II. 2. 3. Переработка руд и концентратов

БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Одним из самых распространенных благородных металлов является золото. Золото (Au) - металл желтого цвета с плотностью 19300 кг/м³ и температурой плавления 1063 °С. Прежде всего, это валютный металл, кроме того, золото, из-за своих уникальных физических и химических свойств, широко используется в приборостроении, в электротехнической, химической и ювелирной промышленности. Цена золота в настоящее время составляет около 12 долларов/г, мировая добыча 1100-1200 т/год.

Основными источниками получения золота являются коренные и россыпные золотые руды, а также полупродукты цветной металлургии. Доминирующую роль играют коренные руды. В этих рудах золото представлено мелкими включениями металлического золота, как правило, с небольшой примесью других металлов (серебро, медь, железо, платина и др.). В зависимости от крупности включений золото по-разному ведет себя на различных технологических переделах: крупное золото (d > 70 мкм) хорошо вскрывается при измельчении, хорошо извлекается гравитационными способами обогащения и амальгамируется, плохо флотируется и плохо цианируется; мелкое золото (5 < d < 70 мкм) вскрывается при измельчении, плохо амальгамируется и плохо извлекается гравитацией, хорошо флотируется и цианируется; тонкодисперсное золото (d < 5 мкм) не вскрывается при измельчении и не извлекается традиционными способами. В коренных рудах преобладает мелкое золото. При переработке коренной золотой руды обычно крупное золото извлекают гравитационным обогащением и амальгамацией, а мелкое - цианированием. Содержание золота в руде составляет 8-15 г/т. Для вскрытия золота руду дробят и измельчают до крупности ~90 % класса -0,074 мм.

Задача гравитационного обогащения - вывести из процесса крупное золото. В классическом узле измельчения мельница - классификатор крупные золотины, которые не изменяют своей массы во время измельчения, так как золото ковкий металл, будут накапливаться в песках классификатора. Для вывода крупного золота обычно на разгрузке мельниц предусматривается гравитационное обогащение, осуществляемое на стандартных гравитационных аппаратах (отсадочные машины, концентрационные столы и др.). В получаемых гравитационных концентратах содержание золота составляет от нескольких сотен граммов до нескольких килограммов на тонну.

Задача амальгамации - извлечь золото из гравитационных концентратов. Осуществляется в амальгамационных бочках (шаровая мельница периодического действия) при помощи жидкой ртути. Амальгамация основана на том, что золото, в отличие от других металлов, хорошо смачивается жидкой ртутью и переходит в амальгаму, которая вследствие высокой плотности легко отделяется от пустой породы. Золотая амальгама - это жидкая ртуть, в которой диспергированы частицы золота. Удаление ртути из полученной амальгамы осуществляется в две стадии. На первой основную массу жидкой ртути отфильтровывают на фильтр-прессах через плотный материал (замшу), на второй стадии остатки ртути удаляют отгонкой в ретортных печах при 720 °С, ртуть при этом переходит в газовую фазу, из которой затем конденсируется. Отделенную ртуть возвращают в процесс, а полученное золото является конечным продуктом предприятия.

Основная масса золота (мелкого) остается в хвостах гравитационного обогащения, поэтому задачей цианирования является перевод мелкого золота в раствор. Осуществляется в реакторах с механическим или воздушным перемешиванием в присутствии цианистых солей (NaCN, KaCN или Ca(CN)₂). В этих условиях золото переходит в раствор по реакции

4Au + 8NaCN + 2H₂O + O₂ = 4NaAu(CN)₂ + 4NaOH,

при этом другие металлы и минералы пустой породы практически не затрагиваются. Цианирование проводят в присутствии извести, чтобы предотвратить реакцию гидролиза цианида, приводящую к ненужным потерям дорогостоящего реагента:

NaCN + H₂O = NaOH + HCN­,

присутствие извести сдвигает реакцию гидролиза влево. Золотосодержащий раствор отделяют от пустой породы в сгустителях и на фильтрах.

Задача процесса осаждения золота - выделить золото из цианистого раствора. Осуществляется обычно на вакуум-фильтрах металлическим цинком. Поскольку цинк - металл более электроотрицательный, чем золото, протекает реакция

2NaAu(CN)₂ + Zn = Na₂Zn(CN)₄ + 2Au,

при которой золото осаждается в виде металла. Процесс осуществляют следующим образом. сначала на фильтр набирают слой цинковой пыли, а затем через него фильтруют золотосодержащий раствор. В этот момент и происходит цементация золота цинком. Получаемый золотоцинковый осадок содержит 5-15 % Au.

