Zastosowanie węgla aktywnego w odzyskiwaniu złota

W branży ekstrakcji złota węgiel aktywny jest kluczowym materiałem stosowanym do adsorbowania i wzbogacania złota o niskim-stęeniu z roztworów cyjanku. Jego podstawową funkcją jest selektywne wzbogacanie kompleksów cyjanku złota w jego strukturę o dużych porach poprzez fizyczną adsorpcję, co pozwala na osiągnięcie tysiąc--krotnego wzrostu stężenia masy i położenie podwalin pod późniejszy skuteczny odzysk.

 

I. Rola węgla aktywnego w odzyskiwaniu złota

 

Po ługowaniu cyjankowym rudy złota, złoto występuje w roztworze w postaci aniony cyjanku złota (Au(CN)₂⁻) w zwykle bardzo niskich stężeniach. Bezpośrednie odzyskiwanie złota z takich rozcieńczonych roztworów jest ekonomicznie trudne. Węgiel aktywny dzięki wyjątkowo dużej powierzchni właściwej (około 1000 m²/g) i specyficznej strukturze porów staje się idealnym medium do wzbogacania złota z roztworu.

W produkcji przemysłowej wykorzystuje się głównie węgiel aktywny z łupin orzecha kokosowego. Jest wytwarzany przez aktywację parą i ma wystarczającą twardość i odporność na zużycie, aby wytrzymać ścieranie w procesie-w-węgle.

 

II. Mechanizm adsorpcji złota: Para jonowa Aniony cyjanku złota są naładowane ujemnie, podczas gdy powierzchnia węgla aktywnego jest elektrycznie obojętna, więc bezpośrednia adsorpcja nie jest możliwa. Adsorpcja złota opiera się na tworzeniu „par jonowych”. Jony wapnia (Ca²⁺, zwykle z dodanego wapna) w roztworze łączą się z dwoma anionami cyjanku złota, tworząc elektrycznie obojętne pary jonów cyjanku złota-wapnia: Ca[Au(CN)₂]₂. Te obojętne pary jonów są fizycznie adsorbowane na powierzchniach porów węgla aktywnego pod wpływem sił van der Waalsa.

Jest to odwracalny proces równowagi dynamicznej. Istnieje odpowiednia zależność pomiędzy stężeniem złota w roztworze i zawartością złota w węglu aktywnym. Aby w sposób ciągły zmniejszać stężenie złota w roztworze i zwiększać zawartość złota w węglu, przyjmuje się metodę kontaktu przeciwprądowego: pulpa zawierająca złoto- przepływa sekwencyjnie przez szereg zbiorników adsorpcyjnych, podczas gdy węgiel aktywny przemieszcza się w przeciwnym kierunku. Świeży węgiel jest dodawany z ostatniego zbiornika i przepływa do pierwszego zbiornika o najwyższym stężeniu złota; miazga przepływa z pierwszego zbiornika do ostatniego zbiornika. W ten sposób stężenie złota w odpadach poflotacyjnych odprowadzanych z ostatniego zbiornika można zmniejszyć do niezwykle niskiego poziomu, podczas gdy węgiel obciążony złotem-wydobyty z pierwszego zbiornika osiąga wysoką nośność.

III. Główne czynniki wpływające na skuteczność adsorpcji złota Na skuteczność adsorpcji złota wpływają różne warunki operacyjne i chemiczne.

 

1. Warunki fizyczne: Gęstość masy celulozowej musi być zbliżona do gęstości mokrej węgla aktywnego (około 1,3-1,5 t/m3), aby zapewnić równomierną zawiesinę cząstek węgla i uniknąć sedymentacji lub pływania. Odpowiednie mieszanie może zmniejszyć grubość ciekłej warstwy granicznej na powierzchni cząstek węgla i przyspieszyć przenoszenie masy i dyfuzję złota do cząstek węgla.

