Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование закономерностей и разработка технологии извлечения золота электрохимической хлоринацией из золотосодержащих сульфидных продуктов

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование закономерностей и разработка технологии извлечения золота электрохимической хлоринацией из золотосодержащих сульфидных продуктов"

005013338

КИСЕЛЁВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ХЛОРИНАЦИЕЙ ИЗ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИДНЫХ

ПРОДУКТОВ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 2 ли ¡2

Екатеринбург - 2012

005013338

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель -Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Морозов Юрий Петрович Амдур Алексей Миронович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», зав. кафедрой химии Горлова Ольга Евгеньевна, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», доцент каф. ОПИ

Учреждение Российской академии наук Институт металлургии Уральского отделения РАН

Защита диссертации состоится « -12.» сь/ут^гА- 2012 г. в 11.30 часов в аудитории 2142 на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет» по адресу: г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30, 2-й учебный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Автореферат разослан «И » ¿^а^та, 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор технических наук - БагазеевВ. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важных задач золотодобывающей отрасли является вовлечение в переработку труднообогатимых золотосодержащих сульфидных руд. Переработку руд данного типа обычно проводят по сложным комбинированным схемам и режимам, сочетающим гравитационное, флотационное и химическое обогащение. На сегодняшний день существует необходимость поиска новых технических решений для удешевления и упрощения производства.

Перспективными направлениями для переработки сульфидных руд являются электрохимические методы обогащения. Исследования электрохимического обогащения сульфидных руд отражены в работах В.И. Максимова, Р. Ш. Шафеева, В.А. Чантурия, В.Е. Вигдергауза, В.Д. Лунина, Ю.В. Гуляева, A.A. Фёдорова, Т.В. Чекушиной, Ю.П. Морозова, М.И. Фазлуллина, А.Р. Космухамбетова.

Одним из методов электрохимического обогащения золотосодержащих сульфидных руд является электрохимическая хлоринация, которая заключат ется в получении активных хлорсодержащих растворителей путём электролиза раствора хлорида натрия непосредственно в зоне растворения либо перед подачей в зону растворения компонентов.

Этот метод позволит интенсифицировать процесс хлоридного извлечения золота из золотосодержащих сульфидных руд за счёт более глубокого вскрытия сульфидов и большей скорости растворения золота.

Процессы электрохимической хлоринации изучены не достаточно и требуют дальнейшего исследования в области механизма и кинетики растворения сульфидов и золота.

Объектом исследований являются золотосодержащие сульфидные продукты.

Предмет исследования - технология обогащения золотосодержащих сульфидных продуктов методом электрохимической хлоринации.

Цель работы. Исследовать механизм и кинетику растворения пирита и золота методом электрохимической хлоринации и на его основе разработать технологию извлечения золота из золотосодержащих сульфидных продуктов.

Научная идея заключается в использовании зависимостей электрохимии для интенсификации извлечения золота из золотосодержащих сульфидных продуктов.

Задачи исследований:

1. Теоретический анализ и изучение механизма и кинетики растворения пирита и золота методом электрохимической хлоринации.

2. Разработка и исследование технических условий, обеспечивающих повышение извлечения золота из сульфидных продуктов методом электрохимической хлоринации.

3. Разработка и опытно-экспериментальное обоснование технологии извлечения золота из золотосодержащих пиритных продуктов и хвостов обогащения сульфидных руд методом электрохимической хлоринации.

Методы исследований: лабораторные эксперименты и опытно-промышленные испытания, рН-метрия, гранулометрический анализ, рентге-но-фазовый анализ (установка ДРОН-3), электронная микроскопия (микроскоп 08М-5900ЬУ), пробирный, химический и фазовый методы анализа, математические методы обработки экспериментальных данных.

Защищаемые научные положения:

1. При поляризации электропроводные частицы минералов в процессе электрохимической хлоринации, независимо от размеров и расположения в межэлектродном пространстве, выступают в роли биполярных электродов, на; которых возбуждаются электрохимические реакции, интенсифицирующие процесс растворения на анодной стороне частиц.

2. Анодная поляризация пирита приводит к образованию на его поверхности пассивирующих неэлектропроводных плёнок, а наличие золота в плоскостях спайности - к образованию зон повышенной электропроводности и интенсификации процесса растворения этих зон с образованием мозаичной структуры поверхности пирита.

3. Интенсификация растворения золота при электрохимической хлоринации обеспечивается большей активностью образующихся непосредственно на поверхности золота хлорных агентов.

Научная новизна.

- Разработана методика по изучению контактной и бесконтактной поляризации частиц с использованием модельных частиц.

- Раскрыт механизм растворения золота из золотосодержащих пирит-ных продуктов электрохимической хлоринацией.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается положительными результатами выполненных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научное значение исследования заключается в получении новых научных знаний о механизме и кинетике растворения сульфидных минералов и золота при их контактной и бесконтактной поляризации.

Практическая значимость работы:

Разработаны технические и технологические решения по агитационной и перколяционной электрохимической хлоринации, позволяющей эффективно извлекать золото из золотосодержащих сульфидных продуктов.

Реализация работы. Разработанная комбинированная гравитационно-хлоридная технология испытана на золотосодержащем пиритном продукте Игуменовского месторождения, которая позволила извлечь золото на 91 %. Разработанная технология электрохимической хлоринации испытана на ста-рогодних хвостах обогатительной фабрики ОАО «Святогор», которая позволила извлечь золото на 68 %.

Практические решения диссертационной работы использованы в учебном процессе при выполнении курсовых работ по дисциплине «Исследование руд на обогатимость», а также при выполнении дипломных работ и магистерских диссертаций.

Апробация работы. Основные положения и результаты работ докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2008, 2009, 2010, 2011); VII Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2009); международном совещании «Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья» (Плаксинские чтения, Казань, 2010), международном совещании «Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья» (Плаксинские чтения, Верхняя Пышма, 2011).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, из них 3 работы в рецензируемом научном журнале, определённом ВАК.

Личный вклад автора состоит в определении цели и задач исследования, разработке методик исследований, организации и непосредственном участии в выполнении лабораторных и опытно-промышленных исследований, анализе и обобщении полученных результатов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников информации из 79 наименований, содержит 98 страниц машинописного текста, 73 рисунка, 37 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи исследований, представлены защищаемые научные положения, изложены методы исследований, научная новизна и практическое значение работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор существующих химических методов обогащения золотосодержащих руд, приведены достоинства и недостатки данных методов. Выполнен обзор теории и практики электрохимической хлоринации золотосодержащих руд.

Сформулированы основные задачи работы для исследования закономерностей электрохимической хлоринации золотосодержащих сульфидных руд и продуктов и разработки технологий с применением процессов электрохимической хлоринации.

Во второй главе изучены закономерности процессов электрохимической хлоринации при контактной и бесконтактной поляризации пирита и золота.

