Εφαρμογή Ενεργού Άνθρακα στην Ανάκτηση Χρυσού

Στη βιομηχανία εξόρυξης χρυσού, ο ενεργός άνθρακας είναι ένα βασικό υλικό που χρησιμοποιείται για την προσρόφηση και τον εμπλουτισμό χρυσού χαμηλής- συγκέντρωσης από διαλύματα κυανίου. Η βασική του λειτουργία είναι να εμπλουτίζει επιλεκτικά σύμπλοκα κυανιούχου χρυσού στη δομή μεγάλων πόρων μέσω φυσικής προσρόφησης, επιτυγχάνοντας χίλιες-αύξηση στη συγκέντρωση μάζας και θέτοντας τα θεμέλια για επακόλουθη αποτελεσματική ανάκτηση.

 

I. Ο ρόλος του ενεργού άνθρακα στην ανάκτηση χρυσού

 

Μετά την έκπλυση με κυανίδιο του μεταλλεύματος χρυσού, ο χρυσός υπάρχει στο διάλυμα ως ανιόντα κυανίου χρυσού (Au(CN)2-) σε συνήθως εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. Είναι οικονομική πρόκληση η άμεση ανάκτηση χρυσού από τέτοιες αραιές λύσεις. Ο ενεργός άνθρακας, με την εξαιρετικά υψηλή ειδική επιφάνεια (περίπου 1000 m²/g) και τη συγκεκριμένη δομή πόρων, γίνεται ιδανικό μέσο για τον εμπλουτισμό του χρυσού από το διάλυμα.

Στη βιομηχανική παραγωγή, χρησιμοποιείται κυρίως ενεργός άνθρακας από κέλυφος καρύδας. Παράγεται με ενεργοποίηση με ατμό και έχει επαρκή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά για να αντέχει στην τριβή στη διεργασία του άνθρακα-στη-πολτό.

 

II. Μηχανισμός Προσρόφησης Χρυσού: Τα ανιόντα κυανίου χρυσού ζεύγους ιόντων είναι αρνητικά φορτισμένα, ενώ η επιφάνεια του ενεργού άνθρακα είναι ηλεκτρικά ουδέτερη, επομένως δεν είναι δυνατή η άμεση προσρόφηση. Η προσρόφηση χρυσού βασίζεται στο σχηματισμό «ζευγών ιόντων». Τα ιόντα ασβεστίου (Ca2+, συνήθως από την προσθήκη ασβέστη) στο διάλυμα συνδυάζονται με δύο ανιόντα κυανιούχου χρυσού για να σχηματίσουν ηλεκτρικά ουδέτερα ζεύγη ιόντων κυανιούχου ασβεστίου-χρυσού: Ca[Au(CN)2]2. Αυτά τα ουδέτερα ζεύγη ιόντων απορροφώνται φυσικά στις επιφάνειες των πόρων του ενεργού άνθρακα μέσω των δυνάμεων van der Waals.

Αυτή είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία δυναμικής ισορροπίας. Υπάρχει μια αντίστοιχη σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης χρυσού στο διάλυμα και του φορτίου χρυσού στον ενεργό άνθρακα. Για τη συνεχή μείωση της συγκέντρωσης χρυσού στο διάλυμα και την αύξηση του φορτίου χρυσού στον άνθρακα, υιοθετείται μια μέθοδος επαφής με αντίθετο ρεύμα: ο πολτός-που φέρει χρυσό ρέει διαδοχικά μέσω μιας σειράς δεξαμενών προσρόφησης, ενώ ο ενεργός άνθρακας κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Φρέσκος άνθρακας προστίθεται από την τελευταία δεξαμενή και ρέει στην πρώτη δεξαμενή με την υψηλότερη συγκέντρωση χρυσού. ο πολτός ρέει από την πρώτη δεξαμενή στην τελευταία δεξαμενή. Με αυτόν τον τρόπο, η συγκέντρωση χρυσού στα απορρίμματα που εκκενώνονται από την τελευταία δεξαμενή μπορεί να μειωθεί σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο, ενώ ο άνθρακας με φορτίο χρυσού-που αφαιρείται από την πρώτη δεξαμενή επιτυγχάνει υψηλή χωρητικότητα φορτίου.

III. Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της προσρόφησης χρυσού Η αποτελεσματικότητα της προσρόφησης χρυσού επηρεάζεται από διάφορες λειτουργικές και χημικές συνθήκες.

 

1. Φυσικές συνθήκες: Η πυκνότητα του πολτού πρέπει να είναι κοντά στην υγρή πυκνότητα του ενεργού άνθρακα (περίπου 1,3-1,5 t/m³) για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη εναιώρηση των σωματιδίων άνθρακα και να αποφευχθεί η καθίζηση ή η επίπλευση. Η επαρκής ανάδευση μπορεί να μειώσει το πάχος του υγρού οριακού στρώματος στην επιφάνεια των σωματιδίων άνθρακα και να επιταχύνει τη μεταφορά μάζας και τη διάχυση του χρυσού στα σωματίδια άνθρακα.

 

2. Ιδιότητες ενεργού άνθρακα: Το μικρότερο μέγεθος σωματιδίων άνθρακα είναι ευεργετικό για την επιτάχυνση της κινητικής προσρόφησης, αλλά αυξάνει τη δυσκολία διαλογής και ανάκτησης. Βιομηχανικά, το εύρος μεγέθους σωματιδίων που χρησιμοποιείται συνήθως είναι 1-3 χιλιοστά (π.χ. 6×12 mesh ή 8×16 mesh). Η σκληρότητα του άνθρακα είναι ζωτικής σημασίας, καθώς πρέπει να αντέχει στην τριβή κατά τις διαδικασίες ανάδευσης, άντλησης και αναγέννησης. Ο άνθρακας από κέλυφος καρύδας έχει εξαιρετική απόδοση από αυτή την άποψη.

 

3. Ανταγωνιστική προσρόφηση και δηλητήρια: Αυτό είναι ένα βασικό ζήτημα που επηρεάζει το ποσοστό ανάκτησης.

- Οργανικά δηλητήρια: Οργανικές ουσίες όπως αντιδραστήρια επίπλευσης (π.χ. ξανθικά), λιπαντικά έλαια και χουμικά οξέα ανταγωνίζονται τον χρυσό για θέσεις προσρόφησης και μπορεί ακόμη και να φράζουν τους πόρους. Ορισμένα αντιδραστήρια επίπλευσης μπορούν να μειώσουν τη δραστηριότητα προσρόφησης του ενεργού άνθρακα κατά περισσότερο από 60%. Αυτά τα οργανικά δηλητήρια αφαιρούνται κυρίως μέσω των επόμενων σταδίων θερμικής αναγέννησης.

- Ανόργανα δηλητήρια: Κυρίως σύμπλοκα κυανίου άλλων μετάλλων (π.χ. χαλκός, νικέλιο, άργυρος). Μπορούν επίσης να σχηματίσουν ζεύγη ιόντων που θα προσροφηθούν, καταλαμβάνοντας ενεργές θέσεις. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην επίδραση του χαλκού. Η κυανιούχο μορφή του στο διάλυμα αλλάζει με το pH και απορροφάται ευκολότερα όταν το pH είναι κάτω από 10,5. Τα περισσότερα ανόργανα δηλητήρια μπορούν να αφαιρεθούν με πλύση με οξύ.

- Απολέπιση: Κατά τη διαδικασία CIP, τα ιόντα ασβεστίου και το ανθρακικό μπορεί να σχηματίσουν ιζήματα όπως ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) στην επιφάνεια του ενεργού άνθρακα. Αυτά τα στρώματα κλίμακας εναποτίθενται κυρίως και φράζουν τις εισόδους μεσοπόρων και μακροπόρων σωματιδίων άνθρακα, εμποδίζοντας τη διάχυση του χρυσού σε μικροπόρους. Το τακτικό πλύσιμο με οξύ μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά αυτά τα στρώματα αλάτων.

 

4. Χημικό περιβάλλον διαλύματος:

- pH και συγκέντρωση κυανίου: Βιομηχανικά, το pH διατηρείται συνήθως μεταξύ 10-11 για τον έλεγχο της παραγωγής τοξικού αερίου HCN. Η επαρκής συγκέντρωση ελεύθερου κυανιδίου είναι απαραίτητη προϋπόθεση για να εξασφαλιστεί η αποτελεσματική διάλυση και σταθερότητα του χρυσού.

