Toepassing van actieve kool bij goudwinning

In de goudwinningsindustrie is actieve kool een belangrijk materiaal dat wordt gebruikt om laag-goud uit cyanideoplossingen te adsorberen en te verrijken. De kernfunctie ervan is het selectief verrijken van goudcyanidecomplexen in de grote poriënstructuur door middel van fysieke adsorptie, waardoor een duizend-voudige toename van de massaconcentratie wordt bereikt en de basis wordt gelegd voor daaropvolgend efficiënt herstel.

 

I. Rol van actieve kool bij goudwinning

 

Na het uitlekken van gouderts met cyanide, komt goud in de oplossing voor als goudcyanide-anionen (Au(CN)₂⁻) in doorgaans extreem lage concentraties. Het is economisch een uitdaging om goud rechtstreeks uit dergelijke verdunde oplossingen terug te winnen. Actieve kool, met zijn extreem hoge specifieke oppervlak (ongeveer 1000 m²/g) en specifieke poriënstructuur, wordt een ideaal medium voor het verrijken van goud uit de oplossing.

Bij de industriële productie wordt voornamelijk actieve kool uit kokosnootschalen gebruikt. Het wordt geproduceerd door stoomactivering en heeft voldoende hardheid en slijtvastheid om slijtage in het koolstof-in-pulpproces te weerstaan.

 

II. Goudadsorptiemechanisme: Ionenpaar Goudcyanide-anionen zijn negatief geladen, terwijl het oppervlak van actieve kool elektrisch neutraal is, dus directe adsorptie is niet mogelijk. Goudadsorptie is afhankelijk van de vorming van "ionenparen". Calciumionen (Ca²⁺, meestal uit toegevoegde kalk) in de oplossing combineren met twee goudcyanide-anionen om elektrisch neutrale calcium-goudcyanide-ionenparen te vormen: Ca[Au(CN)₂]₂. Deze neutrale ionenparen worden fysiek geadsorbeerd op de porieoppervlakken van actieve kool door middel van van der Waals-krachten.

Dit is een omkeerbaar dynamisch evenwichtsproces. Er bestaat een overeenkomstige relatie tussen de goudconcentratie in de oplossing en de goudbelasting op de actieve kool. Om de goudconcentratie in de oplossing voortdurend te verlagen en de goudbelasting op de koolstof te vergroten, wordt een tegenstroomcontactmethode toegepast: de goud-dragende pulp stroomt opeenvolgend door een reeks adsorptietanks, terwijl de actieve kool in de tegenovergestelde richting beweegt. Vanuit de laatste tank wordt verse koolstof toegevoegd en stroomt naar de eerste tank met de hoogste goudconcentratie; de pulp stroomt van de eerste tank naar de laatste tank. Op deze manier kan de goudconcentratie in de residuen die uit de laatste tank worden afgevoerd, worden teruggebracht tot een extreem laag niveau, terwijl de met goud-geladen koolstof die uit de eerste tank wordt gehaald een hoge laadcapaciteit bereikt.

III. Belangrijkste factoren die de efficiëntie van de goudadsorptie beïnvloeden De goudadsorptie-efficiëntie wordt beïnvloed door verschillende operationele en chemische omstandigheden.

 

1. Fysische omstandigheden: De pulpdichtheid moet dicht bij de natte dichtheid van actieve kool liggen (ongeveer 1,3-1,5 t/m³) om een ​​uniforme suspensie van koolstofdeeltjes te garanderen en sedimentatie of drijven te voorkomen. Adequaat roeren kan de dikte van de vloeistofgrenslaag op het oppervlak van koolstofdeeltjes verminderen en de massaoverdracht en diffusie van goud in de koolstofdeeltjes versnellen.

 

2. Eigenschappen van actieve kool: Een kleinere koolstofdeeltjesgrootte is gunstig voor het versnellen van de adsorptiekinetiek, maar vergroot de moeilijkheid van screening en herstel. Industrieel gezien is het algemeen gebruikte deeltjesgroottebereik 1-3 millimeter (bijvoorbeeld 6×12 mesh of 8×16 mesh). De hardheid van koolstof is van cruciaal belang, omdat het bestand moet zijn tegen slijtage tijdens roer-, pomp- en regeneratieprocessen. Kokosnootkoolstof presteert in dit opzicht uitstekend.

