Aktiivihiilen käyttö kullan talteenotossa

Kullan louhintateollisuudessa aktiivihiili on keskeinen materiaali, jota käytetään adsorboimaan ja rikastamaan matalapitoisuutta{0}}kullaa syanidiliuoksista. Sen ydintehtävä on selektiivisesti rikastaa kultasyanidikomplekseja sen suurissa huokosrakenteessa fysikaalisen adsorption avulla, mikä saavuttaa tuhannen -kertaisen kasvun massapitoisuudessa ja luo perustan myöhemmälle tehokkaalle talteenotolle.

 

I. Aktiivihiilen rooli kullan talteenotossa

 

Kultamalmin syanidiliuottamisen jälkeen kultaa esiintyy liuoksessa kultasyanidianioneina (Au(CN)2⁻) tavallisesti erittäin pieninä pitoisuuksina. On taloudellisesti haastavaa ottaa kultaa suoraan talteen tällaisista laimeista liuoksista. Aktiivihiilestä tulee erittäin suuri ominaispinta-ala (noin 1000 m²/g) ja spesifinen huokosrakenne, josta tulee ihanteellinen väliaine kullan rikastamiseen liuoksesta.

Teollisessa tuotannossa käytetään pääasiassa kookoskuoren aktiivihiiltä. Se tuotetaan höyryaktivoimalla, ja sillä on riittävä kovuus ja kulutuskestävyys kestämään hankausta hiili-in-massaprosessissa.

 

II. Kullan adsorptiomekanismi: Ion Pair Gold syanidianionit ovat negatiivisesti varautuneita, kun taas aktiivihiilen pinta on sähköisesti neutraali, joten suora adsorptio ei ole mahdollista. Kullan adsorptio perustuu "ioniparien" muodostumiseen. Kalsiumionit (Ca²⁺, yleensä lisätystä kalkista) liuoksessa yhdistyvät kahden kultasyanidin anionin kanssa muodostaen sähköisesti neutraaleja kalsium-kultasyanidi-ioniparia: Ca[Au(CN)₂]₂. Nämä neutraalit ioniparit adsorboituvat fyysisesti aktiivihiilen huokospintoihin van der Waalsin voimien kautta.

Tämä on palautuva dynaaminen tasapainoprosessi. Liuoksen kultapitoisuuden ja aktiivihiilen kultakuormituksen välillä on vastaava suhde. Liuoksen kultapitoisuuden jatkuvaksi vähentämiseksi ja hiilen kultakuormituksen lisäämiseksi käytetään vastavirtakontaktimenetelmää: kultaa- sisältävä massa virtaa peräkkäin adsorptiosäiliöiden läpi, kun taas aktiivihiili liikkuu vastakkaiseen suuntaan. Tuoretta hiiltä lisätään viimeisestä säiliöstä ja se virtaa ensimmäiseen säiliöön, jossa on korkein kultapitoisuus; massa virtaa ensimmäisestä säiliöstä viimeiseen säiliöön. Tällä tavalla viimeisestä säiliöstä poistetun rikastushiekan kultapitoisuus voidaan laskea äärimmäisen alhaiselle tasolle, kun taas ensimmäisestä säiliöstä otettu kulta{5}}kuormattu hiili saavuttaa suuren kantavuuden.

III. Tärkeimmät kullan adsorptiotehokkuuteen vaikuttavat tekijät Kullan adsorptiotehokkuuteen vaikuttavat erilaiset toiminnalliset ja kemialliset olosuhteet.

 

1. Fysikaaliset olosuhteet: Massatiheyden tulee olla lähellä aktiivihiilen märkätiheyttä (noin 1,3-1,5 t/m³), jotta varmistetaan hiilihiukkasten tasainen suspensio ja vältetään sedimentaatio tai kelluminen. Riittävä sekoitus voi vähentää nesteen rajakerroksen paksuutta hiilihiukkasten pinnalla ja nopeuttaa kullan massansiirtoa ja diffuusiota hiilipartikkeleihin.

 

2. Aktiivihiilen ominaisuudet: Pienempi hiilen hiukkaskoko on hyödyllinen adsorptiokinetiikan nopeuttamiseksi, mutta se lisää seulonnan ja talteenoton vaikeutta. Teollisesti yleisesti käytetty hiukkaskokoalue on 1-3 millimetriä (esim. 6×12 mesh tai 8×16 mesh). Hiilen kovuus on ratkaisevan tärkeää, koska sen on kestettävä hankausta sekoitus-, pumppaus- ja regenerointiprosessien aikana. Kookospähkinänkuoren hiili toimii erinomaisesti tässä suhteessa.

