Очистка товарного электролита от примесей цветных металлов после десорбции золота с активированного угля

В настоящее время одной из наиболее важных задач цветной металлургии является оптимизация извлечения благородных металлов из упорных руд и концентратов. С изменением качества перерабатываемого золоторудного сырья, а также возросшими в последние годы требованиями к комплексности его использования необходимость решения данной задачи становится еще более актуальной.

Сейчас в процессах сорбционного выщелачивания золота в качестве сорбента широкое распространение получил активированный уголь. Одна из фабрик Олимпиадинского ГОКа работает по CIP-технологии [1] (уголь в пульпе), при этом в фазу сорбента переходит не только золото, но и ряд металлов-примесей, таких как никель, медь, цинк. В процессе десорбции цветные металлы десорбируются в раствор элюата вместе с золотом и, как следствие, при электролитическом выделении металла соосаждаются в катодный осадок, снижая его качество.

Попытки снизить содержание цветных металлов в электролите предварительной отмывкой насыщенного угля соляной кислотой приводили к удалению, в лучшем случае, до 50 % суммы примесей [2].

При проведении десорбции с активированного угля комплексы золота и металлов-примесей элюируются раствором щелочи [2]. Введение в раствор электролита перекиси водорода позволяет разрушить цианистые комплексы цветных металлов с образованием цианатов и нерастворимых соединений – гидроксидов [3]. Цианаты в конечном счете образуют аммоний и карбонат [4]:

[Cu(CNM2- + 4H2O2 + 2OH- = 4CNO- + Cu(OHM + 4H2O,(1)

[Ni(CNM2- + 4H2O2 + 2OH- = 4CNO- + Ni(OHM + 4H2O,(2)

Zn(CN)4]2- + 4H2O2 + 2OH- = 4CNO- + Zn(( )1 D_ + 4H2O,(3)

CNO- + 2H2O = NH4+ + CO32-.(4)

Цианистый комплекс золота (К у = 5-10³⁹) не разрушается под воздействием перекиси водорода и полностью остается в растворе. Изменение устойчивости цианистых комплексов повышается в ряду [5]:

Ni(CN) 4 ^2- (1,840¹⁴) < Zn(CN) 4 ^2- (1,3^10¹⁷) < Cu(CN) 4 ^3- (540³¹) < Au(CN) 2 ^- (5D³⁹).

К преимуществам данного способа относится и то, что он не предполагает введения каких-либо веществ, оказывающих негативное влияние на качество катодного золота.

Цель данной статьи – изучение условий очистки товарного электролита от металлов-примесей при введении в систему окислителя (перекиси водорода).

Методика эксперимента

Исследования проводились на промышленном электролите ЗИФ, отобранном на выходе из десорбера при температуре процесса 100 ° С. Состав электролита представлен в табл. 1.

В ходе экспериментов варьировались следующие показатели:

• -    температура процесса (60, 80 и 100 ° С);

• -    расход реагента окислителя (4, 5, 6 и 8 л/м³), где расход окислителя 4 л/м³ соответствует стехиометрически необходимому количеству на окисление комплексов цветных металлов и свободного цианид-иона, содержащихся в растворе электролита.

В качестве реагента-окислителя использовалась перекись водорода с концентрацией активного вещества 35-40 %.

Проба раствора электролита объемом 100 мл помещалась в колбу и нагревалась до заданной температуры. После чего добавлялся окислитель и включалось перемешивание. Пробы

Таблица 1. Состав электролита

Au, мг/л Ni, мг/л Cu, мг/л Zn, мг/л CN", мг/л 60-70 160-180 40-50 30-40 50-100 электролита отбирали через 1, 3, 5, 15 и 30 мин. Образование осадка контролировалось визуально. Анализ растворов на содержание золота и цветных металлов осуществлялся методами атомно-абсорбционной спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

Результаты

Изменения степени осаждения никеля, меди и цинка при расходе перекиси водорода 4 л/м3 представлены на рис. 1–3.

Как видно из зависимостей на рис. 1, увеличение температуры процесса оказывает влияние на полноту и начальную скорость осаждения никеля из раствора электролита. Изменение температуры с 60 до 100 ° С при расходе окислителя 4 л/м³ позволяет вдвое повысить степень осаждения никеля – с 40 до 80 %. Значение энергии активации процесса осаждения никеля,

Рис. 1. Изменение степени осаждения никеля при обработке электролита перекисью водорода (4 л/м³) при температурах 60, 80, 100 ° С

Рис. 2. Изменение степени осаждения меди при обработке электролита перекисью водорода (4 л/м³) при температурах 60, 80, 100 ° С

Рис. 3. Изменение степени осаждения цинка при обработке электролита перекисью водорода (4 л/м³) при температурах 60, 80, 100 ° С

Рис. 4. Изменение степени осаждения никеля при обработке электролита перекисью водорода (8 л/м3) при температурах 60, 80, 100 °С определенное по начальным участкам кинетических кривых, составляет 52,1 кДж/моль, что говорит о том, что процесс протекает в кинетической области.

