автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование процесса интенсивного цианирования золотосодержащих гравитационных концентратов

На правах рукописи

Евдокимов Андрей Витальевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИНТЕНСИВНОГО ЦИАНИРОВАНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

05.16.02. - Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6ЯНВ2С12

Иркутск-2012

005009709

Работа выполнена в Иркутском научно-исследовательском институте благородных и редких металлов и алмазов (ОАО «Иргиредмет»)

Научный руководитель:

доктор технич еских наук, Войлошников Григорий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор химиче ских наук, Корчевин Николай Алексеевич

кандидат технических наук, Минеева Татьяна Султановна

Ведущая организация: НИЦ «Гидрометаллургия» (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится «15» февраля 2012 г. в 12, часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 при НИ «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074 г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета, с авторефератом - на официальном сайте НИ «Иркутский государственный технический университет» www.istu.edu

Отзывы на автореферат (в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации) просьба высылать по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ; ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 Салову В.М. e-mail: salov(<iistu.edu

Автореферат разослан «14» января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

профессор

В.М. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Гравитационное обогащение широко используется при переработке золотосодержащих руд. Концентраты, получаемые в операции основной концентрации золота, являются бедными, их обычно перечищают (доводят) на концентрационных столах, иногда после доизмельчения. Схемы переработки гравитационных концентратов достаточно разнообразны и включают гравитационные, магнитные и другие методы. В результате применения указанных схем получают более богатый продукт («золотую головку»), который отправляют на плавку. Для плавки оптимальное содержание золота в «золотой головке» составляет 10-20 %. При доводке черновых гравитационных концентратов появляются дополнительные золотосодержащие продукты, которые необходимо отправлять на дальнейшую переработку: промпродукт, магнитная фракция, крупный скрап. При этом извлечение золота в «золотую головку» не превышает 70 % (чаще всего на уровне 50 %). В связи с этим определенными преимуществами обладает процесс интенсивного цианирования, позволяющий достигать высокого излечения золота из гравиоконцентратов за приемлемое для общего технологического цикла время (6-24 ч) и локализовать продукты с высоким содержанием металла на охраняемом участке (золотой «комнате»).

Процесс интенсивного цианирования основан на использовании высоких концентраций цианида, окислителя (кислород) и щелочи. Кроме того, для интенсификации процесса цианирования возможно применение следующих приемов: повышение температуры, снижение вязкости раствора, применение аэрации, а также возможно применение реагентов-ускорителей. В настоящее время значительное количество литературных данных посвящено ускорению процессов цианирования благородных металлов с использованием химических добавок. Преимуществами таких методов являются высокая технологичность -отсутствие необходимости менять технологию устоявшегося производственного процесса, не требуется применения специального оборудования и высококвалифицированного персонала. К недостаткам такого подхода следует отнести увеличение экологической нагрузки на окружающую среду, что, однако, является малозначимым при использовании экологически безопасных соединений. Поэтому поиск более дешевых, эффективных и экологически безопасных реагентов-ускорителей является актуальным направлением совершенствования процесса интенсивного цианирования гравиоконцентратов.

Целью работы являлось изучение кинетики растворения золота в крепких цианистых растворах с применением новых реагентов-ускорителей, определение механизма действия реагентов-ускорителей на процесс выщелачивания золота, оценка эффективности их применения для процесса интенсивного цианирования гравиоконцентратов различного вещественного состава, получаемых на предприятиях золотодобывающей промышленности, и

разработка технологической схемы переработки гравиоконцентратов с применением реагентов-ускорителей.

Методы исследований. При выполнении работы использованы методы титриметрического, потенциометрического, атомно-абсорбционного и атомно-эмиссионного анализа растворов; метод пробирного анализа рудных материалов; методы математической статистики, использованные при обработке результатов; метод вращающегося диска для изучения кинетики растворения золота.

Научная новизна работы:

Впервые с использованием метода вращающегося диска изучена кинетика растворения золота в крепких цианистых растворах. Установлены основные физико-химические закономерности растворения золота (порядок реакции, константа скорости растворения золота, энергия активации) с использованием реагентов-ускорителей и без введения последних. Предложен возможный механизм действия реагентов-ускорителей. Определены оптимальные концентрации цианида натрия и реагентов-ускорителей для процесса интенсивного цианирования.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

По результатам исследований разработана технология интенсивного цианирования гравитационных концентратов с применением реагентов-ускорителей для месторождений «Токур», «Красивое», «Верхне-Алиинское» и «Одолго» и составлены технологические регламенты.

В настоящие время ведется проектирование технологии интенсивного цианирования на месторождении «Верхне-Алиинское». На ЗИОФ ГОКа «Юбилейный» (месторождение «Красивое») и первом квартале 2012 года запланирован ввод в эксплуатацию установки интенсивного цианирования гравиоконцентратов, которая разработана в ОАО «Иргиредмет».

Личный вклад автора заключается в обосновании задач исследования, планировании и проведении лабораторных и полупромышленных испытаний, анализе и обработке полученных результатов, выполнении расчётов.

