Цианирование золота - Gold cyanidation

Цианирование золота (также известное как цианидный процесс или процесс Макартура-Форреста ) - это гидрометаллургический метод извлечения золота из руды с низким содержанием золота путем преобразования золота в водорастворимый координационный комплекс . Это наиболее часто используемый процесс выщелачивания для извлечения золота .

Производство реагентов для переработки полезных ископаемых с целью извлечения золота, меди, цинка и серебра составляет примерно 13% мирового потребления цианидов, а оставшиеся 87% цианида используются в других промышленных процессах, таких как пластмассы, клеи и пестициды. Из-за очень ядовитой природы цианида этот процесс можно считать спорным, и его использование запрещено в небольшом количестве стран и территорий.

История

В 1783 году Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что золото растворяется в водных растворах цианида. Благодаря работам Багратиона (1844 г.), Эльснера (1846 г.) и Фарадея (1847 г.) было определено, что для каждого атома золота требуется один цианид-ион, то есть стехиометрия растворимого соединения.

Промышленный процесс

Джон Стюарт Макартур разработал цианидный процесс для извлечения золота в 1887 году.

Расширение добычи золота в Рэнде Южной Африки начало замедляться в 1880 - х годах, так как новые месторождения были обнаружено , как правило, колчеданные руды . Золото не могло быть извлечено из этого соединения ни одним из доступных тогда химических процессов или технологий. В 1887 году Джон Стюарт Макартур , работая в сотрудничестве с братьями Робертом и Уильямом Форрестами для компании Tennant в Глазго , Шотландия, разработал процесс Макартура-Форреста для извлечения золота из золотых руд. В том же году было выдано несколько патентов. Путем суспендирования измельченной руды в растворе цианида было достигнуто разделение до 96% чистого золота. Впервые этот процесс был использован на Rand в 1890 году и, несмотря на эксплуатационные недостатки, привел к буму инвестиций по мере открытия более крупных золотых приисков.

К 1891 году фармацевт из Небраски Гилберт С. Пейтон усовершенствовал процесс на своем руднике Меркур в Юте, «первом горнодобывающем предприятии в Соединенных Штатах, добившемся коммерческого успеха процесса цианида на золотых рудах». В 1896 году Бодлендер подтвердил, что для этого процесса необходим кислород, в чем сомневался МакАртур, и обнаружил, что перекись водорода образуется в качестве промежуточного продукта. Примерно в 1900 году американский металлург Чарльз Вашингтон Меррилл (1869-1956) и его инженер Томас Беннетт Кроу улучшили обработку цианидного фильтрата, используя вакуум и цинковую пыль. Их процесс - это процесс Меррилла – Кроу .

Химические реакции

Шаровидная модель комплексного аниона ауроцианида или дицианоаурата (I), [Au (CN) 2 ] - .
«Куча» цианидного выщелачивания на золотодобывающем предприятии недалеко от Элко, штат Невада

Химическая реакция растворения золота, «уравнение Эльснера», выглядит следующим образом:

4 Au (s) + 8 NaCN (водн.) + O 2 (g) + 2H 2 O (l) → 4 Na [Au (CN) 2 ] (водн.) + 4 NaOH (водн.)

В этом окислительно-восстановительном процессе кислород удаляет посредством двухступенчатой ​​реакции по одному электрону от каждого атома золота с образованием комплекса Au (CN)-
2
ион.

заявка

Руда является измельчали с помощью шлифовального оборудования. В зависимости от руды ее иногда дополнительно концентрируют путем пенной флотации или центробежного (гравитационного) обогащения . Вода добавляется для получения кашицы или пульпы . Основная рудная суспензия может быть объединена с раствором цианида натрия или цианида калия ; во многих операциях используется цианид кальция , который является более экономичным.

Для того, чтобы предотвратить создание токсичного цианистого водорода в процессе обработки, гашеная известь ( гидроксид кальция ) или соду ( гидроксид натрия ) добавляют к раствору экстрагента , чтобы гарантировать , что кислотность во время цианирования сохраняется в течение рНа 10,5 - сильно щелочные. Нитрат свинца может улучшить скорость выщелачивания золота и его количество, особенно при переработке частично окисленных руд.