 

3. Kilpailukykyinen adsorptio ja myrkyt: Tämä on avaintekijä, joka vaikuttaa palautumisnopeuteen.

- Orgaaniset myrkyt: Orgaaniset aineet, kuten vaahdotusreagenssit (esim. ksantaatit), voiteluöljyt ja humushapot, kilpailevat kullan kanssa adsorptiokohdista ja voivat jopa tukkia huokoset. Tietyt vaahdotusreagenssit voivat vähentää aktiivihiilen adsorptioaktiivisuutta yli 60 %. Nämä orgaaniset myrkyt poistetaan pääasiassa myöhempien lämpöregenerointivaiheiden kautta.

- Epäorgaaniset myrkyt: Pääasiassa muiden metallien (esim. kupari, nikkeli, hopea) syanidikompleksit. Ne voivat myös muodostaa ionipareja adsorboitaviksi ja miehittää aktiivisia kohtia. Erityistä huomiota tulee kiinnittää kuparin vaikutukseen. Sen syanidimuoto liuoksessa muuttuu pH:n mukaan ja se adsorboituu helpommin pH:n ollessa alle 10,5. Useimmat epäorgaaniset myrkyt voidaan poistaa happopesulla.

- Hiilet: CIP-prosessin aikana kalsiumionit ja karbonaatti voivat muodostaa saostumia, kuten kalsiumkarbonaattia (CaCO₃) aktiivihiilen pinnalle. Nämä hilseilevät kerrokset ovat pääosin kerrostuneet ja estävät hiilihiukkasten mesohuokosten ja makrohuokosten sisäänkäynnit, mikä estää kullan diffuusiota mikrohuokosiin. Säännöllinen happopesu voi poistaa nämä hilseilykerrokset tehokkaasti.

 

4. Liuoksen kemiallinen ympäristö:

- pH ja syanidipitoisuus: Teollisesti pH pidetään yleensä välillä 10-11 myrkyllisen HCN-kaasun muodostumisen hillitsemiseksi. Riittävä vapaa syanidipitoisuus on välttämätön edellytys kullan tehokkaan liukenemisen ja stabiilisuuden varmistamiseksi.

- Lämpötila: Kullan adsorptio on eksoterminen prosessi, joten alhaisemmat lämpötilat edistävät adsorptiota. Monet tehtaat saavuttavat usein korkeamman talteenottoasteen kylminä vuodenaikoina. Sitä vastoin myöhempi desorptioprosessi vaatii korkeita lämpötiloja.

- Ionivahvuus: Maa-alkalimetalli-ionien, kuten kalsiumin ja magnesiumin, läsnäolo on välttämätöntä kultasyanidi-ioniparien muodostumiselle.

 

IV. Desorptio: kullan desorptio aktiivihiilestä Kulta-kuormattu hiili, joka on adsorboitu korkealla-pitoisuudella kullalla, on läpäistävä desorptio (eluointi) kullan siirtämiseksi takaisin liuokseen elektrolyyttistä puhdistusta varten.

 

Desorption perusperiaate on luoda adsorptiolle epäsuotuisat olosuhteet ja kääntää adsorptioprosessi. Teollisesti käytetään pääasiassa kahta kypsää prosessia: AARL-menetelmä ja Zadra-menetelmä. Molemmat perustuvat seuraaviin vaiheisiin:

1. Korkeassa lämpötilassa korkean -konsentraation natrium-ioniliuosta (natriumhydroksidista) käytetään korvaamaan kultasyanidi-ioniparien kalsiumionit natriumioneilla ioninvaihdon kautta, jolloin muodostuu vähemmän stabiileja natrium-kultasyanidi-ioniparia.

2. Korkea lämpötila edistää epästabiilien natrium-kultasyanidi-ioniparien hajoamista, ja kultasyanidianioneja vapautuu takaisin liuokseen aktiivihiilen pinnalta.