На защиту выносятся:

- результаты исследований по поиску новых реагентов-ускорителей процесса интенсивного цианирования;

- результаты исследований по выявлению основных кинетических закономерностей растворения золота в крепких цианистых растворах и возможный механизм действия реагентов-ускорителей;

- результаты лабораторных и полупромышленных испытаний технологии интенсивного цианирования с применением реагентов-ускорителей на гравиоконцентратах различного вещественного состава;

- исходные данные для проектирования узла интенсивного цианирования для ряда объектов (месторождение «Красивое» и «Верхне-Алиинское»);

Апробация работы. Основные материалы работы изложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и

металлургических производств» (Иркутск, 2009), «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (Иркутск, 2009), на международных совещаниях «Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогагимого минерального сырья» (Плаксинские чтения, Казань, 2010), на кафедре металлургии цветных металлов ИрГТУ.

Объем н структура работы. Диссертация изложена на 124 страницах, состоит из введения, 7 глав, общих выводов, библиографического списка из 108 наименований, включает 18 рисунков и 31 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введешш обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи исследований, обозначена научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы основные защищаемые положения.

В первой главе представлен аналитический обзор научно-технических публикаций по теме диссертационной работы, который включает в себя развитие процесса интенсивного цианирования, интенсификацию процесса цианирования с помощью неорганических и органических реагентов-ускорителей. На основании литературного обзора разработана программа диссертационных исследований, включающая в себя следующие основные этапы:

-оценка эффективности применения реагентов-ускорителей для интенсификации процесса выщелачивания золота из гравитационных концентратов;

- изучение основных физико-химических закономерностей растворения золота (порядок реакции, константа скорости растворения золота, энергия активации) с использованием реагентов-ускорителей и без введения последних;

- описание возможного механизма действия реагентов-ускорителей;

лабораторные исследования, укрупненно-лабораторные и промышленные испытания;

-внедрение технологии интенсивного цианирования гравиоконцентратов с применением реагентов-ускорителей;

Во второй главе приведены результаты экспериментов по поиску новых реагентов-ускорителей растворения золота на основе ароматических кислот и их солей. В качестве добавок испытаны органические и неорганические реагенты. Для оценки эффективности применения добавок эксперименты проводили как на металлическом золоте, так и на гравитационном концентрате. По результатам исследований по растворению металлического золота (таблица 1) и извлечению золота из гравиоконцентрата (таблица 2) наиболее перспективными реагентами-ускорителями являются ароматические нитросоединения Российского производства «NBA», «NBA-A» и «К». Для сравнения был испытан зарубежный промышленный образец LeachWell, который является смесью органических и неорганических солей натрия, нитрата свинца и воды.

Таблица 1

Влияние реагентов-ускорителей на скорость растворения металлического

золота _

Шифр добавки Количество растворившегося золота, г Скорость растворениях 10"4 г/см2хч

Без добавок 0,00046 12

Натриевая соль 1,2-нафтохинон-4-сульфокислоты 0,000633 16

Хлорид висмута 0,000665 17,1

3,5-Дннитро-о-толуиловая кислота 0,00138 35,4

2-Нитроанилин 0,00125 32,0

2,4-Динитрофенол 0,00112 29,0

о-Нитробензойная кислота 0,000634 16,0

2,4-Динитробензойная кислота 0,000678 17,3

Сульфашшовая кислота 0,00055 14,0

NBA 0,000592 15,0

NBA-A 0,000673 17,3

«К» 0.001792 46

4-Нитрофеннлсульфонилуксусная кислота 0,0019 49

Leach Well 0,001 27.0

Таблица 2

Влияние реагентов-ускорителей на показатели цианирования золота из

гравитационного концентрата месторождения «Западное»_

Шифр добавки Концентраци Содержание Аи в Содержание Извлечение

я Айв кеке Au в Аи, %

растворе, цианирования, г/т исходном (по (по балансу)

мг/л балансу), г/т

2,4-Дшштрофенол 120 17,6 257,6 93,2

о-Нитробензойная кислота 108 17,3 233,3 92,6

2)4-Д1Шитробснзой!1аи 127 4.4 258,4 98,3

кислота

Сульфашшовая кислота 112 17,2 241,2 92,9

Натриевая соль 1,2- 114 12,1 240,1 95,0

нафтохинон-4-сульфокислоты

Хлорид висмута ИЗ 10,6 236,6 95,5

3,5-Динитро-о-толунловая 132 20,6 284,6 92,7

кислота

2-Нитроанилин 137 15,8 289,8 94,5

4- Ннтрофешшсульфонилуксусн 139 9,6 287,65 96,6

ая кислота

NBA 131 9,0; 271,0 96,7

NBA-A 126 6,5 258,5 97,5

«К» 119 7,5 245,5 96,9

Leach Well 120 9,3 249,3 96,3

Без добавок 133 17,4 283,45 93,8

В третьей главе приведены результаты исследований по изучению кинетики растворения металлического золота в крепких цианистых растворах с применением реагентов-ускорителей методом вращающегося диска. Определены основные физико-химические закономерности процесса растворения золота.

Результаты исследований показали, что растворение золота протекает в диффузионной области при угловой скорости вращения диска до 15,8 рад/с, при этом скорость растворения возрастает от 0,09 до 0,51 • 10"9 мольсм"2с"'. Далее процесс переходит в кинетическую область, и скорость растворения золота не зависит от угловой скорости вращения диска (рис. I). Данный факт подтверждается рассчитанными значениями энергии активации: для диффузионного и кинетического режимов они соответственно составили 13,9 и 42,3 кДж/моль.

