Az aktív szén alkalmazása az arany visszanyerésében

Az aranykitermelő iparban az aktív szén kulcsfontosságú anyag, amelyet a cianidos oldatokból származó alacsony-koncentrációjú arany adszorbeálására és dúsítására használnak. Alapvető funkciója, hogy fizikai adszorpció révén szelektíven dúsítsa az arany-cianid komplexeket nagy pórusú szerkezetében, ezerszeresére növelve a tömegkoncentrációt, és megalapozva a későbbi hatékony visszanyerést.

 

I. Az aktív szén szerepe az arany visszanyerésében

 

Az aranyérc cianidos kilúgozása után az arany általában rendkívül alacsony koncentrációban arany-cianid anionok (Au(CN)₂⁻) formájában van jelen az oldatban. Gazdaságilag nagy kihívást jelent az arany közvetlen kinyerése ilyen híg oldatokból. Az aktív szén rendkívül nagy fajlagos felületével (kb. 1000 m²/g) és specifikus pórusszerkezetével ideális közeg az arany oldatból való dúsítására.

Az ipari termelésben főként kókuszhéj aktív szenet használnak. Gőzaktiválással állítják elő, és kellő keménységgel és kopásállósággal rendelkezik ahhoz, hogy ellenálljon a kopásnak a szén-in-pépben.

 

II. Arany adszorpciós mechanizmus: Ion Pair Arany-cianid anionok negatív töltésűek, míg az aktív szén felülete elektromosan semleges, így közvetlen adszorpció nem lehetséges. Az arany adszorpciója az "ionpárok" kialakulásától függ. Az oldatban lévő kalciumionok (Ca²⁺, általában hozzáadott mészből) két arany-cianid anionnal egyesülve elektromosan semleges kalcium-arany-cianid ionpárokat képeznek: Ca[Au(CN)₂]₂. Ezek a semleges ionpárok a van der Waals erők révén fizikailag adszorbeálódnak az aktív szén pórusfelületein.

Ez egy reverzibilis dinamikus egyensúlyi folyamat. Megfelelő kapcsolat van az oldat aranykoncentrációja és az aktív szén aranyterhelése között. Az oldat aranykoncentrációjának folyamatos csökkentése és a szén aranyterhelésének növelése érdekében ellenáramú érintkezési módszert alkalmaznak: az arany-pép egymás után egy sor adszorpciós tartályon áramlik át, míg az aktív szén az ellenkező irányba mozog. Az utolsó tartályból friss szenet adnak hozzá, és az első, legmagasabb aranykoncentrációjú tartályba áramlik; a pép az első tartályból az utolsó tartályba folyik. Ily módon az utolsó tartályból kibocsátott zagy aranykoncentrációja rendkívül alacsony szintre csökkenthető, míg az első tartályból kiszedett arany{5}}szén nagy teherbírást ér el.

III. Az arany adszorpciós hatékonyságát befolyásoló fő tényezők Az arany adszorpciós hatékonyságát különböző működési és kémiai körülmények befolyásolják.

 

1. Fizikai feltételek: A pép sűrűségének közel kell lennie az aktív szén nedves sűrűségéhez (körülbelül 1,3-1,5 t/m³), hogy biztosítsa a szénrészecskék egyenletes szuszpenzióját, és elkerülje az ülepedést vagy lebegést. A megfelelő keverés csökkentheti a folyékony határréteg vastagságát a szénrészecskék felületén, és felgyorsíthatja az arany tömegátadását és diffúzióját a szénrészecskékbe.

 

2. Aktív szén tulajdonságok: A kisebb szénrészecskeméret előnyös az adszorpciós kinetika felgyorsítására, de megnehezíti a szűrést és a visszanyerést. Iparilag az általánosan használt szemcseméret tartomány 1-3 milliméter (pl. 6×12 mesh vagy 8×16 mesh). A szén keménysége kulcsfontosságú, mivel a keverési, szivattyúzási és regenerációs folyamatok során ellenállnia kell a kopásnak. A kókuszhéj szén kiválóan teljesít ebből a szempontból.

