Краткие теоретические сведения. После выщелачивания золотосодержащих руд из образующегося цианистого раствора благородные металлы извлекаются методами: осаждения (цинком

После выщелачивания золотосодержащих руд из образующегося цианистого раствора благородные металлы извлекаются методами: осаждения (цинком, алюминием), сорбции (ионообменными смолами, активированными углями), экстракции. Среди этих методов наиболее широкое распространение получил с 1904г метод осаждения (цементации) золота и серебра цинком.

Цементация – это процесс контактного электрохимического вытеснения более благородных (более электроположительных) металлов другими менее благородными (более электроотрицательными), из их соединений, находящихся в растворах или в расплавах. Процесс цементации можно представить рисунком 1.

Осаждение благородных металлов основано на разности нормальных потенциалов Е⁰ элементов в цианистых растворах (таблица 1).

 

Таблица 1 – Нормальные потенциалы элементов

Элемент	Al	Fe	Zn	Cu	Ni	H2	Cd	Pd	Pt	Au	Hg	Ag
Е0, В	-2,42	-1,5	-1,26	-1,15	-1,08	-0,83	-0,95	-0,71	-0,6	-0,54	-0,37	-0,31

 

 

Б А

 

 

1-пора в цементационном осадке, 2-раствор

Ме- извлекаемый металл, Ме_ц- металл цементатор

А- цементация активным цементатором, Б-цементация менее активным цементатором (Pb), R- начальный радиус частицы цементатора

Рисунок 1. Схемы цементационных процессов

 

С современных позиций процесс цементации рассматривается как аналог короткозамкнутого гальванического элемента, в котором катодом служит осаждаемый металл, а анодом металл цементатор. В общем виде цементация благородных металлов описывается реакциями:

2NaAu(CN)₂ + Zn = 2Au + Na₂Zn(CN)₄,

2NaAg(CN)₂ + Zn = 2Ag + Na₂Zn(CN)₄.

Цинк является сильным восстановителем и может восстанавливать водород:

4NaCN + Zn + Н₂О = Na₂Zn(CN)₄ + 2NaOH + 2Н₂

2NaОН + Zn = Na₂ZnО₂ + Н₂

Кроме того цинк взаимодействует с кислородом, присутствующим в реакторе с образованием гидроксильных ионов. Поэтому расход цинка значительно превышает теоретический (0,19г Zn на 1г золота) в десятки раз!

На степень и скорость цементации благородных металлов влияет концентрация цианида (рисунок 2). При цементации золота цинковой пылью и концентрации КCN=0,01% безмедистых растворах степень извлечения золота близка к нулю. Процесс цементации золота описывается уравнением Колмогорова-Ерофеева:

(1)

где К – коэффициент связанный с константой скорости Кс выражением:

Кс = n·K^1/n, (2)

где n – коэффициент, который для топохимических процессов, может служить характеристикой лимитирующей стадий процесса, в частности при n > 1 - режим кинетический, а при n < 1 (ближе к 0,5) - режим диффузионный.

Скорость процесса при использовании уравнения (1) определяется формулой:

(3)

Присутствие ионов меди в растворе увеличивает скорость извлечения золота из растворов. Заметное влияние на извлечение золота оказывают примеси.

Сульфиды щелочных металлов способствуют образование пленок PbS и ZnS на поверхности цинка, препятствуя цементации. В присутствии мышьяка и кремневой кислоты (H₂SiO₃) образуется на цинке изолирующие пленки Ca₃(AsO₄)₂ и CaSiO₃. При большой концентрации в растворах меди происходит реакция:

2Cu(NH)₃^2- + Zn = 2Cu + Zn = 2Cu + Zn(CN)₄^2- + 2CN^-,

которая покрывает цинк, замедляя цементацию.