Рис.1- Зависимость удельной скорости растворения золота от угловой скорости вращения диска (Условия опытов: Т-298 К; СЫа0н - 0,125 моль/л; См^ - 0,2 моль/л)

На рисунке 2 представлены зависимости удельной скорости растворения золота от концентрации цианида натрия в кинетическом и диффузионном режимах.

Скорость растворения золота не зависит от концентрации растворителя в области более 0,25 моль/л (диффузионный режим) и от 0,2 моль/л (кинетический режим), т.е. данный процесс лимитируется концентрацией растворенного кислорода.

Константа скорости в диффузионном режиме составила 0,69 -10"9 л-см~2-с~' 2рад" Ь2, в кинетическом режиме - 2,55-10"9 л-см~"-с",/2.

€

а;

,п

0,1 0,2 0,25 0.3 0,31

Коцентрация ХаСГО, моль/л

-кинетический режим п-26 рал/с —А.....диффузион! ый режим г-7,9 рад/с

Рис.2 - Зависимость удельной скорости растворения золота от концентрации цианида натрия (Условия опытов: Т-298 К; Сма0н - 0,125 моль/л)

Постоянство отношений удельной скорости растворения и концентрации цианида в растворе свидетельствует о первом порядке реакции.

Изучено влияние концентрации растворенного кислорода на процесс растворения золота при концентрации цианида натрия 0,2 моль/л в кинетической области (п-16 рад/с) (рис. 3).

ё 1,2 зГ

I 1

« 0,8 е?

3 о,б

5

5

а. о."

а

ш,

1 0.2 1с.

»

Концентрация кислорода, мгп

-в—12,60

4,00

300 600 900

Продолжительность, с

1200

Рис.3- Влияние концентрации растворенного кислорода на растворение золота Условия опытов: Т-298 К; Снаон - 0,125 моль/л; Смасы- 0,2 моль/л.

Установлено, что с увеличением концентрации окислителя (кислорода) скорость растворения золота увеличивается (рис.3). Это объясняется увеличением предельного соотношения концентраций цианид:кислород в растворе. По результатам опытов были рассчитаны удельные скорости растворения золота при различной концентрации растворенного кислорода, которые составили: 0,5610'9 моль см" V и 1,0610"9 мольсм"2с"' при концентрации кислорода в растворе, соответственно, 7,9 и 12,6 мг/л.

С целью изучения влияния ускоряющих добавок на кинетику растворения золота эксперименты проводили в обескислороженном растворе в атмосфере аргона (рис.4). Как следует из рисунка 4, в присутствии реагентов-ускорителей происходит интенсивное растворение золота, что свидетельствует о наличии дополнительного окислителя в системе.

900 1800 3600

Продолжительность, с

Б400

Рис.4-Влияние реагентов-ускорителей на скорость растворение золота в атмосфере аргона (условия опытов: Т-298 К; Смаон - 0,125 моль/л; С^сы - 0,2 моль/л)

Далее изучено влияние концентрации органических реагентов-ускорителей на скорость растворения золота при концентрации цианида натрия 0,2 и 0,41 моль/л (рис.5 и 6).

Концентрация реагента 10-\ моль/л

Рис.5- Влияние концентрации реагентов- ускорителей на скорость растворение золота при Смаем - 0,2 моль/л (условия опытов: Т-298 К; Сма0н - 0,125 моль/л)

Рис.6- Влияние концентрации реагентов- ускорителей на скорость растворения золота при Сцаом- 0,41 моль/л (условия опытов: Т-298 К; СМа0н - 0,125 моль/л)

Как видно из графиков, реагенты-ускорители интенсифицируют процесс растворения золота в 3-30 раз.

На основании экспериментальных данных для наиболее эффективного реагента-ускорителя NBA-A рассчитаны константы скорости реакции растворения золота при различных концентрациях лиганда, которые составили: при концентрации цианида натрия 0,2 моль/л -1,0-10"6 л-см":с"1/2; при концентрации цианида натрия 0,41 моль/л -3,6-10"6 л-см~2с'1/2.

На основании полученных результатов и литературных данных предложен возможный механизм действия исследованных реагентов-ускорителей. Известно, что нитросоединения (I) являются окислителями, восстановление которых приводит в общем случае к образованию следующих продуктов (рис.7).

RN02 -^ RNO -- RN=N(0)R -»- RN=NR

1 II III IV

Рис.7-Классическая схема востановления нитросоединений Азокси- (III) и азосоединения (IV) образуются в щелочной среде в результате конденсации промежуточно возникающих нитрозосоединений (II) с аминами и гидроксиламинами. Кроме того, известно, что ароматические нитросоединения стабилизируют комплексы Au(I), т.к. обладают сильным координирующим действием. По-видимому, синергизм этих двух процессов - окисления и комплексообразования - делает возможным растворение золота в растворе NaCN с дополнительной координацией золота по реакции:

~ О С N" RN О 2 + [A u(C N Ы -^ R---~■ ~А и

Ü Л

В четвертой главе приведены результаты исследований растворения золота из гравитационных концентратов различного вещественного состава в присутствии реагентов-ускорителей. Условия цианирования: концентрация цианида натрия 10 г/л, гидроксида натрия 10 г/л, отношение Ж:Т=2:1, продолжительность 6 ч. Загрузка реагентов-ускорителей 1г реагента на 1 г золота. Определено, что при использовании реагентов-ускорителей NBA, NBA-А и «К» и продолжительности выщелачивания б ч в цианистый раствор извлекается 95,5-99,7 % ценного компонента, что на 4,1-18,3 % выше, в сравнении с данными, полученными при цианировании гравиоконцентрата в отсутствии добавок (таблица 3).

