Uporaba aktivnega oglja pri pridobivanju zlata

V industriji pridobivanja zlata je aktivno oglje ključni material, ki se uporablja za adsorpcijo in obogatitev zlata z nizko-koncentracijo iz raztopin cianida. Njegova glavna funkcija je selektivno obogatitev zlatih cianidnih kompleksov v njegovi strukturi velikih por s fizično adsorpcijo, s čimer doseže tisoč-kratno povečanje masne koncentracije in postavi temelje za poznejšo učinkovito predelavo.

 

I. Vloga aktivnega oglja pri pridobivanju zlata

 

Po izpiranju zlate rude s cianidom je zlato v raztopini v obliki zlatih cianidnih anionov (Au(CN)₂⁻) v običajno izjemno nizkih koncentracijah. Neposredno pridobivanje zlata iz tako razredčenih raztopin je ekonomsko zahtevno. Aktivno oglje s svojo izjemno visoko specifično površino (približno 1000 m²/g) in specifično strukturo por postane idealen medij za obogatitev zlata iz raztopine.

V industrijski proizvodnji se uporablja predvsem aktivno oglje iz kokosovih lupin. Proizvaja se z aktivacijo s paro in ima zadostno trdoto in odpornost proti obrabi, da prenese obrabo v procesu ogljika-v-pulpi.

 

II. Mehanizem za adsorpcijo zlata: Ionski par Zlati cianidni anioni so negativno nabiti, medtem ko je površina aktivnega oglja električno nevtralna, zato neposredna adsorpcija ni mogoča. Adsorpcija zlata temelji na tvorbi "ionskih parov". Kalcijevi ioni (Ca²⁺, običajno iz dodanega apna) v raztopini se združijo z dvema anionoma zlatega cianida, da tvorijo električno nevtralne pare kalcijevih-zlatih cianidnih ionov: Ca[Au(CN)₂]₂. Ti nevtralni ionski pari se fizično adsorbirajo na površine por aktivnega oglja s pomočjo van der Waalsovih sil.

To je reverzibilen proces dinamičnega ravnovesja. Obstaja ustrezna povezava med koncentracijo zlata v raztopini in obremenitvijo zlata na aktivnem oglju. Za nenehno zmanjševanje koncentracije zlata v raztopini in povečanje obremenitve zlata na ogljiku je uporabljena protitočna kontaktna metoda: zlato-vsebujoča celuloza zaporedno teče skozi niz adsorpcijskih rezervoarjev, medtem ko se aktivno oglje premika v nasprotni smeri. Svež ogljik se doda iz zadnjega rezervoarja in teče v prvi rezervoar z najvišjo koncentracijo zlata; pulpa teče iz prvega rezervoarja v zadnji rezervoar. Na ta način se lahko koncentracija zlata v jalovini, izpuščeni iz zadnjega rezervoarja, zmanjša na izjemno nizko raven, medtem ko ogljik, napolnjen z zlatom,-odvzet iz prvega rezervoarja, doseže visoko nosilnost.

III. Glavni dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost adsorpcije zlata Na učinkovitost adsorpcije zlata vplivajo različni delovni in kemični pogoji.

 

1. Fizični pogoji: Gostota celuloze mora biti blizu mokre gostote aktivnega oglja (približno 1,3-1,5 t/m³), da se zagotovi enakomerna suspenzija delcev ogljika in prepreči sedimentacija ali lebdenje. Ustrezno mešanje lahko zmanjša debelino tekoče mejne plasti na površini delcev ogljika in pospeši prenos mase in difuzijo zlata v delce ogljika.

 

2. Lastnosti aktivnega oglja: Manjša velikost delcev ogljika je koristna za pospešitev kinetike adsorpcije, vendar otežuje presejanje in predelavo. V industriji je običajno uporabljen obseg velikosti delcev 1–3 milimetre (npr. 6×12 mesh ali 8×16 mesh). Trdota ogljika je ključnega pomena, saj mora prenesti obrabo med mešanjem, črpanjem in procesi regeneracije. Karbon iz kokosovih lupin se pri tem odlično obnese.

