Цианирование золота - Gold cyanidation

Цианирование золота (также известный как цианидный процесс или Процесс Макартура-Форреста) это гидрометаллургический техника извлечения золото из низкосортных руда превращая золото в водорастворимый координационный комплекс. Это наиболее часто используемый выщелачивание процесс для добыча золота.[1]

Изготовление реагенты на переработку полезных ископаемых с целью извлечения золота, меди, цинка и серебра составляет примерно 13% мирового потребления цианидов, а оставшиеся 87% цианида используются в других промышленных процессах, таких как пластмассы, клеи и пестициды.[2] Из-за высокой ядовитый природа цианид, этот процесс можно считать спорным, и его использование запрещено в небольшом количестве стран и территорий.

История

В 1783 г. Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что золото растворяется в водные растворы цианида. Благодаря работе Багратион (1844 г.), Элснер (1846 г.) и Фарадей (1847) было определено, что для каждого атома золота требуется два иона цианида, т. Е. стехиометрия растворимого соединения.

Промышленный процесс

Джон Стюарт Макартур разработал цианидный процесс для извлечения золота в 1887 году.

Расширение добычи золота в Rand Южной Африки начала замедляться в 1880-х годах, так как новые обнаруживаемые месторождения имели тенденцию пиритная руда. Золото не могло быть извлечено из этого соединения ни одним из доступных тогда химических процессов или технологий.[3]В 1887 г. Джон Стюарт Макартур, работая в сотрудничестве с братьями Робертом и Уильямом Форрестами для Компания Теннант в Глазго, Шотландия, разработала процесс Макартура-Форреста для извлечения золота из золотых руд. В том же году было выдано несколько патентов.[4] Путем суспендирования измельченной руды в растворе цианида было достигнуто разделение до 96% чистого золота.[5]Впервые процесс был использован на Rand в 1890 году и, несмотря на эксплуатационные недостатки, привел к буму инвестиций, поскольку были открыты более крупные золотые прииски.[6][3]

К 1891 году фармацевт из Небраски Гилберт С. Пейтон усовершенствовал процесс на своем Mercur Mine в Юте, «первый горнодобывающий завод в Соединенных Штатах, добившийся коммерческого успеха процесса цианидной обработки золотых руд».[7][8] В 1896 году Бодлендер подтвердил, что для этого процесса необходим кислород, в чем сомневался МакАртур, и обнаружил, что пероксид водорода был сформирован как промежуточное звено.[6]Около 1900 года американский металлург Чарльз Вашингтон Меррилл (1869-1956) и его инженер Томас Беннет Кроу улучшили очистку цианидного фильтрата, используя вакуум и цинковую пыль. Их процесс - это Процесс Меррилла – Кроу.[9]

Химические реакции

Шариковая модель комплексного аниона ауроцианида или дицианоаурата (I), [Au (CN)2]−.[10]
«Кучка» цианидного выщелачивания на золотодобывающем предприятии недалеко Элко, Невада

Химическая реакция растворения золота, «уравнение Эльснера», выглядит следующим образом:

4 Au (s) + 8 NaCN (водн.) + O2(г) + 2Н2O (l) → 4 Na [Au (CN)2] (водн.) + 4 NaOH (водн.)

В этом редокс кислород удаляет, посредством двухэтапной реакции, один электрон от каждого атома золота с образованием комплекса Au (CN)−
2 ион.[11]

заявка

В руда является измельченный с помощью шлифовального оборудования. В зависимости от руды он иногда дополнительно обогащается пенная флотация или по центробежная (гравитационная) концентрация. Вода добавляется для получения суспензии или мякоть. Базовый рудный шлам можно комбинировать с раствором цианид натрия или цианистый калий; многие операции используют цианид кальция, что более рентабельно.

Чтобы предотвратить создание токсичных цианистый водород при переработке гашеная известь (гидроксид кальция ) или газировка (гидроксид натрия ) добавляется к экстрагирующему раствору, чтобы обеспечить поддержание кислотности во время цианирования более pH 10,5 - сильно основной.Нитрат свинца может улучшить золото выщелачивание скорость и количество извлекаемых материалов, особенно при переработке частично окисленных руд.

Влияние растворенного кислорода

Кислород один из реагенты потребляется во время цианирования, и дефицит растворенный кислород замедляет скорость выщелачивания. Через пульпу можно продуть воздух или чистый газообразный кислород, чтобы максимально увеличить концентрацию растворенного кислорода. Внутренние контакторы кислород-пульпа используются для увеличения парциального давления кислорода в контакте с раствором, таким образом повышая концентрацию растворенного кислорода намного выше, чем уровень насыщения при атмосферное давление. Кислород также можно добавить, дозируя пульпу с пероксид водорода решение.