Также проведены исследования по оптимизации процесса выщелачивания золота из гравиоконцентратов при различной загрузке реагентов-ускорителей, которые показывают, что с повышением содержания золота в исходном гравиоконцентрате загрузка реагентов-ускорителей возрастает (с 1 до 8 г ускорителя на 1 г золота).

Введение реагентов-ускорителей в цикл цианирования исследуемых гравиоконцентратов позволяет интенсифицировать процесс растворения золота независимо от вещественного состава гравитационных концентратов.

Показатели извлечения золота при использовании рекомендованных добавок практически соответствуют полученным данным при использовании добавки Leach Well, применяемой в промышленности.

Таблица 3

Влияние реагентов-ускорителей на показатели извлечения золота из

гравитационных концентратов

Наименование месторождения Массовая доля основных минералов, % Содержание золота, г/т Извлечение золота, %

Бгз реагентов-ускорителей С реагеитами-ускорителя ми

«Западное» Si02 - 36,9 FeS2- 15,6 AI2O3- 8,5 250 93,8 97,9

«Андреевское» Si02-63,2 FeS2 - 1,0 AI2O3- 5,8 670 81,0 98,3

«Токур» Si02 - 62,5 FeS2 - 0,6 АЬОз - 13,9 170 77,2 95,5

«Многовершин ное» Si02-62,9 FeS2 - 5,1 AI2O3- 6,0 960 88,8 99,7

«Верхне-Алиинское» Si02-2,4 FeS2- 16,7 АЬОз-2,6 237 75,0 80,0

В пятой главе описаны результаты укрупненных лабораторных испытаний, выполненных на гравитационных концентратах месторождений «Западное», «Токур» и «Верхне-Алиинское». Также дополнительно были проведены укрупненные испытания на гравиоконцентратах месторождений «Красивое» и «Одолго». Испытания проводили в конусном реакторе ОАО «Иргиредмет» вместимостью 22 кг.

Результаты, полученные при укрупненных лабораторных испытаниях процесса интенсивного цианирования, представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты укрупненных испытаний процесса интенсивного цианирования _гравитационных концентратов_

Наименование показателен Гравиоконцентраты, полученные при обогащения руд месторождении

Западное Токур Красивое Верхне-Алшшское Одолго

Содержание золота, г/т:

в концентрате 2:60 120 174 212 282

в хвостах цианирования 5,74 6,5 30 42,5 14,1

Продолжительность

выщелачивания, ч 10 17 10 9,5 20

Концентрация золота в

насыщенном растворе, мг/дм3 323 140 136 172,6 267,9

Извлечение золота, % 97,6 95,0 82,8 80,0 95

Расход реагентов, кг на 1 т

концентрата:

9 10 19,5 10 8

№ОН 3 3 6 8 4

реагент-ускоритель ЫВЛ-Л 0,5 0,5 0,6 0,5 0.6

В период проведения укрупненных испытаний также было проверено влияние оборота растворов на показатели извлечения золота в процессе интенсивного цианирования. Установлено, что замкнутый водооборот не оказывает вредного влияния на степень перехода золота в раствор. Результаты укрупненных испытаний подтвердили экспериментальные данные, полученные на лабораторной стадии: исследуемые реагенты-ускорители позволили интенсифицировать процесс выщелачивания золота из гравиоконцентратов в 1,5 раза при степени извлечения золота 80-97%.

На примере гравиоконцентрата месторождения «Западное» было проведено сравнение реагентов-ускорителей Leach Well и NBA-A. Результаты исследований показывают, что использование нового реагента-ускорителя (NBA-A) позволяет сократить продолжительность выщелачивания в 1,5 раза по сравнению с ускорителем Leach Well (рисунок 8).

По результатам укрупненных испытаний разработана технологическая схема процесса интенсивного цианирования (рисунок 9).

с

С 500 S

0 2 4 « В 10 12

Продолжительность, ч

—*— Опыт Nil ~ Опыт Мс2

Рис. 8 - Кинетика выщелачивания и отмывки золота из гравиоконцентрата ЗИФ «Западная» в конусном реакторе. Опыт № 1 - с использованием Leach Well. Опыт № 2 - с использованием NBA-A

Гравиоконцентрат

I

NaOH. NaCN. NBA-A

Интенсивное цианирование

Раствор

Кек

Промывка от растворенного золота

Раствор 1 г

Электролиз

Кек

Промывка от цианида

Раствор Катодный осадок i

Сушка

В цикл доюмельчения

Раствор

Цементация

Рис. 9 - Технологическая схема процесса интенсивного цианирования

На основании результатов укрупненных испытаний разработаны технологические регламенты с использованием процесса интенсивного цианирования гравиоконцентратов для проектирования предприятий по переработке руды месторождений «Токур», «Красивое», «Верхне-Алиинское» и «Одолго».

