stringtranslate.com

Цианирование золота

Цианирование золота (также известное как цианидный процесс или процесс Макартура-Форреста ) — это 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 извлечении серебра, обычно после пенной флотации . [2]

Производство реагентов для переработки полезных ископаемых с целью извлечения золота составляет более 70% потребления цианида в мире. Другие металлы, извлекаемые из этого процесса, включают медь, цинк и серебро, но золото является основным двигателем этой технологии. [1] Из-за чрезвычайно ядовитой природы цианида , этот процесс является спорным, и его использование 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, способствующего обработке золота. [4]

История

В 1783 году Карл Вильгельм Шееле открыл, что золото растворяется в водных растворах цианида. Благодаря работам Багратиона (1844), Эльснера (1846) и Фарадея (1847) было установлено, что каждому атому золота требуется два иона цианида, т. е. стехиометрия растворимого соединения.

Промышленный процесс

В 1887 году Джон Стюарт Макартур разработал цианидный процесс извлечения золота.

Расширение добычи золота в Рэнде Южной Африки начало замедляться в 1880-х годах, поскольку новые месторождения, которые были обнаружены, как правило, содержали пиритовую руду . Золото не могло быть извлечено 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 для компании Tennant в Глазго , Шотландия, разработал процесс Макартура-Форреста для извлечения золота из золотых руд. Несколько патентов были выданы в том же году. [6] Путем суспендирования измельченной руды в растворе цианида было достигнуто разделение до 96 процентов чистого золота. [7] Этот процесс был впервые использован на Рэнде в 1890 году и, несмотря на эксплуатационные недостатки, привел к буму инвестиций, поскольку были открыты более крупные золотые рудники. [8] [5]

К 1891 году фармацевт из Небраски Гилберт С. Пейтон усовершенствовал процесс на своей шахте Меркур в Юте, «первом горнодобывающем предприятии в Соединенных Штатах, добившемся коммерческого успеха при использовании цианидного процесса на золотых рудах». [9] [10] В 1896 году Бодлендер подтвердил, что для этого процесса необходим кислород, в чем сомневался Макартур, и обнаружил, что перекись водорода образуется в качестве промежуточного продукта. [8] Около 1900 года американский металлург Чарльз Вашингтон Меррилл (1869–1956) и его инженер Томас Беннетт Кроу улучшили обработку цианидного выщелачивания, используя вакуум и цинковую пыль. Их процесс называется процессом Меррилла–Кроу . [11]

Химические реакции

Шаростержневая модель ауроцианидного или дицианоауратного(I) комплексного аниона, [Au(CN) 2 ] − [12]
«Куча» выщелачивания цианидом на золотодобывающем предприятии недалеко от Элко, штат 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 используют цианид калия и цианид кальция .

Золото — один из немногих металлов, который растворяется в присутствии ионов цианида и кислорода. Растворимая форма золота — дицианоаурат . [13] из которого его можно извлечь путем адсорбции на активированном угле. [14]

Приложение

Руда измельчается с помощью шлифовального оборудования. В зависимости от руды, иногда ее дополнительно концентрируют путем пенной флотации или центробежной ( гравитационной ) концентрации . Добавляется вода для получения пульпы или пульпы . Основной рудный шлам можно смешать с раствором цианида натрия или цианида калия ; во многих операциях используется цианид кальция , который более экономически эффективен.

Для предотвращения образования токсичного цианистого водорода во время обработки в экстракционный раствор добавляют гашеную известь ( гидроксид кальция ) или соду ( гидроксид натрия ), чтобы гарантировать, что кислотность во время цианирования будет поддерживаться выше pH 10,5 - сильнощелочной. Нитрат свинца может улучшить скорость выщелачивания золота и количество извлеченного, особенно при обработке частично окисленных руд.

Влияние растворенного кислорода

Кислород является одним из реагентов, потребляемых во время цианирования, принимая электроны от золота, а недостаток растворенного кислорода замедляет скорость выщелачивания. Воздух или чистый кислородный газ можно продувать через пульпу, чтобы максимизировать концентрацию растворенного кислорода. Интимные контакторы кислород-пульпа 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 добавлять путем дозирования пульпы раствором перекиси водорода .