Предварительная аэрация и промывка руды

В некоторых рудах, особенно частично сульфидированных, аэрация (до введения цианида) руды в воде при высоком pH могут сделать такие элементы, как железо и сера, менее реакционноспособными по отношению к цианиду, тем самым делая процесс цианирования золота более эффективным. В частности, окисление железа до оксид железа (III) и последующие осадки так как гидроксид железа сводит к минимуму потерю цианида из-за образования комплексов цианида железа. Окисление сера соединения с сульфат-ионами позволяет избежать потребления цианида для тиоцианат (SCN−) побочный продукт.

Извлечение золота из цианидных растворов

В порядке снижения экономической эффективности распространены следующие способы извлечения солюбилизированного золота из раствора (некоторые процессы могут быть исключены из использования по техническим причинам):

Процессы восстановления цианида

Цианид, который остается в хвостовых потоках золотоперерабатывающих заводов, потенциально опасен. Таким образом, некоторые предприятия обрабатывают потоки цианидсодержащих отходов на стадии детоксикации. Этот шаг снижает концентрацию этих цианидных соединений. Процесс под лицензией INCO и Кислота Каро процесс окисления цианида до цианат, который не так токсичен, как ион цианида, и который затем может реагировать с образованием карбонатов и аммиака:[нужна цитата ]

CN−
 + [O] → OCN−
OCN−
 + 2 ЧАС
2О → HCO−
3 + NH
3

Процесс Inco обычно может снизить концентрацию цианида до уровня ниже 50 мг / л, тогда как кислотный процесс Каро может снизить уровень цианида до 10–50 мг / л, при этом более низкие концентрации достигаются в потоках раствора, а не в суспензиях. Каронова кислота - пероксомоносерная кислота (H2ТАК5) - превращает цианид в цианат. Затем цианат гидролизуется до ионов аммония и карбоната. Кислотный процесс Caro позволяет достичь уровня сброса WAD ниже 50 мг / л, что обычно подходит для сброса в хвосты. Для окисления цианида также можно использовать перекись водорода и щелочное хлорирование, хотя эти подходы менее распространены.

Более 90 шахт по всему миру теперь используют Inco SO2/ контур воздухообезвреживания для преобразования цианида в гораздо менее токсичный цианат перед сбросом отходов в хвостохранилище. Обычно этот процесс продувает сжатый воздух через хвосты при добавлении метабисульфит натрия, который освобождает SO2. Лайм используется для поддержания pH около 8,5, и сульфат меди добавляется в качестве катализатора, если в рудном экстракте недостаточно меди. Эта процедура может снизить концентрацию цианида, разлагающегося на слабую кислоту (WAD), до уровня ниже 10 ppm, установленного Директивой ЕС по отходам горнодобывающей промышленности. Этот уровень сравнивается с 66-81 ppm свободного цианида и 500-1000 ppm общего цианида в пруду при Бая-Маре.[12] Оставшийся свободный цианид разлагается в пруду, а цианат-ионы гидролизуются до аммония. Исследования показывают, что остаточный цианид, оставшийся в хвостах золотых рудников, вызывает постоянный выброс токсичных металлов (например, ртути) в подземные и поверхностные водные системы.[13][14]

Воздействие на окружающую среду

Смотрите также: Список бедствий при добыче золота
Барабан с цианистым натрием на заброшенной шахте Chemung в Масон, Калифорния

Несмотря на то, что они используются в 90% при производстве золота:[15] цианирование золота противоречивый из-за токсичной природы цианида. Хотя водные растворы цианида быстро разлагаются на солнечном свете, менее токсичные продукты, такие как цианаты и тиоцианаты, могут сохраняться в течение нескольких лет. Знаменитые катастрофы убили несколько человек - людей можно предупредить, чтобы они не пили и не приближались к загрязненной воде, но разливы цианида могут иметь разрушительное воздействие на реки, иногда убивая все на несколько миль ниже по течению. Цианид вскоре вымывается из речных систем, и, пока организмы могут мигрировать из незагрязненных районов вверх по течению, пострадавшие районы вскоре могут быть вновь заселены. По данным румынских властей, в Некоторыеș река внизу Бая-Маре планктон вернулся к 60% нормы в течение 16 дней после разлива; цифры не были подтверждены Венгрией или Югославией.[12]Известные разливы цианида включают:

ГодМойСтранаИнцидент
1985-91SummitvilleНАСУтечка с площадки для выщелачивания
1980-е годы по настоящее времяОк ТедиПапуа - Новая ГвинеяБеспрепятственный сброс отходов
1995ОмайГайанаОбрушение дамбы хвостохранилища
1998КумторКыргызстанГрузовик проехал по мосту
2000Бая-МареРумынияОбрушение защитной дамбы (см. Разлив цианида в Бая-Маре в 2000 году )
2000ТолукумаПапуа - Новая ГвинеяВертолет сбросил ящик в тропический лес[16]
2018Сан-ДимасМексикаГрузовик слил 200 литров раствора цианида в реку Пиакстла в Дуранго[17]

Такие разливы вызвали ожесточенные протесты на новых шахтах, связанных с использованием цианида, таких как Рошия Монтана в Румынии, Lake Cowal в Австралии, Паскуа Лама в Чили и Букит Коман в Малайзии.

