Амальгамация золотых руд и концентратов
Минералы вмещающей породы, цветные металлы и железо не смачиваются ртутью и в амальгаму не переходят. Таким образом, в основе процесса лежит способность жидкой ртути селективно смачивать золото с образованием амальгамы, которая вследствие своей большой плотности легко может быть отделена от пустой породы.
Теоретические основы процесса амальгамации золотых руд
Процесс амальгамации состоит из двух последовательных стадий
1) смачивание золота ртутью;
2) диффузия (взаимодействие) ртути в золото.
Определяющей является первая стадия—смачивание золота ртутью. Чем лучше сма-лание, тем выше показатели амальгамации. Поскольку амальгамацию проводят в водной среде, то в смачивании золота ртутью участвуют три фазы — золото, ртуть и вода.
Известно, что граница раздела двух фаз обладает свободной поверхностной энергией (поверхностным натяжением), величина которой определяется природой соприкасающихся фаз. Чем больше различие в полярности соприкасающихся фаз, тем выше поверхностная энергия.
Мерой полярности фазы могут служить такие ее свойства, как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул и другие молекулярные свойства фазы. Согласно второму закону термодинамики, всякая межфазная поверхность стремится к самопроизвольному сокращению для уменьшения свободной энергии.
Смачивание золота ртутью определяется значением поверхностного натяжения на границе раздела фаз: золото— вода; золото —ртуть; ртуть — вода . При нанесении капли ртути на золотую пластинку, погруженную в воду , она будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие.
Угол 0, называемый равновесным краевым углом смачивания, может служить критерием смачивания. Чем меньше угол, тем лучше смачивание. При полном смачивании он стремится к пулю, а cos 0 к единице.
Фундаментальные исследования процесса амальгамации были проведены И. Н. Плаксиным. Эти работы показали, что смачиваемость золота ртутью определяется химическим составом золота и ртути, состоянием их поверхности, потенциалом ртути.
Чистое золото смачивается ртутью лучше, чем золото, содержащее примеси серебра и, особенно, примеси железа и цветных металлов. Объясняется это тем, что примеси, содержащиеся в золоте, образуют оксидную пленку на его поверхности, которая и вызывает ухудшение смачиваемости.
При появлении оксидной пленки на поверхности золота увеличивается поверхностное натяжение на границе золото — ртуть и уменьшается на границе золото — вода, увеличивает краевой угол смачивания. Именно поэтому ртуть не смачивает неблагородные металлы, так как они всегда покрыты оксидной пленкой.
Однако свежеобразованная, не успевшая окислиться поверхность этих металлов, смачивается ртутью так же хорошо, как и чистое золото. Если, например, разломать пластинку цинка, погруженную в ртуть, то поверхность излома сразу же смачивается ртутью.
Химически чистая ртуть смачивает золото хуже, чем ртуть, содержащая небольшие количества (до 0,1 %) других металлов. Увеличение содержания цветных металлов в ртути выше этого предела ухудшает смачиваемость.
Ухудшение смачиваемости в этом случае объясняется образованием на поверхности ртути окисленных пленок цветных металлов. На смачиваемость золота ртутью влияет состояние поверхности золота. Свежеобнаженная поверхность золотин, вскрывшихся при измельчении сырья, смачивается ртутью хорошо.
При дальнейшем измельчении поверхность золотин может покрыться слоем вкованных тонких частиц сульфидов или минералов пустой породы, что резко ухудшает смачивание и снижает результаты процесса амальгамации. Поэтому эффективнее приводить золото в контакт с ртутью сразу же в момент вскрытия.
Большое значение для смачиваемости золотых частиц имеет состояние поверхности ртути, употребляемой для амальгамации золота. Ртуть должна быть подвижной, иметь свежую блестящую поверхность. Будучи механически разбита на мелкие капли, она должна при контакте отдельных капель быстро сливаться в одну массу.
