Помощь студентам в учебе
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОСАЖДЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ ЦИАНИСТЫХ РАСТВОРОВ КРУПНОДИСПЕРСНЫМ ЦИНКОМ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых ВАК
Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых ВАК
Цианистое выщелачивание остается самым распространенным методом извлечения золота в отечественной и мировой практике переработки золотосодержащего сырья. Важнейшей стадией этой технологии является извлечение золота из продуктивных растворов. Чаще всего содержание благородных металлов в цианистых растворах, получаемых при переработке типовых руд и бедных концентратов, не превышает несколько граммов в 1 м3. При этом, содержание примесных металлов, таких как медь, цинк, мышьяк, может превышать указанные значения на 2-3 порядка. В меньшей степени в цианистых растворах присутствуют свинец, сурьма, соли кальция, магния. Указанные особенности резко ограничивают выбор эффективных методов переработки продуктивных растворов цианирования.
На практике самым распространенным способом извлечения золота из щелочных цианистых растворов на протяжении почти 200 лет остается цементация электроотрицательными металлами. Важнейшими преимуществами цементации являются технологическая и аппаратурная простота, высокая скорость процесса и возможность за одну стадию получить высококондиционный продукт, который может быть направлен на аффинажные предприятия.
В середине 20-го столетия для руд, переработка которых сопряжена с образованием плохофильтруемых пульп, разработаны технологии выщелачивания золота в присутствии активированных углей (С1Р) и ионитов (RIP). Указанные варианты сопряжены с использованием весьма дорогих сорбентов, не позволяют сразу получить товарный продукт и однозначно рассматриваются как вынужденные, более затратные технологии.
С учетом указанных особенностей альтернативных методов извлечения золота цементация является предпочтительным приемом в цианистых технологиях золотодобывающей промышленности. Совершенствование процессов цементации должно быть направлено на разработку условий использования более дешевых цементирующих металлов и дисперсных систем на их основе, снижение удельных расходов, получение более кондиционных цементных осадков. Снижение стоимости цементирующих металлов, например, может быть достигнуто применением дендритных цинковых порошков, полученных путём электроэкстракции из щелочных растворов выщелачивания цинксодержащих пылей сталеплавильных агрегатов.
Для решения указанных задач в настоящей работе изучены теоретические особенности получения и использования крупнодисперсных дендритных цинковых порошков, а также практические аспекты извлечения золота из цианистых растворов методами традиционной цементации и цементации, совмещенной с электроэкстракцией.
Степень разработанности темы исследования
Изучение процессов цементации золота ведётся на протяжении всего периода работы данной технологии. Главным образом исследования процесса цементации связаны с выявлением кинетических характеристик в различных состояниях системы на вращающемся цинковом диске, и в приближенных к реальности условиях, на цинковых порошках. Среди исследований следует выделить работы Алкацева М.И., J.D. Miller, R.Y. Wan, T. Tran, C.Y. Yap.
Применительно к цианистым растворам с содержанием золота более 50 мг/дм3 в большей степени изучены особенности электроэкстракции золота на объёмные катоды из графитовых нитевидных материалов. Данная система подробно описана в работах В.К. Варенцова, А.Н. Кошева, А.И. Маслия, V. Reyes- Cruz, L.A.D. Barbosa.
Публикаций, отражающих результаты исследования закономерностей цементации золота с применением дендритных цинковых порошков, не выявлено. Сведения о совмещении цементационного и электроэкстракционного подхода к осаждению золота из цианистых растворов при исполнении объёмного катода из дисперсного цинка также отсутствуют.
Цель работы
Разработка научно обоснованных подходов восстановления золота из цианистых растворов, основанных на цементации с применением дендритных порошков и на комбинированном химическом и электрохимическом осаждении с применением объёмного катода из дисперсного цинка .
Задачи исследования:
1. Изучить физико-химические, гидродинамические свойства дендритных порошков, полученных электроэкстракцией из щелочного раствора. Определить эффективность их применения для цементации золота из цианистых растворов.