Контактная поляризация частиц осуществляется при контакте частиц с электродом. Экспериментально изучено влияние площади контакта и давления на величину контактного сопротивления на примере контакта пирита и халькопирита с железным стержнем.

Установлено, что увеличение площади контакта и давления приводит к снижению контактного сопротивления. Для оптимального снижения контактного сопротивления между частицей и электродом необходимо обеспечить давление не ниже 40 Па.

« 2 1

О

1

^ /

4 \ 3

Ь-Х- Ег^7

В электрохимической ячейке с использованием модельных частиц сульфидных минералов исследованы закономерности распределения электрического тока через частицу и мимо неё в зависимости от концентрации раствора едкого натрия.

Результаты исследований представлены на рис. 1 в виде зависимостей тока через частицу по отношению к общему току от концентрации раствора. Доля электрического тока через модельную частицу увеличивается

« -----при снижении электропро-

водности раствора с резким повышением при концентрации раствора едкого натрия менее 0,1 %. Так как электропроводность исследуемых модельных частиц уменьшается в ряду халькопирит - пирит - галенит - сфалерит, то согласно зависимостям рис. 1, чем выше электропроводность частицы, тем больше ток через неё.

В работе экспериментально изучено влияние размеров частицы на величину тока через неё с помощью модельных частиц, пластины которых выполнены из медной фольги.

Модельную частицу (рис. 2) помещали в межэлектродное пространство электрохимической ячейки. На модельной частице площадью 0,5 см2 изменяли длину (расстояние между поляризуемыми поверхностями) от 5 до 22 мм. Расстояние между рабочими электродами составляло 150 мм.

При различных напряжениях на рабочих электродах получены зависимости тока через модельную частицу от её длины, которые приведены на рис. 3.

1 0.8 0.(5 0.4 0.2 0

Концентрация, %

Рис. 1. Зависимость тока через частицу от концентрации КаОН в растворе при контакте с анодом халькопирита (1), пирита (2), галенита (3), сфалерита (4)

Д

ж

Рис. 2. Модельная частица минерала: 1 — рабочие медные пластины; 2 - токоподводя-гцие медные пластины; 3 - резиновая прокладка; 4 - изоляционное покрытие

На модельной частице, расстояние между пластинами которой составляло 1 мм, исследовали влияние площади рабочих пластин частицы на величину тока через неё. Площадь рабочих пластин модельной частицы изменяли от 100 до 400 мм2. Зависимости тока через модельную частицу от площади рабочих пластин приведены на рис. 4.

4

< ,

Я 7 О ~

Н 1

500 400 300 200 100 о

100 200 300 400

Площадь частицы, мм2

Рис. 4. Зависимость тока через модельную частицу от площади рабочих пластин при напряжении на электродах: 1 - 50 В; 2 - 40 В; 3 - 30 В; 4 - 20 В

10 15 20 25 Длина частицы, мм

Рис. 3. Зависимость тока через модельную частицу от её длины при напряжении на электродах от 10 В до 40 В: 1 -10 В; 2 -20 В; 3-30 В; 4 -40 В

Анализ зависимостей на рис. 3 и 4 показывает, что увеличение размеров частицы приводит к увеличению тока через частицу. Для частиц, электропроводность которых ниже электропроводности жидкой фазы, ток при увеличении размеров растёт в меньшей степени, чем для частиц с высокой электропроводностью.

Далее выполнены исследования при условиях: 1 - электролизная ванна в поперечном сечении полностью перекрыта модельной частицей (размеры стороны модельной частицы 36x26 мм); 2 - модельная частица наполовину перекрывает электролизную ванну (размеры стороны модельной частицы 18x26 мм); 3 - модельная частица на четверть перекрывает электролизную ванну (размеры модельной частицы 9x26 мм). Толщина модельных частиц составляет 2 мм. Модельную частицу, которая состоит из двух пластин, между которыми расположена изоляционная прокладка, помещали в центр электрохимической ячейки. На электроды подавали ток 0,1 А.

Через частицу, которая полностью перекрывает электролизную ванну, независимо от местоположения проходит ток 0,1 А; через частицу, которая наполовину перекрывает электролизную ванну, независимо от местоположения проходит ток 0,02 А; через частицу, которая на четверть перекрывает электролизную ванну, независимо от местоположения проходит ток 0,01 А. Установлено, что величина тока через модельную частицу не зависит от местоположения модельной частицы относительно анода и катода. При этом установлено, что модельные частицы всех размеров при бесконтактной поляризации выступают в роли биполярных электродов.

В работе изучены поверхностные свойства пирита Березовского золоторудного месторождения. В таблице 1 приведён фазовый и элементный состав образца пирита. В пирите преобладает р-тип проводимости.

Таблица 1

Фазовый и элементный состав пирита Березовского месторождения

Содержание основных элементов

% •10 , мг/г г/т

АБ Си № Бе $сульф ^поверх Аи

0,1 0,14 0,5 38,7 45,5 19,2 10

Выполнен эксперимент по сканированию величины тока по шлифованной поверхности образца пирита.

Сканирование осуществляли с помощью установки, приведённой на рис. 5. Пиритный анод состоит из образца пирита кубической формы, эпоксидной защиты, патрубка и токоподводящего медного стержня. Площадь рабочей поверхности пирита равна 6,25 см2. На поверхность пирита нанесена сетка с шагом 2 мм.

На электроды подавали ток при напряжении, равном 5 В. Каретку с отрицательно заряженным контактным стержнем помещали последовательно в каждую клетку расчерченной поверхности пирита. Площадь контакта отрицательно заряженного контактного стержня с поверхностью пирита составляет 0,5 мм2. Давление контактного стержня на пирит составляло 32 Па.

При этом записывали показание тока. Матрица значений прохождения тока на разных участках поверхности гшритного электрода показала вариативность прохождения тока от 0,01 А до 0,05 А, что свидетельствуют о существенной неоднородности прохождения тока по участкам поверхности пирита, следовательно, о различной электропроводности этих участков. Различная электропроводность участков при электрохимической хлоринации приведёт к неравномерности скоростей растворения. В результате электрохимическая хлоринация должна приводить к мозаичности растворения поверхности пирита.

Для проведения исследований кинетики растворения пирита разработана установка, принципиальная схема которой представлена на рис. 6.

В электрохимическую ячейку заливали раствор хлорида натрия концентрацией 50 г/л. Опыты по растворению пирита проведены при продолжительности 1,2,3 и 4 часа, при значениях тока 0,03, 0,25 и 0,75 А. При этом напряжение соответственно составило 5, 10 и 15 В. Плотность тока на поверхности пирита составляла 101 А/м2. В течение эксперимента поддерживали ток постоянным. На основании убыли массы пиритного анода рассчитали скорость растворения

«+»

С

3

Рис. 5. Схема установки для сканирования электрического тока по поверхности пирита: 1 - пиритный анод; 2 - контактный стержень; 3 - штатив

Рис. 6. Принципиальная схема установки для исследования кинетики растворения пирита: 1 - корпус электрохимической ячейки; 2 - пиритный анод; 3 - железный катод

3 350

я •ь 300

из и 250

о п 200

150

О £ 100

£ 50

0

пирита. Результаты расчётов скорости растворения пирита приведены на рис. 7.

