дешевле чем хлор, менее токсичен и безопасен в работе, менее агрессивен, что упрощает аппаратурное оформление технологического процесса.

в) Дренажные площадки первичного отстойника, предназначенные для разделения пульпы на золото- и серебросодержащие растворы и песчано-илистую фракцию, оборудуются установками для вакуумного удаления жидкости и осушения песчано-илистой фракции.

Сущность изобретения заключается в том, что весь объем пульпы, пропитанный хлор-ионами NaCl и реагентом (белильной известью) Са(ОСl)₂, направляется в замкнутый цикл кавитационного диспергирования для измельчения, разогрева пульпы и продолжения гидрохлорирования с последующей выгрузкой на водонепроницаемую дренажную площадку. На дренажной площадке завершаются реакции образования комплексных соединений золота и серебра.

Известно, что кавитация в жидкости наступает тем раньше, чем больше жидкость загрязнена твердыми частицами. Это обусловлено тем, что на поверхности твердых частиц адсорбируется тонкий слой воздуха, частицы которого при попадании в зону пониженного давления служат очагами, способствующими возникновению кавитации. Кавитационные пузырьки, возникающие на поверхностях диспергируемых материалов, при движении обрабатываемой пульпы деформируются. При конденсации деформированных кавитационных пузырьков возникают кумулятивные струйки, обеспечивающие интенсивное диспергирование пульпы.

Давления, возникающие в точках исчезновения кавитационных пузырьков, порождают в пульпе ударные волны. В зоне кавитации возникает и захлопывается огромное количество пузырьков. Поэтому одна и та же поверхность или частица твердого тела испытывает многократно повторяющиеся импульсы механического напряжения, которые приводят к усталости и последующему разрушению этих частиц или пленок из труднорастворимых соединений (например, AgCl), образуемых на поверхностях извлекаемых металлов.

Известно, что при кавитационном воздействии на воду в ней образуется перекись водорода.

В системах, содержащих хлор-ионы, возможно окисление (например) золота и его перевод в раствор в виде комплексов АuСl₂ ^- и AuCl₄ ^- не только с помощью таких сильных окислителей, как активный хлор или Н₂О₂, но и атомарным или молекулярным кислородом.

К достоинствам гидрохлорирования золота и серебра относится высокая химическая активность хлора, значительно большая растворимость его в воде по сравнению с кислородом. Это обеспечивает большие скорости процесса хлоринации по сравнению со скоростями цианирования.

Так, например, если при 25^oС и концентрации хлора в растворе 0,02 моль/л скорость растворения золота составляет 73 мГ/мс²•ч, то при цианировании она не превышает 1,7-5,7 мГ/см²•ч.

Хотя при использовании в качестве хлорирующего реагента белильной извести Са(ОСl)₂ скорость растворения снижается в 2,5-4,0 раза вследствие образования поверхностных пленок, содержащих соединения кальция. Однако в результате комплексного воздействия окислителей хлор-ионов, перекиси водорода, ударных волн от кавитационного воздействия, разрушающих частицы руды и пленки нерастворимых соединений, абразивного воздействия песковой фракции на поверхности извлекаемых металлов, способствующих увеличению скорости растворения металлов до (90-95%) в 1 мин.

Для одновременного извлечения золота и серебра необходимо гидрохлорирование проводить в присутствии тиомочевины СS(NН₂)₂.

Пульпа, покидающая кавитационные диспергаторы и имеющая высокую температуру, направляется на дренажную площадку для отстоя на загущенный осадок и осветленный раствор. Раствор после отстоя сливается во вторичный отстойник или емкость для окончательного осветления, а загущенный осадок, состоящий из песчано-илистой смеси, подвергается вакуумному осушению. В процессе вакуумирования золото- и серебросодержащий раствор через отсасывающий мат направляется в водокольцевой вакуумный насос, а затем во вторичный отстойник.

Осушенная песчано-илистая масса с остатками раствора и нерастворимых соединений после нейтрализации направляется в отвал.

Осветленный раствор направляется на восстановление золота и серебра, содержащихся в хлоридных растворах. Стандартные окислительные потенциалы Е^o при 25^oС золота и серебра в хлоридных растворах достаточно высоки (от 0,8 до 1,0 В), поэтому из хлоридных растворов золото и серебро легко восстанавливается многими восстановителями: щавелевой кислотой, муравьиной кислотой, хлоридом олова, оксидом углерода, диоксидом серы и т.п.