 

3. Konkurenčna adsorpcija in strupi: To je ključno vprašanje, ki vpliva na stopnjo okrevanja.

- Organski strupi: Organske snovi, kot so flotacijski reagenti (npr. ksantati), mazalna olja in huminske kisline tekmujejo z zlatom za adsorpcijska mesta in lahko celo zamašijo pore. Nekateri flotacijski reagenti lahko zmanjšajo adsorpcijsko aktivnost aktivnega oglja za več kot 60 %. Ti organski strupi se v glavnem odstranijo z naknadnimi stopnjami toplotne regeneracije.

- Anorganski strupi: predvsem cianidni kompleksi drugih kovin (npr. bakra, niklja, srebra). Prav tako lahko tvorijo ionske pare, ki se adsorbirajo in zasedejo aktivna mesta. Posebno pozornost je treba nameniti vplivu bakra. Njegova cianidna oblika v raztopini se spreminja s pH in se lažje adsorbira, ko je pH pod 10,5. Večino anorganskih strupov je mogoče odstraniti s spiranjem s kislino.

- Nabiranje vodnega kamna: Med postopkom CIP lahko kalcijevi ioni in karbonat tvorijo oborino, kot je kalcijev karbonat (CaCO₃), na površini aktivnega oglja. Te plasti lusk se večinoma nalagajo in blokirajo vhode v mezopore in makropore ogljikovih delcev, kar ovira difuzijo zlata v mikropore. Redno pranje s kislino lahko učinkovito odstrani te plasti vodnega kamna.

 

4. Kemijsko okolje raztopine:

- pH in koncentracija cianida: V industriji se pH običajno vzdržuje med 10–11, da se nadzoruje nastajanje strupenega plina HCN. Zadostna koncentracija prostega cianida je nujen pogoj za zagotovitev učinkovitega raztapljanja in stabilnosti zlata.

- Temperatura: adsorpcija zlata je eksotermni proces, zato so nižje temperature ugodne za adsorpcijo. Številne tovarne pogosto dosežejo višje stopnje predelave v hladnih sezonah. Nasprotno pa kasnejši proces desorpcije zahteva visoke temperature.

- Ionska moč: Prisotnost ionov zemeljskoalkalijskih kovin, kot sta kalcij in magnezij, je nujna za tvorbo parov zlatih cianidnih ionov.

 

IV. Desorpcija: desorpcija zlata iz aktivnega oglja Zlato-nabit ogljik, adsorbiran z visoko-koncentracijo zlata, mora biti podvržen desorpcijski (elucijski) obdelavi, da se zlato prenese nazaj v raztopino za elektrolitsko čiščenje.

 

Osnovno načelo desorpcije je ustvariti razmere, neugodne za adsorpcijo, in obrniti proces adsorpcije. Industrijsko se uporabljata predvsem dva zrela procesa: metoda AARL in metoda Zadra. Oba temeljita na naslednjih korakih:

1. Pri visoki temperaturi se raztopina natrijevega iona (iz natrijevega hidroksida) z visoko-koncentracijo uporabi za zamenjavo kalcijevih ionov v ionskih parih zlatega cianida z natrijevimi ioni prek ionske izmenjave, pri čemer nastanejo manj stabilni pari natrijevega-zlatega cianidnega iona.

2. Visoka temperatura spodbuja razgradnjo nestabilnih parov natrijevega-zlatega cianidnega iona in anioni zlatega cianida se sprostijo nazaj v raztopino s površine aktivnega oglja.

