Электрохимическая хлоринация золотосодержащих сульфидных руд

В настоящее время при добыче золота все большую роль играют технологии извлечения благородных металлов из труднообогатимых упорных руд. Прямое цианирование упорного золотосульфидного сырья не позволяет получить высокие показатели излечения золота. Поэтому необходимо изыскание более эффективных методов, к которым можно отнести методы хлоринации, отличающиеся более высокой скоростью растворения золота и высокими показателями вскрытия золота в упорных рудах.

 

Использование хлорсодержащих растворителей золота известно с давних времен. Процесс под названием «гидрохлоринация» как гидрометаллургический метод извлечения золота из руд и концентратов широко применялся в золотодобывающей промышленности в течение второй половины XIX века и начале ХХ века.

Процесс гидрохлорирования основан на переводе золота в водно-растворимое соединение золотохлористоводородной кислоты под действием газообразного хлора или других хлорагентов, содержащих хлор в виде иона. Если применяется газообразный хлор, то его взаимодействие с хлором происходит по основной химической реакции:

Au⁰ + 3/2СI₂ + CI^- → AuCl₄^2-

Для предотвращения гидролиза хлора и ускорения реакции процесс гидрохлорирования осуществляется в кислой среде при рН менее 4 и окислительно-восстановительном потенциале (ОВП) не ниже 1,0 В. Рекомендуемый состав растворителя для простых руд: 1–2 г/л СI₂ и 2–4 г/л НСI. Но можно вместо хлор-газа использовать для растворения золота гипохлоритные растворы NaOCI, CaOCI, при этом сначала в кислой среде образуется «активный» хлор по реакции:

МеОСI+ 2НСI = MeCI + СI₂ + Н₂О,

а затем идет вышеприведенная реакция с золотом.

 

Недостатками гидрохлоринационного процесса являются:

а) необходимость использования большого количества хлора и хлорсодержащих агентов;

б) токсичность применяемых реагентов и связанная с этим возможность отравления при обслуживании технологического процесса;

в) затруднения, вызываемые присутствием в природных золотинах примеси серебра, образующего нерастворимые поверхностные пленки AgCl, препятствующие дальнейшему протеканию процесса растворения золота.

 

Указанные недостатки специфичны для рассматриваемого процесса. Тем не менее возможности использования хлоринации в последние годы существенно расширились благодаря достигнутому прогрессу как в области теории, так и в области практического осуществления данного метода.

 

Возможность использования процесса хлоринации при гидрометаллургической переработке золоторудных материалов может решаться в двух аспектах:

1) для переработки упорных для цианирования золотосодержащих руд и концентратов, а также некоторых золото- и серебросодержащих отходов цветной металлургии;

2) в качестве альтернативных цианированию вариантов кучного и подземного выщелачивания.

Особую проблему в гидрометаллургическом процессе, в том числе и при гидрохлорировании представляет золото, тонковкрапленное в плотных и нерастворимых минералах (например, сульфиды) в данной выщелачивающей системе. Такое золото трудно извлекается цианированием и мало зависит от условий выщелачивания. По классификации Лодейщикова В.В., его относят к категории физической депрессии. Доля такого неизвлекаемого золота может достигать значительных величин 60–80% от всего находящегося в руде благородного металла.

 

Одним из новых перспективных направлений хлоринационного выщелачивания является метод электрохимического обогащения золотосодержащих сульфидных руд, который заключается в получении активных хлорсодержащих растворителей путём электролиза раствора хлорида натрия непосредственно в зоне растворения либо перед подачей в зону растворения компонентов. Этот метод позволяет интенсифицировать процесс хлоридного извлечения золота из золотосодержащих сульфидных руд за счёт более глубокого вскрытия сульфидов и большей скорости растворения золота.

 

В ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» защищена диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук «Исследование закономерностей и разработка технологии извлечения золота электрохимической хлоринацией из золотосодержащих сульфидных продуктов», автор — Киселев Михаил Юрьевич.

В диссертационной работе были исследованы механизм и кинетика растворения пирита и золота методом электрохимической хлоринации и на его основе разработана технология извлечения золота из золотосодержащих сульфидных продуктов.

 

Электрохимическая хлоринация представляет собой процесс окисления золота путем контактной и бесконтактной поляризации пирита и золота на электродах, помещенных в раствор хлорида натрия, при наложении электрического тока. Электрохимическая ячейка представлена на рис. 1.