 

2. Właściwości węgla aktywnego: Mniejszy rozmiar cząstek węgla jest korzystny dla przyspieszenia kinetyki adsorpcji, ale zwiększa trudność przesiewania i odzyskiwania. W przemyśle powszechnie stosowany zakres wielkości cząstek wynosi 1-3 milimetry (np. siatka 6×12 lub siatka 8×16). Twardość węgla jest kluczowa, ponieważ musi on wytrzymać ścieranie podczas procesów mieszania, pompowania i regeneracji. Węgiel z łupin orzecha kokosowego sprawdza się pod tym względem doskonale.

 

3. Adsorpcja konkurencyjna i trucizny: Jest to kluczowa kwestia wpływająca na stopień odzysku.

- Trucizny organiczne: substancje organiczne, takie jak odczynniki flotacyjne (np. ksantogeniany), oleje smarowe i kwasy huminowe konkurują ze złotem o miejsca adsorpcji i mogą nawet blokować pory. Niektóre odczynniki flotacyjne mogą zmniejszać aktywność adsorpcyjną węgla aktywnego o ponad 60%. Te trucizny organiczne są usuwane głównie w kolejnych etapach regeneracji termicznej.

- Trucizny nieorganiczne: głównie kompleksy cyjanków z innymi metalami (np. miedzią, niklem, srebrem). Mogą również tworzyć pary jonowe, które mają być adsorbowane, zajmując miejsca aktywne. Szczególną uwagę należy zwrócić na wpływ miedzi. Jego forma cyjankowa w roztworze zmienia się wraz z pH i jest łatwiej adsorbowany, gdy pH jest poniżej 10,5. Większość trucizn nieorganicznych można usunąć poprzez przemywanie kwasem.

- Kamień: podczas procesu CIP jony wapnia i węglan mogą tworzyć osady, takie jak węglan wapnia (CaCO₃) na powierzchni węgla aktywnego. Te warstwy kamienia osadzają się głównie i blokują wejścia mezoporów i makroporów cząstek węgla, utrudniając dyfuzję złota do mikroporów. Regularne mycie kwasem może skutecznie usunąć te warstwy kamienia.

 

4. Roztwór środowiska chemicznego:

- pH i stężenie cyjanków: w przemyśle pH zwykle utrzymuje się w zakresie 10–11, aby kontrolować wytwarzanie toksycznego gazowego HCN. Wystarczające stężenie wolnego cyjanku jest warunkiem koniecznym, aby zapewnić skuteczne rozpuszczenie i stabilność złota.

- Temperatura: adsorpcja złota jest procesem egzotermicznym, dlatego adsorpcji sprzyjają niższe temperatury. Wiele fabryk często osiąga wyższe wskaźniki odzysku w zimnych porach roku. Natomiast późniejszy proces desorpcji wymaga wysokich temperatur.

- Siła jonowa: obecność jonów metali ziem alkalicznych, takich jak wapń i magnez, jest niezbędna do tworzenia par jonów cyjanku złota.

 

IV. Desorpcja: desorpcja złota z węgla aktywnego Węgiel obciążony złotem-zaadsorbowany w złocie-o wysokim stężeniu musi zostać poddany desorpcji (elucji), aby złoto wróciło do roztworu w celu oczyszczenia elektrolitycznego.

 

Podstawową zasadą desorpcji jest stworzenie warunków niekorzystnych dla adsorpcji i odwrócenie procesu adsorpcji. W przemyśle stosuje się głównie dwa dojrzałe procesy: metodę AARL i metodę Zadry. Obydwa opierają się na następujących krokach:

1. W wysokiej temperaturze stosuje się roztwór jonów sodu o wysokim-stęeniu (z wodorotlenku sodu) w celu zastąpienia jonów wapnia w parach jonów cyjanku złota jonami sodu w drodze wymiany jonowej, tworząc mniej stabilne pary jonów cyjanku złota-sodu.

2. Wysoka temperatura sprzyja rozkładowi niestabilnych par jonów cyjanku złota-sodu, w wyniku czego aniony cyjanku złota są uwalniane z powrotem do roztworu z powierzchni węgla aktywnego.