Предварительная аэрация и промывка руды

В некоторых рудах, особенно частично сульфидированных, аэрация (перед введением цианида) руды в воде при высоком pH может сделать такие элементы, как железо и сера, менее реакционноспособными по отношению к цианиду, 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 потерю цианида из-за образования комплексов цианида железа. Окисление соединений серы до сульфат-ионов позволяет избежать потребления цианида в качестве побочного продукта тиоцианата (SCN − ).

Извлечение золота из цианистых растворов

В порядке убывания экономической эффективности общепринятыми процессами извлечения растворенного золота из раствора являются следующие (использование некоторых процессов может быть невозможно по техническим причинам):

Процессы очистки от цианида

Цианид, остающийся в хвостовых потоках золотодобывающих предприятий, является потенциально опасным. Поэтому некоторые операции обрабатывают потоки отходов, содержащие цианид, на этапе детоксикации. Этот этап снижает концентрацию этих цианидных соединений. Процесс, лицензированный INCO, и кислотный процесс Caro окисляют цианид до цианата , который не так токсичен, как ион цианида, и который затем может реагировать с образованием карбонатов и аммиака: [15]

КН−
+ [О] → ОКН−
ОСН−
+ 2 ч.
2О → НСО−
3+ NH
3

Процесс Inco обычно может снизить концентрацию цианида до уровня ниже 50 мг/л, тогда как процесс с кислотой Каро может снизить уровень цианида до 10–50 мг/л, причем более низкие концентрации достигаются в потоках раствора, а не в пульпах. Кислота Каро – пероксомоносерная кислота (H 2 SO 5 ) – преобразует цианид в цианат. Затем цианат гидролизуется до ионов аммония и карбоната. Кислотный процесс Каро позволяет достичь уровней сброса слабокислотного диссоциируемого (WAD) цианида ниже 50 мг/л, что обычно подходит для сброса в хвосты. Перекись водорода и основное хлорирование также могут использоваться для окисления цианида, хотя эти подходы менее распространены. Обычно этот процесс продувает сжатый воздух через хвосты с добавлением метабисульфита натрия , который выделяет SO2 . Известь добавляется для поддержания pH на уровне около 8,5, а сульфат меди добавляется в качестве катализатора, если в экстракте руды недостаточно меди. Эта процедура может снизить концентрацию WAD цианида до уровня ниже 10 ppm, предписанного Директивой ЕС об отходах 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 ионы цианата гидролизуется до аммония. Исследования показывают, что остаточный цианид, захваченный в хвостах золотодобывающей шахты, вызывает постоянный выброс токсичных металлов (например, ртути) в грунтовые воды и поверхностные водные системы. [17] [18]

Воздействие на окружающую среду

Бочка с цианидом натрия на заброшенной шахте Чемунг в Мейсонике, Калифорния.

Несмотря на то, что он используется в 90% производства золота: [19] цианирование золота является спорным из-за токсичной природы цианида. Хотя водные растворы цианида быстро разлагаются на солнце, менее токсичные продукты, такие как цианаты и тиоцианаты, могут сохраняться в течение нескольких лет. Известные катастрофы убили мало людей — людей можно предупредить не пить или не приближаться к загрязненной воде, но разливы цианида могут иметь разрушительные последствия для рек, иногда убивая все на несколько миль ниже по течению. Цианид вскоре вымывается из речных систем, и, пока организмы могут мигрировать из незагрязненных районов выше по течению, пострадавшие районы вскоре могут быть заселены заново. По данным румынских властей, в реке Сомеш ниже Бая-Маре планктон вернулся к 60% от нормы в течение 16 дней после разлива; эти цифры не были подтверждены Венгрией или Югославией. [16] Известные разливы цианида включают:

Подобные утечки стали причиной ожесточенных протестов на новых шахтах, где используется цианид, например, Roşia Montană в Румынии, Lake Cowal в Австралии, Pascua Lama в Чили и Bukit Koman в Малайзии.