Степень осаждения меди из элюата в меньшей степени зависит от температуры, находится на уровне 50-65 % (рис. 2). Низкая степень осаждения меди связана с низкой концентрацией меди в исходном растворе электролита (40-50 мг/л) и с большей устойчивостью цианистого комплекса меди по сравнению с комплексом никеля.

Степень осаждения цинка, как видно из кинетических кривых рис. 3, не зависит от температуры процесса и остается на уровне 40 %.

Концентрация золота в растворе неизменна в течение всего процесса осаждения примесей.

При повышении расхода перекиси водорода до 8 л/м3 установленные закономерности сохраняются (рис. 4–6).

Рис. 5. Изменение степени осаждения меди при обработке электролита перекисью водорода (8 л/м³) при температурах 60, 80, 100 ° С

Рис. 6. Изменение степени осаждения цинка при обработке электролита перекисью водорода (8 л/м³) при температурах 60, 80, 100 ° С

При этом расходе при температурах 80-100 ° С степень осаждения меди и никеля достигает максимальных значений – 99 и 90 % соответственно (рис. 4 и 5). Анализ кинетических кривых свидетельствует, что окисление цианистых комплексов металлов полностью протекает за 2–4 мин после добавления перекиси водорода в систему. Образование осадка гидроксидов цветных металлов в этих условиях начинается сразу после введения Н₂О₂. Скорость фильтрации взвеси, полученной в результате осаждения примесей, достаточно высока. Цвет осадка зеленый, что свидетельствует о преобладании соединения никеля в осадке, что подтверждает химический анализ (табл. 2). Золото в осадке не обнаружено.

Степень осаждения цинка из элюата при увеличении расхода окислителя в два раза увеличивается на 20 % и также не зависит от температуры (рис. 6).

Сопоставление вышеприведенных данных позволяет сделать вывод: при минимальном расходе окислителя (4 л/м³) увеличение температуры способствует повышению степени – 748 –

Таблица 2. Состав осадка гидроксидов

Ni, % масс.	Cu, % масс.	Zn, % масс.
27,95	0,58	1,10

а

б

Рис. 7. Изменение степени осаждения никеля при температуре 80 °C: а - в зависимости от времени при различных расходах перекиси водорода; б – в зависимости от расхода перекиси водорода через 5 и 30 мин ведения процесса осаждения примесей, а при увеличении расхода до 8 л/м3 – скорости осаждения, тогда как полнота осаждения при достаточной продолжительности процесса остается на прежнем уровне.

Изменения степени осаждения цветных металлов в зависимости от расхода перекиси водорода и продолжительности эксперимента показаны на рис. 7–9. Видно, что степень осаждения никеля, меди и цинка существенно зависит от расхода перекиси водорода. Основное количество цветных металлов осаждается в первые 5 мин после введения в систему Н₂О₂ (рис. 7-9 б ). Так, при расходе окислителя 4 л/м³ и температуре ⁸⁰ ° C за первые 5 мин Ni осаждается на ⁷⁹ % относительно значения, полученного через 30 мин, медь - на 82 %, цинк - на 60 %, а при расходе 8 л/м³ к тому же моменту времени степень осаждения Ni изменяется до 99 % относительно значения, полученного через 30 мин, медь – до 98 %, цинк – до 81 %.

Так как основной примесью, влияющей на качество катодного осадка при электролитическом получении золота, служит никель, то оптимальным расходом перекиси водорода, позволяющим наиболее быстро и полно осадить примеси цветных металлов, является расход 8 л/м³. При этом расходе степень очистки от никеля достигает 99%, от меди – 90%, от цинка – 65-70%. Эти показатели достигаются при температуре 80 ° C.

Рассмотренный способ предварительной очистки товарного электролита от металлов-примесей позволяет на стадии электролиза получать металл более высокого качества, при этом цветные металлы доизвлекаются из промпродукта, образующегося на стадии очистки, что позволяет решить вопрос комплексного использования сырья.

а

б

Рис. 8. Изменение степени осаждения меди при температуре 80 ° С: а - в зависимости от времени при различных расходах перекиси водорода; б – в зависимости от расхода перекиси водорода через 5 и 30 мин ведения процесса

а

б

Рис. 9. Изменение степени осаждения цинка при температуре 80 ° С: а - в зависимости от времени при различных расходах перекиси водорода; б – в зависимости от расхода перекиси водорода через 5 и 30 мин ведения процесса

Выводы

• 1.    Установлено, что извлечение металлов-примесей из раствора электролита повышается с увеличением расхода реагента-окислителя, при этом оптимальное количество H₂O₂ (8 л/м³) соответствует двукратному избытку от стехиометрии.

• 2.    Показано, что при минимальном расходе окислителя (4 л/м³) увеличение температуры способствует повышению степени осаждения примесей, а при увеличении расхода до 8 л/м³ – скорости осаждения, тогда как полнота осаждения, при достаточной продолжительности процесса, остается на прежнем уровне.

• 3.    Независимо от условий обработки электролита содержание золота в растворе остается постоянным.

• 4.    Установлено, что основное количество примесей осаждается в течение 3–5 мин после добавления окислителя в систему.

• 5.    При оптимальных параметрах ведения процесса осаждения в лабораторных условиях содержание никеля в растворе снижается на 99, меди – на 90, цинка – на 70 %.