В шестой главе приведены исходные данные (рекомендуемые параметры ведения процесса интенсивного цианирования, качественно-количественные и

водно-шламовая схемы, аппаратурная схема) для проектирования процесса интенсивного цианирования гравиоконценгратов месторождений «Красивое» (ООО «Амур Золото»), «Верхне-Алиинское» (ЗАО «Золоторудная компания «Омчак»») и «Одолго» (ОАО «Покровский рудник»). Аппаратурная схема представлена на рисунке 10.

Рис. 10- Схема цепи аппаратов установки цианирования гравиоконцентрата

1-загрузочный бункер концентратов (3 т); 2-реактор конусный (2,5 мэ); 3-генератор импульсов (0,4 м3); 4-нагреватель; 5- емкость оборотного раствора (3 м1); 6-емкосгь продуктивного раствора (3 м3); 7-электролизер ГЦМ-40М; 8-нутчфильтр; 9- емкость маточного раствора электролизера (6 м');

В настоящие время на основании технологического регламента ведется проектирование технологии интенсивного цианирования на месторождении «Верхне-Алиинское». На ЗИОФ ГОКа «Юбилейный» (месторождение «Красивое») в данный момент заканчивается монтаж технологического оборудования установки интенсивного цианирования ОАО «Иргиредмет». Запуск запланирован на первый квартал 2012 г, что подтверждено письмами с предприятий (приложения А и Б к диссертационной работе).

В седьмой главе приведены результаты промышленных испытаний процесса интенсивного ¡цианирования гравиоконцентрата полученного при обогащении руды месторождения «Одолго» на ЗИФ ОАО «Покровский

рудник». Режим выщелачивания: температура 30°С, концентрация цианида натрия 10 г/л, концентрация щелочи 5 г/л, загрузка реагента-ускорителя NBA-А рассчитывалась, исходя из расхода 0,6 кг на 1 т концентрата, продолжительность выщелачивания 20 ч. По результатам испытаний составлен баланс металла. Расчетное исходное содержание золота в концентрате 116 г/т. При выщелачивании в раствор извлечено 92,1% золота.

Результаты промышленных испытаний показали работоспособность схемы. Применение реагентов-ускорителей позволяет интенсифицировать процесс выщелачивания золота из гравиоконцентрата.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

На основании анализа литературных данных были выбраны основные группы соединений, способные интенсифицировать процесс растворения золота: ароматические кислоты и их соли.

Установлено, что, наряду с промышленным образцом Leach Well, наиболее перспективными в качестве реагентов-ускорителей являются ароматические нитросоединения Российского производства «NBA», «NBA-A» и «К».

Методом вращающегося диска изучена кинетика растворения золота в области высоких концентраций цианида с применением реагентов-ускорителей и без применения последних.

- Установлены лимитирующие стадии процесса растворения золота: при числе оборотов до 15,8 рад/с процесс протекает в диффузионной области, свыше 15,8 рад/с процесс переходит в кинетическую область.

Определены константы скорости п диффузионной области-0,68-10 л-см"2-с'|/2рад"|/2 и в кинетической - 2,55 10"9 л-см'2-с'"2 без реагентов-ускорителей.

- Определена энергия активации, которая составила в кинетическом режиме 42,3 кДж/моль, в диффузионной области - 13,9 кДж/моль.

-Определен порядок реакции - первый.

- Изучено влияние добавок неорганических (кислород, воздух) и органических соединений (LeachWell, NBA, NBA-A, «К»),

- Определены константы скорости растворения золота с использованием реагента NBA-A, которые составили при концентрации цианида натрия 0,2 моль/л-1,0-10'6 л-см"2-с"|й; при 0,4 моль/л- 3,6-10'6л-см"2-с"|/2.

Проведены исследования по оптимизации процесса выщелачивания золота из гравиоконцентратов различного вещественного состава при различной загрузке реагентов-ускорителей. Определено, что использование реагентов-ускорителей NBA, NBA-A и «К» при продолжительности выщелачивания 6 ч в цианистый раствор извлекается 95,5-99,7 % ценного компонента, что на 4,118,3 % выше в сравнении с данными, полученными при цианировании гравиоконцентрата в отсутствии добавок, и позволяет сократить

продолжительность выщелачивании в два раза. Показатели извлечения золота соответствуют данным, полученным при использовании добавки Leach Well.

Проведенные укрупненные лабораторные испытания на гравиоконцентратах ряда месторождений показали, что извлечение золота из гравиоконцентрата составило 80-97,6 %, замкнутый водооборот не оказывает вредного влияния на процесс выщелачивания золота, использование реагента-ускорителя NBA-A позволяет интенсифицировать процесс растворения золота и сократить продолжительность выщелачивания в 1,5 раза по сравнению с ускорителем Leach Well. На основе результатов укрупненных испытаний была разработана технологическая схема процесса интенсивного цианирования гравитационных концентратов и разработаны технологические регламенты для переработки руды месторождений «Токур», «Красивое», «Верхне-Алиинское» и «Одолго».

Проведены промышленные испытания процесса интенсивного цианирования с применением реагентов-ускорителей в конусном аппарате согласно разработанной технологической схеме на ЗИФ ОАО «Покровский рудник». Результаты промышленных испытаний показали работоспособность схемы. Извлечение во время испытаний составило 92,1 % при продолжительности выщелачивания 20 ч.