 

Рис. 1. Электрохимическая ячейка

1 — рабочие медные пластины; 2 — токоподводящие медные пластины; 3 — резиновая прокладка; 4 — изоляционное покрытие

 

Ячейка помещается в раствор хлорида натрия и при подаче электротока идет процесс электрохимической хлоринации.

С использованием этой ячейки были изучены закономерности процессов электрохимической хлоринации при контактной и бесконтактной поляризации пирита и золота. Установлено, что контактная поляризация частиц осуществляется при соприкосновении частиц с электродом. Экспериментально изучено влияние площади контакта и давления на величину сопротивления на примере контакта пирита и халькопирита с железным стержнем. При этом было установлено, что увеличение площади соприкосновения и давления приводит к снижению контактного сопротивления. Для оптимального снижения контактного сопротивления между частицей и электродом необходимо обеспечить давление не ниже 40 Па.

Для изучения характера растворения пирита выполнено фотографирование поверхности пиритного анода до и после эксперимента. Установлено, что растворение пирита идёт мозаично. Неравномерность растворения пирита обусловлена большей реакционной способностью границ раздела по спайности и трещинам, пассивацией поверхности пирита элементарной серой и прохождением реакции в зонах повышенной электропроводности.

 

Для изучения процесса растворения золота электрохимической хлоринацией была создана лабораторная установка с электрохимической ячейкой. Исследования проводились на золотых пластинках пробностью 585, толщиной 20 мкм. Растворение золотых пластинок выполняли в отдельной камере, в которую подавался газообразный хлор, и для сравнения — в прианодном пространстве ячейки.

Результаты растворения золота приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Условия и показатели растворения золота электрохимической хлоринацией

Вариант растворения	Ток А	Плотность тока А/м2	Масса золотин до растворения, г	Время растворения, ч	Масса золотин после растворения, г	Скорость растворения
						мг/ч	мкм/ч
В отдельной  камере	2,6	965,1	0,025	3,0	0,009	5,3	2,13
В прианодном пространстве	1,4	519,7	0,025	1,12	0	22,32	8,93
	2,6	965,1	0,27	0,67	0	40,3	14,92

 

Как видно из таблицы, при нахождении золота в прианодном пространстве скорость его растворения значительно возрастает — с 2,13 до 14,92 мкм/ч. Происходит это за счёт поляризации частицы золота и более высокой активности хлорных агентов в момент своего выделения на аноде.

Таким образом, механизм электрохлоринацонного растворения золота можно представить в виде трех стадий:

1. При поляризации электропроводные частицы минералов в процессе электрохимической хлоринации, независимо от размеров и расположения в межэлектродном пространстве, выступают в роли биполярных электродов, в которых возбуждаются электрохимические реакции, интенсифицирующие процесс растворения на анодной стороне частиц.

2. Анодная поляризация пирита приводит к образованию на его поверхности пассивирующих неэлектропроводных плёнок, а наличие золота в плоскостях спайности — к образованию зон повышенной электропроводности и интенсификации процесса растворения этих зон с образованием мозаичной структуры поверхности пирита.

3. Интенсификация растворения золота при электрохимической хлоринации обеспечивается большей активностью образующихся непосредственно на поверхности золота хлорных агентов.

 

В лабораторных условиях экспериментально была изучена пассивация пирита элементарной серой. После проведения электрохимической хлоринации пирита при продолжительности растворения 4 часа и силе тока на электродах 0,75 А пиритный анод вместе с образовавшимся на поверхности пирита пассивирующим слоем помещали в установку для сканирования электрического тока по поверхности пирита. На электроды подавали ток при напряжении, равном 5 В. В результате сканирования поверхности пирита установлено, что на пассивированных участках пирита ток выше нуля не поднимался.

 

Полученные закономерности доказывают химизм и механизм растворения пирита, заключающийся в растворении пирита с образованием элементарной серы на поверхности пирита, которая оказывает пассивирующий эффект на растворение данных поверхностей. При этом активируется растворение более электропроводных, содержащих золото участков поверхности пирита.

 

Лабораторные исследования метода электрохимической хлоринации были выполнены на реальных золотосодержащих продуктах — рудах Березовского и Игуменовского месторождений, на пробе старогодних хвостов Красноуральской обогатительной фабрики.

 

- Исследования сульфидной руды Березовского рудника проводились в анодной камере диафрагменного электрохлоринатора на классе крупности руды (минус 1+0) мм. Масса навески составляла 200 г. Напряжение на электродах устанавливали 5 В, ток составлял 3,6 А, продолжительность электрохлоринации — 2 часа. Извлечение золота составило 91,62%.