С увеличением величины тока через модельную частицу скорость растворения пирита повышается. Рост скорости растворения пирита во времени обусловлен увеличением площади растворения за счёт образования новых поверхностей в зонах повышенной электропроводности.

Для изучения характера растворения пирита выполнено фотографирование поверхности пиритного анода до и после эксперимента (рис. 8). Установлено, что растворение идёт мозаично. Неравномерность растворения пирита обусловлена большей реакционной способностью границ раздела по спайности и трещинам, пассивацией поверхности пирита элементарной серой и прохождением реакции в зонах повышенной электропроводности, в которых преимущественно находятся частицы золота.

ШжтШШ ■ ■-у:Ш

"'"Л|

12 3 4

Продолжительность растворения, час -»-0,75А -я-0.25.4 -*-0.03А Рис. 7. Зависимость скорости растворения пирита от продолжительности растворения

йШЙ

Рис. 8. Изображения поверхности пирита:

а - до растворения, б - после растворения при продолжительности опыта 4 ч и величине тока 0,75 А (Увеличение 1:2)

Пассивация пирита элементарной серой изучена экспериментально. После проведения электрохимической хлоринации пирита при продолжительности растворения 4 часа и силе тока на электродах 0,75 А пиритный анод вместе с образовавшимся на поверхности пирита пассивирующим слоем помещали в установку для сканирования электрического тока по поверхности пирита. На электроды подавали ток при напряжении, равном 5 В. В результате сканирования поверхности пирита установлено, что на пассивированных участках пирита ток выше 0 не поднимался.

Полученные закономерности доказывают химизм и механизм растворения пирита, заключающийся в растворении пирита с образованием элементарной серы на поверхности пирита, которая оказывает пассивирующий эффект на растворение данных поверхностей. При этом активируется растворение более электропроводных, содержащих золото участков поверхности пирита.

Растворение золота методом электрохимической хлоринации исследовано на золотых пластинках пробностью 585, толщиной 20 мкм. Для проведения исследований по растворению золота разработаны установки, которые приведены на рис. 9 и 10.

В первом случае (см. рис. 9) растворение золотых пластинок выполняли в отдельной камере, в которую подавался газообразный хлор, а во втором случае (см. рис. 10) растворение осуществляли в прианодном пространстве установки.

Рис. 9. Установка для растворения золота электрохимической хлоринацией в отдельной ячейке:

1 - корпус электрохимической ячейки;

2 - графитовый анод; 3 - железный катод; 4 - диафрагма; 5 - камера растворения;

6 - камера растворения остаточных газов;

7 - золотила

Рис. 10. Установка для растворения золота электрохимической хлоринацией в прианодном пространстве:

1 - корпус электрохимической ячейки;

2 - диафрагма; 3 - графитовый анод; 4 - железный катод; 5 - золотина

Вариант растворения Ток, А Плотность тока, А/м2 Масса зо-лотин до растворения, г Продолжительность растворения, ч Масса золо-тин после растворения, мг Скорость растворения

мг/ч мкм/ч

Растворение в отдельной камере 2,6 965,1 0,025 3 0,009 5,3 2,13

Растворение в прианодном пространстве 1,4 519,7 0,025 1,12 0 22,32 8,93

2,6 965,1 0,027 0,67 0 40,3 14,92

Результаты растворения золота приведены в таблице 2. Скорость растворения золота значительно возрастает (с 2,13 до 14,92 мкм/ч) при нахождении его в прианодном пространстве за счёт поляризации частицы и более высокой активности хлорных агентов в момент своего выделения на аноде.

Таблица 2

Условия и показатели растворения золота электрохимической хлоринацией

Проведены исследования по электрохимической хлоринации золота из золотопиритных сростков. Для изучения растворения золота выполнена имитация зерна пирита с включением золота. Эксперименты выполнены на лабораторной установке, принципиальная схема которой представлена на рис. 11.

Пиритный анод с золотиной состоит из двух образцов пирита кубической формы, между которыми зажата пластина золота, эпоксидной защиты, патрубка и токоподводящего медного стержня. Расстояние между анодом 2 и катодом 3 принято 30 мм. В электрохимическую ячейку 1 заливали раствор хлорида натрия концентрацией 100 г/л. На электроды подавали ток 0,5 А. Плотность тока равнялась 166,7 А/м2.

В процессе электрохимической хлоринации золотина массой 0,011 г растворилась за 70 минут. Золото, имеющее меньшую площадь по сравнению с пиритом, но ввиду высокой электропроводности способно втягивать в себя ток, в результате чего на самой золотине образуются хлорактивные продукты окисления, приводящие к интенсификации растворения золота.

В третьей главе выполнены лабораторные исследования метода электрохимической хлоринации на различных золотосодержахцих продуктах.

На руде Березовского месторождения (на разных классах крупности) с содержанием золота 3,6 г/т выполнены эксперименты в бездиафрагменном электрохлоринаторе. Масса навески составляла 1000 г. Напряжение на электродах устанавливали 20 В, ток I составлял 3 А, продолжительность электрохлоринации 7 часов. На классе крупности руды (-20+0) мм достигнуто извлечение золота 66,67 %, на классе (-5+0)мм - 68,33 %, на классе (-0,5+0) мм - 72,22 %.

Исследована электрохимическая хлоринация руды Березовского место-I рождения в анодной камере диафрагменного электрохлоринатора. Экспери-| менты выполнены на классе крупности руды (-1+0) мм. Масса навески составляла 200 г. Напряжение на электродах устанавливали 5 В, ток составлял 3,6 А, продолжительность электрохлоринации 2 часа. Извлечение золота составило 91,62 %.

Выполнена электрохимическая хлоринация в анодном отсеке агитационного диафрагменного электрохлоринатора пиритного продукта крупностью (-0,2+0) мм с содержанием золота 2,04 г/т, выделенного из кианитовой руды Хизоваарского месторождения. Масса навесок в опытах составляла 100 г. Ток устанавливали 1 и 2 А при концентрации раствора хлорида натрия ' 25 и 50 г/л, продолжительность выщелачивания составляла 2, 4, 6 часов. Ус-

0— «-»

«+»

Рис. 11. Принципиальная схема установки для изучения электрохимического растворения золота из сростка с пиритом:

1 - корпус электрохимической ячейки;

2 - пиритный анод; 3 - катод; 4 - золотая пластинка

тановлено, что агитационная электрохимическая хлоринация в течение 6 часов при токе 2А обеспечивает извлечение в раствор из золотосодержащего пиритного концентрата около 78 % золота.

