Автоклавная десорбция золота из насыщенных активированных углей

Барченков В. В.
Золотодобыча, №219, Февраль, 2017

В настоящее время большинство зарубежных и отечественных золотоизвлекательных фабрик работает по схеме «уголь в пульпе». Тенденция к расширению масштабов использования такой технологии нарастает все больше. В связи с этим большое внимание в России и за рубежом уделяется операции десорбции золота и серебра с насыщенного в процессе сорбции благородными металлами угля.

В 1952 г. в США был разработан способ десорбции золота и серебра, получивший название способ Задра (Zadra J. B. [1]), включающий обработку сорбента горячим щелочно-цианистым раствором с последующим электролитическим выделением его из элюатов в виде катодных осадков.

Десорбцию по способу Задра вначале проводили при атмосферном давлении в течение 24–60 ч при температуре 85–95 °С раствором, содержащим 0,1% NaCN и 1% NaOH. Данный процесс отличается простотой, низкими эксплуатационными и капитальными затратами. Однако основным недостатком процесса являлась большая длительность, что затрудняло его применение на крупномасштабных производствах и приводило к значительному количеству благородных металлов в незавершенном производстве (НЗП). Поэтому процесс Задра постоянно совершенствовался, и для сокращения продолжительности процесса десорбции благородных металлов по этому способу были разработаны автоклавные методы элюирования под давлением.

В России институтами «Иргиредмет» и ИрГТУ [1, 2] был разработан автоклавный способ десорбции золота с активированных углей. Этот способ, впервые внедренный в «Алданзолото» в 1980-х годах, является наиболее скоростным и обеспечивает наибольшее обезметалливание угля (ниже 50 г/т). Параметры процесса следующие: температура — 165–175 °С, давление — 0,8–1,0 мПа, время элюирования — 60–80 мин, количество объемов элюента на объем угля — до 10, элюент — раствор NaOH концентрацией 4–6 г/л.

В последующие годы данный процесс и оборудование были применены, кроме «Алданзолото», на предприятиях ОАО «Бурятзолото», ЗАО «Южуралзолото», с/а «Чукотка», с/а «Золотая Звезда». Высокая скорость процесса при этом достигалась небольшим объемом десорбера (0,125 м3). Подробно процесс и практика его применения изложены в [3].

Суть этой технологии состоит в том, что насыщенный уголь помещается в специальный, герметично закрывающийся аппарат, десорбер V = 0,125м3, через который пропускается из автоклава нагретый до 175 °С элюент, содержащий 4–5 г/л NaOH. Через десорбер пропускается 8–10 объемов раствора элюента на 1 объем угля под давлением 0,7–0,8 мПа. При этом золото и серебро снимаются с угля по закону выходной кривой элюирования; получаемый при этом элюат делится на 2 части — богатый по золоту, называемый «товарным регенератом», и бедный золотосодержащий раствор. Товарный регенерат направляется на электролиз, а бедный раствор — на вторичное концентрирование (сорбция золота из раствора на уголь в колоннах) с последующей десорбцией насыщенного вторичного угля.

За четыре года (1998–2002) эксплуатации автоклавной десорбции процесс был существенно усовершенствован и приближен к описанному выше процессу Задра. По проекту ЦГМ (цех гидрометаллургии) Холбинского рудника для десорбции золота в качестве элюента использовался только щелочной раствор с концентрацией NaOH 4–6 г/л. После двух лет работы были проведены промышленные испытания процесса десорбции с добавкой NaCN до 3 г/л в щелочной элюент, которые дали следующие положительные результаты.

- Во-первых, за счет добавки в рабочий элюент цианистого натрия скорость процесса десорбции возросла, а время одного цикла сократилось на 0,3 часа, что позволило увеличить производительность установки десорбции угля с 20 циклов в сутки (2,5 м3 угля) до 28 (3,5 м3).

- Во-вторых, при добавлении цианида в рабочий раствор элюента появилась возможность температуру процесса снизить со 175 до 150 °С. За счет этого удельные энергозатраты сократились почти на 20%.

- В-третьих, при наличии цианида в элюенте увеличился процент извлечения серебра с насыщенного угля.

В начале 2000-х годов стал известен технологический вариант совмещения десорбции благородных металлов с электролитическим выделением. В технологическую цепочку был включен электролизер, также работающий под давлением. Установки десорбции, работающие по процессу Задра, изготовленные в Китае, были внедрены на многих предприятиях России: с/а «Амур», «Березитовый рудник», «Апрелково», «Ильдиканзолото» и др., всего 17 предприятий (по состоянию на 01.01.2016 г.).

В отличие от автоклавной десорбции, описанной выше, в технологии установки десорбции и электролиза производства КНР применяется более концентрированный по щелочи элюент (40 г/л NaOH против 4–6 г/л), при этом в китайской технологии не используется цианистый натрий.

