stringtranslate.com

Цианирование золота

Цианирование золота (также известное как цианидный процесс или процесс Макартура-Форреста ) — гидрометаллургический метод извлечения золота из низкосортной руды путем преобразования золота в водорастворимый координационный комплекс . Это наиболее часто используемый процесс выщелачивания для извлечения золота . [1] Цианирование также широко используется при добыче серебра, обычно после пенной флотации . [2]

Производство реагентов для переработки полезных ископаемых с целью извлечения золота составляет более 70% мирового потребления цианидов. В ходе этого процесса извлекаются и другие металлы, включая медь, цинк и серебро, но основным двигателем этой технологии является золото. [1] Из-за высокой токсичности цианида этот процесс вызывает споры, а его использование даже запрещено в некоторых частях мира. Цианид можно безопасно использовать в золотодобывающей промышленности. [3] Ключевой особенностью безопасного использования цианида является обеспечение адекватного контроля pH при щелочном уровне pH выше 10,5. В промышленных масштабах контроль pH в основном достигается с помощью извести как важного реагента при обработке золота. [4]

История

В 1783 году Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что золото растворяется в водных растворах цианида. В работах Багратиона (1844 г.), Эльснера (1846 г.) и Фарадея (1847 г.) было установлено, что на каждый атом золота требуется два цианид-иона, т. е. стехиометрия растворимого соединения.

Промышленный процесс

Джон Стюарт Макартур разработал цианидный процесс добычи золота в 1887 году.

Расширение добычи золота в Ранде Южной Африки начало замедляться в 1880-х годах, поскольку обнаруживаемые новые месторождения, как правило, содержали пиритовую руду . Золото нельзя было извлечь из этого соединения ни одним из доступных тогда химических процессов или технологий. [5] В 1887 году Джон Стюарт Макартур , работая в сотрудничестве с братьями Робертом и Уильямом Форрестом в компании Теннант в Глазго , Шотландия, разработал процесс Макартура-Форреста для извлечения золота из золотых руд. В том же году было выдано несколько патентов. [6] Путем суспендирования измельченной руды в растворе цианида было достигнуто выделение до 96 процентов чистого золота. [7] Этот процесс был впервые использован на Ранде в 1890 году и, несмотря на операционные несовершенства, привел к буму инвестиций, поскольку были открыты более крупные золотые прииски. [8] [5]

К 1891 году фармацевт из Небраски Гилберт С. Пейтон усовершенствовал этот процесс на своей шахте Меркур в Юте, «первом горнодобывающем заводе в Соединенных Штатах, добившемся коммерческого успеха в цианидном процессе обработки золотых руд». [9] [10] В 1896 году Бодлендер подтвердил, что для этого процесса необходим кислород, в чем Макартур сомневался, и обнаружил, что в качестве промежуточного продукта образуется перекись водорода . [8] Примерно в 1900 году американский металлург Чарльз Вашингтон Меррилл (1869–1956) и его инженер Томас Беннет Кроу усовершенствовали обработку цианистого фильтрата, используя вакуум и цинковую пыль. Их процесс — процесс Меррилла-Кроу . [11]

Химические реакции

Шаростержневая модель комплексного аниона ауроцианида или дицианоурата(I), [Au(CN) 2 ] - [12]
«Куча» цианидного выщелачивания на золотодобывающем предприятии недалеко от Элко, Невада.

Химическая реакция растворения золота, «уравнение Эльснера», выглядит следующим образом:

4  Au + 8  NaCN + O 2 + 2  H 2 O → 4  Na[Au(CN) 2 ] + 4  NaOH

Вместо цианида натрия иногда используются цианид калия и цианид кальция .

Золото — один из немногих металлов, растворяющихся в присутствии ионов цианида и кислорода. Растворимая разновидность золота — дицианоаурат . [13] , из которого его можно извлечь путем адсорбции на активированный уголь. [14]

Приложение

Руду измельчают с помощью дробильных машин. В зависимости от руды ее иногда дополнительно концентрируют пенной флотацией или центробежным (гравитационным) концентрированием . Воду добавляют для получения суспензии или пульпы . Базовый рудный раствор можно смешивать с раствором цианида натрия или цианида калия ; во многих операциях используется цианид кальция , который более экономичен.