В лабораторных условиях исследована возможность извлечения золота из золотосодержащего пиритного продукта обогащения руды Игуменовского месторождения в агитационном бездиафрагменном электрохлоринаторе. Исследования выполнены на хвостах центробежной сепарации с содержанием золота 42,2 г/т и серебра 92,3 г/т. Масса навесок в опытах составляла 1000 г. Ток устанавливали 1 и 2 А при концентрации раствора хлорида натрия 50 г/л, продолжительность выщелачивания составляла 2, 4, 6 часов. Скорость вращения перемешивающего органа составляла 5 об/мин. При продолжительности электрохимической хлоринации 6 часов и токе 2 А достигнуто извлечение золота в раствор около 70 %.

В работе выполнены лабораторные исследования перколяционной и агитационной электрохимической хлоринации на пробе старогодних хвостов Красноуральской обогатительной фабрики, с содержанием золота 1,7 г/т, серебра 16,0 г/т, меди 0,37 %, цинка 0,27 %. В лабораторных условиях проведены эксперименты по перколяционной электрохимической хлоринации хвостов. При постоянном расходе раствора №С1 0,08 м/ч переменными факторами в экспериментах являлись масса навески хвостов и продолжительность электрохлоринации. Электрический ток через установку поддерживали равным 2 А. Концентрация раствора хлорида натрия составляла 140 г/л. Установлено, что перколяционная электрохимическая хлоринация позволяет за 5 часов извлекать в раствор 41 % золота, 35 % меди, 18 % цинка и 6 % серебра.

Агитационную электрохимическую хлоринацию старогодних хвостов в анодном отсеке электрохлоринатора проводили при концентрации раствора ЫаС1 100 г/л при токе 2 А. Масса навески хвостов в опытах составляла 200 г. Переменным фактором в экспериментах была продолжительность процесса электрохимической хлоринации, которая составляла 2, 4, 6 часов. Эксперименты выполнены на хвостах без дезинтеграции и с предварительной дезинтеграцией. Извлечение в раствор с предварительной дезинтеграцией хвостов при продолжительности электрохлоринации 6 часов составляет 49 % золота, 52 % меди, 53 % цинка, 42 % серебра.

В четвёртой главе выполнены опытно-промышленные испытания технологий переработки золотосодержащих сульфидных продуктов с применением процессов электрохимической хлоринации.

Испытана разработанная комбинированная гравитационно-хлоридная технология переработки золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения.

Опытно-промышленные испытания выполнены на партии «серых шлихов» массой 15 т с содержанием золота 128 г/т и серебра 97 г/т. Рентгено-фазовым анализом установлено, что материал представлен кварцем, пиритом, альбитом и мусковитом. Мышьяк в пробе не обнаружен. Гранулометрический состав, пробы (класс, крупности минус 1,0 мм) исследован с использованием сканирующего электронного микроскопа С8М-5900ЬУ. Размер частиц

варьируется от 10 мкм до 1 мм. Золото в продукте находится в связанном виде в сростках с пиритом.

Для переработки пиритного продукта в цикле гравитации разработаны установка для фохочения, валковый измельчитель ИВ-200, центробежные сепараторы К-600П и К-210П.

Схема цепи аппаратов гравитационного обогащения приведена на~ рис. 12.

исходное

питание

I 1

Рис. 12. Схема цепи аппаратов гравитационного обогащения пиритного продукта Игуме-новского месторождения:

1 - грохот ГВЛ-0,5П; 2 - измельчитель валковый ИВ-200; 3 - зумпф, 4 - измельчитель; 5 - центробежный сепаратор К-600П; 6 - центробежный сепаратор К-210П; 7 - хвостовой отстойник; 8 - насос песховый

Пиритный продукт загружали в приёмный бункер грохота ГВЛ - 0,5П (1). С грохота надрешётный продукт самотёком поступал в валковый измельчитель ИВ-200 (2). Подрешётный продукт, объединяясь с разгрузкой измельчителя, поступал в зумпф (3), из которого подавался в измельчитель (4). Далее измельчённый продукт в виде пульпы поступал в центробежный сепаратор К-600П (5). Концентрат К-600П подавали в сепаратор К-210П (6). Хвосты сепараторов К-600П и К-210П направлялись в хвостовой отстойник (7).

Испытания проводили при следующих технологических параметрах: производительность по пульпе 2,3 м3/ч; производительность по исходному твёрдому 243 кг/ч; скорость вращения конуса в 1-й стадии центробежной сепарации 620 об/мин, давление турбулизационной воды 1,0 атм.; скорость вращения конуса во 2-й стадии центробежной сепарации 680 об/мин, давление турбулизационной воды 1,2 атм.

В таблице 3 приведены результаты центробежной сепарации золотосодержащего пиритного продукта.

Таблица 3

Результаты центробежной сепарации золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения

Наименование продукта Выход Массовая доля, г/т Извлечение, %

т % Аи Ав Аи

Концентрат 1,03 6,87 1291,7 160,7 69,30 11,38

Хвосты 13,97 93,13 42,2 92,3 30,70 88,62

Исходный 15 100 128 97 100 100

Хвосты центробежной сепарации подвергнуты дальнейшей переработке методом электрохимической хлоринации.

Для проведения испытаний разработаны и изготовлены аппараты, которые представлены на схеме технологической линии (рис. 13).

Аппараты и транспортирующие потоки технологической линии выполнены из кислотостойких материалов: корпуса оборудования изготовлены из пластика, соединительные трубопроводы между аппаратами из резиновых шлангов, процессы фильтрования осуществляются через синтетическую фильтроткань. Электроды электрохимического хлоринатора изготовлены из железных пластин, в месте соединения границ трёх фаз (раствор-воздух-электрод) прокрашены изоляционной краской.

1 - растворный бак; 2 - электрохимический хлоринатор; 3 - фильтровальная установка; 4 - сорбционная колонна; 5 - зумпф; б - насос; 7 - источник тока

Электрохимическая хлоринация хвостов выполнена в перколяционном и агитационном режимах. Агитация хвостов осуществлялась путём перемешивания при выключенном питании тока через каждые 20 минут в течение 1 минуты.

Хвосты массой 50 кг помещали в электрохимический хлоринатор 3. В сорбционную колонну 4 засыпали 3 кг угля. На электроды электрохимического хлоринатора 2 подавали ток 20 А от источника постоянного тока 7. Раствор хлорида натрия из растворного бака 1 поступал в электрохимический

хлоринатор 2, где происходило электрохимическое хлоридное растворение хвостов. Продуктивный раствор из электрохимического хлоринатора 2 поступал в фильтровальную установку 3 для очистки раствора от твёрдых примесей. После фильтрования осветлённый раствор поступал в сорбционную колонну 4 для осаждения золота и серебра на угле. Обеднённый раствор из сорбционной колонны поступал в зумпф 5, из которого насосом 6 подавался в растворный бак 1. В ходе эксперимента в бак 1 добавляли соль ЫаС1 для поддержания концентрации 50 г/л. Каждый час производилась переполюсов-ка электродов.