 

3. Concurrerende adsorptie en gifstoffen: dit is een sleutelprobleem dat van invloed is op het herstelpercentage.

- Organische gifstoffen: organische stoffen zoals flotatiereagentia (bijv. xanthaten), smeeroliën en humuszuren concurreren met goud om adsorptieplaatsen en kunnen zelfs poriën verstoppen. Bepaalde flotatiereagentia kunnen de adsorptieactiviteit van actieve kool met meer dan 60% verminderen. Deze organische gifstoffen worden voornamelijk verwijderd via daaropvolgende thermische regeneratiestappen.

- Anorganische gifstoffen: voornamelijk cyanidecomplexen van andere metalen (bijv. koper, nikkel, zilver). Ze kunnen ook ionenparen vormen die moeten worden geadsorbeerd en die actieve plaatsen bezetten. Er moet speciale aandacht worden besteed aan de impact van koper. De cyanidevorm in de oplossing verandert met de pH en wordt gemakkelijker geadsorbeerd als de pH lager is dan 10,5. De meeste anorganische vergiften kunnen worden verwijderd door zuurwassen.

- Schaalvorming: Tijdens het CIP-proces kunnen calciumionen en carbonaat precipitaten zoals calciumcarbonaat (CaCO₃) vormen op het oppervlak van actieve kool. Deze schaallagen worden voornamelijk afgezet en blokkeren de ingangen van mesoporiën en macroporiën van koolstofdeeltjes, waardoor de diffusie van goud in microporiën wordt belemmerd. Regelmatig zuur wassen kan deze kalklagen effectief verwijderen.

 

4. Oplossing Chemische omgeving:

- pH- en cyanideconcentratie: Industrieel wordt de pH gewoonlijk tussen 10 en 11 gehouden om de vorming van giftig HCN-gas onder controle te houden. Voldoende vrije cyanideconcentratie is een noodzakelijke voorwaarde om de effectieve oplossing en stabiliteit van goud te garanderen.

- Temperatuur: Goudadsorptie is een exotherm proces, dus lagere temperaturen zijn bevorderlijk voor adsorptie. Veel fabrieken behalen in koude seizoenen vaak hogere herstelpercentages. Het daaropvolgende desorptieproces vereist daarentegen hoge temperaturen.

- Ionische sterkte: De aanwezigheid van aardalkalimetaalionen zoals calcium en magnesium is noodzakelijk voor de vorming van goudcyanide-ionenparen.

 

IV. Desorptie: goud desorberen uit actieve kool De met goud-geladen koolstof geadsorbeerd met goud met een hoge- concentratie moet een desorptiebehandeling (elutiebehandeling) ondergaan om het goud terug te brengen naar de oplossing voor elektrolytische zuivering.

 

Het basisprincipe van desorptie is het creëren van omstandigheden die ongunstig zijn voor adsorptie en het omkeren van het adsorptieproces. Industrieel worden hoofdzakelijk twee volwassen processen toegepast: de AARL-methode en de Zadra-methode. Beide zijn gebaseerd op de volgende stappen:

1. Bij hoge temperatuur wordt een oplossing van natriumionen (van natriumhydroxide) met een hoge- concentratie gebruikt om calciumionen in de goudcyanide-ionenparen te vervangen door natriumionen door middel van ionenuitwisseling, waardoor minder stabiele natrium-goudcyanide-ionenparen worden gevormd.

2. Hoge temperaturen bevorderen de ontbinding van onstabiele natrium-goudcyanide-ionenparen, en goudcyanide-anionen komen vanaf het oppervlak van actieve kool weer in de oplossing vrij.