Альтернативы цианиду

Хотя цианид дешев, эффективен и биоразлагаем, его высокая токсичность побудила к альтернативным методам извлечения золота. Были исследованы 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 была внедрена в коммерческих целях для руд, содержащих стибнит. [22] Еще одной альтернативой цианированию является семейство выщелачивателей на основе глицина . [23]

Законодательство

Американские штаты Монтана [24] и Висконсин [25] , Чешская Республика [26] , Венгрия [ 27] запретили добычу 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 румынским парламентом. В настоящее время в Румынии проходят протесты, призывающие запретить использование цианида в горнодобывающей промышленности (см. протесты в Румынии против проекта Roșia Montană 2013 года ).

В ЕС промышленное использование опасных химических веществ контролируется так называемой Директивой Севезо II (Директива 96/82/EC, [29] которая заменила первоначальную Директиву Севезо (82/501/EEC [30] принятую после диоксиновой катастрофы 1976 года. «Свободный цианид и любое соединение, способное выделять свободный цианид в растворе» дополнительно контролируются, будучи включенными в Список I Директивы о грунтовых водах (Директива 80/68/EEC) [31] , которая запрещает любые сбросы в размере, который может вызвать ухудшение качества грунтовых вод в данный момент или в будущем. Директива о грунтовых водах была в значительной степени заменена в 2000 году Рамочной директивой по водным ресурсам (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 добывающей промышленности. [33] Статья 13(6) требует, чтобы «концентрация слабокислотного диссоциируемого цианида в пруду была снижена до минимально возможного уровня с использованием наилучших доступных технологий », и все шахты, начатые после 1 мая 2008 года, не могут сбрасывать отходы, содержащие более 10 ppm цианида WAD, шахты, построенные или разрешенные к эксплуатации до этой даты, изначально имеют разрешение на выбросы не более 50 ppm, с последующим снижением до 25 ppm в 2013 году и 10 ppm к 2018 году.

Согласно статье 14, компании также должны предоставить финансовые гарантии для обеспечения очистки после завершения рудника. Это, в частности, может повлиять на более мелкие компании, желающие строить золотые рудники в ЕС, поскольку у них меньше шансов иметь финансовую устойчивость, чтобы предоставить такого рода гарантии.

В отрасли был разработан добровольный « Кодекс по цианиду » [34] , цель которого — снизить воздействие на окружающую среду с помощью сторонних проверок управления использованием цианида в компании.

