Одним из недостатков кучного выщелачивания золота цианидами является сложность обработки образующихся технологических растворов [2, 3], так как при использовании оборотных вод на золотоизвлекательных участках медных месторождений должно быть обеспечено получение таких технологических показателей извлечения, которые не уступали бы достигаемым при использовании свежей воды. Следовательно, кондиционирование оборотных вод необходимо проводить комплексно.
В настоящее время для снижения концентрации всех ионов, находящихся в технологических растворах, применяются такие методы обессоливания воды, как термические (перегонка, дистилляция, нагревание воды сверх критической температуры 350°С, замораживание), электродиализ, мембранные методы (обратный осмос, нанофильтрация), а также ионный обмен и сорбция [4, 5]. Если есть возможность, используют опреснение, включающее разбавление засоленных техногенных вод пресной водой.
Особенностью очистки щелочных технологических растворов, образующихся в процессе цианидного выщелачивания, является то, что растворенное железо представлено цианидными комплексными анионами железа (II) и железа (III). Двухвалентное железо более активно вступает в реакцию образования цианидного комплекса. Трехвалентное железо, образуя в водной среде гидроксид трехвалентного железа, становится более пассивным. Для снижения концентрации железа в технологических растворах стремятся, после предварительного подкисления при помощи химического или биохимического (при участии железобактерий) окисления, Fe (II) перевести в Fe (III), которое, гидролизуясь, легко выпадает в осадок в виде Fe(OH)3 [4].
Произведение растворимости гидроксида железа (III) равно 3,8∙10–38, поэтому, как установлено экспериментально и подтверждено теоретическими расчетами, уже при рН 3,60 степень его осаждения составляет не менее 90,0 % [1].
Гидроксиды меди (II), железа (II), цинка и других элементов осаждаются в более щелочной области. Это связано с тем, что они имеют более высокие значения произведения растворимости, чем ПР(Fe(OH)3) (таблbwf). Как следствие, двухвалентное железо более активно вступает в реакцию образования цианидного комплекса.
Рассчитанные значения рН начала осаждения ионов в технологических растворах
|
Аналит |
Произведение растворимости гидроксида [87] |
рН начала осаждения |
|
Cu2+ |
2,2∙10-20 |
5,27 |
|
Fe3+ |
3,8∙10-38 |
2,10 |
|
Fe2+ |
1∙10-15 |
7,37 |
Образующийся гидроксид железа (III) представляет собой аморфный осадок с большой активной поверхностью. Ионная природа, неравномерность распределения зарядов по поверхности из-за наличия поверхностных дефектов обусловливают возможность его использования в качестве коллектора – естественного сорбента, соосаждающего образующиеся в кислых растворах гидроксиды меди (II), железа (II) и других элементов.
Cкорость окисления Fe (II) в Fe (III) зависит от значения рН, щелочности, содержания органических веществ и окислительных агентов. С повышением рН возрастает как скорость окисления железа (II) в железо (III), так и скорость коагуляции гидроксида железа (III), поэтому освобождение растворов от железа ведут при рН7.
Кроме того, для извлечения ионов железа из подкисленных технологических растворов важны следующие факторы [6]:
– При рН ≤ 4,5 железо находится в воде в виде ионов Fe3+ , Fe2+, Fe(ОН)2+ . При рН ≥ 4,5 ионы Fe2+ окисляются в ионы Fe3+ , которые и связываются в осадок.
– В восстановительной среде в присутствии карбонатов и при рН ≥ 8,4 возможно выделение FeСО3, а при рН ≥ 10,3 Fe(ОН)2.
– При наличии в обрабатываемой воде катализаторов – ионов Cu2+, Mn2+, PO43- , а также при контакте ее с оксидами марганца или ранее выпавшим Fe(ОН)3, скорость окисления кислородом ионов Fe2+ значительно возрастает [6].
Возможно применение безреагентных методов удаления железа, таких как аэрирование с последующим фильтрованием; аэрирование с последующим отстаиванием и фильтрованием; электрокоагуляция [4]. Например, применяется метод обезжелезивания воды фильтрованием, основанный на способности воды, содержащей двухвалентное железо и кислород, при фильтрации через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку, состоящую в основном из гидроксида железа (III). Эта пленка активно влияет на процесс окисления и выделения железа из воды и значительно его интенсифицирует. Необходимым условием образования и действия пленки является наличие в воде кислорода. Описанный метод не требует специальных аэрационных условий (обрабатываемая вода обогащается кислородом при поступлении на фильтр) и контактных емкостей. Установки для обезжелезивания воды методом аэрации могут быть открытыми (самотечными) и закрытыми (напорными). Установки открытого типа включают устройства для аэрации воды (градирни, брызгальные бассейны, отстойники, а при концентрации в воде железа ≥ 5 мг/л – песчаные фильтры).
Одним из перспективных вариантов обезжелезивания воды является насыщение ее воздухом в напорных резервуарах со струйной аэрацией. Работа таких резервуаров основана на взаимодействии струй насыщаемой жидкости (с вовлекаемым ими воздухом) с поверхностью слоя воды внутри напорного резервуара. Эти два фактора составляют существо струйной аэрации. Воздух для растворения в воде может подаваться от компрессора либо технологической сети непосредственно в напорный резервуар, а также с помощью эжектора, расположенного на напорном трубопроводе перед соплами [10].
А.Д. Раимбеков (СП «Кумтор Голд Компани») [9] сообщает, что предварительная аэрация перед выщелачиванием уменьшает образование цианидных комплексов железа. Следствие этого – уменьшение содержания ионов железа и цианидов в хвостовых водах. Одновременно повысилась кинетика выщелачивания без потери извлечения золота.
Эффект преаэрации, описанный А.Д. Раимбековым, также заключается в предварительном окислении двухвалентного железа кислородом воздуха и в переводе его в трехвалентное железо. Таким образом, количество двухвалентного железа в хвостовых водах уменьшается, минимизируя образование цианидных комплексов железа, а следовательно, уменьшая их содержание в оборотных водах, одновременно уменьшая общее потребление цианида.
Таким образом, исходя из особенностей состава щелочных технологических растворов, образующихся в процессе цианидного выщелачивания, и на основе проведенных расчетов, перспективным представляется удаление железа из технологических раствор золотоизвлекательного участка AVR-методом («подкисление – отдувка – нейтрализация»), включающим следующие стадии:
- подкисление технологических растворов соляной кислотой, сопровождающееся разрушением комплексов и образованием легколетучей токсичной цианистоводородной кислоты HCN;
- барботирование подкисленного раствора воздухом для перевода образовав-шейся кислоты в газовую фазу;
- поглощение выделившегося газообразного цианистого водорода щелочным раствором гидроксида натрия;
- нейтрализация кислого раствора щелочным реагентом.
При использовании AVR-метода необходимо использовать достаточно мощную вытяжную вентиляцию или герметичные аппараты. Эффективность и скорость процесса при применении AVR-метода повышается, если отдувку цианистого водорода и его поглощение проводить в центробежно-барботажных аппаратах в непрерывном режиме. Кислоту дозируют в подводящую магистраль к центробежно-барботажному аппарату.