Het belangrijkste verschil tussen de twee ligt in de procescombinatie: de AARL-methode is een batchbewerking en de oplossing die rijk is aan gedesorbeerd goud- (zwangere oplossing) wordt naar een onafhankelijke elektrolysewerkplaats gestuurd; De Zadra-methode verbindt de desorptiekolom en de elektrolytische cel in serie om een ​​gesloten-luscyclus te vormen, waarbij desorptie en elektrolyse tegelijkertijd worden gerealiseerd. Ongeacht de toegepaste methode is het doel om het goudgehalte van de magere koolstof die naar het adsorptiecircuit wordt teruggevoerd te verlagen tot minder dan ongeveer 50 gram per ton om de adsorptiecapaciteit ervan te herstellen.

 

V. Hoofdprocesstromen: CIP, CIL en Pumpcell

 

Er zijn drie hoofdvormen van goudextractieprocessen met actieve kool:

Koolstof in pulp (CIP): Het erts voltooit eerst het grootste deel van de goudoplossing via onafhankelijke cyanide-uitloogtanks, en vervolgens komt de pulp in een reeks adsorptietanks voor goudadsorptie. De pulp stroomt naar voren en de actieve kool wordt in tegenstroom getransporteerd. De "verrijkingsratio" (verhouding van goud-geladen koolstofkwaliteit tot voedingsoplossing van goudkwaliteit) is gewoonlijk 1000-1200.

Carbon in Leach (CIL): Uitloging en adsorptie worden gecombineerd en gelijktijdig uitgevoerd in dezelfde serie tanks. Dit proces is met name geschikt voor ertsen die "goud-roofende" stoffen bevatten (andere stoffen die goud kunnen adsorberen), omdat actieve kool daarmee kan concurreren om het opgeloste goud te beschermen. Vanwege de lage goudconcentratie in de oplossing wanneer de uitloging onvolledig is, is echter gewoonlijk een grotere inventaris van actieve kool vereist en is de verrijkingsverhouding doorgaans 800-1000.

 

Pumpcell-proces: hanteert een werkingsmodus die lijkt op een "draaimolen-go-". Tegenstroom wordt bereikt door het pulpaanvoerpunt en het afvalafvoerpunt regelmatig te roteren zonder dat de koolstofpulp fysiek hoeft te worden verplaatst. Deze methode vermindert terugmenging, beheert koolstof in batches, kan een hogere verrijkingsverhouding bereiken (1500-2500 of hoger) en heeft een compacter apparatuurvolume.

De proceskeuze hangt af van verschillende factoren, zoals ertseigenschappen, ontwerpschaal, investeringen en bedrijfskosten.

 

VI. Procesmonitoring en balans De stabiele werking van een CIP/CIL-installatie is afhankelijk van de monitoring van belangrijke parameters, die hoofdzakelijk worden geëvalueerd aan de hand van twee "aspecten":

 

- Goudconcentratie in oplossing: controleer het goudgehalte in de oplossing bij de uitlaat van elke adsorptietank, die een significante stap-stap-stapsgewijze neerwaartse trend zou moeten vertonen.

- Goudconcentratie in goud-geladen koolstof: controleer de goudlading actieve kool in elke adsorptietank, die een stap{2}}voor-stapsgewijze neerwaartse trend van voor naar achter zou moeten laten zien.

Regelmatige analyse van deze aspecten, gecombineerd met tests van de adsorptiekinetische snelheid (activiteit) van actieve kool, kan de fabriek helpen tijdig problemen te identificeren, zoals gifaccumulatie, verminderde apparatuurefficiëntie of operationele onbalans, waardoor het optimale goudwinningspercentage behouden blijft.

Actieve kool speelt een onvervangbare rol bij het winnen van goud. Van het basisprincipe van het adsorberen van goudcyanide-ionenparen, tot het aanpakken van de praktische uitdagingen van organische en anorganische vergiften en aanslag, tot het terugwinnen van desorptie en processelectie: het hele proces vormt een complex en efficiënt technisch systeem. Een diepgaand begrip en nauwkeurige controle van de eigenschappen van actieve kool, procesomstandigheden en systeembalans vormen de kern van het bereiken van efficiënt en economisch goudherstel.