Glavna razlika med obema je v kombinaciji postopka: metoda AARL je šaržna operacija in desorbirana raztopina,-bogata z zlatom (nosečna raztopina), se pošlje v neodvisno delavnico za elektrolizo; metoda Zadra povezuje desorpcijsko kolono in elektrolitsko celico zaporedno, da tvori zaprt{1}}cikel zanke, ki hkrati izvajata desorpcijo in elektrolizo. Ne glede na uporabljeno metodo je cilj zmanjšati vsebnost zlata v pustem ogljiku, vrnjenem v adsorpcijski krog, pod približno 50 gramov na tono, da se obnovi njegova adsorpcijska sposobnost.

 

V. Glavni procesni tokovi: CIP, CIL in Pumpcell

 

Obstajajo tri glavne oblike postopkov ekstrakcije zlata z aktivnim ogljem:

Ogljik v celulozi (CIP): ruda najprej zaključi večino raztapljanja zlata skozi neodvisne rezervoarje za izpiranje s cianidom, nato pa celuloza vstopi v niz adsorpcijskih rezervoarjev za adsorpcijo zlata. Celuloza teče naprej, aktivno oglje pa se prenaša protitočno. Njegovo "razmerje obogatitve" (razmerje med vsebnostjo ogljika-z zlatom in vsebnostjo zlata v napajalni raztopini) je običajno 1000–1200.

Ogljik v izluževanju (CIL): Izpiranje in adsorpcija sta kombinirana in izvedena hkrati v isti seriji rezervoarjev. Ta postopek je še posebej primeren za rude, ki vsebujejo "zlato-ropajoče" snovi (druge snovi, ki lahko adsorbirajo zlato), ker lahko aktivno oglje tekmuje z njimi za zaščito raztopljenega zlata. Vendar pa je zaradi nizke koncentracije zlata v raztopini, ko je luženje nepopolno, običajno potrebna večja zaloga aktivnega oglja, razmerje obogatitve pa je običajno 800-1000.

 

Pumpcell Process: Sprejema način delovanja, podoben "vesi-go-round". Protitok se doseže z rednim vrtenjem dovodne točke celuloze in točke odvajanja jalovine brez potrebe po fizičnem premikanju ogljikove celuloze. Ta metoda zmanjšuje povratno mešanje, upravlja ogljik v serijah, lahko doseže višje razmerje obogatitve (1500-2500 ali več) in ima bolj kompaktno prostornino opreme.

Izbira postopka je odvisna od različnih dejavnikov, kot so lastnosti rude, obseg načrtovanja, naložbe in obratovalni stroški.

 

VI. Spremljanje in ravnotežje procesa Stabilno delovanje CIP/CIL naprave temelji na spremljanju ključnih parametrov, ki se v glavnem ocenjujejo skozi dva "vidika":

 

- Koncentracija zlata v raztopini: spremljajte vsebnost zlata v raztopini na izhodu iz vsake adsorpcijske posode, ki bi morala pokazati znaten-za-korak padajoči trend.

- Koncentracija zlata v ogljiku, polnjenem z zlatom-: spremljajte količino zlata v aktivnem oglju v vsaki adsorpcijski posodi, ki bi morala pokazati-za-korak padajoči trend od spredaj nazaj.

Redna analiza teh vidikov v kombinaciji s testi kinetične hitrosti (aktivnosti) adsorpcije aktivnega oglja lahko pomaga obratu pravočasno prepoznati težave, kot so kopičenje strupov, zmanjšana učinkovitost opreme ali operativno neravnovesje, s čimer se ohrani optimalna stopnja pridobivanja zlata.

Aktivno oglje igra nenadomestljivo vlogo pri pridobivanju zlata. Od osnovnega principa adsorpcije parov zlatih cianidnih ionov, do reševanja praktičnih izzivov organskih in anorganskih strupov in nabiranja vodnega kamna, do rekuperacije desorpcije in izbire postopka, celoten postopek predstavlja kompleksen in učinkovit tehnični sistem. Poglobljeno- razumevanje in natančen nadzor lastnosti aktivnega oglja, procesnih pogojev in ravnovesja sistema sta jedro doseganja učinkovitega in ekonomičnega pridobivanja zlata.