Чтобы предотвратить образование токсичного цианистого водорода при обработке, в экстрагирующий раствор добавляют гашеную известь ( гидроксид кальция ) или соду ( гидроксид натрия ), чтобы обеспечить поддержание кислотности при цианировании выше pH 10,5 — сильноосновной. Нитрат свинца может улучшить скорость выщелачивания золота и увеличить его количество, особенно при переработке частично окисленных руд.

Влияние растворенного кислорода

Кислород является одним из реагентов , расходуемых при цианировании, принимая электроны от золота, а дефицит растворенного кислорода замедляет скорость выщелачивания. Воздух или чистый кислород можно продуть через пульпу, чтобы максимизировать концентрацию растворенного кислорода. Контакторы с интимной кислородной пульпой используются для увеличения парциального давления кислорода, контактирующего с раствором, тем самым повышая концентрацию растворенного кислорода намного выше уровня насыщения при атмосферном давлении . Кислород также можно добавить, дозируя пульпу раствором перекиси водорода .

Предварительная аэрация и промывка руды

В некоторых рудах, особенно частично сульфидизированных, аэрация (перед введением цианида) руды в воде при высоком pH может сделать такие элементы, как железо и сера, менее вступающими в реакцию с цианидом, что делает процесс цианирования золота более эффективным. В частности, окисление железа до оксида железа (III) и последующее осаждение в виде гидроксида железа сводит к минимуму потери цианида в результате образования комплексов цианида железа. Окисление соединений серы до сульфат-ионов позволяет избежать превращения цианида в побочный продукт тиоцианат (SCN- ) .

Восстановление золота из цианистых растворов

В порядке снижения экономической эффективности общими процессами извлечения солюбилизированного золота из раствора являются (некоторые процессы могут быть исключены из использования по техническим причинам):

Процессы восстановления цианидов

Цианид, остающийся в хвостах золотозаводов, потенциально опасен. Поэтому на некоторых предприятиях потоки цианидсодержащих отходов обрабатываются на этапе детоксикации. Этот шаг снижает концентрацию этих цианидных соединений. Процесс, лицензированный INCO, и кислотный процесс Каро окисляют цианид до цианата , который не так токсичен, как цианид-ион, и который затем может реагировать с образованием карбонатов и аммиака: [15]

Китай−
+ [О] → ОКН−
ОКН−
+ 2 ч.
2О → ОХС−
3+ Нью-Хэмпшир
3

Процесс Inco обычно позволяет снизить концентрацию цианида до уровня ниже 50 мг/л, тогда как кислотный процесс Каро может снизить уровень цианида до уровня от 10 до 50 мг/л, причем более низкие концентрации достижимы в потоках растворов, а не в суспензиях. Кислота Каро – пероксомоносерная кислота (H 2 SO 5 ) – превращает цианид в цианат. Затем цианат гидролизуется до ионов аммония и карбоната. Кислотный процесс Каро позволяет достичь уровня сброса цианида, диссоциируемого в слабой кислоте (WAD), ниже 50 мг/л, что обычно подходит для сброса в хвостохранилища. Для окисления цианида также можно использовать перекись водорода и основное хлорирование, хотя эти подходы Обычно этот процесс продувает сжатый воздух через хвосты с добавлением метабисульфита натрия , который выделяет SO 2. Известь добавляется для поддержания pH на уровне около 8,5, а сульфат меди добавляется в качестве катализатора, если в хвосте недостаточно меди. экстракт руды. Эта процедура может снизить концентрацию цианида WAD до уровня ниже 10 ppm, предусмотренного Директивой ЕС по отходам горнодобывающей промышленности. Этот уровень сопоставим с 66-81 ppm свободного цианида и 500-1000 ppm общего цианида в пруду в Бая-Маре . [ 16] Оставшийся свободный цианид разлагается в пруду, в то время как цианат-ионы гидролизуются до аммония.Исследования показывают, что остаточный цианид, попавший в хвосты золотого рудника, вызывает постоянный выброс токсичных металлов (например, ртути) в грунтовые и поверхностные водные системы. [17] [18]

Влияние на окружающую среду

Барабан с цианидом натрия на заброшенной шахте Чемунг в Масоне, Калифорния.