Результаты опытно-промышленных испытаний после математической обработки приведены на рис. 14.

Электрохимическая хлоринация хвостов в перколяционном режиме с последующей сорбцией металлов из раствора на уголь обеспечивает возможность извлечения золота 58,4 %, серебра 68,7 % и в агитационном режиме - золота 72,2 %, серебра 83,0 %.

Стоимость полученного золотосодержащего угольного концентрата при переработке 50 кг составила 2744,69 руб.

Выполнены расчёты затрат на электроэнергию, воду и расходные материалы при переработке 50 кг хвостов агитационной электрохимической хлоринацией за 24 часа. Результаты расчётов приведены в таблице 4.

Таблица 4

Затраты на расходные материалы при переработке 50 кг хвостов обогащения золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения методом электрохимической хлоринации

90

Б0

вв 70

^ 60

V 50

40

р О) 30

я 20

10

0

•> 1 —^

3

5 10 15 2(1

Проделает етьнос1ьрас1всреш1Я.ч 1,2 — при агитационной электрохимической хлоринации 3, 4 - при перколяционной электрохимической хлоринации

Рис. 14. Зависимость извлечения золота я серебра от продолжительности электрохимической хлоринации: 1,3- извлечение серебра; 2,4 - извлечение золота

Статья расходных материалов Ед. изм Стоимость за ед., руб. Расход на переработку 50 кг хвостов Затраты на переработку 50 кг хвостов, руб Удельные затраты на 1 г золота, руб/г

Электроэнергия кВт-ч 3 5,760 17,28 11,34

Оборотная вода MJ 0,7 0,11 0,08 0,05

Соль 1ЧаС1 кг 4 1,06 4,24 2,78

Сорбент (уголь) кг 25 2,72 68 44,64

Электроды га- 32 2 64 42,01

Всего: 153,6 100,82

Статья затрат на энергетическиег и расходные материалы составляет 5,6 % от стоимости товарной продукции.

На рис. 15 представлена качественно-количественная схема переработки золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения.

- 100

128 97

100 100

Пиритаый продукт

Грохочение

Дробление

-

г/т Ра,, г/т

Еа» , % Еа, , %

Измельчение

Центробежная сепарация I

- 6,87

1291,2 160,7

69,30 11,38

Центробежная сепарация II

хвосты

Золотосодержащий концентрат

- 93,13

42,2 92,3

30,70 88,62

Г

Электрохимическая хлоринация

№С1

раствор

пески

Фильтрование

Г

фильтрат

Уголь

- -

507,8 1276,8

22,21 73,71

Сорбция

В отвал

- 90,67

11,4 14,5

8,08 13,55

Золотосодержащий угольный концентрат

раствор

оборотный раствор

Рис. 15. Качественно-количественная схема переработки золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения

В результате проведённых опытно-промышленных испытаний установлено, что разработанная гравитационно-хлоридная технология при переработке золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения позволила достигнуть суммарного извлечения в концентраты золота 91,51 % и серебра 85,09 %.

В опытно-промышленных условиях испытана технология электрохимической хлоринации старогодних хвостов обогатительной фабрики ОАО «Святогор». Схема технологической линии по переработке хвостов приведена на рис. 16.

В качестве электродов в электрохимическом хлоринаторе 2 и электролизёре 6 использованы графитовые стержни диаметром 20 мм и высотой 60 мм.

Выполнена электрохимическая хлоринация хвостов с последующей сорбцией золота и серебра на угле. Предварительно перед сорбцией в осади-тельной колонне 3 выполнялось одностадиальное осаждение ионов цветных металлов католитом, полученным в электролизёре 6. Обеднённый раствор из сорбционной колонны 4 поступал в зумпф 5, из которого насосом 8 подавался в анодную камеру электролизёра 6 для подкисления раствора до рН=5. Из анодной камеры раствор поступал в растворный бак 1 на доукрепление раствора хлоридом натрия. Для этого в растворный бак 1 добавляли соль №С1 до концентрации 50 г/л. Раствор из растворного бака I поступал в электрохимический хлоринатор 2 и в катодную камеру электролизёра 6 для получения католита. Каждый час производилась переполюсовка электродов.

гор»:

1 - растворный бак; 2 - электрохимический хлоринатор; 3 - осадительная колонна; 4 - сорбционная колонна; 5 - зумпф; 6 - электролизёр; 7 - источник тока; 8 - насос

Результаты опытно-промышленных испытаний электрохимической хлоринации приведены в таблицах 5 и 6. На рис. 17 представлена качественно-количественная схема электрохимической хлоринации хвостов.

Таблица 5

Результаты опытно-промышленных испытаний электрохимической хлоринации старогодних хвостов ОАО «Святогор»

Технологические показатели Продолжительность растворения, ч

6 | 12 | 18 | 24

Содержание золота в навеске, г/т до 1,7

после 1,42 | 1,02 | 0,71 | 0,57

Содержание серебра в навеске, г/т ДО 16,0

после 15,17 | 13,36 | 10,62 | 7,28

Массовая доля меди в навеске, % до 0,37

после 0,24 | 0,12 | 0,09 | 0,08

Массовая доля цинка в навеске, % до 0,27

после 0,21 0,14 0,10 0,08

Извлечение золота в раствор, % 17,09 41,98 60,83 69,62

Извлечение серебра в раствор, % 5,90 19,25 32,76 43,78

Извлечение меди в раствор, % 35,62 68,64 77,19 80,41

Извлечение цинка в раствор, % 22,80 49,86 65,26 73,15

Таблица 6

Результаты сорбции золота и серебра из раствора на уголь

Наименование металла Извлечение в уголь при продолжительности электрохимической хлоринации, ч

6 12 18 24

Золото 17,09 41,18 58,82 68,24

Серебро 5,56 19,23 32,47 43,59

Хвосты

100 1,7 16,0 100 100

1 Г, % Ра,, К' Еди. Еде ,

| г/т г/т % % |

Электрохимическая хлоринация

90,6 0,57 со 30,38 56,22

проба „ на анализ

раствор

Г

. г

Осаждение

Осадок Бе, Си, 1п

раствор

№С1

1 Г

Электрохимическая _обработка_

католит

Сорбция

- 58 510]б8,24 59

обеднённый раствор

Золотосодержащий угольный концентрат

Рис. 17. Качественно-количественная схема переработки старогодних хвостов обогатительной фабрики ОАО «Святогор»

Выполнена оценка затрат на энергетические и расходные материалы при переработке 50 кг хвостов. Стоимость товарной продукции полученного золотосодержащего угольного концентрата составила 116,32 руб при переработке 50 кг хвостов за 24 часа. Результаты оценки приведены в таблице 7.

