Влияние концентрации тиокарбамида, ионов меди на тиокарбамидное выщелачивание золота и серебра

На протяжении более ста лет гидрометаллургия золота основана на применении цианистого процесса, посредством которого извлекается из руд около 70% металла в мире. Преимущество данного процесса заключается в простоте и быстроте кинетической активности вышелачивания, а также легкости востановления. Однако при всех своих достоинствах цианистый процесс характеризуется и весьма существенным недостатком, а именно: неэффективность выщелачивания золотосодержащих руд с высокой концентрацией меди, высокая стоимость обезвреживания циансодержащих стоков [1, 2].

Рядом ученых была изучена кинетика тиокарбамидного растворения золота с помощью метода вращающегося диска и установлена скорость его растворения в тиокарбамидном растворе [3]. Исследование кинетики растворения золота и серебра показало, что с возрастанием продолжительности процесса наблюдается увеличение растворимости золота и серебра в тиокарбамидном растворе. При тиокарбамидном выщелачивании золота кинетические кривые были линейны, скорость растворения вычисляли обычным способом [4-5]. В случае, если концентрация продукта реакции далека от насыщения, метод вращающегося диска позволяет рассчитывать удельную скорость растворения, не зависящую от общего объема раствора.

В работе было изучено влияние концентрации тиокарбамида, продолжительности процесса и примеси металлов на скорость растворения золота и серебра.

Результаты исследования

Влияние концентрации тиокарбамида на выщелачивание золота и серебраю. Рассматривая полученные данные по исследованию кинетики растворения золота и серебра, можно отметить, что с возрастанием продолжительности процесса наблюдается увеличение растворимости золота и серебра в тиокарбамидном растворе (рис. 1). Количество растворенного компонента рассчитывали с учетом изменения привеса электрода. Для расчета скорости растворения металлов в диффузионном режиме использовано уравнение V=(1/A∙S)∙dm/dt, где V- скорость растворения металла, моль∙см^-2∙с^-1; A-атомная масса металлов, г/моль; S – поверхность диска, см²; m – масса электрода, г; τ – продолжительность растворения, сек. В сернокислой среде при концентрации тиокарбамида 0,08 М, окислителя (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) 0.005 М, константа скорости растворения золота составляет 5,79∙10^-8 моль∙см^-2∙с^-1, а серебра 1,5∙10^-8 моль∙см^-2∙с^-1.

Рис. 1. Зависимость растворения золота и серебра от концентрации тиокарбамида

По мере увеличения концентрации тиокарбамида в растворе наблюдается интенсивное растворение серебра. Так, при достижении концентрации тиокарбамида 0,2 М, растворение золота становится устойчивым. В дальнейшем уменьшается растворение, что, по-видимому, связано с образованием на поверхности золота тонкой пленки серы. При тиокарбамидном выщелачивании золота необходимо уделять особое внимание установлению соотношения между количеством тиокарбамида и золота, содержащимся в рудном сырье [6].

В процессе тиокарбамидного растворения серебра и золота продуктом первичного окисления тиокарбамида является формамидиндисульфид, который на второй стадии окисления образует свободную серу (уравн. 1, 2). Именно это и вызывает уменьшение скорости растворения [7-9].

2CS(NH 2 ) 2 ⇔ [CS(NH) (NH 2 )] 2 +2H⁺+2e^- (1) [CS(NH) (NH 2 )] 2 ⇔ 2CS(NH 2 ) 2 +H 2 NCN+S⁰ (2)

Причина интенсивного растворения серебра с увеличением концентрации тиокарбамида заключается в том, что серебро, взаимодействуя с серой, образует сульфид серебра, который в дальнейшем вступает в реакцию с тиокарбамидом и в виде сероводорода отделяется от системы. Это вызывает резкое смещение равновесия вправо (уравн. 3, 4).