Например: 2[AuCl4]^-+3Н₂С₂O₄=2Аu+6СO₂+8Сl^-+6H⁺; 4[AuCl₄]^-+3С+6Н₂О=4Au+3CO₂+16Сl^-+12Н⁺; 2[AuCl₄]^-+3SO₂+6Н₂О=2Au+3SO4^2-+8Cl^-+12H⁺; и т.п.

Следовательно, извлечение золота и серебра из получаемых растворов от гидрохлорирования может быть получено такими простыми реакциями. После отделения золота и серебра раствор с содержащимися в нем компонентами после небольшого корректирования концентраций NaCl и Са(OСl)₂ направляется для оборотного использования.

Фактически получаемые в результате реакций восстановления золота и серебра элементы Сl^- и Н⁺ являются диссоциированными атомами соляной кислоты НСl, которая, подкисляя раствор, увеличивает положительный эффект растворения золота и серебра. Вторым положительным эффектом подкисления раствора НСl является перевод труднорастворимого соединения серебра AgCl, образуемого в начальной стадии AgCl₂, которое легко растворяется в воде.

Предложенный способ гидрохлорирования включает следующие известные признаки: - гидрохлорирование происходит в замкнутом цикле кавитационного диспергирования с тонкодисперсным измельчением и разогревом пульпы, завершается гидрохлорирование на дренажной площадке в процессе остывания и расслоения пульпы; - отделение песчано-илистой фракции от золото- и серебросодержащих растворов отстоем и вакуумированием; - осветление растворов вторичным отстоем;
- извлечение золота и серебра из осветленных растворов восстановителями: щавелевой кислотой, муравьиной кислотой, хлоридом олова, оксидом углерода, диоксидом серы и т.п. с последующим отделением восстановленных металлов;
- направление твердой фракции, оставшейся после осушения от золото- и серебросодержащих растворов в отвал после нейтрализации;
- направление обеззолоченных и обессеребряных растворов хлоридов на корректировку и оборотное использование.

Недостатками данного способа являются:
потребность для отделения твердой фракции от золото- и серебросодержащих растворов двух отстойников;
наличие достаточно трудоемкого процесса вакуумирования для более полного осушения твердой фракции от золото- и серебросодержащих растворов.

Названные недостатки компенсируются быстротой процесса гидрохлорирования, более полным извлечением золота и серебра из руды, быстрым осушением твердой фракции, вакуумированием от остатков растворов, легкостью восстановления золота и серебра, возможностью в экспедиционных условиях рентабельно и экологически безопасно извлекать благородные металлы даже при отрицательных температурах окружающей среды.

На фиг.1 изображен технологический процесс способа гидрохлорирования, в котором применены смесительные и кавитационные диспергаторные установки для тонкодисперсного измельчения, нагрева пульпы и кавитационного гидрохлорирования, а также комплекс оборудования для ваккумного обезвоживания песчано-илистой фракции, погрузочно-транспортный комплекс для вывоза песчано-илистой фракции в отвал.

На фиг. 2 и фиг.3 план фабрики и разрез с комплексом устройств, необходимых для осуществления данного способа гидрохлорирования. Комплекс устройств за стенами здания фабрики спланирован в виде двух зеркально расположенных половин с твердыми водонепроницаемыми основаниями как внутри здания, так и отстойников 3 и 4, дренажных приямков 29, разделенных между собой перегородкой 30.

Основания каждой части комплекса выполнены с необходимыми уклонами, приямками, перепускным 31 и дренажным 20 трубопроводами, дренажными насосами 11 и насосами для перекачки раствора 19.

Для периодического обезвоживания песчано-илистой фракции 26 в первичном отстойнике 3 предназначена установка вакуумирования, включающая: водокольцевой вакуумный насос 23, отсасывающий мат 25, всасывающий рукав 24, напорный рукав 22 и компрессор 32.

Для периодической выгрузки и обезвреживания осушенной песчано-илистой фракции предназначен экскаватор 27, оборудованный грейферным погрузчиком.

Обезвреживание песчано-илистой фракции 26 производится в процессе погрузки в автотранспорт 28.

Технологический процесс способа гидрохлорирования осуществляется следующим образом.