Główna różnica między nimi polega na połączeniu procesów: metoda AARL jest operacją wsadową, a roztwór bogaty w zdesorbowane złoto- (roztwór w ciąży) jest wysyłany do niezależnego warsztatu elektrolizy; metoda Zadry łączy kolumnę desorpcyjną i ogniwo elektrolityczne szeregowo, tworząc cykl-zamkniętej pętli, realizujący jednocześnie desorpcję i elektrolizę. Niezależnie od przyjętej metody celem jest zmniejszenie zawartości złota w ubogim węglu zawracanym do obwodu adsorpcyjnego do poziomu poniżej około 50 gramów na tonę, aby przywrócić jego zdolność adsorpcji.

 

V. Główne przebiegi procesów: CIP, CIL i Pumpcell

 

Istnieją trzy główne formy procesów ekstrakcji złota węglem aktywnym:

Węgiel w pulpie (CIP): Ruda najpierw całkowicie rozpuszcza większość złota w niezależnych zbiornikach do ługowania cyjankiem, a następnie miazga trafia do szeregu zbiorników adsorpcyjnych w celu adsorpcji złota. Pulpa przepływa do przodu, a węgiel aktywny transportowany jest w przeciwprądzie. Jego „współczynnik wzbogacenia” (stosunek zawartości węgla w złocie-do zawartości złota w roztworze zasilającym) wynosi zwykle 1000-1200.

Węgiel w ługowaniu (CIL): Wymywanie i adsorpcja są łączone i prowadzone jednocześnie w tej samej serii zbiorników. Proces ten jest szczególnie odpowiedni w przypadku rud zawierających substancje „rabujące-złoto” (inne substancje, które mogą adsorbować złoto), ponieważ węgiel aktywny może z nimi konkurować w ochronie rozpuszczonego złota. Jednakże, ze względu na niskie stężenie złota w roztworze, gdy ługowanie nie jest całkowite, zwykle wymagany jest większy zapas węgla aktywnego, a stopień wzbogacenia wynosi zazwyczaj 800-1000.

 

Proces Pumpcell: przyjmuje tryb działania podobny do „karuzeli--okrągłości”. Przepływ przeciwprądowy uzyskuje się poprzez regularne obracanie punktu podawania miazgi i punktu odprowadzania odpadów poflotacyjnych bez konieczności fizycznego przemieszczania miazgi węglowej. Metoda ta ogranicza mieszanie wsteczne, zarządza węglem partiami, umożliwia osiągnięcie wyższego współczynnika wzbogacenia (1500-2500 lub więcej) i charakteryzuje się bardziej zwartą objętością sprzętu.

Wybór procesu zależy od różnych czynników, takich jak właściwości rudy, skala projektu, koszty inwestycyjne i operacyjne.

 

VI. Monitorowanie i równowaga procesu Stabilne działanie instalacji CIP/CIL opiera się na monitorowaniu kluczowych parametrów, które ocenia się głównie w dwóch „aspektach”:

 

- Stężenie złota w roztworze: Monitoruj zawartość złota w roztworze na wylocie każdego zbiornika adsorpcyjnego, która powinna wykazywać znaczącą-krok- tendencję spadkową.

- Stężenie złota w węglu-załadowanym złotem: monitoruj zawartość złota w węglu aktywnym w każdym zbiorniku adsorpcyjnym, co powinno wykazywać stopniową--krok tendencję spadkową od przodu do tyłu.

Regularna analiza tych aspektów, w połączeniu z badaniami szybkości kinetyki (aktywności) adsorpcji węgla aktywnego, może pomóc zakładowi w szybkim zidentyfikowaniu problemów, takich jak gromadzenie się trucizn, zmniejszona wydajność sprzętu lub brak równowagi operacyjnej, utrzymując w ten sposób optymalny stopień odzysku złota.

Węgiel aktywny odgrywa niezastąpioną rolę w procesie odzyskiwania złota. Od podstawowej zasady adsorbowania par jonów cyjanku złota, przez rozwiązywanie praktycznych wyzwań związanych z organicznymi i nieorganicznymi truciznami i osadzaniem się kamienia, po odzysk desorpcji i wybór procesu, cały proces stanowi złożony i wydajny system techniczny. Dogłębne-zrozumienie i precyzyjna kontrola właściwości węgla aktywnego, warunków procesu i równowagi systemu są podstawą osiągnięcia wydajnego i ekonomicznego odzysku złota.