Ртуть легко пемзующаяся, т. е. разбивающаяся на мелкие, не соединяющиеся между собой капли, плохо смачивает золотые частицы, легко выносится из цикла и теряется с хвостами обработки. Пемзование ртути — образование устойчивых некоалесцирующих капель (шариков) ртути — может быть вызвано попаданием в пульпу масел, углистых и графитовых веществ, а также механическим воздействием дробящей среды.
Тонкоизмельченные сульфиды, а иногда силикаты и кварц бронируют сферические частицы ртути и препятствуют их контакту не только с золотыми частицам-ми, но к между собой. Для снижения пемзования необходимо взбегать переизмельчения амальгамируемого материала.
На основании современной теории эмульсий с целью устранения бронирования капель ртути твердыми эмульгаторами можно вводить реагенты, уменьшающие смачиваемость эмульгатора. Однако эта область еще недостаточно» исследована, и на практике оптимальный реагентный режим амальгамационного процесса подбирают опытным путем.
Известно, что поверхностное натяжение на границе какого-либо электрода и раствора зависит от потенциала электрода. Наибольшее поверхностное натяжение наблюдается при потенциале электрода, соответствующем потенциалу нулевого заряда. Поляризация электрода в ту илот иную сторону приводит к снижению поверхностного натяжения .
Следовательно, поляризация ртути позволяет уменьшить поверхностное натяжение на границе ртуть — вода, что улучшает смачиваемость золота ртутью . При катодной поляризации смачиваемость улучшается не только вследствие уменьшения поверхностного натяжения ртути, но и в результате некоторой активации поверхности золота.
Выше указывалось, что-окисленные пленки металлов примесей на золоте ухудшают его смачиваемость ртутью. При катодной поляризации: ртутя из раствора выделяется газообразный водород, который уничтожает эти пленки, активирует поверхность иг улучшает смачивание золота.
Поляризация ртути позволяет амальгамировать и платину, которая в обычных условиях — плохо смачивается ртутью, так как ее поверхность всегда покрыта значительное пленкой сорбированного кислорода. В условиях же поляризации эта пленка уничтожается выделяющимся водородом, и платина хорошо смачивается ртутью и легко амальгамируется.
Однако способ поляризации ртути при амальгамации благородных металлов не получил промышленного применения из-за сложности аппаратурного оформления.
Вторая стадия амальгамации (диффузия ртути в золото) мало зависит от технологических параметров процесса амальгамации и определяется, в основном, природой исходных металлов. Золото со ртутью образует ряд интерметаллических соединений (Au3Hg, Au2Hg, AuHg2), твердый раствор ртути в золоте, содержащий ~ 16 % Hg, и жидкий раствор золота в ртути с содержанием ~0,1 % Au.
Если кусочек золота опустить в ртуть и выдержать достаточно долгое время, а затем разрезать, то в первом приближении можно считать, что состав кусочка по сечению будет меняться . Таким образом, золотая амальгама представляет собой жидкую ртуть, содержащую до 0,1 % Au, в которой диспергированы твердые частицы, представленные золотом, твердым раствором золота в ртути и интерметаллическими соединениями .
При этом степень перехода золота в соединения со ртутью определяется крупностью извлекаемого золота . Чем меньше золотины , тем больше золота переходит в интерметаллические соединения. В некоторых случаях извлечение золота амальгамацией неэффективно вследствие затвердевания и хрупкости образующейся амальгамы . Это объясняется попаданием в ртуть значительных количеств меди и железа.
Медь непосредственно амальгамируется плохо, но в свежевосстановленном, не окисленном состоянии легко смачивается ртутью. Золотые руды иногда содержат некоторое количество минералов меди. При измельчений таких руд возможен переход меди в раствор. Кроме того, ионы меди могут попадать в процесс с промышленными водами.
Ионы меди восстанавливаются металлическим железом, попадающим в пульпу вследствие механического истирания измельчающей аппаратуры. В результате на поверхности железных частиц цементируется медь
Сu2+ + Fe → Fe2+ + Cu,
которая легко смачивается ртутью и вместе с железом увлекается в амальгаму, делая ее хрупкой. В целях борьбы с вредным влиянием ионов меди в пульпу добавляют известь, осаждающую медь в виде гидроксида.
Статья на тему амальгамация золотых руд