Горная масса, руда, концентрат или хвосты обогатительных фабрик после измельчения в модуле дробления до фракции (5-10 мм) поступают в загрузочное устройство 1, соединенное наклонной галереей со зданием фабрики гидрохлорирования 2. Наклонным конвейером 7 с раздаточной тележкой измельченная руда направляется в бункеры 8, а затем в растворосмесители 9, в которые подается раствор [NaCl+Са(Ocl)₂] из расходной емкости 15. Смесь рудной массы и раствора (хлорида натрия и хлорной извести) направляется после перемешивания в смесителях 9 в роторные кавитационные диспергаторы 10, в которых происходит измельчение рудной массы и разогрев пульпы, которая по закольцованным трубопроводам возвращается в смесители, затем в диспергаторы и так до тонкодисперсного измельчения.

После необходимого диспергирования и разогрева прогидрохлорированная пульпа по пульпопроводу 13 направляется в один из отсеков первичного отстойника 3. По мере заполнения одного отсека слив пульпы переключается во второй отсек, а в первом отсеке происходит отстой и расслоение пульпы на золото- и серебросодержащий раствор и песчано-илистую фракцию. После расслоения раствор по трубопроводу 31 переливается во вторичный отстойник для окончательного осветления.

Песчано-илистая смесь 26 после вакуумирования выгружается в автотранспорт 28 и направляется в отвал.

Осветленный раствор из вторичного отстойника 4 насосом 19 по трубопроводу 14 подается в накопительную емкость 16, затем в осадительную установку 17. После загрузки необходимых восстановителей происходит осаждение золота и серебра из раствора, отделение и промывка, а раствор после корректировки концентраций хлористого натрия и хлорной извести направляется в расходную емкость 15.

Раствор, просочившийся из первичного отстойника 3 в дренажный приямок 5, и раствор, поступивший по дренажному каналу 21 в дренажный приямок 6, насосами 19 по трубопроводу 12 возвращается в первичный отстойник 3.

Выделившиеся в результате реакций восстановления атомы Н⁺ и Сl^- фактически являющиеся диссоциированными атомами соляной кислоты НСl, подкисляют раствор, направляемый на повторное использование. Подкисление оказывает положительное влияние на перевод нерастворимых соединений (например, AgCl в комплексное соединение AgCl₂) в растворимые.

Все параметры технологического процесса гидрохлорирования зависят от дисперсности металлов в сырье и определяются исследовательскими работами, лабораторным контролем на всех стадиях процесса, технологическими и технико-экономическими расчетами.

Источники информации
1. Патент России RU 2154684, ООО Научно-производственная фирма "Химмет". "Способ извлечения в раствор соединений платиновых металлов, золота и серебра".

2. Патент России RU 2154118. Институт проблем комплексного освоения РАН "Способ цианирования".

3. Б.В. Некрасов. Основы общей химии. Изд. третье. - М.: Химия, 1973, т. I, с.118-122, 147-152; т. II, с.244-279, 414-462.

4. И. А. Зубович. Неорганическая химия. - М.: Высшая школа. 1989, с. 171-175, 194-195, 206-218, 411-419.

5. С. В. Масимов, B.C. Ивкин, Е.Г. Деменьев, В.В. Бурнетов. Уплотнение бетона гибкими вакуумными щитами. - УДК 693.546.002.5.

6. Т. М. Башта. Машиностроительная гидравлика. - М.: Машиностроение, 1971, с.44-49.

7. И. Пирсол. Кавитация. Пер. с англ. - М.: Мир, 1975, с.11-14, 69-72.

8. Патент СССР, SU 1586759. Свердловский городской центр научно-технического творчества молодежи. "Роторный аппарат гидроударного действия".

9. И. Нентвиг, М. Кнойдер, К. Моргенштерн. Химический тренажер, ч. II. - М.: Мир. - 1986, с.130-165.

Формула изобретения

1. Способ извлечения золота и серебра из руды в раствор, включающий гидрохлорирование, отделение твердой фракции от золото- и серебросодержащих растворов, осветление растворов, восстановление золота и серебра из растворов, отличающийся тем, что гидрохлорирование проводят при кавитационном диспергировании руды, а отделение твердой фракции от раствора осуществляют отстоем на водонепроницаемой площадке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кавитационное диспергирование ведут при измельчении руды до необходимой песчано-илистой фракции при одновременном гидрохлорировании в растворе хлористого натрия и хлорной извести.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после отстоя и слива раствора полученную песчано-илистую смесь подвергают вакуумному осушению.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3