Ссылки

  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, СФ (2010). «Серебро и серебряные сплавы». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . С. 1–43. doi :10.1002/0471238961.1909122205201809.a01.pub3. ISBN 978-0471238966.
  3. ^ "Cyanide Management" (PDF) . Правительство Австралии.
  4. ^ Du Plessis, CA; Lambert, H.; Gärtner, RS; Ingram, K.; Slabbert, W.; Eksteen, JJ (2021). «Использование извести при переработке золота – обзор». Minerals Engineering . 174 : 107231. Bibcode : 2021MiEng.17407231D. doi : 10.1016/j.mineng.2021.107231 . S2CID  240128866.
  5. ^ ab Gray, JA; McLachlen, J. (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. ↑ US 403202, Макартур, Джон Стюарт; Форрест, Уильям и Форрест Роберт, Роберт, «Процесс получения золота и серебра из руд», опубликовано 14 мая 1889 г. 
  7. ^ "Методы извлечения золота II". 2013-05-14.
  8. ^ ab Habashi, Fathi Последние достижения в металлургии золота Архивировано 2008-03-30 в Wayback Machine
  9. ↑ Ежеквартальные и двухнедельные заметки выпускников. Университет Иллинойса. 1 января 1921 г. Получено 1 мая 2016 г.
  10. ^ "Mercur, UT" . Получено 1 мая 2016 г.
  11. ^ Адамс, Майк Д. (2005-12-02). Достижения в обработке золотой руды . Elsevier. стр. XXXVII–XLII. ISBN 978-0-444-51730-2. ISSN  0167-4528.
  12. ^ Гринвуд, НН и Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 . 
  13. ^ "Технический бюллетень 1" (PDF) . Системы Multi Mix. Архивировано из оригинала (PDF) 2009-10-23.
  14. ^ «Абсорбция цианида золота активированным углем. I. Кинетика абсорбции из пульп». Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии . 84 (2): 50–54. Февраль 1984. 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 по охране окружающей среды ЮНЕП/УКГВ «Миссия ООН по оценке – Разлив цианида в Бая-Маре, март 2000 г.».
  17. ^ Maprani, Antu C.; Al, Tom A.; MacQuarrie, Kerry T.; Dalziel, John A.; Shaw, Sean A.; Yeats, Phillip A. (2005). «Определение уклонения ртути в загрязненном верхнем потоке». Environmental Science & Technology . 39 (6): 1679–1687. Bibcode : 2005EnST...39.1679M. doi : 10.1021/es048962j. PMID  15819225.
  18. ^ Al, Tom A.; Leybourne, Matthew I.; Maprani, Antu C.; MacQuarrie, Kerry T.; Dalziel, John A.; Fox, Don; Yeats, Phillip A. (2006). «Влияние кислотно-сульфатного выветривания и цианидсодержащих золотых хвостов на перенос и судьбу ртути и других металлов в ручье Госсан: рудник Мюррей-Брук, Нью-Брансуик, Канада». Applied Geochemistry . 21 (11): 1969–1985. Bibcode : 2006ApGC...21.1969A. doi : 10.1016/j.apgeochem.2006.08.013.
  19. ^ «Длительное сохранение видов цианида в отходах шахт», Б. Ярар, Колорадская школа горного дела, хвостохранилищ и отходов шахт '02, Swets & Zeitlinger, ISBN 90-5809-353-0 , стр. 197 (Google Books). 
  20. ↑ BBC News, BBC: «Цианид просачивается в реки Папуа — Новой Гвинеи», 23 марта 2000 г.
  21. ^ Уилсон, Т.Э. La Politica es la Politica: «После разлива цианида сможет ли компания First Majestic исправить свои действия?» 21 апреля 2018 г.
  22. ^ La Brooy, SR; Linge, HG; Walker, GS (1994). «Обзор извлечения золота из руд». Minerals Engineering . 7 (10): 1213–1241. Bibcode : 1994MiEng...7.1213L. doi : 10.1016/0892-6875(94)90114-7.
  23. ^ "Glycine lixiviants". Mining and Process Solutions . Получено 23 апреля 2021 г.
  24. ↑ Гражданская инициатива, запрещающая добычу цианида в штате Монтана, США. Архивировано 21 октября 2007 г., на Wayback Machine.
  25. ↑ Законопроект Сената 160 2001 г., архивировано 10 октября 2006 г. на Wayback Machine, относительно использования цианида в горнодобывающей промышленности.
  26. ^ "Чешский сенат запрещает использование цианида при добыче золота". Nl.newsbank.com. 2000-08-10 . Получено 2013-01-03 .
  27. ^ Zöld siker: törvény tilalom a cianidos bányászatra! Архивировано 21 июля 2011 года в Wayback Machine.
  28. ^ Международная горнодобывающая промышленность - Европейская комиссия отклоняет предложенный запрет на использование цианида в добывающей промышленности, июль 2010 г.
  29. ^ Директива Совета 96/82/EC от 9 декабря 1996 г. о контроле за опасностью крупных аварий, связанных с опасными веществами. Изменения см. в консолидированной версии.
  30. ^ Директива Совета 82/501/EEC от 24 июня 1982 г. об опасности крупных аварий в некоторых видах промышленной деятельности. Не вступила в силу.
  31. ^ Директива Совета 80/68/EEC от 17 декабря 1979 года о защите грунтовых вод от загрязнения, вызванного некоторыми опасными веществами. Не вступила в силу.
  32. ^ Директива 2000/60/EC Европейского парламента и Совета от 23 октября 2000 г., устанавливающая рамки действий Сообщества в области водной политики (Рамочная директива по водным ресурсам). Изменения см. в консолидированной версии.
  33. ^ Директива 2006/21/EC Европейского парламента и Совета от 15 марта 2006 г. об управлении отходами добывающей промышленности. Изменения см. в консолидированной версии.
  34. ^ ICMI cyanidecode.org Международный кодекс управления цианидами для производства, транспортировки и использования цианида при производстве золота

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Добыча золота» .