Таблица 7

Затраты на энергетические и расходные материалы при переработке 50 кг хвостов ОАО «Святогор» методом электрохимической хлоринации

Статья расходных материалов Ед. изм Стоимость за ед., руб. Расход на переработку 50 кг хвостов Затраты на переработку 50 кг хвостов, руб Удельные затраты на 1 г золота, руб/г

Электроэнергия кВт-ч 3 6,66 19,98 344,48

Оборотная вода м' 0,7 0,1 0,07 1,21

Соль №С1 кг 4 1,6 6,4 110,34

Сорбент (уголь) кг 25 0,284 7,1 122,41

Всего: 33,55 578,44

Статья затрат на энергетические и расходные материалы составляет 28,84 % от стоимости товарной продукции.

Перколяционная электрохимическая хлоринация старогодних хвостов обогащения ОАО «Святогор» позволяет комплексно извлечь золото, серебро, медь и цинк в раствор. Так, при продолжительности электрохимической хлоринации 24 часа в раствор извлеклось 69,62 % золота, 43,78 % серебра, 80,41 % меди и 73,15 % цинка. Конечным продуктом данной технологии является золотосодержащий угольный концентрат с общим извлечением в него золота 68,24 % и серебра 43,59 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе на основании выполненных комплексных теоретических и экспериментальных исследований приводится решение актуальной научно-технической задачи по извлечению золота из золотосодержащих сульфидных руд и продуктов методом электрохимической хлоринации, обеспечивающей эффективное извлечение благородных металлов.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Установлено, что при поляризации электропроводных частиц в процессе электрохимической хлоринации независимо от их размеров и расположения в межэлектродном пространстве частицы выступают в роли биполярных электродов, на которых возбуждаются электрохимические реакции, интенсифицирующие процесс растворения металлов на анодной стороне частиц.

2. Установлено, что анодная контактная и бесконтактная поляризация пирита приводит к образованию на его поверхности пассивирующих неэлектропроводных плёнок, а наличие золота в плоскостях спайности - к образо-

ванию зон повышенной электропроводности, к интенсификации процесса растворения этих зон с образованием мозаичной структуры поверхности пирита.

3. Установлено, что растворение золота при электрохимической хлоринации, заключающееся в формировании комплексного соединения АиСЦ, интенсифицируется при анодной поляризации золота за счёт воздействия образующихся непосредственно на поверхности золота хлорных агентов и их более высокой активности в момент образования.

4. Разработана методика изучения контактной и бесконтактной поляризации электропроводных частиц при электрохимической хлоринации, основанная на использовании модельных частиц.

5. Разработаны и испытаны устройства для агитационной и перколя-ционной электрохимической хлоринации.

6. Предложены технологические решения, схемы и режимы для переработки золотосодержащих сульфидных продуктов методом электрохимиче-. ской хлоринации, позволяющие эффективно извлекать золото и серебро в раствор с последующей сорбцией на уголь и открывающие возможность повышения комплексности использования сырья за счёт извлечения меди и цинка.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

Публикации в изданиях, определённых ВАК Минобра России:

1. Киселёв М.Ю. Механизм и кинетика растворения пирита методом электрохимической хлоринации // Известия вузов. Горный журнал. -2010. -№4.~ С. 101 -104.

2. Киселёв М.Ю. Исследование растворения золота методом электрохимической хлоринации // Известия вузов. Горный журнал. -2010. -№6. -С. 90-92.

3. Морозов Ю.П., Киселёв М.Ю. Закономерности поляризаций частиц сульфидных минералов при электрохимической обработке // Известия вузов. Горный журнал. - 2012. - № 1. - С. 99 - 103.

Статьи и материалы конференций:

4. Киселёв М.Ю. Исследование электрохимического растворения пирита // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2009. - С. 210 - 212..

5. Киселёв М.Ю. Кинетика растворения пирита // Обогащение и переработка минерального и техногенного сырья: материалы научно-технической конференции, проводимой в рамках III Уральского горнопромышленного форума. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2009. - С. 75 - 79.

6. Морозов Ю.П., Евграфова Е.Л., Киселёв М.Ю. Закономерности растворения сульфидных минералов и золота при электрохимической хлоринации //Материалы VII Конгресса обогатителей стран СНГ. -М., 2009. - С.-243 -245.

7. Евграфова Е.Л., Киселёв М.Ю., Денисов И .С. Исследование электрохимической хлоринации золотосодержащей руды Березовского месторождения // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург: Издательство «Форт Диалог-Исеть», 2009. - С. 202 - 204.

Подписано в печать « F » ¿w^mr. 2012 г. Формат 60 х 84 1/16 Бумага писчая. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 33.

Издательство ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Отпечатано с оригинала - макета в лаборатории множительной техники ■ ■ издательства УГГУ ,

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Киселёв, Михаил Юрьевич, Екатеринбург

61 12-5/3019

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

На правах рукописи

КИСЕЛЁВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ХЛОРИНАЦИЕЙ ИЗ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИДНЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -д.т.н., профессор Морозов Ю.П.

Екатеринбург - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

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

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ХИМИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД........................................................................................8

1.1. Обзор технологий растворения золотосодержащих продуктов.................................................................................................................................. 8

1.1.1. Цианидная технология.... _ 8

1.1.2. Тиокарбамидная (тиомочевинная) технология 9

1.1.3. Тиосульфатная и сульфатная технология 12

1.1.4. Иодидная и бромидная технология....................................................14

1.1.5. Хлоридные технологии переработки золотосодержащих руд.......................................................................................................................16

1.2. Электрохимическая хлоринация как способ переработки золотосодержащих сульфидных руд 28

1.2.1. Теория электрохимической хлоринации.........................................28

1.2.2. Практика электрохимической хлоринации 38

1.3. Постановка задач исследований....................................................................40

2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРО-

__о ___

ХИМИЧЕСКОИ ХЛОРИНАЦИИ ПИРИТА И ЗОЛОТА.....................................43

2.1. Механизм процессов растворения пирита и золота при электрохимической хлоринации...........................................................................43

2.2. Исследование поляризации электропроводных частиц 61

2.2.1. Закономерности контактной поляризации 61

2.2.2. Закономерности бесконтактной поляризации 68

2.3. Экспериментальные исследования электрохимической хлоринации пирита......................................................................................................78

2.4. Экспериментальные исследования электрохимической хлоринации золота............................................................................................................................................................................89

2.5. Выводы......................................................................................................................95

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ХЛОРИНАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИДНЫХ ПРОДУКТОВ................................96

3.1. Электрохимическая хлоринация продуктов обогащения и руды Березовского месторождения......................................................................96

3.2. Электрохимическая хлоринация золотопиритных продуктов Хизоваарского месторождения кианита.....................................................99

3.3. Электрохимическая хлоринация золотопиритных продуктов Игуменовского месторождения.............................................................. 101

3.4. Электрохимическая хлоринация хвостов Красноуральской обогатительной фабрики................................................................................. 103

3.5. Выводы..............................................................................................................................................................109

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИДНЫХ ПРОДУКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ХЛОРИНАЦИИ....................................................................................111

4.1. Комбинированная гравитационно-хлоридная технология переработки золотосодержащего пиритного продукта Игуменовского месторождения 111

4.2. Технология электрохимической хлоринации старогодних хвостов обогатительной фабрики ОАО «Святогор» 129

4.3. Выводы......................................................................................................................136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................................137

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................................138

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Необходимость добычи такого металла, как золото, обусловлена общемировым вовлечением его в продукты и механизмы жизнедеятельности человека.