В качестве десорберов в китайской установке используются колонны десорбции с рабочим объемом от 1,0 до 10 м3. Процесс десорбции в такой установке при температуре 150 °С, давлении 0,5 мПа имеет продолжительность 12–14 ч.

Достоинством китайских установок десорбции и электролиза является их изготовление и поставка заказчику в полном комплекте с нагревателями, фильтрами, технологическими трубопроводами, электроаппаратурой и запорно-регулирующими клапанами, а также контрольно-измерительными приборами и контроллером для автоматического управления процессом. Кроме этого, в целях уменьшения до минимума теплопотерь при работе колонны десорбции, электролизеры, нагреватели и фильтры, а также «горячие» трубопроводы имеют заводскую теплоизоляцию.

Однако основным недостатком десорберов как в автоклавной технологии, так и в установках КНР, осуществляющих десорбцию процессом Задра, является дискретный характер, т.е. процесс десорбции осуществляется в периодическом режиме.

Десорберы работают в дискретном режиме с прерыванием технологического процесса, вызванным необходимостью загрузки аппарата насыщенным углем, созданием герметизации рабочей камеры, поднятиея в ней давления и температуры, разгрузки угля после окончания процесса. Операции загрузки-выгрузки угля, заполнение системы рабочим раствором и доведение параметров процесса (температуры и давления) до нормы занимают много времени, что существенно снижает производительность аппаратуры по переработке угля. Кроме этого, на операции десорбции задействуется большой объем угля и остается много золота в незавершенном производстве.

 Проблема сокращения и даже полного исключения времени вспомогательных операций путем автоматизации и механизации не может быть решена без перевода процесса десорбции в непрерывный режим.

Реализация любого технологического процесса в непрерывном режиме позволяет не только исключить вспомогательные операции, но и благоприятно влияет на его течение, при этом обеспечиваются максимальные показатели по извлечению полезного компонента, его максимальному содержанию в элюате, снижаются энергозатраты.

Поэтому работа по созданию десорберов непрерывного действия началась почти сразу после внедрения в промышленность аппаратуры десорбции периодического действия. Трудность разработки аппаратов десорбции непрерывного действия заключалась в том, что требовалось создать автоматические устройства для загрузки угля в верхней части десорбера и выгрузки угля из нижней части аппарата, не нарушая герметичности рабочей камеры и не прекращая подачи элюентного раствора. Только при размещении загрузочного устройства в верхней части десорбера, а разгрузочного — в нижней части, при подаче щелочного раствора снизу-вверх может быть реализована схема непрерывного процесса противотока угля и раствора.

По сути дела, нужно было подобрать или создать конструкции дозаторов угля для загрузки в десорбер и выгрузки из него, не останавливая процесса десорбции.

Анализ конструкций существующих устройств для загрузки и разгрузки камер высокого давления показал невозможность выбора надежного дозатора, удовлетворяющего заданным требованиям.

Недостатками запатентованных дозаторов являются их низкая надежность ввиду сложности устройств в целом и систем герметизации в частности. Попадание твердых частиц (угля) на поверхности трения скольжения ухудшает герметизацию аппарата, что приводит их к преждевременному износу и нарушению условий герметизации.

Для подачи сыпучих материалов в рабочую камеру десорбера, находящуюся под высоким давлением, в конструкции дозаторов должны быть в наличии следующие обязательные элементы:

- контейнеры для транспортирования сыпучего материала в рабочую камеру;

- приводы для перемещения контейнера в осевом направлении;

- системы герметизации рабочего аппарата.

В 2013 г. ученые ИрНИГТУ получили 3 патента [5] на изобретение «Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления», в которых были применены эластичные торовые оболочки, обеспечивающие герметичность камер высокого давления, загрузку и выгрузку из них зернистых материалов. Эти изобретения стали основой для разработки конструкций дозаторов угля в аппаратах непрерывной десорбции золота из активированных углей.

На рис. 1 показан чертеж опытного образца аппарата десорбции непрерывного действия [4]. Аппарат состоит из загрузочного бункера (1), дозатора (2), ступенчатого тора (3), корпуса десорбера (4) с загрузочными и разгрузочными отверстиями. В корпусе десорбера имеются нижний входной патрубок для ввода горячего элюента и верхний выходной патрубок для вывода раствора элюата. Верхняя и нижняя камеры дозатора для транспортирования активированного угля в рабочую зону десорбера связаны между собой штоком (7), что обеспечивает постоянство объема рабочей камеры и синхронность загрузки и выгрузки рабочей камеры десорбера.