Влияние растворенного кислорода

Кислород является одним из реагентов, потребляемых во время цианирования, принимая электроны из золота, а недостаток растворенного кислорода снижает скорость выщелачивания. Через пульпу можно продуть воздух или чистый газообразный кислород, чтобы максимально увеличить концентрацию растворенного кислорода. Внутренние контакторы кислород-пульпа используются для увеличения парциального давления кислорода, контактирующего с раствором, таким образом повышая концентрацию растворенного кислорода намного выше, чем уровень насыщения при атмосферном давлении . Кислород также можно добавить, дозируя пульпу раствором перекиси водорода .

Предварительная аэрация и промывка руды

В некоторых рудах, особенно частично сульфидированных, аэрация (перед введением цианида) руды в воду при высоком pH может сделать такие элементы, как железо и сера, менее реактивными по отношению к цианиду, что делает процесс цианирования золота более эффективным. В частности, окисление железа до оксида железа (III) и последующее осаждение в виде гидроксида железа сводит к минимуму потерю цианида из-за образования комплексов цианида железа. Окисление соединений серы до сульфат-ионов позволяет избежать превращения цианида в побочный продукт тиоцианата (SCN - ).

Извлечение золота из цианидных растворов

В порядке снижения экономической эффективности распространены следующие способы извлечения солюбилизированного золота из раствора (некоторые процессы могут быть исключены из использования по техническим причинам):

Процессы восстановления цианида

Цианид, остающийся в хвостовых потоках золотоперерабатывающих заводов, потенциально опасен. Поэтому на некоторых предприятиях цианидосодержащие потоки отходов обрабатываются на стадии детоксикации. Этот шаг снижает концентрацию этих цианидных соединений. Процесс, лицензированный INCO, и кислотный процесс Каро окисляют цианид до цианата , который не так токсичен, как ион цианида, и который затем может реагировать с образованием карбонатов и аммиака:

CN-
+ [O] → OCN-
OCN-
+ 2 часа
2
O
HCO-
3
+ NH
3

Процесс Inco обычно может снизить концентрацию цианида до уровня ниже 50 мг / л, тогда как кислотный процесс Каро может снизить уровень цианида до 10–50 мг / л, при этом более низкие концентрации достигаются в потоках раствора, а не в суспензиях. Кароновая кислота - пероксомоносерная кислота (H 2 SO 5 ) - превращает цианид в цианат. Затем цианат гидролизуется до ионов аммония и карбоната. Кислотный процесс Caro позволяет достичь уровней сброса WAD ниже 50 мг / л, что обычно подходит для сброса в хвосты. Перекись водорода и щелочное хлорирование также могут использоваться для окисления цианида, хотя эти подходы менее распространены.

Более 90 шахт по всему миру в настоящее время используют схему детоксикации Inco SO 2 / воздух для преобразования цианида в гораздо менее токсичный цианат перед сбросом отходов в хвостохранилище. Обычно этот процесс продувает сжатый воздух через хвосты с добавлением метабисульфита натрия , который выделяет SO 2 . Известь используется для поддержания pH на уровне около 8,5, а сульфат меди добавляется в качестве катализатора, если в экстракте руды недостаточно меди. Эта процедура может снизить концентрацию цианида, разлагающегося на слабой кислоте (WAD), до уровня ниже 10 ppm, установленного Директивой ЕС по отходам горнодобывающей промышленности. Этот уровень сопоставим с 66-81 миллионной долей свободного цианида и 500-1000 миллионной долей общего цианида в пруду в Бая-Маре . Оставшийся свободный цианид разлагается в пруду, а цианат-ионы гидролизуются до аммония. Исследования показывают, что остаточный цианид, оставшийся в хвостах золотых рудников, вызывает постоянный выброс токсичных металлов (например, ртути) в подземные и поверхностные водные системы.

Воздействие на окружающую среду

Барабан с цианистым натрием на заброшенной шахте Chemung Mine в Масоне, Калифорния

Несмотря на то, что цианирование золота используется в 90% производства золота, цианирование золота вызывает споры из-за токсичной природы цианида. Хотя водные растворы цианида быстро разлагаются на солнечном свете, менее токсичные продукты, такие как цианаты и тиоцианаты, могут сохраняться в течение нескольких лет. Знаменитые бедствия убили несколько человек - людей можно предупредить, чтобы они не пили и не приближались к загрязненной воде, но разливы цианида могут иметь разрушительные последствия для рек, иногда убивая все на несколько миль ниже по течению. Цианид вскоре вымывается из речных систем, и, пока организмы могут мигрировать из незагрязненных районов вверх по течению, пострадавшие районы могут вскоре быть вновь заселены. По данным румынских властей, в реке Соме ниже Бая-Маре планктон вернулся к 60% нормы в течение 16 дней после разлива; цифры не были подтверждены Венгрией или Югославией. Известные разливы цианида включают:

Год Моя Страна Инцидент
1985-91 Summitville нас Утечка с площадки для выщелачивания
1980-е годы по настоящее время Ок Теди Папуа - Новая Гвинея Беспрепятственный сброс отходов
1995 г. Омай Гайана Обрушение дамбы хвостохранилища
1998 г. Кумтор Кыргызстан Грузовик проехал по мосту
2000 г. Бая-Маре Румыния Обрушение защитной дамбы (см. Разлив цианида в Бая-Маре в 2000 г. )
2000 г. Толукума Папуа - Новая Гвинея Вертолет сбросил ящик в тропический лес
2018 г. Сан-Димас Мексика Грузовик слил 200 литров раствора цианида в реку Пиакстла в Дуранго

Такие разливы вызвали ожесточенные протесты на новых рудниках с использованием цианида, таких как Roşia Montană в Румынии, Lake Cowal в Австралии, Pascua Lama в Чили и Bukit Koman в Малайзии.

Альтернативы цианиду

Хотя цианид дешев, эффективен и поддается биологическому разложению, его высокая токсичность привела к появлению новых методов извлечения золота с использованием менее токсичных реагентов. Были исследованы другие экстрагенты, включая тиосульфат (S 2 O 3 2- ), тиомочевину (SC (NH 2 ) 2 ), йод / йодид, аммиак, жидкую ртуть и альфа- циклодекстрин . Проблемы включают стоимость реагентов и эффективность извлечения золота. Тиомочевина применяется в промышленных масштабах для руд, содержащих антимонит.

Другой альтернативой цианированию является семейство выщелачивающих средств на основе глицина. GlyLeach ™ и GlyCat ™ вместе именуются Технологией выщелачивания глицина «GLT». Селективность глицината натрия по ионам металлов

Законодательство

В американских штатах Монтана и Висконсин , Чешская Республика , Венгрия запретили добычу цианида. Европейская комиссия отклонила предложение о таком запрете, отметив , что существующие правила (см ниже) обеспечивают адекватную экологическую и охрану здоровья. Парламент Румынии отклонил несколько попыток запретить цианирование золота в Румынии . В настоящее время в Румынии проходят протесты, призывающие к запрету использования цианида в горнодобывающей промышленности (см. Протесты Румынии в 2013 году против проекта Roșia Montană ).

В ЕС промышленное использование опасных химикатов регулируется так называемой Директивой Севезо II (Директива 96/82 / ЕС, которая заменила первоначальную Директиву Севезо (82/501 / ЕЕС, введенную после диоксиновой катастрофы 1976 года). Свободный цианид и любое соединение, способное выделять свободный цианид в растворе », далее контролируется включением в Список I Директивы по подземным водам (Директива 80/68 / EEC), которая запрещает любой сброс такого размера, который может вызвать ухудшение качества подземных вод в время или в будущем Директива о подземных водах была в значительной степени заменена в 2000 году Рамочной директивой по водным ресурсам (2000/60 / EC).

В ответ на разлив цианида в Бая-Маре в 2000 году Европейский парламент и Совет приняли Директиву 2006/21 / EC по управлению отходами добывающей промышленности. Статья 13 (6) требует, чтобы «концентрация слабокислотного диссоциируемого цианида в пруду была снижена до минимально возможного уровня с использованием наилучших доступных технологий », и в большинстве случаев все шахты, начатые после 1 мая 2008 года, не могут сбрасывать отходы, содержащие более 10 ppm цианида WAD. шахты, построенные или разрешенные до этой даты, изначально допускают не более 50 частей на миллион, снизившись до 25 частей на миллион в 2013 году и 10 частей на миллион к 2018 году.

В соответствии со Статьей 14 компании также должны предоставить финансовые гарантии для обеспечения очистки после того, как рудник будет закончен. Это, в частности, может повлиять на более мелкие компании, желающие строить золотые прииски в ЕС, поскольку они с меньшей вероятностью будут иметь финансовые возможности для предоставления таких гарантий.

Промышленность разработала добровольный « Цианидный кодекс », который направлен на снижение воздействия на окружающую среду с помощью сторонних аудитов управления цианидами компании.

использованная литература

внешние ссылки