Одной из важных задач золотодобывающей отрасли является вовлечение в переработку труднообогатимых золотосодержащих сульфидных руд. Переработку руд данного типа обычно проводят по сложным комбинированным схемам и режимам, сочетающим гравитационное, флотационное и химическое обогащение. На сегодняшний день существует необходимость поиска новых технических решений для удешевления и упрощения производства.

Перспективными направлениями для переработки сульфидных руд являются электрохимические методы обогащения. Исследования электрохимического обогащения сульфидных руд отражены в работах В.И. Максимова, Р. Ш. Шафеева, В.А. Чантурия, В.Е. Вигдергауза, В.Д. Лунина, Ю.В. Гуляева, A.A. Фёдорова, Т.В. Чекушиной, Ю.П. Морозова, М.И. Фазлуллина, А.Р. Космухамбетова.

Одним из методов электрохимического обогащения золотосодержащих сульфидных руд является электрохимическая хлоринация, которая заключается в получении активных хлорсодержащих растворителей путём электролиза раствора хлорида натрия непосредственно в зоне растворения либо перед подачей в зону растворения компонентов.

Этот метод позволит интенсифицировать процесс хлоридного извлечения золота из золотосодержащих сульфидных руд за счёт более глубокого вскрытия сульфидов и большей скорости растворения золота.

Процессы электрохимической хлоринации изучены не достаточно и требуют дальнейшего исследования в области механизма и кинетики растворения сульфидов и золота.

Объектом исследований являются золотосодержащие сульфидные продукты.

Предмет исследования - технология обогащения золотосодержащих сульфидных продуктов методом электрохимической хлоринации.

Цель работы. Исследовать механизм и кинетику растворения пирита и золота методом электрохимической хлоринации и на его основе разработать технологию извлечения золота из золотосодержащих сульфидных продуктов.

Научная идея заключается в использовании зависимостей электрохимии для интенсификации извлечения золота из золотосодержащих сульфидных продуктов.

Задачи исследований:

1. Теоретический анализ и изучение механизма и кинетики растворения пирита и золота методом электрохимической хлоринации.

2. Разработка и исследование технических условий, обеспечивающих повышение извлечения золота из сульфидных продуктов методом электрохимической хлоринации.

3. Разработка и опытно-экспериментальное обоснование технологии извлечения золота из золотосодержащих пиритных продуктов и хвостов обогащения сульфидных руд методом электрохимической хлоринации.

Методы исследований: лабораторные эксперименты и опытно-промышленные испытания, рН-метрия, гранулометрический анализ, рентге-но-фазовый анализ (установка ДРОН-3), электронная микроскопия (микроскоп 08М-5900ЬУ), пробирный, химический и фазовый методы анализа, математические методы обработки экспериментальных данных.

Защищаемые научные положения:

1. При поляризации электропроводные частицы минералов в процессе электрохимической хлоринации, независимо от размеров и расположения в межэлектродном пространстве, выступают в роли биполярных электродов, на которых возбуждаются электрохимические реакции, интенсифицирующие процесс растворения на анодной стороне частиц.

2. Анодная поляризация пирита приводит к образованию на его поверхности пассивирующих неэлектропроводных плёнок, а наличие золота в плоскостях спайности - к образованию зон повышенной электропроводности и интенсификации процесса растворения этих зон с образованием мозаичной структуры поверхности пирита.

3. Интенсификация растворения золота при электрохимической хлоринации обеспечивается большей активностью образующихся непосредственно на поверхности золота хлорных агентов.

Научная новизна.

- Разработана методика по изучению контактной и бесконтактной поляризации частиц с использованием модельных частиц;

- Раскрыт механизм растворения золота из золотосодержащих пи-ритных продуктов электрохимической хлоринацией.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается положительными результатами выполненных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научное значение исследования заключается в получении новых научных знаний о механизме и кинетике растворения сульфидных минералов и золота при их контактной и бесконтактной поляризации.

Практическая значимость работы:

Разработаны технические и технологические решения по агитационной и перколяционной электрохимической хлоринации, позволяющей эффективно извлекать золото из золотосодержащих сульфидных продуктов.

Реализация работы.

Разработанная комбинированная гравитационно-хлоридная технология испытана на золотосодержащем пиритном продукте Игуменовского месторождения, которая позволила извлечь золото на 91 %. Разработанная технология электрохимической хлоринации испытана на старогодних хвостах обогатительной фабрики ОАО «Святогор», которая позволила извлечь золото на 68 %.

Практические решения диссертационной работы использованы в учебном процессе при выполнении курсовых работ по дисциплине «Исследование руд на обогатимость», при выполнении дипломных работ и магистерских диссертаций.

Апробация работы. Основные положения и результаты работ докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2008, 2009, 2010, 2011); VII Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2009); международном совещании «Научные основы и современные процессы комплексной переработки труднообогатимого минерального сырья» (Плаксинские чтения, Казань, 2010), международном совещании «Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья» (Плаксинские чтения, Верхняя Пышма, 2011).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, из них 3 работы в рецензируемом научном журнале, определённом ВАК.

Личный вклад автора состоит в определении цели и задач исследования, разработке методик исследований, организации и непосредственном участии в выполнении лабораторных и опытно-промышленных исследований, анализе и обобщении полученных результатов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников информации из 79 наименований, содержит 98 страниц машинописного текста, 73 рисунка, 37 таблиц.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ХИМИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД

1.1. Обзор технологий растворения золотосодержащих продуктов

1.1.1. Цианидная технология

Технологии переработки золотосодержащего сырья широко связаны с применением цианистых процессов [11, 32, 38, 62, 66]. В их основе лежат реакции взаимодействия золота с разбавленными растворами цианида натрия

(калия) с образованием растворимого комплексного аниона [АиОМ]^ [46]. Наиболее прочный цианидный комплекс [Аи(СЫ)2]" образуется растворением металлического золота в водном растворе цианида при насыщении кислородом воздуха [73].