Основную массу осадка составляет цинк, кроме него присутствуют и другие примеси (медь, свинец, железо и др.). Поэтому осадок подвергается очистке, которая осуществляется в две стадии. Сначала осадок обрабатывают соляной кислотой, при этом в раствор переходит цинк и некоторые другие элементы:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂.

Во второй стадии остаток плавится с различными флюсами, при этом оставшиеся примеси удаляются в шлак и получается золото, которое может содержать серебро (Доре-металл). Природное золото практически всегда содержит в качестве примеси серебро в большем или меньшем количестве. Серебро в технологическом процессе во всех операциях ведет себя аналогично золоту, поэтому золото, получаемое по рассматриваемой схеме, всегда «грязное», и его отправляют на аффинажный завод, где получают золото высокой чистоты (99,999 %).

II.2.4. ПЕРЕРАБОТКА РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ

 

Из легких цветных металлов наибольшее значение имеет алюминий. по своему значению он занимает второе место после железа.

Алюминий (Al) – металл серебристо-белого цвета, плотность 2700 кг/м³, температура плавления 660 °С. Его широко применяют в машиностроении, электронике, химической и пищевой промышленности. Мировая добыча алюминия превышает 7 млн т/год, стоимость - около 800 долларов/т. Основными источниками получения алюминия являются: бокситы, в которых алюминий представлен минералом с общей формулой Al₂O₃ × n H₂O; нефелины (Na, Ka)₂O ´ ´ Al₂O₃ × 2SiO₂; алуниты и каолины. Наиболее рентабельным сырьем являются бокситы, содержащие 30-70 % Al₂O₃.

Схема получения алюминия состоит как бы из трех ветвей: получение глинозема, получение криолита и создание электродов. Затем продукты сливают, что в операции электролиза позволяет получить металлический алюминий.

Наибольшее распространение для получения глинозема из бокситов имеет способ щелочного выщелачивания (способ Байера). Бокситы дробят и измельчают, а затемвыщелачивают в автоклавах раствором щелочи при 150-250 °С в течение 1-3 ч. Концентрация щелочи в растворе составляет 270-320 г/л. В этих условиях алюминий переходит в раствор:

Al₂O₃ × n H₂O + 2NaOH = 2NaAlO₂ + (n + 1)H₂O.

Полученный алюминатный раствор отделяют от нерастворимого остатка (красный шлам) сгущением и фильтрацией.

Из чистого раствора осаждают твердую гидроокись алюминия. Операцию называют декомпозицией или выкручиванием. заключается она в том, что раствор охлаждают до 40-46 °С и выдерживают в течение 50-70 ч в присутствии затравки (заранее приготовленные частицы гидроокиси алюминия). При этом алюминий осаждается:

NaAlO₂ + H₂O = NaOH + ¯Al(OH)₃.

Образующуюся гидроокись алюминия отделяют от раствора сгущением и фильтрацией и направляют на прокалку (кальцинацию), осуществляемую в трубчатых печах при 950-1200 °С. При этом гидроокись теряет воду и получается чистый глинозем:

2Al(OH)₃ ® Al₂O₃ + 3H₂O.

Алюминий из глинозема получают электролизом в расплаве в ваннах (электролизерах) при 930-940 °С. Электролизер представляет собой железную ванну, дно и стенки которой изнутри выложены угольными плитами (электродами). Последние подсоединены к отрицательному полюсу и являются катодом. Ванна заполнена расплавом солей, служащим электролитом, который состоит из криолита и глинозема (8 %). Сверху в расплав опущены два угольных блока, которые подсоединены к положительному полюсу и служат анодом. На катоде протекает реакция

Al³⁺ + 3 e ® Al,

а на аноде происходит выделение кислорода, в котором сгорает угольный анод:

2O^2- - 4 e ® O₂; C + O₂ = CO₂.

Таким образом, на дне электролизера накапливается жидкий алюминий, плотность которого больше, чем расплавленного электролита. По мере накопления алюминий удаляется из ванн специальным приспособлением, работающим под вакуумом. Процесс электролиза алюминия очень энергоемкий, расход электроэнергии на 1 т алюминия составляет 15-17 тыс.квт×ч. В настоящее время используются электролизеры громадной единичной мощности, сила тока в которых достигает 250-300 тысяч амперов.