 

- На пробе старогодних хвостов Красноуральской обогатительной фабрики с содержанием золота 1,7 г/т, серебра 16,0 г/т, меди 0,37%, цинка 0,27% проведены эксперименты по перколяционной электрохимической хлоринации. При постоянном расходе раствора NаС1 0,08 л/ч переменными факторами в экспериментах являлись масса навески хвостов и продолжительность электрохлоринации. Электрический ток через установку поддерживали равным 2А. Концентрация раствора хлорида натрия составляла 140 г/л. Установлено, что перколяционная электрохимическая хлоринация позволяет за 5 часов извлекать в раствор 41% золота, 35% меди, 18% цинка и 6% серебра.

 

- Агитационную электрохимическую хлоринацию старогодних хвостов проводили в анодном отсеке электрохлоринатора при концентрации раствора NаС1 100 г/л при токе 2А. Масса навески хвостов в опытах составляла 200 г. Переменным фактором в экспериментах была продолжительность процесса электрохимической хлоринации, которая составляла 2, 4, 6 часов. Эксперименты выполнены на хвостах без дезинтеграции и хвостах с предварительной дезинтеграцией. Извлечение в раствор с предварительной дезинтеграцией хвостов при продолжительности электрохлоринации 6 часов составляет 49% золота, 52% меди, 53% цинка, 42% серебра.

 

- Также исследована возможность извлечения золота из золотосодержащего пиритного продукта обогащения руды Игуменовского месторождения в агитационном бездиафрагменном электрохлоринаторе. Опыты выполнены на хвостах центробежной сепарации с содержанием золота 42,2 г/т и серебра 92,3 г/т. Масса навесок в опытах составляла 1000 г. Ток устанавливали 1 и 2 А при концентрации раствора хлорида натрия 50 г/л, продолжительность выщелачивания составляла 2, 4, 6 часов. Скорость мешалки составляла 5 об/мин. При продолжительности электрохимической хлоринации 6 часов и токе 2А достигнуто максимальное извлечение золота в раствор около 70%. Результаты лабораторных исследований систематизированы в сводной таблице 2 

 

Таблица 2. Результаты лабораторных исследований

Месторождение		Масса Пробы, г	Время, ч	Сила тока, А	Напряжение, В	Содержание Аu, г/т	Извлечение Золота? %
Березовское сульфидная руда	Бездиаф-рагмен.	1000	7	3,0	20	3,6	66,67* 72,22**
	Анодная камера	200	2	3,6	5	3,6	91,6***
Хизоваарское–силикат алюминия (кианит)		100	6	2,0	5	2,04	78,0
Игуменовское-пиритный концентрат		1000	6	2,0	5	42,2	70,0
Старогодние хвосты Красноурал. ОФ	перколяция	200	5	2,0	5	1,7	41,0
	агитация	200	6	2,0	5	1,7	49

*66,67% на продукте крупностью -20+0 мм **72,2 на продукте крупностью -5,0+0 мм, ***91,6% на продукте крупностью 0,5+0 мм

 

Таблица 2 показывает, что из всех сульфидных продуктов процессом электрохлоринации извлекается золото от 60% до 91,6%. Во всех опытах использовался раствор хлорида натрия с концентрацией NaCl от 50 до 150 г/л. При этом продолжительность процесса для максимального извлечения металлов составляет от 2 до 6 часов при сравнительно небольших значениях тока и напряжения. Вместе с золотом в раствор переходят серебро, медь, цинк (старогодние хвосты). Показано, что максимальное извлечение золота из сульфидной Березовской руды получено на крупности 0,5+0 мм.

На основании полученных результатов исследований в лабораторных условиях были выполнены опытно-промышленные испытания технологий переработки золотосодержащих сульфидных продуктов с применением процессов электрохимической хлоринации. Для проведения испытаний разработаны технологическая схема и изготовлена аппаратура из кислотостойких материалов и схема цепи аппаратов, представленных на рис. 2 и 3.

 

Рис. 2. Качественно-количественная схема переработки старогодних хвостов обогатительной фабрики ОАО «Святогор

 

Рис. 3. Схема цепи аппаратов технологической линии по переработке хвостов:

1 — растворный бак; 2 — электрохимический хлоринатор; 3 — фильтровальная установка; 4 — сорбционная колонна; 5 — зумпф; б — насос; 7 — источник тока

 

Электрохимическая хлоринация старогодних хвостов обогатительной фабрики ОАО «Святогор» испытана в перколяционном и агитационном режимах. Агитация хвостов осуществлялась путём перемешивания при выключенном питании тока через каждые 20 минут в течение 1 минуты.