 

3. Versenyképes adszorpció és mérgek: Ez kulcsfontosságú kérdés, amely befolyásolja a helyreállítási arányt.

- Szerves mérgek: A szerves anyagok, például a flotációs reagensek (pl. xantátok), kenőolajok és huminsavak versenyeznek az arannyal az adszorpciós helyekért, és még a pórusokat is eltömíthetik. Bizonyos flotációs reagensek több mint 60%-kal csökkenthetik az aktív szén adszorpciós aktivitását. Ezeket a szerves mérgeket főként a következő hőregenerációs lépésekkel távolítják el.

- Szervetlen mérgek: Főleg más fémek (pl. réz, nikkel, ezüst) cianid komplexei. Adszorbeálandó ionpárokat is alkothatnak, amelyek aktív helyeket foglalnak el. Különös figyelmet kell fordítani a réz hatására. Az oldatban lévő cianid formája a pH-val változik, és 10,5 pH alatt könnyebben adszorbeálódik. A legtöbb szervetlen méreg savas mosással eltávolítható.

- Vízkőképződés: A CIP-folyamat során a kalciumionok és -karbonát csapadékot, például kalcium-karbonátot (CaCO₃) képezhet az aktív szén felületén. Ezek a vízkőrétegek főként lerakódnak, és elzárják a szénrészecskék mezopórusainak és makropórusainak bejutását, akadályozva az arany diffúzióját a mikropórusokba. A rendszeres savas mosás hatékonyan távolítja el ezeket a vízkőrétegeket.

 

4. Az oldat kémiai környezete:

- pH és cianidkoncentráció: Iparilag a pH-t általában 10-11 között tartják a mérgező HCN-gáz képződésének szabályozása érdekében. Az arany hatékony oldódásának és stabilitásának biztosításához szükséges feltétel a megfelelő szabad cianid koncentráció.

- Hőmérséklet: Az arany adszorpciója exoterm folyamat, ezért az alacsonyabb hőmérséklet elősegíti az adszorpciót. Sok gyár gyakran magasabb regenerációs rátát ér el a hideg évszakokban. Ezzel szemben az ezt követő deszorpciós folyamat magas hőmérsékletet igényel.

- Ionerősség: Az alkáliföldfém-ionok, például a kalcium és a magnézium jelenléte szükséges az arany-cianid-ionpárok kialakulásához.

 

IV. Deszorpció: Arany deszorpciója aktív szénből A nagy-koncentrációjú arannyal adszorbeált arany-töltött szénnek deszorpciós (elúciós) kezelésen kell átesnie, hogy az arany visszakerüljön az oldatba elektrolitikus tisztítás céljából.

 

A deszorpció alapelve az adszorpció számára kedvezőtlen feltételek megteremtése és az adszorpciós folyamat megfordítása. Iparilag elsősorban két kiforrott eljárást alkalmaznak: az AARL-módszert és a Zadra-módszert. Mindkettő a következő lépéseken alapul:

1. Magas hőmérsékleten nagy-koncentrációjú nátriumion-oldatot (nátrium-hidroxidból) használnak az arany-cianid ionpárokban lévő kalciumionok ioncserével nátriumionokkal való helyettesítésére, így kevésbé stabil nátrium--arany-cianid ionpárok jönnek létre.

2. A magas hőmérséklet elősegíti az instabil nátrium-arany-cianid ionpárok bomlását, és az arany-cianid anionok az aktív szén felületéről visszakerülnek az oldatba.

A kettő közötti fő különbség a folyamatkombinációban rejlik: az AARL módszer egy szakaszos művelet, és a deszorbeált arany{0}}dús oldatot (terhes oldat) egy független elektrolízis műhelybe küldik; a Zadra-módszer sorba köti a deszorpciós oszlopot és az elektrolitikus cellát, hogy egy zárt hurkú{1}}ciklust hozzon létre, egyszerre valósítva meg a deszorpciót és az elektrolízist. Az alkalmazott módszertől függetlenül a cél az adszorpciós körbe visszavezetett sovány szén aranytartalmának körülbelül 50 gramm/tonna alá csökkentése az adszorpciós kapacitás helyreállítása érdekében.