Нижний тор (5) дозатора выполнен цилиндрически, без ступени. Отработанный уголь перемещается в разгрузочный бункер (6). Для поддержания необходимого давления торы снабжены питателями (8). Для обеспечения герметизации рабочей камеры десорбера давление среды в торах должно быть больше давления в камере дозатора. Перемещение торов в верхнее и нижнее положения ограничиваются размерами рабочих камер дозаторов. Ступенчатый эластичный тор (3) используется в качестве силового привода перемещения камер дозаторов, а также для герметизации рабочей зоны десорбера.

Десорбер работает следующим образом. При перемещении в верхнее положение транспортные камеры дозаторов выходят за пределы торов, и активированный уголь из загрузочного бункера (2) и рабочей камеры (4) под своим весом заполняет транспортные камеры дозатора. После этого в ступенчатом торе увеличивают давление, в результате чего он начинает перемещаться в нижнее положение. При движении дозатора торы за счет высокого давления выворачиваются и тем самым обеспечивают герметизацию рабочей камеры десорбера.

В нижнем положении дозатора (2) нижние концы обеих транспортных камер выходят за пределы торов: верхний — в рабочую камеру десорбера, нижний — в разгрузочный бункер (6). Под действием собственного веса уголь высыпается из транспортных камер дозатора. Давление в ступенчатом торе снижают, и под давлением среды рабочей камеры десорбера дозатор перемещается в верхнее положение. Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, дозатор одновременно загружает уголь в рабочую камеру десорбера и разгружает отработанный уголь из десорбера в разгрузочный бункер в присутствии потока горячего раствора элюента, без изменения давления раствора в рабочей зоне аппарата.

Каждая новая порция насыщенного угля, подаваемого дозатором в рабочую камеру десорбера, омывается потоком элюента, уже содержащего золото, десорбированного из нижних слоев угля, т.е. таким образом осуществляется противоток уголь-раствор и достигается максимальное насыщение золотом элюента.

Чтобы осуществлять непрерывный процесс десорбции, необходимо регулировать подачу жидкости или газа в полости торов для перемещения контейнеров дозатора, а также регулировать расход горячего элюента в рабочую камеру десорбера непрерывного действия. Естественно, что вручную процесс десорбции в таком конструктивном исполнении регулировать невозможно, поэтому аппарат десорбции оснащается средствами автоматики.

В 2013 г. в ИрГТУ [4] создали уникальную установку непрерывной десорбции золота из активированных углей (рис. 2).

Команда сотрудников ИрГТУ в течение трех месяцев провела на Березняковской ЗИФ (ОАО «Южуралзолото ГК») монтаж этой установки, пуско-наладочные работы и опытно-промышленные испытания. По результатам испытаний установка показала свою работоспособность и соответствие заданным техническим параметрам.

Рабочий объем опытного десорбера рассчитан на 100 л угля. Установка полностью автоматизирована. Автоматика регулирует как подачу угля в рабочую камеру и разгрузку его из камеры, так и расход элюента в аппарат.

В работе [4] рассчитаны параметры опытно-промышленного аппарата десорбции непрерывного действия. Объем рабочей камеры десорбера составляет 100 л, объем дозаторов загрузки-выгрузки угля равен 0,5 л, соотношение диаметра и высоты десорбера составляет 1:6. Время десорбции принято 1 час.

Поскольку рабочий объем камеры аппарата составляет 100 л, то дозирующее устройство за час должно поставить из загрузочного бункера в рабочую камеру 100 л насыщенного угля. Для того чтобы непрерывность процесса десорбции не была нарушена, оптимальная доза загружаемого угля должна составлять не более 0,5 л. Исходя из этого, объем дозаторов загрузки-выгрузки угля принят 0,5 л.

Автор диссертации [4] рассчитал параметры работы дозаторов. Чтобы в течение часа поставить в рабочую камеру 100 л угля, количество ходов, которое нужно сделать дозатору, должно составлять: 100 (л) : 0,5 = 200. Путь за один ход, который проходит камера дозатора для обеспечения непрерывной подачи материала, (нужна запятая) составит 640 мм, а время одного хода дозатора: 3600 : 200 = 18 сек. Кроме этого, необходимо учесть время на наполнение и разгрузку камеры дозатора, которая составляет по 5 сек. Движение дозатора для подачи и разгрузки материала по заданной циклограмме работы дозаторов обеспечила, как показали опытно-промышленные испытания, бесперебойную работу десорбера непрерывного действия.

Из вышеизложенного следует, что в опытно-промышленном десорбере непрерывного действия объемом 100 л все параметры дозаторов жестко привязаны ко времени процесса десорбции золота с угля, равного 1 час, и автоматика обеспечивает только рассчитанную циклограмму ходов дозаторов. Таким образом, производительность десорбера непрерывного действия по переработке угля должна составить не более 2400 л/сут.