Альтернативы цианиду

Хотя цианид дешев, эффективен и поддается биологическому разложению, его высокая токсичность привела к появлению новых методов извлечения золота с использованием менее токсичных реагентов. Были исследованы другие экстрагенты, включая тиосульфат (S2О32−), тиомочевина (SC (NH2)2), йод / йодид, аммиак, жидкая ртуть и альфа-циклодекстрин. Проблемы включают стоимость реагентов и эффективность извлечения золота. Тиомочевина применяется в промышленных масштабах для руд, содержащих стибнит.[18]

Законодательство

Смотрите также: Запрет цианирования золота

Штаты США Монтана[19] и Висконсин,[20] то Чехия,[21] Венгрия,[22] запретили добычу цианида. В Европейская комиссия отклонил предложение о таком запрете, отметив, что существующие правила (см. ниже) обеспечивают адекватную защиту окружающей среды и здоровья.[23] Несколько попыток забанить цианирование золота в Румынии были отклонены румынским парламентом. В настоящее время в Румынии проходят протесты, призывающие к запрету использования цианида в горнодобывающей промышленности (см. 2013 Румынские протесты против проекта Roșia Montană ).

В ЕС промышленное использование опасных химикатов контролируется так называемым Директива Севезо II (Директива 96/82 / EC,[24] который заменил оригинал Директива Севезо (82/501 / EEC[25] принесен после диоксиновой катастрофы 1976 года. «Свободный цианид и любое соединение, способное выделять свободный цианид в растворе» дополнительно контролируются путем включения в Список I Директива о грунтовых водах (Директива 80/68 / EEC)[26] который запрещает любой сброс такого размера, который может вызвать ухудшение качества грунтовых вод в данный момент или в будущем. Директива о подземных водах была в значительной степени заменена в 2000 г. Рамочная директива по воде (2000/60 / EC).[27]

В ответ на Разлив цианида в Бая-Маре в 2000 году, то Европейский парламент и Совет принял Директива 2006/21 / EC по управлению отходами добывающих производств.[28] Статья 13 (6) требует, чтобы «концентрация слабокислотного диссоциируемого цианида в пруду была снижена до минимально возможного уровня с использованием наилучшие доступные методы ", и в большинстве случаев все шахты, запущенные после 1 мая 2008 года, не могут сбрасывать отходы, содержащие более 10 частей на миллион цианида WAD, шахты, построенные или разрешенные до этой даты, изначально допускают не более 50 частей на миллион, снизившись до 25 частей на миллион в 2013 году и 10 частей на миллион к 2018 году.

В соответствии со Статьей 14 компании также должны предоставить финансовые гарантии для обеспечения очистки после завершения шахты. Это, в частности, может повлиять на более мелкие компании, желающие строить золотые прииски в ЕС, поскольку они с меньшей вероятностью будут иметь финансовые возможности для предоставления таких гарантий.

Промышленность придумала добровольный "Цианидный код"[29] которая направлена ​​на снижение воздействия на окружающую среду с помощью сторонних аудитов управления цианидами компании.