Принципиальная технологическая схема получения золота из цианистых растворов состоит из следующих переделов:

 

 

KCN, %

 

1- безмедистые растворы

Рисунок 2. Влияние концентрации цианида на степень цементации цинком золота из растворов (0,2кг/м³) в течение 15 минут

 

- осветление растворов от взвесей фильтрованием до концентрации твердого в растворах 0,05-1г/л;

- деаэрация (удаление кислорода из раствора с помощью вакуума);

- добавление солей свинца (Pb(NO₃)₂);

- собственно цементация цинком;

- обработка выделенного цинкового золотосодержащего осадка.

Осаждение золота из цианистых растворов цинковой пылью проводят на вакуумно-осадительных установках, обеспечивающих предварительную деаэрацию растворов. Наиболее быстрое осаждение золота цинком происходит не во время вмешивания его в раствор, в чане-смесителя, а при фильтровании, когда раствор просачивается через слой оседает на фильтрующей поверхности цинковой пыли. Осадок (шлам), полученный при обработке цианистых растворов цинковой пылью, содержит 5-30% Au+Ag, 30-50% Zn, 0,5-0,8% меди, а также теллур, селен, свинец (9-25%). Для удаления Zn из сырого осадка, его обрабатывают в чанах серной кислотой. Промытый высушенный после этого осадок содержит 20-40% Au, до 30% Ag и 4-7% Zn.

Расход цинковой пыли (95-97% Zn) составляет 0,015-0,05кг/м³. Для богатых серебряных растворов расход цинковой пыли возрастает до 0,1-0,3 кг/м³. Расход свинцовых солей составляет около 10% от массы цинковой пыли (или 0,01%-ное содержание соли в растворе). Концентрация золота в цианистых растворах колеблется от 0,1 до 5 кг/м³. Концентрация цианида калия в растворе около 0,3% при содержании золота в растворе 0,2кг/м³.

 

Оборудование, технические инструментальные средства:

Установка для цементного выделения кадмия

Штативы

Круглодонная колба

Термометр

Мешалка

Моторчик

Латр

Воронка

 

Схема установки

Цементация золота из цианистых растворов проводится на установке, представленной на рисунке 3. Цементация проводится в круглодонной колбе, установленной на штативе над плиткой. Колба снабжена мешалкой и термометром. Мешалка через гибкий переходник соединена с моторчиком. Фильтрование раствора проводится с использованием воронки бумажного фильтра. В работе используют следующие материалы: цианидный золотосодержащий раствор (химический состав раствора задается преподавателем), цинковая пыль, Pb(NO₃)₂.

1- штативы, 2- круглодонная колба, 3- термометр, 4-мешалка, 5-моторчик, 6- плитка

Рисунок 3. Схема установки для цементационного выделения кадмия из раствора сульфата цинка

 

Порядок проведения работы

Готовый цианистый раствор, содержащий золото и серебро при помощи воронки заливают в колбу объемом 250мл или 200мл. Затем включается плитка, температура раствора доводится до необходимой. После чего через воронку засыпается цинковая пыль и включается мешалка. Через определенное время (15-20 минут) колба с раствором освобождается от штатива, и пульпа фильтруется на бумажном фильтре помещаемым в воронку. Фильтр собирается в стакане, определяется его объем. Затем раствор анализируется на содержание золота и серебра (в % или г/л). Осадок фильтра сушится при 60-70⁰С в течение 40 минут, взвешивается. Количество золота и серебра перешедшего из раствора в цементный продукт определяется по формуле:

где - объем начального раствора, л,

- объем конечного раствора, л,

С_Ме(н) – начальная концентрация золота и серебра в растворе, г/л,

С_Ме(к) – конечная концентрация золота и серебра в растворе, г/л.

Степень извлечения Au и Ag в цементный продукт () определяется из выражения:

Необходимые расчеты:

Количество цинковой пыли, необходимой для цементации кадмия рассчитывается по реакции (1):

2мм (Ме) – 65,4(Zn)

-

, г.

С учетом десятикратного избытка цинка, необходимое его С_Zn(н) составит:

= г.