2. Исследовать кинетические параметры восстановления золота дендритным цинковым порошком.
3. Установить механизм восстановления золота при комбинировании электроэкстракции и цементации золота на цинке, установить роль внешнего катодного потенциала в данной системе.
4. Определить влияние морфологии объёмного цинкового катода на эффективность комбинированного осаждения золота.
Научная новизна и теоретическая значимость:
1. Впервые изучены кинетические закономерности цементации золота из цианистых растворов с применением дендритного цинкового порошка, полученного электроэкстракцией. Обнаружено, что константа скорости реакции цементации, характеризующая динамику осаждения золота с применением дендритных порошков, превосходит константу скорости, характерную для порошков, традиционно применяемых в практике цементации в 1.3-1.6 раз.
2. Впервые обнаружено и объяснено меньшее гидравлическое сопротивление дендритных порошков по отношению к традиционным в условиях перколяционного осаждения золота из цианистых растворов.
3. Предложен механизм комбинированного химического и электрохимического осаждения золота из цианистых растворов на цинковый катод - электроцементация. Впервые установлено, что внешняя поляризация цинка в цианистых золотосодержащих средах сопровождается переосаждением цинка, что позволяет сократить расход цинка и увеличить интенсивность осаждения золота за счёт реализации процесса на высокоразвитой поверхности свежевосстановленного цинка.
4. Впервые установлен потенциал (~ -1.16В - -1.2В (НВЭ)), достаточный для протекания механизма электроцементации из растворов с содержанием 50 мкмоль/дм3 золота, 0.04 моль/дм3 свободного цианида.
5. Установлено, что площадь активной поверхности объёмного цинкового электрода напрямую влияет на возможность реализации механизма электроцементации. С увеличением активной площади поверхности электрода, по причине неравномерности распределения потенциала, минимизируется количество участков, обладающих достаточным потенциалом для восстановления цинка.
Практическая значимость работы:
1. Гидравлическая проницаемость дендритного порошка без пористых добавок превышает пропускную способность традиционного порошка, смешанного с инертной пористой добавкой, на 25-30%. При длительном цикле цементации с применением дендритного порошка удаётся осадить золота больше, чем при цементации традиционным порошком при прочих равных условиях. Описанные закономерности позволяют утверждать, что экспериментальный порошок может быть с высокой эффективностью использован в традиционных схемах цементации на золотоизвлекательных фабриках.
2. Предложен способ цементации золота в режиме кипящего слоя с механическим малоинтенсивным перемешиванием, показана эффективность его применения по отношению к растворам выщелачивания золотосодержащих концентратов. Выявлены степени влияния таких факторов, как крупность частиц, интенсивность перемешивания, удельная скорость подачи раствора.
3. Разработана и обоснована технология электроцементационного осаждения золота с применением дисперсного цинкового катода в режимах кипящего слоя и перколяции.
4. Установлено, что принудительная катодная поляризация цинка от внешнего источника тока позволяет снизить удельные операционные затраты и повысить степень извлечения золота.
Методология и методы диссертационного исследования
Исследования выполнены в лабораторных и промышленных условиях с применением методов планирования эксперимента (Statgraphics Centurion) и компьютерных программ обработки данных.
В работе использованы методы анализа: атомно-абсорбционный (Analytic Jena nova 300), лазерно-дифракционный (Sympatec HELOS&RODOS), электронно¬микроскопический (Jeol JSM-6390LA), метод Брюнера-Эммета-Теллера (Gemini VII 2390) рентгенофлуоресцентный (Shimadzu EDX-7000), титриметрический (определение свободного цианида прямым титрованием раствором нитрата никеля).
Поляризационные исследования выполнены на электрохимической станции Zive SP2 с установкой вращающегося диска Вольта ЕМ-04.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты экспериментальных исследований цементации золота дендритными порошками в режимах перколяции и кипящего слоя. Оптимальные условия цементации в разных режимах
2. Кинетические и гидродинамические особенности осаждения золота с применением дендритных цинковых порошков.