2Ag+S ⇔ Ag 2 S (3)

Ag 2 S+6CS(NH 2 ) 2 +2H⁺ ⇔ 2[Ag(CS(NH 2 ) 2 ) 3 ]⁺+H 2 S ↑ (4)

Влияние меди на тиокарбамидное выщелачивание золота и серебра. Ранее было показано, что выщелачивание золота и серебра раствором тиокарбамида должно осуществляться в кислой среде, так как тиокарбамидные комплексы золота и серебра устойчивы лишь до рН<4. Это обстоятельство исключает возможность применения данного процесса для извлечения золота и серебра из рудного сырья, содержащего значительные количества основных окислов (MgO, Al 2 O 3 , CaO) из-за высокого расхода кислоты. Тиокарбамидная технология применима для переработки кварцсодержащих и серосодержащих руд и руд цветных металлов. Концентрация сопутствующих металлов, особенно концентрация меди по разному влияет на этот процесс.

Было изучено влияние иона Cu²⁺ на системы Au-SC(NH 2 ) 2 -H 2 SO 4 , Ag-SC(NH 2 ) 2 –H 2 SO 4 в пределах значений концентраций 0,16-0,48 mM. Введение в раствор ионов Cu²⁺ в количестве 0,16-0,48 mM способствует повышению извлечения золота. Скорость его растворения составляет 7,3∙10^-8 моль∙см^-2 ∙с^-1 а скорость растворения серебра 2∙10^-8 моль∙см^-2∙с^-1, соответственно.

m=f(t)

Рис. 2. Зависимость влияния концентрации ионов меди на выщелачивание золота

Введение в раствор небольших количеств (1,6∙10^-4-4,8∙10^-4 М) ионов Cu²⁺ увеличивает, а 1,6 ⋅ 10^-3 М количеств ионов Cu²⁺ понижает скорость растворения золота (рис. 2, табл. 1). Введение в раствор небольших количеств ионов Cu²⁺(4,8 ⋅ 10^-4 М) увеличивает, а концентрация ионов Cu²⁺ выше 3,2 ⋅ 10^-3 М понижает скорость растворения серебра (рис. 3, табл. 2).

Выводы

Изучена кинетика и влияния иона меди на тиокарбамидное растворение Au и Ag. Установлено, что влияния ионов главным образом зависит от их содержания в руде. При концентрации тиокарбамида 0,08 M и 0.005 М ионов железа (III) введение в раствор небольших количеств (016-048 mM) ионов Cu2+ увеличивает скорость растворения Au и Ag в 0,08-6 раз.

Таблица 1

Влияние концентрации ионов меди на выщелачивание золота

Рис. 3. Влияние концентрации ионов меди на выщелачивание серебра

t, сек	Без Сu	Сu 1,6∙10-4 М	Без Сu	Сu 1,6∙10-4 М	V 1 /V 0
	Δ m 0 , мг	Δ m 1 , мг	V 0 ∙10-8 , мол∙см-2∙с-1	V 1 ∙10-8 мол∙см-2∙с-1
600	-1,9	-2,4	5,7	1,8	0,32
900	-2	-4,8	0,6	3,6	6,0
1200	-3 4	-5 3	84	07	0,08
1500	-4,8	-6Д	8,4	1,2	0,14

1   ♦    11,6*10^-4 M Cu

—■—4.8*10^-4 M Cu

1.6*10^-3 M Cu

—■—3.2*10^-3 M Cu

—*—4.8*10^-3 M Cu

•   0 M Cu

Е S' <

Таблица 2

t, сек	Без Cu	Сu2+ 4,8∙10-4 М	Без Cu	Сu2+ 1,6∙10-4 М	V 1 /V 0
	A m0, мг	A m i , мг	V 0 ∙10-8 , мол∙см-2∙с-1	V 1 ∙10-8 мол∙см-2∙с-1
600	-1,3	-2	1,2	1,8	1,54
900	-2,4	-4	2,0	3,7	1,81
1200	-3,2	-4,3	1,5	0,5	0,37
1500	-3,8	-5,4	1,1	2,0	1,83

Влияние концентрации ионов меди на выщелачивание серебра