 

V. Fő folyamatfolyamatok: CIP, CIL és szivattyúcella

 

Az aktív szén-arany extrakciós folyamatának három fő formája van:

Carbon in Pulp (CIP): Az érc először független cianid kioldó tartályokon keresztül fejezi be az arany feloldódásának nagy részét, majd a cellulóz egy sor adszorpciós tartályba kerül az arany adszorpciójára. A cellulóz előre áramlik, és az aktív szén ellenáramban szállítódik. "Dúsítási aránya" (az arany-töltött szén és a betáplált oldat arany fokozatának aránya) általában 1000-1200.

Carbon in Leach (CIL): A kilúgozást és az adszorpciót kombinálják és egyidejűleg hajtják végre ugyanabban a tartálysorozatban. Ez az eljárás különösen alkalmas „aranyrabló” anyagokat (az aranyat adszorbeáló egyéb anyagokat) tartalmazó ércekhez, mivel az aktív szén versenyezhet velük az oldott arany védelmében. Azonban az oldat alacsony aranykoncentrációja miatt, amikor a kilúgozás nem teljes, általában nagyobb aktív szén készletre van szükség, és a dúsítási arány általában 800-1000.

 

Szivattyúcella-folyamat: A „vidám{0}}kör-hoz hasonló működési módot alkalmaz”. Az ellenáramú áramlást a pép betáplálási pontjának és a zagy kiürítési pontjának rendszeres forgatásával érik el anélkül, hogy a szénpép fizikai mozgatására lenne szükség. Ez a módszer csökkenti a visszakeverést, kötegekben kezeli a szenet, magasabb dúsítási arányt érhet el (1500-2500 vagy magasabb), és kompaktabb a berendezés térfogata.

A folyamat kiválasztása számos tényezőtől függ, például az érc tulajdonságaitól, a tervezési méretektől, a beruházástól és a működési költségektől.

 

VI. Folyamatfigyelés és kiegyensúlyozás A CIP/CIL üzem stabil működése a kulcsfontosságú paraméterek monitorozásán alapul, amelyet főként két „szemponton” keresztül értékelnek:

 

- Aranykoncentráció a megoldásban: Kövesse nyomon az oldat aranytartalmát az egyes adszorpciós tartályok kimeneténél, aminek jelentős, lépésről lépésre csökkenő tendenciát kell mutatnia.

- Aranykoncentráció arany-szénben: Figyelje az aktív szén aranyterhelését az egyes adszorpciós tartályokban, amelyeknek lépésről lépésre --lépésre csökkenő tendenciát kell mutatniuk elölről hátrafelé.

Ezen szempontok rendszeres elemzése, kombinálva az aktív szén adszorpciós kinetikai sebességének (aktivitásának) vizsgálatával, segíthet az üzemnek időben azonosítani az olyan problémákat, mint a méregfelhalmozódás, a berendezések hatékonyságának csökkenése vagy a működési egyensúlyhiány, ezáltal fenntartva az optimális aranyvisszanyerési sebességet.

Az aktív szén pótolhatatlan szerepet játszik az arany visszanyerésében. Az arany-cianid ionpárok adszorbeálásának alapelvétől a szerves és szervetlen mérgek és a lerakódás gyakorlati kihívásainak kezeléséig, a deszorpció visszanyeréséig és a folyamatválasztásig az egész folyamat egy összetett és hatékony technikai rendszert alkot. Az aktív szén tulajdonságainak, folyamatkörülményeinek és rendszeregyensúlyának mélyreható ismerete és pontos ellenőrzése a hatékony és gazdaságos aranyvisszanyerés kulcsa.