Несмотря на то, что цианирование золота используется в 90% производства золота: [19], цианирование золота является спорным из-за токсичной природы цианида. Хотя водные растворы цианидов быстро разлагаются под воздействием солнечного света, менее токсичные продукты, такие как цианаты и тиоцианаты, могут сохраняться в течение нескольких лет. В результате знаменитых катастроф погибло немного людей — людей можно предупредить, чтобы они не пили и не приближались к загрязненной воде, но разливы цианида могут оказать разрушительное воздействие на реки, иногда убивая все на несколько миль ниже по течению. Цианид вскоре вымывается из речных систем, и, поскольку организмы могут мигрировать из незагрязненных территорий вверх по течению, пострадавшие районы вскоре могут быть вновь заселены. По данным румынских властей, в реке Сомеш ниже Бая-Маре уровень планктона вернулся к 60% от нормального уровня в течение 16 дней после разлива; эти цифры не были подтверждены Венгрией или Югославией. [16] Известные разливы цианида включают:

Такие разливы вызвали ожесточенные протесты на новых шахтах, в которых используется цианид, таких как Рошиа Монтана в Румынии, озеро Ковал в Австралии, Паскуа Лама в Чили и Букит Коман в Малайзии.

Альтернативы цианиду

Хотя цианид дешев, эффективен и биоразлагаем, его высокая токсичность стимулировала использование альтернативных методов извлечения золота. Были исследованы и другие экстрагенты, включая тиосульфат (S 2 O 3 2- ), тиомочевину (SC(NH 2 ) 2 ), йод/йодид, аммиак, жидкую ртуть и альфа- циклодекстрин . Проблемы включают стоимость реагентов и эффективность извлечения золота. Тиомочевина применяется в коммерческих целях для руд, содержащих антимонит. [22] Еще одной альтернативой цианированию является семейство выщелачивателей на основе глицина . [23]

Законодательство

В штатах США Монтана [24] и Висконсин , [25] Чехия , [26] Венгрия , [27] запрещена добыча цианида . Европейская комиссия отклонила предложение о таком запрете, отметив, что существующие правила (см. ниже) обеспечивают адекватную защиту окружающей среды и здоровья. [28] Несколько попыток запретить цианирование золота в Румынии были отклонены парламентом Румынии. В настоящее время в Румынии проходят протесты с призывом запретить использование цианида в горнодобывающей промышленности (см. протесты Румынии 2013 года против проекта Roшia Montană ).

В ЕС промышленное использование опасных химикатов контролируется так называемой Директивой Севезо II (Директива 96/82/EC, [29] которая заменила первоначальную Директиву Севезо (82/501/EEC [30], введенную после 1976 г.). Диоксиновая катастрофа. «Свободный цианид и любые соединения, способные выделять свободный цианид в растворе», дополнительно контролируются путем включения в Список I Директивы о подземных водах (Директива 80/68/EEC) [31] , который запрещает любые сбросы в размерах, которые могут вызвать ухудшение качества подземных вод в данный момент или в будущем.Директива по подземным водам была в значительной степени заменена в 2000 году Рамочной директивой по воде (2000/60/EC) [32] .

В ответ на разлив цианида в Бая-Маре в 2000 году Европейский парламент и Совет приняли Директиву 2006/21/EC об управлении отходами добывающих отраслей. [33] Статья 13(6) требует, чтобы «концентрация слабокислотного диссоциируемого цианида в пруду была снижена до минимально возможного уровня с использованием наилучших доступных технологий », и почти все шахты, открытые после 1 мая 2008 года, не могут сбрасывать отходы, содержащие более 10 частей на миллион. Цианид WAD, шахты, построенные или разрешенные до этой даты, первоначально допускают не более 50 частей на миллион, снизившись до 25 частей на миллион в 2013 году и до 10 частей на миллион к 2018 году.