В настоящие время на основании технологического регламента ведется проектирование технологии интенсивного цианирования на месторождении «Верхне-Алиинское». На ЗИОФ ГОКа «Юбилейный» (месторождение «Красивое») в данный момент заканчивается монтаж технологического оборудования установки интенсивного цианирования ОАО «Иргиредмет». Запуск запланирован на первый квартал 2012 г.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Евдокимов A.B. Поиск новых реагентов-ускорителей, интенсифицирующих процесс цианирования// Вестник ИрГТУ.2010. № 4. с.139-143.

2. Евдокимов A.B. Влияние реагентов-ускорителей на показатели извлечения золота из гравиоконцентрата на примере одного из месторождений// Вестшик ИрГТУ. 2011. № 2. С132-136.

3. Пунишко O.A. Интенсификация процесса цианирования золотосодержащей руды месторождения Урала / O.A. Пунишко, А.Ю.Коблов, А.В.Евдокимов // Материалы всероссийской конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» - Иркутск : Изд-во ИрГТУ. Иркутск, 2009. - С. 49.

4. Евдокимов A.B. Интенсивное цианирование гравиоконцентратов с применением реагентов-ускорителей/ A.B. Евдокимов, О.Д. Хмельницкая, В.М. Муллов, О.В. Ланчакова // Материалы междунар. совещ. «Научные основы и современные процессы комплексной переработки

труднообогатимого минерального сырья» («Плаксинские чтения-2010» 13-18 сент. г. Казань). - Казань: ФГУП ЦНИИгеолнеруд, 2010. - С. 323-325.

5. Евдокимов A.B. Переработка гравиоконцентратов с применением реагентов-ускорителей/ A.B. Евдокимов, О.Д. Хмельницкая, В.М. Муллов, О.В. Ланчакова // Материалы всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горнометаллургической отрасли».- Иркутск: Изд-во ИрГТУ. Иркутск, 2009.

Подписано в печать 12.01.2012. Формат 60 х 90 /16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Зак. 4к. Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

61 12-5/1389

Открытое акционерное общество ИРКУТСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЛАГОРОДНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ И АЛМАЗОВ (ОАО «ИРГИРЕДМЕТ»)

исследование процесса интенсивного цианирования золотосодержащих гравитационных концентратов

Специальность 05.16.02 - Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Лауреат премии Правительства РФ, доктор технических наук Войлошников Г.И.

Иркутск 2012

На правах рукописи

Евдокимов Андрей Витальевич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................................................................4

1 Развитие процесса интенсивного цианирования золотосодержащих гравитационных концентратов..............................................................................................................9

2 Результаты исследований по поиску новых реагентов-ускорителей, интенсифицирующих процесс интенсивного цианирования....................................35

3 Изучение основных закономерностей растворения золота в крепких цианистых растворах с применением реагентов-ускорителей..........................39

3.1 Методика проведения экспериментов........................................................................39

3.2 Зависимость растворения золота от числа оборотов вращения диска......................................................................................................................................................42

3.3 Зависимость скорости растворения от концентрации цианида натрия..................................................................................................................................................43

3.4 Влияние щелочности раствора......................................................................................................................45

3.5 Влияние температуры на скорость растворения золота....................46

3.6 Влияние различных реагентов-ускорителей на скорость растворения золота..........................................................................................................................48

3.7 Влияние реагента-ускорителя №$А-А на скорость растворения золота при различных температурах....................................................................................53

3.8 Возможный механизм действия реагентов-ускорителей..........................55

3.9 Выводы................................................................................................................................................55

4 Проведение лабораторных исследований по цианированию гравитационных концентратов различного вещественного состава в присутствии реагентов-ускорителей..................................................................57

4.1 Краткая характеристика гравитационных концентратов........................57

4.2 Методика выполнения экспериментов....................................................................62

4.3 Результаты исследований по цианированию гравиоконцентратов. 63

4.4 Выводы................................................................................................................................................71

5 Укрупненные испытания процесса интенсивного цианирования в

конусном аппарате........................................................................................................................................72

5.1 Цианирование гравиоконцентрата ЗИФ «Западная»........................................73

5.2 Цианирование гравиоконцентрата месторождения «Токур»..............76

5.3 Цианирование гравиоконцентрата месторождения «Красивое»,

«В ерхне-Алиинское» и «Одолго»..........................................................................................79

5.4 Выводы..................................................................................................................................................85

6. Исходные данные для проектирования узла интенсивного

86

цианирования............................................................................

6.1 Исходные данные для проектирования узла интенсивного цианирования на ЗИФ «Юбилейная» и «Верхне-Алиинское»............86

6.2 Исходные данные для проектирования узла интенсивного цианирования на ЗИФ ОАО «Покровский рудник».........................93

7. Промышленные испытания технологии интенсивного цианирования с

применением реагентов-ускорителей............................................................................................99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................................................102

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................................................105

ПРИЛОЖЕНИЕ А.............................................................................117

ПРИЛОЖЕНИЕ Б..............................................................................................................................................119

ПРИЛОЖЕНИЕ В..............................................................................................................................................121

введение

Гравитационное обогащение широко используется при переработке золотосодержащих руд [1, 2]. Концентраты, получаемые в операции основной концентрации золота, являются бедными, их обычно перечищают (доводят) на концентрационных столах, иногда после доизмельчения. Схемы переработки гравитационных концентратов достаточно разнообразны, и включают гравитационные, магнитные и другие методы. В результате применения указанных схем получают более богатый продукт («золотую головку»), который отправляют на плавку. Для плавки оптимальное содержание золота в «золотой головке» составляет 10-20 % [3, 4, 5, 6]. При доводке черновых гравитационных концентратов появляются дополнительные золотосодержащие продукты, которые необходимо отправлять на дальнейшую переработку, это промпродукт, магнитная фракция, крупный скрап. При этом извлечение золота в «золотую головку» не превышает 70 % (чаще всего на уровне 50 %). В связи с этим определенными преимуществами обладает процесс интенсивного цианирования, позволяющий достигать высокого извлечения золота из гравиоконцентратов за приемлемое для общего технологического цикла время (6—24 ч) и локализовать продукты с высоким содержанием металла на охраняемом участке (золотой «комнате»).