- Θερμοκρασία: Η προσρόφηση χρυσού είναι μια εξώθερμη διαδικασία, επομένως οι χαμηλότερες θερμοκρασίες ευνοούν την προσρόφηση. Πολλά εργοστάσια επιτυγχάνουν συχνά υψηλότερα ποσοστά ανάκτησης τις κρύες εποχές. Αντίθετα, η επακόλουθη διαδικασία εκρόφησης απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες.

- Ιονική ισχύς: Η παρουσία ιόντων μετάλλων αλκαλικής γαίας όπως το ασβέστιο και το μαγνήσιο είναι απαραίτητη για το σχηματισμό ζευγών ιόντων κυανιούχου χρυσού.

 

IV. Εκρόφηση: Εκρόφηση χρυσού από ενεργό άνθρακα Ο άνθρακας με φορτίο χρυσού-που προσροφάται με υψηλή-συγκέντρωση χρυσού πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία εκρόφησης (έκλουσης) για να μεταφερθεί ο χρυσός πίσω στο διάλυμα για ηλεκτρολυτικό καθαρισμό.

 

Η βασική αρχή της εκρόφησης είναι η δημιουργία συνθηκών δυσμενών για την προσρόφηση και η αντιστροφή της διαδικασίας προσρόφησης. Βιομηχανικά, δύο ώριμες διαδικασίες υιοθετούνται κυρίως: η μέθοδος AARL και η μέθοδος Zadra. Και τα δύο βασίζονται στα ακόλουθα βήματα:

1. Σε υψηλή θερμοκρασία, ένα διάλυμα ιόντων νατρίου υψηλής συγκέντρωσης (από υδροξείδιο του νατρίου) χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει τα ιόντα ασβεστίου στα ζεύγη ιόντων κυανιούχου χρυσού με ιόντα νατρίου μέσω ανταλλαγής ιόντων, σχηματίζοντας λιγότερο σταθερά ζεύγη ιόντων κυανιούχου νατρίου-χρυσού.

2. Η υψηλή θερμοκρασία προάγει την αποσύνθεση ασταθών ζευγών ιόντων κυανιούχου νατρίου-χρυσού και τα ανιόντα κυανιούχου χρυσού απελευθερώνονται πίσω στο διάλυμα από την επιφάνεια του ενεργού άνθρακα.

Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο έγκειται στον συνδυασμό της διαδικασίας: η μέθοδος AARL είναι μια λειτουργία κατά παρτίδες και το εκροφημένο-πλούσιο σε χρυσό διάλυμα (διάλυμα εγκύου) αποστέλλεται σε ένα ανεξάρτητο συνεργείο ηλεκτρόλυσης. η μέθοδος Zadra συνδέει τη στήλη εκρόφησης και το ηλεκτρολυτικό στοιχείο σε σειρά για να σχηματίσει έναν κύκλο κλειστού-βρόχου, πραγματοποιώντας εκρόφηση και ηλεκτρόλυση ταυτόχρονα. Ανεξάρτητα από τη μέθοδο που υιοθετήθηκε, ο στόχος είναι να μειωθεί η περιεκτικότητα σε χρυσό του άπαχου άνθρακα που επιστρέφεται στο κύκλωμα προσρόφησης κάτω από περίπου 50 γραμμάρια ανά τόνο για να αποκατασταθεί η ικανότητα προσρόφησής του.

 

V. Κύριες ροές διεργασιών: CIP, CIL και Pumpcell

 

Υπάρχουν τρεις κύριες μορφές διεργασιών εξόρυξης χρυσού ενεργού άνθρακα:

Άνθρακα σε πολτό (CIP): Το μετάλλευμα ολοκληρώνει πρώτα το μεγαλύτερο μέρος της διάλυσης χρυσού μέσω ανεξάρτητων δεξαμενών έκπλυσης κυανιδίου και στη συνέχεια ο πολτός εισέρχεται σε μια σειρά δεξαμενών προσρόφησης για προσρόφηση χρυσού. Ο πολτός ρέει προς τα εμπρός και ο ενεργός άνθρακας μεταφέρεται αντίθετα. Η "αναλογία εμπλουτισμού" του (αναλογία χρυσού-βαθμού άνθρακα με φόρτωση σε βαθμό χρυσού διαλύματος τροφοδοσίας) είναι συνήθως 1000-1200.

