Aplikácia aktívneho uhlia pri získavaní zlata

V priemysle ťažby zlata je aktívne uhlie kľúčovým materiálom používaným na adsorpciu a obohatenie zlata s nízkou koncentráciou -z kyanidových roztokov. Jeho hlavnou funkciou je selektívne obohacovať komplexy kyanidu zlata v jeho štruktúre veľkých pórov prostredníctvom fyzickej adsorpcie, čím sa dosiahne tisíc-násobné zvýšenie koncentrácie hmoty a položí sa základ pre následnú účinnú obnovu.

 

I. Úloha aktívneho uhlia pri získavaní zlata

 

Po kyanidovom lúhovaní zlatej rudy zlato existuje v roztoku ako anióny kyanidu zlata (Au(CN)₂⁻) vo zvyčajne extrémne nízkych koncentráciách. Priame získavanie zlata z takýchto zriedených roztokov je ekonomicky náročné. Aktívne uhlie sa s extrémne vysokým špecifickým povrchom (približne 1000 m²/g) a špecifickou štruktúrou pórov stáva ideálnym médiom na obohatenie zlata z roztoku.

V priemyselnej výrobe sa používa hlavne aktívne uhlie z kokosových škrupín. Vyrába sa aktiváciou parou a má dostatočnú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu, aby odolal oderu v procese uhlíkovej-v{2}}celulóze.

 

II. Adsorpčný mechanizmus zlata: Ion Pair Kyanidové anióny zlata sú negatívne nabité, zatiaľ čo povrch aktívneho uhlia je elektricky neutrálny, takže priama adsorpcia nie je možná. Adsorpcia zlata sa spolieha na tvorbu „iónových párov“. Vápenaté ióny (Ca²⁺, zvyčajne z pridaného vápna) v roztoku sa spoja s dvoma aniónmi kyanidu zlata, čím sa vytvoria elektricky neutrálne iónové páry kyanidu vápenatého -zlatého: Ca[Au(CN)₂]₂. Tieto neutrálne iónové páry sú fyzikálne adsorbované na povrchoch pórov aktívneho uhlia prostredníctvom van der Waalsových síl.

Ide o reverzibilný proces dynamickej rovnováhy. Existuje zodpovedajúci vzťah medzi koncentráciou zlata v roztoku a obsahom zlata na aktívnom uhlí. Aby sa neustále znižovala koncentrácia zlata v roztoku a zvyšovalo sa zaťaženie uhlíka zlatom, používa sa metóda protiprúdového kontaktu: buničina so zlatými-ložiskami prúdi postupne cez sériu adsorpčných nádrží, zatiaľ čo aktívne uhlie sa pohybuje v opačnom smere. Čerstvý uhlík sa pridáva z poslednej nádrže a prúdi do prvej nádrže s najvyššou koncentráciou zlata; miazga tečie z prvej nádrže do poslednej nádrže. Týmto spôsobom môže byť koncentrácia zlata v hlušine vypúšťanej z poslednej nádrže znížená na extrémne nízku úroveň, zatiaľ čo uhlík naložený zlatom-z prvej nádrže dosahuje vysokú nosnosť.

III. Hlavné faktory ovplyvňujúce účinnosť adsorpcie zlata Účinnosť adsorpcie zlata ovplyvňujú rôzne prevádzkové a chemické podmienky.

 

1. Fyzikálne podmienky: Hustota buničiny musí byť blízka hustote za mokra aktívneho uhlia (približne 1,3-1,5 t/m³), aby sa zabezpečila rovnomerná suspenzia uhlíkových častíc a zabránilo sa sedimentácii alebo plávaniu. Adekvátne miešanie môže znížiť hrúbku tekutej hraničnej vrstvy na povrchu uhlíkových častíc a urýchliť prenos hmoty a difúziu zlata do uhlíkových častíc.