Согласно статье 14, компании также должны предоставить финансовые гарантии для обеспечения очистки после завершения добычи. Это, в частности, может повлиять на более мелкие компании, желающие построить золотые прииски в ЕС, поскольку у них меньше шансов иметь финансовые возможности для предоставления такого рода гарантий.

Промышленность разработала добровольный « Кодекс цианидов » [34] , целью которого является снижение воздействия на окружающую среду за счет проведения сторонних проверок управления цианидами в компании.

Рекомендации

  1. ^ аб Рубо, Андреас; Келленс, Раф; Редди, Джей; Штайер, Норберт; Хазенпуш, Вольфганг (2006). «Цианиды щелочных металлов». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.i01_i01. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ Этрис, Сан-Франциско (2010). «Серебро и серебряные сплавы». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . стр. 1–43. дои :10.1002/0471238961.1909122205201809.a01.pub3. ISBN 978-0471238966.
  3. ^ https://www.industry.gov.au/sites/default/files/2019-04/lpsdp-cyanide-management-handbook-english.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  4. ^ Дю Плесси, Калифорния; Ламберт, Х.; Гертнер, РС; Ингрэм, К.; Слэбберт, В.; Экстин, Джей-Джей (2021). «Использование извести при обработке золота – обзор». Минеральное машиностроение . 174 : 107231. Бибкод : 2021MiEng.17407231D. дои : 10.1016/j.mineng.2021.107231 . S2CID  240128866.
  5. ^ Аб Грей, Дж.А.; Маклахлен, Дж. (июнь 1933 г.). «История внедрения цианидного процесса Макартура-Форреста на золотых приисках Витватерсранда». Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии . 33 (12): 375–397. hdl : 10520/AJA0038223X_5033.
  6. ^ США 403202, Макартур, Джон Стюарт; Форрест, Уильям и Форрест Роберт, Роберт, «Процесс получения золота и серебра из руд», опубликовано 14 мая 1889 г. 
  7. ^ «Методы восстановления золота II» . 14 мая 2013 г.
  8. ^ Аб Хабаши, Фатхи. Последние достижения в золотометаллургии. Архивировано 30 марта 2008 г. в Wayback Machine.
  9. ^ Ежеквартальные и двухнедельные заметки выпускников. Университет Иллинойса. 1 января 1921 года . Проверено 1 мая 2016 г.
  10. ^ "Меркурий, Юта" . Проверено 1 мая 2016 г.
  11. ^ Адамс, Майк Д. (2 декабря 2005 г.). Достижения в переработке золотой руды . Эльзевир. стр. XXXVII–XLII. ISBN 978-0-444-51730-2. ISSN  0167-4528.
  12. ^ Гринвуд, Н.Н. и Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 . 
  13. ^ «Технический бюллетень 1» (PDF) . Мультимикс-системы. Архивировано из оригинала (PDF) 23 октября 2009 г.
  14. ^ «Абсорбция цианида золота активированным углем. I. Кинетика абсорбции из целлюлозы». Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии . 84 (2): 50–54. Февраль 1984 г. hdl :10520/AJA0038223X_1427.
  15. ^ Тейшейра, Луис Альберто Сезар; Монтальво, Хавьер Пол; Ёкояма, Андия, Лидия; да Фонсека Араужо, Фабиана Валерия; Сармьенто, Кристиан Маркес (2013). «Окисление цианида в сточных водах кислотой Каро». Минеральное машиностроение . 45 : 81–87. Бибкод : 2013MiEng..45...81T. дои : 10.1016/j.mineng.2013.01.008 . Проверено 2 мая 2021 г.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ ab Отдел окружающей среды ЮНЕП/УКГВ «Миссия ООН по оценке – Разлив цианида в Бая-Маре, март 2000 г.».