Рекомендации

  1. ^ Рубо, Андреас; Келленс, Раф; Редди, Джей; Штайер, Норберт; Hasenpusch, Вольфганг (2006). «Цианиды щелочных металлов». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Дои:10.1002 / 14356007.i01_i01. ISBN  978-3527306732.
  2. ^ Баррик Голд - Факты о цианиде В архиве 2010-09-20 на Wayback Machine
  3. ^ а б Gray, J. A .; Маклахлен, Дж. (Июнь 1933 г.). «История внедрения цианидного процесса МакАртура-Форреста на золотых приисках Витватерсранда». Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии. 33 (12): 375–397. HDL:10520 / AJA0038223X_5033.
  4. ^ нас US403202, Макартур, Джон Стюарт; Уильям Форрест и Роберт Форрест Роберт, «Процесс получения золота и серебра из руд», выпущено 14 мая 1889 г. 
  5. ^ «Способы извлечения золота II». 2013-05-14.
  6. ^ а б Хабаши, Фатхи Последние достижения в золотой металлургии В архиве 2008-03-30 на Wayback Machine
  7. ^ Ежеквартальные и двухнедельные заметки выпускников. Университет Иллинойса. 1 января 1921 г.. Получено 1 мая, 2016.
  8. ^ "Меркур, Юта". Получено 1 мая, 2016.
  9. ^ Адамс, Майк Д. (2005-12-02). Достижения в переработке золотой руды. Эльзевир. С. XXXVII – XLII. ISBN  978-0-444-51730-2. ISSN  0167-4528.
  10. ^ Greenwood, N. N .; И Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  0-7506-3365-4.
  11. ^ (Интернет-архив) Технический бюллетень, https://web.archive.org/web/20091023235047/http://www.multimix.com.au/DOCUMENTS/Technical%20Bulletin1.PDF
  12. ^ а б Отдел окружающей среды ЮНЕП / УКГВ «Миссия ООН по оценке - разлив цианида в Бая-Маре, март 2000 г.»
  13. ^ Maprani, Antu C .; Al, Tom A .; MacQuarrie, Kerry T .; Dalziel, John A .; Шоу, Шон А .; Йейтс, Филип А. (2005). «Определение уклонения от ртути в загрязненном верхнем течении». Экологические науки и технологии. 39 (6): 1679–1687. Bibcode:2005EnST ... 39.1679M. Дои:10.1021 / es048962j. PMID  15819225.
  14. ^ Al, Tom A .; Leybourne, Мэтью I .; Maprani, Antu C .; MacQuarrie, Kerry T .; Dalziel, John A .; Фокс, Дон; Йейтс, Филип А. (2006). «Влияние кислотно-сульфатного выветривания и цианидсодержащих золотых хвостов на перенос и судьбу ртути и других металлов в Госсан-Крик: рудник Мюррей-Брук, Нью-Брансуик, Канада». Прикладная геохимия. 21 (11): 1969–1985. Bibcode:2006ApGC ... 21.1969A. Дои:10.1016 / j.apgeochem.2006.08.013.
  15. ^ «Долговременная стойкость цианидов в окружающей среде шахтных отходов», Б. Ярар, Колорадская школа горнодобывающей промышленности, хвостохранилищ и шахтных отходов '02, Swets & Zeitlinger ISBN  90-5809-353-0, стр.197 (Google Книги )
  16. ^ Новости BBC BBC: «Цианид просачивается в реки PNG» 23 марта 2000 г.
  17. ^ Уилсон, Т. La politica es la politica: «Сможет ли First Majestic устранить разливы цианида после разлива?» 21 апреля 2018.
  18. ^ La Brooy, S.R .; Linge, H.G .; Уокер, Г.С. (1994). «Обзор добычи золота из руд». Минерал Инжиниринг. 7 (10): 1213–1241. Дои:10.1016/0892-6875(94)90114-7.
  19. ^ Гражданская инициатива запрещает добычу цианида в штате Монтана, США В архиве 21 октября 2007 г. Wayback Machine
  20. ^ Законопроект Сената 2001 года 160 относительно использования цианида в горнодобывающей промышленности.
  21. ^ «Сенат Чехии запрещает использование цианида в золотодобыче». Nl.newsbank.com. 2000-08-10. Получено 2013-01-03.
  22. ^ Zöld siker: törvényi tilalom a cianidos bányászatra! В архиве 21 июля 2011 г. Wayback Machine
  23. ^ Международный майнинг - Еврокомиссия отклоняет предложенный запрет на использование цианида в добывающей промышленности, Июль, 2010
  24. ^ Директива Совета 96/82 / ЕС от 9 декабря 1996 г. о контроле за опасностями крупных аварий, связанных с опасными веществами. Изменения см. В сводной версии.
  25. ^ Директива Совета 82/501 / EEC от 24 июня 1982 г. об опасностях крупных аварий при определенных видах промышленной деятельности. Не в силе.
  26. ^ Директива Совета 80/68 / EEC от 17 декабря 1979 г. о защите подземных вод от загрязнения, вызываемого некоторыми опасными веществами. Не в силе.
  27. ^ Директива 2000/60 / ЕС Европейского парламента и Совета от 23 октября 2000 г., устанавливающая рамки для действий Сообщества в области водной политики ( Рамочная директива по воде). Изменения см. В сводной версии.
  28. ^ Директива 2006/21 / EC Европейского парламента и Совета от 15 марта 2006 г. об управлении отходами добывающей промышленности. Изменения см. В сводной версии.
  29. ^ ICMI www.cyanidecode.org Международный кодекс управления цианидами при производстве, транспортировке и использовании цианида в производстве золота

внешняя ссылка