Suurin ero näiden kahden välillä on prosessiyhdistelmässä: AARL-menetelmä on eräoperaatio, ja desorboitunut kulta{0}}rikas liuos (raskaana oleva liuos) lähetetään riippumattomaan elektrolyysipajaan. Zadra-menetelmä yhdistää desorptiokolonnin ja elektrolyyttikennon sarjaan muodostaen suljetun -silmukan syklin, joka toteuttaa desorption ja elektrolyysin samanaikaisesti. Käytetystä menetelmästä riippumatta tavoitteena on vähentää adsorptiopiiriin palautetun laihan hiilen kultapitoisuus alle noin 50 grammaan tonnia kohden sen adsorptiokyvyn palauttamiseksi.

 

V. Pääprosessivirrat: CIP, CIL ja Pumpcell

 

Aktiivihiilen kullan uuttoprosessissa on kolme päämuotoa:

Hiili sellussa (CIP): Malmi suorittaa ensin suurimman osan kullan liukenemisesta itsenäisten syanidin liuotussäiliöiden kautta, ja sitten massa menee sarjaan adsorptiosäiliöitä kullan adsorptiota varten. Massa virtaa eteenpäin ja aktiivihiili kulkeutuu vastavirtaan. Sen "rikastussuhde" (kulla-kuormatun hiilen suhde syöttöliuoksen kultalaatuun) on yleensä 1000-1200.

Carbon in Leach (CIL): Liuotus ja adsorptio yhdistetään ja suoritetaan samanaikaisesti samassa säiliösarjassa. Tämä prosessi sopii erityisen hyvin malmeille, jotka sisältävät "kultaa-ryöstäviä" aineita (muita aineita, jotka voivat adsorboida kultaa), koska aktiivihiili voi kilpailla niiden kanssa liuenneen kullan suojaamisesta. Kuitenkin johtuen liuoksen alhaisesta kultapitoisuudesta, kun liuotus on epätäydellinen, aktiivihiiltä tarvitaan yleensä suurempi varasto, ja rikastussuhde on yleensä 800-1000.

 

Pumppukennoprosessi: Ottaa käyttöön toimintatilan, joka muistuttaa "merry{0}}go-round". Vastavirta saadaan aikaan pyörittämällä säännöllisesti massan syöttöpistettä ja rikastushiekan poistokohtaa ilman, että hiilimassaa tarvitsee fyysisesti siirtää. Tämä menetelmä vähentää takaisinsekoittumista, hallitsee hiiltä erissä, voi saavuttaa korkeamman rikastussuhteen (1500-2500 tai suurempi) ja sillä on pienempi laitetilavuus.

Prosessin valinta riippuu useista tekijöistä, kuten malmin ominaisuuksista, suunnittelun mittakaavasta, investoinneista ja käyttökustannuksista.

 

VI. Prosessin valvonta ja tasapaino CIP/CIL-laitoksen vakaa toiminta perustuu avainparametrien valvontaan, jota arvioidaan pääasiassa kahdella "näkökohdalla":

 

- Ratkaisun kultapitoisuus: Tarkkaile liuoksen kultapitoisuutta kunkin adsorptiosäiliön ulostuloaukossa, ja sen pitäisi näyttää merkittävää-askel-laskevaa trendiä.

- Kultapitoisuus kultaisessa-hiilessä: Tarkkaile aktiivihiilen kultakuormitusta kussakin adsorptiosäiliössä, jonka pitäisi näyttää asteittain--askeleen laskeva suuntaus edestä taakse.

Näiden näkökohtien säännöllinen analysointi yhdistettynä aktiivihiilen adsorption kineettistä nopeutta (aktiivisuutta) koskeviin testeihin voi auttaa laitosta tunnistamaan ajoissa ongelmat, kuten myrkkyjen kertymisen, heikentyneen laitteiston tehokkuuden tai toiminnan epätasapainon, mikä ylläpitää optimaalisen kullan talteenottonopeuden.

Aktiivihiilellä on korvaamaton rooli kullan talteenotossa. Perusperiaatteesta kultasyanidi-ioniparien adsorboinnista orgaanisten ja epäorgaanisten myrkkyjen ja hilseilyn käytännön haasteisiin vastaamiseen, desorption talteenottoon ja prosessin valintaan, koko prosessi muodostaa monimutkaisen ja tehokkaan teknisen järjestelmän. Aktiivihiilen ominaisuuksien, prosessiolosuhteiden ja järjestelmän tasapainon syvällinen ymmärtäminen ja tarkka hallinta ovat tehokkaan ja taloudellisen kullan talteenoton ydin.