Процесс под названием "интенсивное цианирование" начали применять

25 лет назад в ЮАР в промышленных условиях для извлечения крупного

свободного золота гравитационных концентратов [7, 8, 9]. В настоящее время

по всему миру на золотодобывающих предприятиях применяются установки

интенсивного цианирования, такие как линейный реактор «Gekko»,

установки «Acacia» и "Иргиредмет". Процесс интенсивного цианирования

основан на использование высоких концентраций цианида, окислителя

(кислорода) и щелочи [1, 10, 11]. Для интенсификации процесса

цианирования возможно применение следующих приемов: повышение

температуры, снижение вязкости раствора [12], использование аэрации [13,

4

14, 15, 16, 17, 18], а также возможно применение реагентов-ускорителей. В настоящее время значительное количество литературных данных посвящено ускорению процессов цианирования благородных металлов с использованием химических добавок. Преимуществами таких методов являются высокая технологичность - отсутствие необходимости менять технологию устоявшегося производственного процесса, не требуется применения специального оборудования и высококвалифицированного персонала. К недостаткам такого подхода следует отнести увеличение экологической нагрузки на окружающую среду, что, однако, является малозначимым при использовании экологически безопасных соединений. Поэтому поиск более дешевых, эффективных и экологически безопасных реагентов-ускорителей является актуальным направлением совершенствования процесса интенсивного цианирования

гравиоконцентратов.

Целью работы являлось изучение кинетики растворения золота в крепких цианистых растворах с применением новых регентов-ускорителей, определение механизма действия реагентов-ускорителей на процесс выщелачивания золота, оценка их эффективности применения для процесса интенсивного цианирования гравиоконцентратов, получаемых на предприятиях золотодобывающей промышленности и разработка технологической схемы переработки гравиоконцентратов с применением реагентов-ускорителей.

Для достижения поставленной цели в работе выполнен комплекс исследований:

1. Проведен поиск новых реагентов-ускорителей для интенсификации процесса цианирования золотосодержащих гравитационных концентратов;

2. Изучена кинетика растворения золота в крепких цианистых растворах с применением новых реагентов ускорителей методом вращающегося диска и механизм действия реагентов-ускорителей;

3. Изучено влияние реагентов-ускорителей на процесс интенсивного цианирования на реальных гравиоконцентратах различного вещественного состава;

4. Проведены укрупненные лабораторные испытания процесса интенсивного цианирования с применением реагентов-ускорителей;

Научная новизна работы заключается в следующем:

Впервые с использованием метода вращающегося диска изучена

кинетика растворения золота в крепких цианистых растворах. Установлены

основные физико-химические закономерности растворения золота (порядок

реакции, константа скорости растворения золота, энергия активации) с

использованием реагентов-ускорителей и без введения последних.

Предложен возможный механизм действия реагентов-ускорителей.

Определены оптимальные концентрации цианида натрия и реагентов-

ускорителей для процесса интенсивного цианирования.

Экспериментально подтверждено, что скорость растворения золота

возрастает в присутствии реагентов-ускорителей.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

По результатам исследований разработана технология интенсивного

цианирования гравитационных концентратов с применением реагентов-

ускорителей для месторождений «Токур» (Амурская область),

«Красивое» (Хабаровский край), «Верхне-Алиинское» и «Одолго» и

выданы технологические регламенты.

- В 2012 г будет начато рабочее проектирование золотоизвлекательной

фабрики по переработке руды месторождения «Верхне-Алиинское». На

ЗИОФ ГОКа «Юбилейный» (месторождение «Красивое») в данный

момент заканчивается монтаж технологического оборудования установки

интенсивного цианирования ОАО «Иргиредмет», запуск установки

запланирован на первый квартал 2012 г.

Методы исследований. При выполнении работы использованы

методы титриметрического, потенциометрического, атомно-абсорбционного

6

и атомно-эмиссионного анализа растворов; метод пробирного анализа рудных материалов; методы математической статистики, использованные при обработке результатов; метод вращающегося диска для изучения кинетики растворения золота.

Личный вклад автора заключается в обосновании задач исследования, планировании и проведении лабораторных и полупромышленных испытаний, анализе и обработке полученных результатов.

Апробация работы. Основные материалы работы изложены и обсуждены на всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2009), «Инновационное развитие горно-металлургической отрасли» (Иркутск, 2009), на международных совещаниях «Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья» (Плаксинские чтения, Казань, 2010), на кафедре металлургии цветных металлов НИ ИрГТУ. на кафедре металлургии цветных металлов ИрГТУ.