Хвосты массой 50 кг помещали в электрохимический хлоринатор 3. В сорбционную колонну 4 засыпали 3 кг угля. На электроды электрохимического хлоринатора 2 подавали ток 20 А от выпрямителя поз 7. Раствор хлорида натрия из растворного бака 1 поступал в электрохимический хлоринатор 2, где происходило электрохимическое хлоридное растворение хвостов. Продуктивный раствор из электрохимического хлоринатора 2 поступал в фильтровальную установку 3 для очистки раствора от твёрдых примесей. После фильтрования осветлённый раствор поступал в сорбционную колонну 4 для осаждения золота и серебра на угле. Обеднённый раствор из сорбционной колонны поступал в зумпф 5, из которого насосом 6 подавался в растворный бак 1. В ходе эксперимента в бак 1 добавляли соль NаС1 для поддержания концентрации 50 г/л. Каждый час производилась переполюсовки электродов.

Результаты опытно-промышленных испытаний электрохимической хлоринации на старогодних хвостах ОАО «Святогор» приведены в таблицах 3 и 4.

 

Таблица 3

Технологические показатели		Продолжительность растворения, ч
		6	12	18	24
Содержание золота в навеске, г/т	До	1,7
	после	1,42	1,02	0,71	0,57
Содержание серебра в навеске г/т	до	16,0
	после	15,17	13,36	10,62	7,28
Массовая доля меди в навеске, %	До	037
	после	0,24	0,12	0,09	0,08
Массовая доля цинка в навеске, %	До	0,27
	после	0,21	0,14	0,10	0,08
Извлечение золота в раствор %		17,09	41,98	60,83	69,62
Извлечение серебра в раствор %		5,9	19,25	32,76	43,78
Извлечение меди в раствор %		35,62	68,64	77,19	80,41
Извлечение цинка в раствор %		22,8	49,86	65,26	73,15

 

Таблица 4

Наименование металлов	Извлечение в уголь при продолжительности электрохимической хлоринацией, ч
	6	12	18	24
Золото	17,09	41,18	58,82	68,24
Серебро	5,56	19,43	32,47	43,59

 

Как показывает таблица, электрохимическая хлоринация хвостов в перколяционном режиме с последующей сорбцией металлов из раствора на уголь обеспечивает возможность извлечения золота 58,4%, серебра 68,7% и в агитационном режиме — золота 72,2%, серебра 83,0%.

Перколяционная электрохимическая хлоринация старогодних хвостов обогащения ОАО «Святогор» позволяет комплексно извлечь золото, серебро, медь и цинк в раствор. Так, при продолжительности электрохимической хлоринации 24 часа в раствор извлеклось 69,62% золота, 43,78% серебра, 80,41% меди и 73,15% цинка. Конечным продуктом данной технологии является насыщенный металлами уголь с общим извлечением в него золота 68,24% и серебра 43,59%.

Комбинированная гравитационно-хлоридная технология переработки золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения была испытана в полупромышленном масштабе.

Опытно-промышленные испытания этой технологии показали, что при переработке золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения было достигнуто суммарное извлечение в гравиоконцентрат и на активированный уголь — золота 91,51% и серебра 85,09%.

 

В заключение следует отметить, что процессы гидро-и электрохлоринации отличаются от остальных гидрометаллургических процессов более высокой скоростью растворения золота в упорных к цианированию рудах и концентратах и при этом позволяют перерабатывать минеральное сырье комплексно, извлекая в растворы цветные металлы, что подтверждается приведенными теоретическими исследованиями и опытно-промышленными проверками. Теперь вопрос состоит, в том, чтобы применить эти технологии на практике.

 

Литература

1. Лодейщиков В.В. Гидрохлорирование цветных и благородных металлов, ЗД, 2010 г.

2. Киселев М.Ю. Исследование закономерностей и разработка технологии извлечения золота электрохимической хлоринацией из золотосодержащих сульфидных продуктов. Автореферат диссертаци,. г.Екатеринбург, 2012 г.

3. Вальцева А.И. Технология переработки золотосодержащего сырья методом гидро-и электрохлоринации. Диссертация, г. Екатеринбург 2024 г.

 

Заказать книгу: Барченков В.В. Обогатительные и гидрометаллургические процессы извлечения золота из руд , 2022, 544с.  barchenkov.valery@rambler.ru

---

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница