Цианирование золота перемешиванием
Необходимая степень измельчения руды зависит от крупности золота. В некоторых случаях (при тонковкрапленном золоте) руду подвергают весьма тонкому измельчению до —0,074 и даже —0,043 мм. Но если характер вкрапленности золота не требует такого измельчения, то цианируют пульпу с грубо измельченным материалом, например, до 0,3 мм.
После измельчения получаемая пульпа (слив классификатора) сильно разжижена (Ж: Т=5 : 1 и выше), поэтому для сокращения потребного объема гидрометаллургической аппаратуры ее предварительно сгущают. Сгущенный продукт подвергают цианированию перемешиванием при Ж : Т= (1÷2) : 1. Золотосодержащий раствор отделяют декантацией или фильтрованием и направляют на осаждение золота. Хвосты после промывки идут в отвал.
Тонкое измельчение руды и фильтрование иловой пульпы— энергоемкие операции. Поэтому цианирование перемешиванием требует значительно более высокого расхода энергии по сравнению с цианированием просачиванием и кучным выщелачиванием.
Сгущение цианистых растворов золота
Следующий после измельчения этап обработки пульпы. Оно состоит в частичном обезвоживании пульпы отстаиванием — оседанием твердых частиц на дно чана-сгустителя и сливом осветленного раствора. В большинстве случаев в осевшем материале остается около 50 % воды, что соответствует отношению Ж:Т=1 : 1. Предел сгущения зависит от крупности, плотности и физико-химических свойств измельченных частиц обрабатываемой руды.
Содержащиеся в пульпе частицы обычно сильно различаются по размерам. Наряду со сравнительно крупными зернистыми частицами (свыше 0,1 мм) в пульпе обычно содержится значительное количество частиц размером в несколько микронов и даже мельче (<0,001 мм). Более крупные частицы оседают быстрее, мелкие в течение долгого времени удерживаются во взвешенном состоянии.
Тонкие частицы рудных пульп, по размерам не принадлежащие к истинным коллоидам, часто являются носителями коллоидных свойств. Такие свойства проявляют глинистые вещества, шламистые фракции сульфидных минералов, многие окисленные минералы тяжелых металлов и др. Пептизация таких минеральных частиц сильно затрудняет процесс сгущения рудных пульп.
Как известно, пептизация возникает в результате адсорбции на поверхности коллоидных частиц ионов одного и того же знака. В результате этого частицы приобретают одноименные заряды, а в жидкой фазе остается избыток ионов противоположного знака. Одноименно заряженные частицы, отталкиваясь, остаются во взвешенном состоянии и не оседают. В этом случае для улучшения отстаивания необходимо укрупнить частицы в агрегаты (хлопья). Агрегация может быть достигнута коагуляцией электролитами или флокуляцией полимерами.
Для коагуляции в пульпу вводят электролит, образующий в растворе ионы, обладающие способностью адсорбироваться на поверхности частиц и имеющие заряд, противоположный заряду первоначально адсорбированных ионов, создающих устойчивость системы. При введении коагулянта заряды дисперсных частиц нейтрализуются, и под действием сил Ван-дер-Ваальса частицы слипаются в крупные, быстро оседающие агрегаты. В качестве коагулянта в цианистом процессе используют известь, одновременно выполняющую роль защитной щелочи.
Для флокуляции в пульпу вводят какой-либо полимер, большие молекулы (или мицелы) которого адсорбируются на активных участках одновременно нескольких твердых частиц, связывая их с помощью образующихся «мостиков» в крупные агрегаты («мостиковая» флокуляция). В отечественной практике для флокуляции пульп широко используют полиакриламид (ПАА), являющийся катионно-анионным полиэлектролитом .
Длинные молекулы ПАА (длиной в несколько микрометров) адсорбируются на активных участках сразу нескольких твердых частиц, связывая их во флокулу. Полиакриламид значительно ускоряет отстаивание пульп. Введение его в количестве около Юг на 1 т руды увеличивает скорость осаждения в 2—4 раза.
Сгущение пульп осуществляют в сгустителях . Пульпу подают в центр аппарата. Осевший уплотненный осадок перемещается гребками к разгрузочному отверстию в центре сгустителя, откуда откачивается насосом к месту назначения (в выщелачивательный чан, на фильтр и т. д.). Осветленный раствор поднимается вверх и сливается через край сгустителя в кольцевой желоб и далее в соответствующий сборник. Скорости поступления пульпы и слива регулируют таким образом, чтобы слив из сгустителя был практически прозрачным.
В процессе отстаивания пульпа проходит две главные фазы: отстаивание твердых частиц и осветление раствора и уплотнение, или сжатие осадка. Фаза отстаивания характеризуется такой плотностью пульпы, при которой частицы (агрегаты) свободно осаждаются под действием силы тяжести с постепенно уменьшающейся скоростью до тех пор, пока не будет достигнута критическая точка, на которой заканчивается осаждение и начинается уплотнение осадка. Фаза уплотнения, или сжатия осадка характеризуется настолько тесным расположением частиц (агрегатов), что они собственно не осаждаются, а сжимаются, причем жидкость, заключенная в осадке, выжимается и выходит по образующимся каналам в выше расположенные слои более жидкой пульпы, На переход сгущения в фазу уплотнения указывает резкое замедление скорости отстаивания и образование каналов чистого раствора в сгущённом продукте.
На золотоизвлекательных предприятиях наибольшее распространение получили непрерывнодействующие одноярусные сгустители с центральным приводом. Сгуститель представляет собой невысокий цилиндрический чан с плоским или слегка коническим днищем 1 кольцевым желобом около верхнего края. Чаны больших сгустителей изготовляют из бетона, малых — из стальных листов или дерева. В центре сгустителя находится подвесной вертикальный вал , к наклонным радиальным граблинам которого прикреплены короткие гребки . Вал вращается от приводного механизма и вместе с ним закреплен на ферме . Во избежание поломок при перегрузках вал может подниматься (автоматически или вручную) с помощью механизма .
Сгущаемая пульпа непрерывно поступает в загрузочный стакан . Нижний край последнего заглублен на 0,5—1 м по отношению к уровню слива, благодаря чему предотвращается взмучивание пульпы. Осаждающийся на дно сгустителя материал с помощью гребков постепенно перемещается к разгрузочному отверстию , из которого откачивается диафрагмовым или центробежным Песковым насосом. Окружная скорость движения граблин невелика (~0,1 м/с), поэтому перемещение гребков по дну аппарата не нарушает процесс отстаивания. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и по нему отводится из сгустителя.
Производительность сгустителя зависит не от его высоты, а от скорости осаждения и свободной поверхности аппарата. Поэтому сгустители имеют большую площадь при относительно малой высоте.
В цианистом процессе при сгущении пульп, содержащих 75—90 % зерен —0,074 мм, и при начальном Ж: Т в диапазоне от 9 : 1 до 4 : 1 удельная площадь сгущения составляет 0,4—0,6 м² на 1 т твердого в сутки. При сгущении глинистых материалов удельная площадь может возрастать до 1,5—2,0 м2 на 1 т твердого в сутки.
Достоинством сгустителей является непрерывность действия, малый расход электроэнергии, простота конструкции и обслуживания. Основной недостаток этих аппаратов — их громоздкость и, следовательно, большой объем занимаемых производственных площадей. Поэтому, если позволяют климатические условия, сгустители устанавливают на открытом воздухе.
Выщелачивание. Рудные пульпы, поступающие на цианирование перемешиванием, имеют повышенную (по сравнению с водными растворами) вязкость, что затрудняет диффузию ионов CN⁻ и молекул растворенного кислорода к поверхности растворяющихся золотин. Кроме того, сульфидные минералы, часто присутствующие в золотых рудах, довольно легко окисляются растворенным кислородом, в результате чего его концентрация в жидкой фазе пульпы может стать значительно ниже равновесной (при данной температуре и парциальном давлении кислорода).
Это так же замедляет растворение золота. Поэтому при цианировании тонкодисперсных пульп особое значение имеет энергичное перемешивание и непрерывное насыщение пульпы кислородом воздуха. Процесс ведут при концентрации NaCN, составляющей 0,01—0,1% (чаще всего 0,02—0,05 %) и концентрации СаО, равной 0,01—0,03% (рН 9—11). Цианистые растворы не агрессивны, поэтому для изготовления оборудования применяют такие доступные материалы, как обычная углеродистая сталь, чугун и т. п.
Важным параметром выщелачивания является отношение Ж: Т в пульпе. Вообще говоря, целесообразно вести процесс при минимальном разжижении пульпы, так как при этом требуется минимальный объем аппаратуры, сокращаются затраты на перемешивание и фильтрование пульпы. Однако, цианирование чрезмерно густых пульп протекает медленно и неполно вследствие низкой скорости диффузии реагентов к поверхности золота. На практике оптимальное отношение Ж: Т устанавливают эмпирически, принимая во внимание перечисленные факторы. Обычно цианирование кварцевых (кристаллических) руд ведут при Ж : Т= 1,2 ÷ (1,5 : 1). При цианировании глинистых руд разжижение пульпы увеличивают до Ж : T=2÷(2,5 : 1).
Процесс выщелачивания осуществляют в периодическом или непрерывном режиме.
При цианировании в периодическом режиме пульпу периодически отдельными порциями закачивают в параллельно работающие аппараты для выщелачивания . После перемешивания в течение определенного времени» необходимого для перевода золота в раствор, пульпу выпускают или перекачивают в чан-сборник, а в выщелачивательные аппараты закачивают новую порцию пульпы. В чане-сборнике выщелоченная пульпа накапливается и поддерживается во взвешенном состоянии до поступления в последующую стадию обработки (фильтрование).
При непрерывном выщелачивании пульпа поступает в цепочку (каскад) из последовательно соединенных аппаратов, где она перемешивается . Средняя продолжительность пребывания пульпы в каскаде определяется уравнением, ч
τ = V/Q,
где V — суммарный объем всех аппаратов в каскаде, м³; Q — поток пульпы, м³/ч.
Очевидно, что значение т должно быть достаточным для перевода в раствор всего золота. Число аппаратов в каскаде обычно выбирают не менее 4—6 (лучше 8—12). При меньшем числе аппаратов весьма велика дисперсия (разброс) времени пребывания отдельных частиц относительно среднего значения т, определяемого уравнением см.выше . Другими словами, при малом числе аппаратов значительная доля частиц выщелачиваемой руды «проскакивает» все аппараты за время, недостаточное для перевода всего золота в раствор, а значительная доля задерживается в каскаде излишне долго, т. е. дольше, чем необходимо для полного выщелачивания золота. И то, и другое нежелательно, так как снижает извлечение золота и ухудшает эффективность использования объема аппаратуры. Непрерывно действующая система выщелачивания обычно соединяется с непрерывной системой отделения золотосодержащего раствора.
По сравнению с периодической непрерывная система выщелачивания имеет следующие основные преимущества:
1) возможность полной автоматизации;
2) меньшее количество обслуживающего персонала;
3) более эффективное использование чанов (отсутствуют операции закачки и опоражнивания);
4) меньшая мощность двигателей и насосов для перекачки пульпы.
Поэтому в современной практике в подавляющем большинстве случаев применяют схему непрерывного выщелачивания. По принципу действия чаны для цианирования перемешиванием подразделяют на следующие типы:
1) с механическим перемешиванием;
2) с пневматическим перемешиванием;
3) с пневмомеханическим перемешиванием.
К первому типу относятся чаны-сборники (мутилки) и чаны с импеллерной мешалкой.