Полученные золотосодержащие растворы отделяют от твёрдой фазы сгущением или фильтрованием и направляют на осаждение благородных металлов металлическим цинком, смолами, углём. Выделенные из раствора благородные металлы после соответствующей обработки отправляют на аффинаж для получения чистого металла [35].

По Эльснеру (1846 г.), растворение золота в цианистых растворах в присутствии кислорода протекает по следующей реакции [35]: 4Аи + 8КСЫ + 02 + 2Н20 = 4К Аи(СЫ)2 + 4КОН, или в ионной форме

4Аи + 8СКГ + 02 + 2Н20 = 4[Аи(СЫ)2]- + 40БГ.

В 1896 г. Бодлендер показал, что при растворении золота в цианистых растворах образуется еще один продукт реакции, не обнаруженный Эльсне-ром, а именно перекись водорода [35]:

2Аи + 4СКГ + 02 + 2Н20 = 2[Аи(СЫ)2]" + 20Н + Н202, которая затем может частично расходоваться на дальнейшее окисление золота:

2Аи + 4С1\Г + Н202 = 2[Аи(СЫ)2]" + 20ЕГ, и частично разлагаться:

2Н202 = 2Н20 + 02 или накапливаться в растворе.

Таким образом, реакция взаимодействия золота с цианидом калия (натрия) в присутствии кислорода состоит из двух стадий:

сначала золото переходит в ионное состояние

Аи Аи+ + е,

затем образуется комплексный цианистый ион золота [2]:

Аи+ + 2С>Г [Аи(СЫ)2]".

К преимуществам технологии цианидного выщелачивания относятся высокая селективность процесса при небольших концентрациях цианида, использование недефицитного реагента [73].

Однако, несмотря на успешное применение цианидов в технологии переработки золотосодержащего сырья имеется ряд серьезных недостатков: высокая токсичность; неприменимость к переработке ряда «упорных» руд, в которых золото ассоциировано с пиритом, халькопиритом, арсенопиритом; необходимость обезвреживания циансодержащих стоков; необходимость дополнительного «накислороживания» цианистых растворов, так как некоторые химические соединения и вещества, присутствующие в руде также поглощают кислород из растворов, вследствие чего общий расход кислорода в процессе цианирования в сотни раз превосходит количество кислорода, теоретически необходимого для осуществления реакции.

Для увеличения скорости растворения золота в цианистых растворах цианирование проводят при повышенном давлении воздуха или кислорода [34].

Все это связано с повышенными экономическими затратами на отдельные технологические операции.

1.1.2. Тиокарбамидная (тиомочевинная) технология

Использование тиокарбамида (тиомочевины) в качестве растворителя золота предложено И.Н. Плаксиным и М.А. Кожуховой для извлечения металла из сурьмянистых руд и концентратов [30, 33, 51, 52].

Растворение руд и концентратов осуществляется в кислой среде при рН = 2-4, в которой тиокарбамид (ТЫО или С8(МН2)2) не окисляется; в качестве окислителя используется сернокислый раствор соли трёхвалентного железа Ре2(804)3 [64]. Скорость выщелачивания зависит от рН раствора и концентрации тиомочевины и окислителя. Реакция растворения золота идет по уравнению [4].

Аи° + 2С8(КН2)2 + Ре3+ = Аи[С8(Ш2)2]; + Ре2+.

Использование серной кислоты связано с необходимостью сохранения тиокарбамидного комплекса золота, устойчивого при рН < 4 и предупреждения гидролиза сульфата железа (III). Применение серной кислоты более эффективно, чем соляной и азотной. Растворение золота в тиокарбамиде в присутствии сульфата железа происходит без участия кислорода. Предполагают, что окисляющая роль сульфата железа (III) связана с образованием комплекса [Ре(ТЫО)2]3+ или [Ре(804) • С8(МН2)2]2" и тогда вероятна реакция: Аи + п ТЫО + [Ре(ТЫО)2]3+ = [Аи(ТЫО)2]+ + |Те(ТЫО)п]2+, где «п» может быть равно 4. В присутствии сульфидов эти реакции ускоряются и тогда возможно окисление тиокарбамида.

Но если в системе есть кислород, то тиокарбамид им окисляется до ди-сульфата формамидина, который является сильным окислителем для растворения золота. Реакция окисления тиокарбамида выражена уравнением: 4ЫН2С8ЫН2 + 02 = 2ЫН2(ЫН)С8 + 8С(КН)ЫН2 + 2Н20.

Такой окислитель, как пиролюзит (Мп02) растворяется в тиокарбамиде с восстановлением до Мп2+.

2ЫН2С8Ш2 + Мп02 + 2КГ = Мп2+ + С2821Ч4Н6 + 2Н20.

В дальнейшем дисульфид формамидина окисляет золото с образованием комплекса:

Аи + С^з^Нб + ЫН2С8КН2 + 2Н+ = [Аи(т2С8№12)2]+ + С8(№12)2.

Повышение температуры до 200 °С вызывает термохимическое разложение тиокарбамида, которое происходит с образованием цианида и сероводорода по реакциям:

(1ЯН2)2С8 = Ш2СК + Н28, Н28 + 0,502 = Н20 + 8°.

При переработке золотосодержащих руд вмещающих сульфиды меди предпочтительнее применять вместо цианидного растворения карбамидное, так как в этом случае растворимость меди в тиокарбамидном растворе в 6-8 раз ниже, чем при цианировании. Но при этом также возможно взаимодействие растворенной меди с тиокарбамидом с образованием прочих комплексов по реакции:

2Си2+ + 2(п+1) С8(ЫН2)2 = 2Си[С8(КН2)2]* + (С282К4Н6)2+, где п = 1,2,3,4.

Образование этих соединений требует дополнительных расходов тиокарбамида. Поэтому целесообразно с целью сокращения расхода тиокарба-

мида проводить предварительное окисление сульфидов железа, сурьмы, меди в кислой среде сульфатом окиси железа:

РеБз + 8Н20 + 14Ре3+ = 15Бе2+ + 2ШО^ + 14Н+;

Ре82 + 8Н20 + 14Ее3+= 15Ре2+ + 2SO¡ + 16НГ;

СиРе82 + 4Ре3+ = Си2+ + 5Ре2+ + 28°.

Из тиокарбамидных растворов золото осаждают: цементацией свинцом, цинком, алюминием, сорбцией на активных углях и катионообменных смолах, щелочами, электролизом с нерастворимыми анодами [4, 6].

Для регенерации тиокарбамида выполняется очистка растворов от примесей. Регенерация осуществляется путём восстановления металлическим железом, либо электролитическим способом. Общая степень регенерации тиокарбамида в зависимости от состава растворов и способа осаждения золота и серебра колеблется в пределах 80 - 95 %.

Преимуществами тиокарбамидного метода по сравнению с цианированием являются следующие [30]: при переработке углистых руд достигается большее извлечение золота в сравнении с цианидной технологией без предварительного ок