3. Механизм и экспериментальные исследования осаждения золота на объёмный цинковый катод из цианистых растворов под действием внешнего тока.
4. Результаты полупромышленных исследований эффективности работы дендритных порошков в условиях цементации золота из цианистого раствора. Результаты полупромышленных испытаний технологии электрохимического осаждения золота на катоднополяризованный дисперсный цинковый электрод.
На практике самым распространенным способом извлечения золота из щелочных цианистых растворов на протяжении почти 200 лет остается цементация электроотрицательными металлами. Важнейшими преимуществами цементации являются технологическая и аппаратурная простота, высокая скорость процесса и возможность за одну стадию получить высококондиционный продукт, который может быть направлен на аффинажные предприятия.
В середине 20-го столетия для руд, переработка которых сопряжена с образованием плохофильтруемых пульп, разработаны технологии выщелачивания золота в присутствии активированных углей (С1Р) и ионитов (RIP). Указанные варианты сопряжены с использованием весьма дорогих сорбентов, не позволяют сразу получить товарный продукт и однозначно рассматриваются как вынужденные, более затратные технологии.
С учетом указанных особенностей альтернативных методов извлечения золота цементация является предпочтительным приемом в цианистых технологиях золотодобывающей промышленности. Совершенствование процессов цементации должно быть направлено на разработку условий использования более дешевых цементирующих металлов и дисперсных систем на их основе, снижение удельных расходов, получение более кондиционных цементных осадков. Снижение стоимости цементирующих металлов, например, может быть достигнуто применением дендритных цинковых порошков, полученных путём электроэкстракции из щелочных растворов выщелачивания цинксодержащих пылей сталеплавильных агрегатов.
Для решения указанных задач в настоящей работе изучены теоретические особенности получения и использования крупнодисперсных дендритных цинковых порошков, а также практические аспекты извлечения золота из цианистых растворов методами традиционной цементации и цементации, совмещенной с электроэкстракцией.
Степень разработанности темы исследования
Изучение процессов цементации золота ведётся на протяжении всего периода работы данной технологии. Главным образом исследования процесса цементации связаны с выявлением кинетических характеристик в различных состояниях системы на вращающемся цинковом диске, и в приближенных к реальности условиях, на цинковых порошках. Среди исследований следует выделить работы Алкацева М.И., J.D. Miller, R.Y. Wan, T. Tran, C.Y. Yap.
Применительно к цианистым растворам с содержанием золота более 50 мг/дм3 в большей степени изучены особенности электроэкстракции золота на объёмные катоды из графитовых нитевидных материалов. Данная система подробно описана в работах В.К. Варенцова, А.Н. Кошева, А.И. Маслия, V. Reyes- Cruz, L.A.D. Barbosa.
Публикаций, отражающих результаты исследования закономерностей цементации золота с применением дендритных цинковых порошков, не выявлено. Сведения о совмещении цементационного и электроэкстракционного подхода к осаждению золота из цианистых растворов при исполнении объёмного катода из дисперсного цинка также отсутствуют.
Цель работы
Разработка научно обоснованных подходов восстановления золота из цианистых растворов, основанных на цементации с применением дендритных порошков и на комбинированном химическом и электрохимическом осаждении с применением объёмного катода из дисперсного цинка .
Задачи исследования:
1. Изучить физико-химические, гидродинамические свойства дендритных порошков, полученных электроэкстракцией из щелочного раствора. Определить эффективность их применения для цементации золота из цианистых растворов.
2. Исследовать кинетические параметры восстановления золота дендритным цинковым порошком.
3. Установить механизм восстановления золота при комбинировании электроэкстракции и цементации золота на цинке, установить роль внешнего катодного потенциала в данной системе.
4. Определить влияние морфологии объёмного цинкового катода на эффективность комбинированного осаждения золота.