Чаны-сборники представляют собой простейший тип аппаратов; их используют для накапливания и поддержания пульпы во взвешенном состоянии. Перемешивание в них осуществляется простой крестовиной, насаженной на вертикальный вал.
Чан с импеллерной мешалкой представляет собой аппарат, в центре которого расположена широкая труба (диффузор) с циркуляционными патрубками . Через трубу проходит вертикальный вал с импеллером . Вал приводится во вращение от электродвигателя . В нижней своей части труба имеет защитный диск , предохраняющий импеллер от заиливания при остановке мешалки. Пульпа поступает в агитатор по лотку или по трубе непосредственно в трубу . Выпуск пульпы производится через штуцер в сливной карман . Для разгрузки песковой фракции служит труба .
При работе аппарата импеллер затягивает пульпу через циркуляционные патрубки вниз по центральной трубе, образуя воронку засасывания. В эту воронку засасывается также воздух в виде большой массы мелких пузырьков, благодаря чему происходит интенсивная аэрация пульпы. Вращающийся импеллер отбрасывает опускающуюся по центральной трубе пульпу и поддерживает ее во взмученном состоянии. Поднимающаяся пульпа вновь засасывается через боковые патрубки в центральную трубу, и таким образом устанавливается непрерывная циркуляция пульпы в аппарате.
Характер циркуляции можно изменить, перемещая вверх или вниз подвижной воротник имеющийся в верхней части трубы . Основным достоинством чанов с импеллерной мешалкой является весьма высокая интенсивность аэрации и перемешивания пульпы. Однако вследствие высокого расхода электроэнергии применение этих аппаратов в золотоизвлекательной промышленности ограничено.
Основным типом чанов с пневматическим перемешиванием является весьма распространенный аппарат с центральным аэролифтом — пачук . Пачук представ-ляет собой высокий цилиндрический чан с коническим дни-щем. Высота чана обычно в 3—4 раза превышает диаметр В центре чана расположен аэролифт (циркулятор) . Последний представляет собой широкую открытую с обоях концов трубу, в нижней части которой предусмотрела воздушная рубашка . По трубе в рубашку подают сжатый воздух, который через прорези поступает в виде отдельных пузырьков в трубу .
Находящаяся здесь пульпа смешивается с воздухом, образуя воздушно-пульповую смесь, плотность которой меньше , чем плотность пульпы. Помом у смесь поднимается кверху и выливается через верхний край трубы . Более плотная, не содержащая пузырьков воздуха пульпа поступает в трубу снизу. Таким образом в аппарате устанавливается непрерывная циркуляция пульпы. Принарушении режима перемешивания (например, в случае прекращения подачи воздуха) нижняя часть аппарата может забиться осевшими твердыми частицами. Для их взмучивания служит диспергатор , с помощью которого в нижнюю часть конического днища при необходимости можно подать сжатый воздух.
Расход воздуха в пачуках лежит в пределах от 1 до 3 м³/мин на 100 м³ рабочего объема аппарата. Давление воздуха зависит от высоты аппарата и плотности пульпы; обычно оно составляет 200—400 кПа.
Пачуки широко применяют как в отечественной, так и в зарубежной золотоизвлекательной промышленности. Преимущества аппаратов этого типа состоят в возможности перемешивания весьма густых пульп (с содержанием твердого до 50—60 %), простоте устройства (отсутствуют движущиеся части) и интенсивной аэрации пульпы. Последнее обусловлено поступлением в аппарат воздуха при давлении выше атмосферного, что существенно увеличивает концентрацию кислорода в жидкой фазе пульпы. Техническая характеристика пачуков приведена ниже (Vp, D, Н — вместимость, диаметр, высота соответственно) :
Vр, м³……….. 2 25 50 75 100 200 500
D, м…………. 1 2,2 2,6 3,2 3,4 4,0 5,6
H, м…………. 3 7,0 10 10 12 17 22
H/D…………. 3,0 3,2 3,3 3,1 3,5 4,2 3,9
К аппаратам с певмомеханическим перемешиванием относится часто применяемый чан с центральным аэролифтом и гребковой мешалкой . Он представляет собой цилиндрический сосуд с плоским днищем. В центре чана находится аэролифтная труба , на нижнем конце которой расположена гребковая мешалка . В аэролифтную трубу сверху введена труба для подачи сжатого воздуха. От верхнего конца аэролифта отходят два распределительных желоба , расположенные с небольшим уклоном к периферии чана, имеющие ряд отверстий по дну.