Публикации. По материалам выполненных исследований имеется 5 публикаций, в том числе две статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, два тезиса докладов на научно-практических конференциях, один на международном совещании.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 124 страницах, содержит 34 рисунков, 30 таблиц, и состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы из 108 наименований и приложения.

Научные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований по поиску новых реагентов-ускорителей процесса интенсивного цианирования;

- результаты исследований по выявлению основных кинетических закономерностей растворения золота в крепких цианистых растворах и возможный механизм действия реагентов-ускорителей;

- результаты лабораторных и полупромышленных испытаний технологии интенсивного цианирования с применением реагентов-ускорителей на гравиоконцентратах различного вещественного состава;

- исходные данные для проектирования узла интенсивного цианирования;

Автор выражает благодарность и признательность научному руководителю и сотрудникам лаборатории гидрометаллургии ОАО «Иргиредмет» за советы и помощь при выполнении диссертационной работы.

Глава 1 Развитие процесса интенсивного цианирования золотосодержащих гравитационных концентратов

Для извлечения свободного золота широко применяют гравитационные методы [2-4]. Необходимость выделения крупного золота, которое присутствует практически во всех рудах, определяется следующими причинами:

- продолжительность растворения крупных частиц при цианировании чрезмерно велик£

- крупные частицы золота будут аккумулироваться в измельчительном и классифицирующем оборудовании.

- частицы крупного золота в цикле измельчения (мельница-классификатор) затираются;

Чтобы не допустить аккумуляцию золота в классификаторе и затирание в мельнице, свободное золото непрерывно выводят из циркулирующей нагрузки. Для этого используют гравитационные аппараты, которые должны отвечать ряду обязательных требований. Среди них: устойчивость работы на крупном (до 12-15 мм) питании, извлечение крупного свободного золота на уровне 15-50 % (чаще всего 20-35 %).

Гравитационное обогащение руд осуществляется на шлюзах,

отсадочных машинах, винтовых аппаратах, центробежных концентраторах,

концентрационных столах. Концентраты, получаемые в операции основной

концентрации золота, являются бедными, их обычно перечищают (доводят)

на концентрационных столах, иногда после доизмельчения. Схемы

переработки гравитационных концентратов достаточно разнообразны и

включают гравитационные, магнитные и другие методы, но объединяет их

стремление технологов получить как можно более богатый продукт

(«золотую головку»), который отправляют на плавку. Для плавки

оптимальное содержание золота в «золотой головке» составляет 10-20 %.

При доводке черновых гравитационных концентратов появляются

дополнительные золотосодержащие продукты, которые необходимо

9

отправлять на дальнейшую переработку это промпродукт, магнитная фракция, крупный скрап. Извлечение золота при этом в «золотую головку» не превышает 70 % (чаще всего на уровне 50 %) [19].

Металлургическую переработку черновых гравитационных концентратов можно разделить на следующие группы: амальгамация [13] и гидрометаллургия [2].

Амальгамацию использовали для селективного извлечения крупного свободного золота из гравитационных концентратов. Процесс амальгамации основан на способности ртути селективно смачивать частицы золота с образованием амальгамы, которая из-за своей высокой плотности может быть отделена от пустой породы. Амальгама содержит 20-50 % золота. Затем амальгаму подвергают отпарке, пары ртути отводятся в холодильник, где они конденсируются, и ртуть возвращается в оборот. Золото остается в виде порошка или губки, после чего его плавят. Использование процесса амальгамации запрещено в РФ с середины 80-х годов прошлого века.

Гидрометаллургическая переработка черновых гравитационных концентратов осуществляется методом цианирования. Сущность метода заключается в выщелачивании (растворении) золота с помощью растворов цианистых солей в присутствии окислителя (кислорода). Факторы, которые влияют на процесс цианирования, могут быть условно разделены на две группы: зависящие от вещественного состава (крупность золота, форма золота, поверхность золота и наличие примесей) и технологические, которыми можно управлять - перемешивание, температура, давление, значение рН, вязкость пульпы. Также к технологическим факторам можно отнести использование химических добавок для интенсификации процесса выщелачивания золота.

Условно все реагенты, которые исследуют в качестве ускорителей цианирования, в зависимости от их природы можно разделить на неорганические и органические.

Неорганические ускорители

Для ускорения растворения благородного металла в цианистых растворах широко используют неорганические окислители, а также соли ряда металлов.

Окислители

В качестве неорганических окислителей широко используют воздух или чистый кислород [20-23, 24], а также пероксид водорода Н202 [21-27], перманганат калия КМп04 [22, 25, 26, 28-30], персульфат аммония (МН4)28208 и калия К28208 [22, 25, 31], бихромат калия К2Сг207 [22], а также гипохлорит натрия ЫаОС1 [25], имеющие окислительный потенциал выше, чем -0,54 В [22]. Наиболее распространённый окислитель - это кислород. Показано, что использование кислорода позволяет увеличить скорость цианирования на 1,79% и уменьшить расход цианида натрия на 5% по сравнению с использованием пероксида водорода в качестве окислителя [23].

Для выщелачивания золота из окисленных руд, оптимальное соотношение цианид: кислород составляет примерно 106 мг/л ЫаСМ: 10 мг/л 02 (6.9:1 по моль). В сульфидных рудах гальваническое соединение золота с электропроводными сульфидами значительно увеличивает этот показатель. Гальванически связанные сульфиды с золотом обеспечивают большую площадь поверхности для восстано