 

2. Vlastnosti aktívneho uhlia: Menšia veľkosť častíc uhlíka je prospešná pre urýchlenie kinetiky adsorpcie, ale zvyšuje náročnosť skríningu a regenerácie. Priemyselne sa bežne používa rozsah veľkosti častíc 1-3 milimetre (napr. 6×12 mesh alebo 8×16 mesh). Tvrdosť uhlíka je rozhodujúca, pretože musí odolať oderu počas miešania, čerpania a regeneračných procesov. Uhlík z kokosových škrupín si v tomto smere vedie vynikajúco.

 

3. Konkurenčná adsorpcia a jedy: Toto je kľúčový problém ovplyvňujúci mieru regenerácie.

- Organické jedy: Organické látky, ako sú flotačné činidlá (napr. xantáty), mazacie oleje a huminové kyseliny súťažia so zlatom o adsorpčné miesta a môžu dokonca blokovať póry. Niektoré flotačné činidlá môžu znížiť adsorpčnú aktivitu aktívneho uhlia o viac ako 60 %. Tieto organické jedy sa odstraňujú hlavne následnými krokmi tepelnej regenerácie.

- Anorganické jedy: Hlavne kyanidové komplexy iných kovov (napr. meď, nikel, striebro). Môžu tiež tvoriť iónové páry, ktoré sa majú adsorbovať a obsadiť aktívne miesta. Osobitná pozornosť by sa mala venovať vplyvu medi. Jeho kyanidová forma v roztoku sa mení s pH a ľahšie sa adsorbuje, keď je pH nižšie ako 10,5. Väčšina anorganických jedov sa dá odstrániť kyslým umývaním.

- Tvorba vodného kameňa: Počas procesu CIP môžu vápenaté ióny a uhličitany vytvárať na povrchu aktívneho uhlia zrazeniny, ako je uhličitan vápenatý (CaCO₃). Tieto vrstvy vodného kameňa sa ukladajú hlavne a blokujú vstupy mezopórov a makropórov uhlíkových častíc, čím bránia difúzii zlata do mikropórov. Pravidelné umývanie kyselinou môže tieto vrstvy vodného kameňa účinne odstrániť.

 

4. Chemické prostredie roztoku:

- pH a koncentrácia kyanidu: Priemyselne sa pH zvyčajne udržiava medzi 10 – 11, aby sa regulovalo vytváranie toxického plynu HCN. Dostatočná koncentrácia voľného kyanidu je nevyhnutnou podmienkou na zabezpečenie efektívneho rozpúšťania a stability zlata.

- Teplota: Adsorpcia zlata je exotermický proces, takže nižšie teploty podporujú adsorpciu. Mnohé továrne často dosahujú vyššiu mieru obnovy v chladných obdobiach. Naproti tomu následný desorpčný proces vyžaduje vysoké teploty.

- Iónová sila: Prítomnosť iónov kovov alkalických zemín, ako sú vápnik a horčík, je nevyhnutná na tvorbu iónových párov kyanidu zlata.

 

IV. Desorpcia: Desorpcia zlata z aktívneho uhlia Zlato-naplnený uhlík adsorbovaný s vysokou-koncentráciou zlata musí prejsť desorpčným (elučným) spracovaním, aby sa zlato prenieslo späť do roztoku na elektrolytické čistenie.

 

Základným princípom desorpcie je vytvorenie podmienok nepriaznivých pre adsorpciu a zvrátenie procesu adsorpcie. Priemyselne sa používajú hlavne dva vyspelé procesy: metóda AARL a metóda Zadra. Obe sú založené na nasledujúcich krokoch:

1. Pri vysokej teplote sa používa roztok sodíkových iónov s vysokou koncentráciou (z hydroxidu sodného) na nahradenie iónov vápnika v iónových pároch kyanidu zlata iónmi sodíka prostredníctvom výmeny iónov, čím sa vytvárajú menej stabilné páry iónov sodíka-zlatého.

2. Vysoká teplota podporuje rozklad nestabilných iónových párov kyanidu zlata -sodného a anióny kyanidu zlata sa uvoľňujú späť do roztoku z povrchu aktívneho uhlia.

Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma spočíva v kombinácii procesov: metóda AARL je dávková operácia a desorbovaný roztok bohatý na zlato- (roztok pre tehotné) sa posiela do nezávislej elektrolýzy; Zadra metóda spája desorpčnú kolónu a elektrolytický článok do série a vytvára tak uzavretý cyklus-slučky, ktorý súčasne realizuje desorpciu a elektrolýzu. Bez ohľadu na prijatú metódu je cieľom znížiť obsah zlata v chudobnom uhlíku vrátenom do adsorpčného okruhu pod približne 50 gramov na tonu, aby sa obnovila jeho adsorpčná kapacita.

 

V. Toky hlavného procesu: CIP, CIL a Pumpcell

 

Existujú tri hlavné formy procesov extrakcie zlata s aktívnym uhlím:

Uhlík v buničine (CIP): Ruda najskôr dokončí rozpustenie väčšiny zlata prostredníctvom nezávislých nádrží na lúhovanie kyanidu a potom buničina vstupuje do série adsorpčných nádrží na adsorpciu zlata. Buničina prúdi dopredu a aktívne uhlie je transportované protiprúdne. Jeho „pomer obohacovania“ (pomer triedy uhlíka s obsahom zlata-k kvalite napájacieho roztoku) je zvyčajne 1 000 – 1 200.

Carbon in Leach (CIL): Vylúhovanie a adsorpcia sa kombinujú a vykonávajú súčasne v rovnakej sérii nádrží. Tento proces je vhodný najmä pre rudy obsahujúce „zlato-okrádajúce“ látky (iné látky, ktoré môžu adsorbovať zlato), pretože aktívne uhlie im môže konkurovať pri ochrane rozpusteného zlata. Avšak kvôli nízkej koncentrácii zlata v roztoku, keď je lúhovanie neúplné, je zvyčajne potrebná väčšia zásoba aktívneho uhlia a pomer obohatenia je vo všeobecnosti 800-1000.

 

Pumpcell Process: Prijíma prevádzkový režim podobný „kolotoču“-go-. Protiprúdový tok sa dosahuje pravidelným otáčaním miesta podávania buničiny a miesta vypúšťania hlušiny bez potreby fyzického pohybu uhlíkovej buničiny. Táto metóda znižuje spätné miešanie, spravuje uhlík v dávkach, môže dosiahnuť vyšší pomer obohatenia (1500-2500 alebo vyšší) a má kompaktnejší objem zariadenia.

Výber procesu závisí od rôznych faktorov, ako sú vlastnosti rudy, konštrukčný rozsah, investície a prevádzkové náklady.

 

VI. Monitorovanie procesov a rovnováha Stabilná prevádzka závodu CIP/CIL sa opiera o monitorovanie kľúčových parametrov, ktoré sa hodnotí najmä prostredníctvom dvoch „aspektov“:

 

- Koncentrácia zlata v roztoku: Monitorujte obsah zlata v roztoku na výstupe z každej adsorpčnej nádrže, čo by malo vykazovať významný{1}}po{2}}stupňujúci trend.

- Koncentrácia zlata v zlate-naplnenom uhlíku: Monitorujte obsah zlata v aktívnom uhlíku v každej adsorpčnej nádrži, ktorá by mala ukazovať krok{2}}za{3}}krokom klesajúci trend spredu dozadu.

Pravidelná analýza týchto aspektov v kombinácii s testami adsorpčnej kinetickej rýchlosti (aktivity) aktívneho uhlia môže pomôcť závodu včas identifikovať problémy, ako je akumulácia jedu, znížená účinnosť zariadenia alebo prevádzková nerovnováha, čím sa udrží optimálna miera obnovy zlata.

Aktívne uhlie hrá nezastupiteľnú úlohu pri získavaní zlata. Od základného princípu adsorpcie párov kyanidu zlata cez riešenie praktických výziev organických a anorganických jedov a tvorby vodného kameňa až po regeneráciu desorpcie a výber procesu, celý proces predstavuje komplexný a účinný technický systém. Hlboké porozumenie a presná kontrola vlastností aktívneho uhlia, podmienok procesu a rovnováhy systému sú základom dosiahnutia efektívneho a ekonomického získavania zlata.