Желобы расположены перпендикулярно к направлению грабель и остаются все время над поверхностью пульпы. При медленном вращении центральной трубы (3— 6 об/мин) гребковая мешалка перемещает осевшие на дно аппарата твердые частицы пульпы к центру чана, где они засасываются в аэролифтную трубу.
Поднимаемая аэролифтом пульпа переливается в распределительные желобы и, вытекая при вращении желобов через отверстия в их днище, распределяется по поверхности чана. Твердые частицы вновь осаждаются на дно аппарата, подгребаются к аэро-лифтной трубе, и таким образом устанавливается непрерывная циркуляция пульпы. Основное достоинство этих аппаратов — их небольшая высота и хорошая аэрация пульпы. К недостаткам этих чанов относится постепенное накопление в них крупных тяжелых частиц, что заставляет периодически прибегать к очистке аппарата.
Кроме перечисленных аппаратов, в практике цианирования применяют и другие. Золотосодержащие материалы с повышенным количеством сульфидов, а также теллуристые руды, цианирование которых сопровождается увеличением расхода кислорода, иногда выщелачивают во флотационных машинах. Последние обеспечивают высокую интенсивность перемешивания и хорошую аэрацию пульпы, что ускоряет цианирование и повышает извлечение золота.
Нередко измельчение золотосодержащих руд ведут в оборотном цианистом растворе. В этом случае значительная часть золота выщелачивается уже при измельчении; золотосодержащий раствор направляют на осаждение золота, а сгущенную пульпу довыщелачивают в агитаторах.
Перспективными аппаратами для цианирования являются пульсационные колонны, разработанные под руководством С. М. Карпачевой. Пульсационная колонна имеет высокий цилиндрический корпус с коническим днищем и находящуюся внутри тарельчатую насадку. Последняя представляет собой набор дисков (тарелок) со множеством прямоугольных отверстий. Короткие стороны отверстий имеют отогнутые вверх и вниз лопатки, при этом на соседних дисках лопатки направлены в противоположные стороны.
Цианируемая пульпа подается в колонну сверху и стекает по насадке вниз. Пульсация создается с помощью пневматического пульсатора . Вырабатываемые им импульсы сжатого воздуха поступают в пульсационную камеру , где передаются находящейся в колонне пульпе. Вследствие наложения пульсаций на движущуюся вниз пульпу последняя протекает через отверстия насадки в виде множества микровихрей и приобретает вращательное движение, направление которого зависит от расположения лопаток и направления импульса. Так как направление лопаток на дисках чередуется, то вращение пульпы в соседних межтарельчатых пространствах происходит в противоположных направлениях. Результирующим является спиралевидное движение пульпы по высоте колонны.
Аэрация пульпы создается воздухом, подаваемым через распределительное устройство . Разгрузка пульпы производится из нижней части колонны с помощью аэролифта . Постоянство уровня пульпы в аппарате поддерживается регулятором , управляющим подачей сжатого воздуха в аэролифт. Достоинством пульсационных колонн является высокая интенсивность перемешивания и упорядоченный гидродинамический режим, близкий к режиму идеального вытеснения. Последнее позволяет выдерживать пульпу в реакционном объеме в течение требуемого интервала времени (т. е. свести к минимуму явления проскока и передержки пульпы), что наряду с высокой интенсивностью перемешивания значительно сокращает необходимое число и объем аппаратов и в ряде случаев повышает извлечение золота.
Вы читаете, статья на тему цианирование золота перемешиванием