  17. ^ Мапрани, Анту К.; Ал, Том А.; МакКуорри, Керри Т.; Далзил, Джон А.; Шоу, Шон А.; Йейтс, Филипп А. (2005). «Определение уклонения ртути в загрязненном верховье реки». Экологические науки и технологии . 39 (6): 1679–1687. Бибкод : 2005EnST...39.1679M. дои : 10.1021/es048962j. ПМИД  15819225.
  18. ^ Ал, Том А.; Лейборн, Мэтью И.; Мапрани, Анту К.; МакКуорри, Керри Т.; Далзил, Джон А.; Фокс, Дон; Йейтс, Филипп А. (2006). «Влияние кислотно-сульфатного выветривания и цианидсодержащих золотых хвостов на транспортировку и судьбу ртути и других металлов в Госсан-Крик: рудник Мюррей-Брук, Нью-Брансуик, Канада». Прикладная геохимия . 21 (11): 1969–1985. Бибкод : 2006ApGC...21.1969A. doi :10.1016/j.apgeochem.2006.08.013.
  19. ^ «Долгосрочное сохранение цианидов в отходах шахт», Б. Ярар, Колорадская школа горнодобывающей промышленности, хвостохранилищ и шахтных отходов '02, Swets & Zeitlinger, ISBN 90-5809-353-0 , стр. 197 (Google Книги) . 
  20. ↑ BBC News, BBC: «Цианид просачивается в реки PNG», 23 марта 2000 г.
  21. ^ Уилсон, Т.Э. La Politica es la Politica: «После разлива цианида может ли First Majestic навести порядок?» 21 апреля 2018 г.
  22. ^ Ла Брой, СР; Линге, Х.Г.; Уокер, Г.С. (1994). «Обзор добычи золота из руд». Минеральное машиностроение . 7 (10): 1213–1241. Бибкод : 1994MiEng...7.1213L. дои : 10.1016/0892-6875(94)90114-7.
  23. ^ «Глициновые выщелачивающие средства». Решения для горнодобывающей промышленности и переработки . Проверено 23 апреля 2021 г.
  24. ↑ Гражданская инициатива, запрещающая добычу цианида в штате Монтана, США. Архивировано 21 октября 2007 г., в Wayback Machine.
  25. ^ Законопроект Сената 2001 г. № 160. Архивировано 10 октября 2006 г. в Wayback Machine , касающийся использования цианида в горнодобывающей промышленности.
  26. ^ «Сенат Чехии запрещает использование цианида при добыче золота» . Nl.newsbank.com. 10 августа 2000 г. Проверено 3 января 2013 г.
  27. ^ Zöld siker: törvény tilalom a cianidos bányászatra! Архивировано 21 июля 2011 года в Wayback Machine .
  28. ^ International Mining - Европейская комиссия отклоняет предлагаемый запрет на использование цианида в добывающей промышленности | добывающая промышленность, июль 2010 г.
  29. ^ Директива Совета 96/82/EC от 9 декабря 1996 г. о контроле за опасностями крупных аварий, связанных с опасными веществами. Изменения см. в сводной версии.
  30. ^ Директива Совета 82/501/EEC от 24 июня 1982 г. об опасностях крупных аварий при некоторых видах промышленной деятельности. Не в силе.
  31. ^ Директива Совета 80/68/EEC от 17 декабря 1979 г. о защите подземных вод от загрязнения, вызванного некоторыми опасными веществами. Не в силе.
  32. ^ Директива 2000/60/EC Европейского парламента и Совета от 23 октября 2000 г., устанавливающая рамки для действий Сообщества в области водной политики (Рамочная водная директива). Изменения см. в сводной версии.
  33. ^ Директива 2006/21/EC Европейского парламента и Совета от 15 марта 2006 г. об управлении отходами добывающих отраслей. Изменения см. в сводной версии.
  34. ^ ICMI cyanidecode.org Международный кодекс обращения с цианидами при производстве, транспортировке и использовании цианидов при производстве золота

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с добычей золота .