Carbon in Leach (CIL): Η έκπλυση και η προσρόφηση συνδυάζονται και πραγματοποιούνται ταυτόχρονα στην ίδια σειρά δεξαμενών. Αυτή η διαδικασία είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για μεταλλεύματα που περιέχουν ουσίες "χρυσού-ληστικές" (άλλες ουσίες που μπορούν να προσροφήσουν χρυσό), επειδή ο ενεργός άνθρακας μπορεί να ανταγωνιστεί με αυτά για την προστασία του διαλυμένου χρυσού. Ωστόσο, λόγω της χαμηλής συγκέντρωσης χρυσού στο διάλυμα όταν η έκπλυση είναι ατελής, απαιτείται συνήθως μεγαλύτερο απόθεμα ενεργού άνθρακα και η αναλογία εμπλουτισμού είναι γενικά 800-1000.

 

Pumpcell Process: Υιοθετεί έναν τρόπο λειτουργίας παρόμοιο με έναν "εύθυμο-go-round". Η ροή αντίθετου ρεύματος επιτυγχάνεται με την τακτική περιστροφή του σημείου τροφοδοσίας του πολτού και του σημείου εκκένωσης απορριμμάτων χωρίς την ανάγκη φυσικής κίνησης του πολτού άνθρακα. Αυτή η μέθοδος μειώνει την ανάμιξη, διαχειρίζεται τον άνθρακα σε παρτίδες, μπορεί να επιτύχει υψηλότερη αναλογία εμπλουτισμού (1500-2500 ή υψηλότερη) και έχει πιο συμπαγή όγκο εξοπλισμού.

Η επιλογή της διεργασίας εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως ιδιότητες μεταλλεύματος, κλίμακα σχεδιασμού, επένδυση και λειτουργικό κόστος.

 

VI. Παρακολούθηση και Ισορροπία Διαδικασιών Η σταθερή λειτουργία μιας μονάδας CIP/CIL βασίζεται στην παρακολούθηση βασικών παραμέτρων, η οποία αξιολογείται κυρίως μέσω δύο «πλευρών»:

 

- Συγκέντρωση χρυσού σε διάλυμα: Παρακολουθήστε την περιεκτικότητα σε χρυσό στο διάλυμα στην έξοδο κάθε δεξαμενής προσρόφησης, η οποία θα πρέπει να παρουσιάζει μια σημαντική πτωτική τάση-προς-βήμα.

- Συγκέντρωση χρυσού σε χρυσό-φορτωμένο άνθρακα: Παρακολουθήστε το φορτίο ενεργού άνθρακα σε χρυσό σε κάθε δεξαμενή προσρόφησης, το οποίο θα πρέπει να δείχνει μια πτωτική τάση-προς{3}}από εμπρός προς τα πίσω.

Η τακτική ανάλυση αυτών των πτυχών, σε συνδυασμό με δοκιμές στον κινητικό ρυθμό προσρόφησης (δραστηριότητα) ενεργού άνθρακα, μπορεί να βοηθήσει το εργοστάσιο να εντοπίσει έγκαιρα προβλήματα όπως συσσώρευση δηλητηρίου, μειωμένη απόδοση του εξοπλισμού ή λειτουργική ανισορροπία, διατηρώντας έτσι τον βέλτιστο ρυθμό ανάκτησης χρυσού.

Ο ενεργός άνθρακας παίζει αναντικατάστατο ρόλο στην ανάκτηση χρυσού. Από τη βασική αρχή της προσρόφησης ζευγών ιόντων κυανιούχου χρυσού, μέχρι την αντιμετώπιση των πρακτικών προκλήσεων των οργανικών και ανόργανων δηλητηρίων και την απολέπιση, μέχρι την ανάκτηση εκρόφησης και την επιλογή διεργασίας, ολόκληρη η διαδικασία συνιστά ένα πολύπλοκο και αποτελεσματικό τεχνικό σύστημα. Η εις βάθος κατανόηση και ο ακριβής έλεγχος των ιδιοτήτων του ενεργού άνθρακα, των συνθηκών διεργασίας και της ισορροπίας του συστήματος είναι ο πυρήνας για την επίτευξη αποτελεσματικής και οικονομικής ανάκτησης χρυσού.