В материале, опубликованном на сайте ИрНИТУ в апреле 2016 г. [6], сотрудник кафедры автоматизации производственных процессов ИрНИТУ Алексей Колодин утверждает, что «Аппарат непрерывной десорбции золота из активированных углей, созданный и запатентованный учеными ИрНИТУ, увеличивает производительность отделений десорбции золотоизвлекательных фабрик в 3–4 раза за счет интенсификации процесса…»

С этим утверждением нельзя согласиться и вот почему. По опыту работы ЦГМ рудника Холбинский, при переработке насыщенного угля в количестве 125 л щелочным элюентом в обычном десорбере методом автоклавной десорбции при T=175 °С и давлении 0,8–1,0 мПа процесс идет 60–70 минут. Причем процесс десорбции протекает по закону кривой элюирования. Используя второй десорбер для компенсации вспомогательных операций (загрузка, выгрузка угля, нагрев) и организации непрерывной работы одного из десорберов, суточная производительность составила 2500 л.

Опытно-промышленный десорбер непрерывного действия, разработанный ИрНИТУ, перерабатывая в час 100 л угля, должен иметь суточную производительность не более 2400 л. И увеличить его производительность «…в 3–4 раза…» по углю не получится, т.к. жесткость привязки параметров дозаторов не позволит этого сделать. Поэтому увеличение производительности по переработке угля в опытном образце десорбера в 3–4 раза невозможно без изменения условий проведения процесса десорбции.

А условия проведения процесса можно изменить, как об этом сказано в начале статьи, путем добавления в элюент цианида натрия. В этом случае за счет непрерывности процесса десорбции можно увеличить производительность десорбера V=100 л по углю в 1,3–1,5 раза.

Поскольку процесс десорбции является обратным процессу сорбции, при осуществлении его в непрерывном режиме в условиях противотока уголь-раствор достигается максимальная концентрация десорбирующего элемента (ДЭ) в выходящем из десорбера элюате, что и подтвердилось в опытно-промышленных испытаниях на Березняковской ЗИФ.

К сожалению, достоверных данных о показателях работы десорбера непрерывного действия (суточная производительность десорбера по углю, содержание ДЭ в угле после десорбции, степень извлечения ДЭ в элюат, потребление электроэнергии в кВтч на 1 кг или 1 т угля, и др.), которые должны были получить в ходе испытаний, в материале [6] не приведено.

Тем не менее, на основе проведенных промышленных испытаний опытного десорбера, можно с уверенностью утверждать, что непрерывная автоклавная десорбция из активированных углей имеет следующие преимущества по сравнению с периодическим процессом:

1. Увеличение концентрации золота в элюатах, направляемых на электролиз;

2. Компактная аппаратура десорбции занимает меньше производственной площади;

3. Снижение энергозатрат на проведение процесса;

4. Уменьшение количества золота в НЗП за счет компактности аппаратуры;

5. Полная автоматизации процесса.

 

Достижение ученых ИрНИТУ в деле создания аппарата автоклавной десорбции золота из насыщенного активированного угля и получение положительных результатов в опытно-промышленных испытаниях создает реальные предпосылки для разработки конструкций промышленных десорберов непрерывного действия, определения рациональной линейки этих десорберов по объему и производительности по углю и широкое их внедрение в производство.

 

Литература

1.Zadra J. B. A process for the recovery of gold from activated carbon by leaching and electrolysis//U. S. Bureau of Mines Reports of Investigations, 4672. — 1950, April. — P. 4672–4677.

2.A. c. 633289 СССР, МКИ С 22 В 11/04, В 01 D 15/04. Способ извлечения золота и серебра/В. К. Чернов, В. В. Елшин, Н. Я. Елизов, В. Г. Вихорев, — № 2450200/2202; 07.02.77

3.Барченков В.В. Основные технологические процессы переработки золотосодержащих руд. СПб. Интермедия, 2013 г.

4.Нгуен Ван Хоан, Обеспечение непрерывности процесса десорбции на основе использования дозаторов с торовым приводом. Диссертация. ИрГТУ, г. Иркутск brstu.ru/.../nguen_van_hoan/dissertaciya.pdf.

5.Патенты №№ 135271,135939, 2471543, Российская Федерация, МПК кл. ВО1J3/02 Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления (варианты) В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Нгуен Ван Хоан. Опубл. в 2013 г. Бюл. №№ 34, 35, 1

6. http://www.istu.edu/news/23152/ 


-0+3
Просмотров статьи: 1639, комментариев: 2       
Статьи по обогащению и металлургии руд и песков

Комментарии, отзывы, предложения

Леша, 21.04.17 23:14:02 — Всем и автору

Огромное спасибо за публикацию.

Реалист, 24.04.17 16:31:44

Разработка еще сырая, что из нее получится увидим нескоро. Диссертация уже, похоже, защищена, теперь можно забыть и отдохнуть.

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Автоклавная десорбция золота из насыщенных активированных углей »


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "два прибавить 1":

подписаться на комментарии