Научная новизна и теоретическая значимость:
1. Впервые изучены кинетические закономерности цементации золота из цианистых растворов с применением дендритного цинкового порошка, полученного электроэкстракцией. Обнаружено, что константа скорости реакции цементации, характеризующая динамику осаждения золота с применением дендритных порошков, превосходит константу скорости, характерную для порошков, традиционно применяемых в практике цементации в 1.3-1.6 раз.
2. Впервые обнаружено и объяснено меньшее гидравлическое сопротивление дендритных порошков по отношению к традиционным в условиях перколяционного осаждения золота из цианистых растворов.
3. Предложен механизм комбинированного химического и электрохимического осаждения золота из цианистых растворов на цинковый катод - электроцементация. Впервые установлено, что внешняя поляризация цинка в цианистых золотосодержащих средах сопровождается переосаждением цинка, что позволяет сократить расход цинка и увеличить интенсивность осаждения золота за счёт реализации процесса на высокоразвитой поверхности свежевосстановленного цинка.
4. Впервые установлен потенциал (~ -1.16В - -1.2В (НВЭ)), достаточный для протекания механизма электроцементации из растворов с содержанием 50 мкмоль/дм3 золота, 0.04 моль/дм3 свободного цианида.
5. Установлено, что площадь активной поверхности объёмного цинкового электрода напрямую влияет на возможность реализации механизма электроцементации. С увеличением активной площади поверхности электрода, по причине неравномерности распределения потенциала, минимизируется количество участков, обладающих достаточным потенциалом для восстановления цинка.
Практическая значимость работы:
1. Гидравлическая проницаемость дендритного порошка без пористых добавок превышает пропускную способность традиционного порошка, смешанного с инертной пористой добавкой, на 25-30%. При длительном цикле цементации с применением дендритного порошка удаётся осадить золота больше, чем при цементации традиционным порошком при прочих равных условиях. Описанные закономерности позволяют утверждать, что экспериментальный порошок может быть с высокой эффективностью использован в традиционных схемах цементации на золотоизвлекательных фабриках.
2. Предложен способ цементации золота в режиме кипящего слоя с механическим малоинтенсивным перемешиванием, показана эффективность его применения по отношению к растворам выщелачивания золотосодержащих концентратов. Выявлены степени влияния таких факторов, как крупность частиц, интенсивность перемешивания, удельная скорость подачи раствора.
3. Разработана и обоснована технология электроцементационного осаждения золота с применением дисперсного цинкового катода в режимах кипящего слоя и перколяции.
4. Установлено, что принудительная катодная поляризация цинка от внешнего источника тока позволяет снизить удельные операционные затраты и повысить степень извлечения золота.
Методология и методы диссертационного исследования
Исследования выполнены в лабораторных и промышленных условиях с применением методов планирования эксперимента (Statgraphics Centurion) и компьютерных программ обработки данных.
В работе использованы методы анализа: атомно-абсорбционный (Analytic Jena nova 300), лазерно-дифракционный (Sympatec HELOS&RODOS), электронно¬микроскопический (Jeol JSM-6390LA), метод Брюнера-Эммета-Теллера (Gemini VII 2390) рентгенофлуоресцентный (Shimadzu EDX-7000), титриметрический (определение свободного цианида прямым титрованием раствором нитрата никеля).
Поляризационные исследования выполнены на электрохимической станции Zive SP2 с установкой вращающегося диска Вольта ЕМ-04.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты экспериментальных исследований цементации золота дендритными порошками в режимах перколяции и кипящего слоя. Оптимальные условия цементации в разных режимах
2. Кинетические и гидродинамические особенности осаждения золота с применением дендритных цинковых порошков.
3. Механизм и экспериментальные исследования осаждения золота на объёмный цинковый катод из цианистых растворов под действием внешнего тока.
4. Результаты полупромышленных исследований эффективности работы дендритных порошков в условиях цементации золота из цианистого раствора. Результаты полупромышленных испытаний технологии электрохимического осаждения золота на катоднополяризованный дисперсный цинковый электрод.