СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, ОСТАВШИХСЯ В МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦАХ, ИЗ РАСТВОРОВ И ПУЛЬП И РЕАКТОРЫ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Группа изобретений относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использована для извлечения металлов из различных бедных растворов и пульп, в том числе жидких хвостов обогащения.

Известен способ извлечения благородных металлов из растворов и пульп и реактор для его осуществления (см. патент РФ №2251582, МПК⁷ С22В 11/00, 3/02, опубл. 10.05.2005), принятые в качестве прототипов для заявляемого способа и реакторов.

Известный способ извлечения благородных металлов из растворов и пульп включает контактирование в реакторе пульпы с ионообменным сорбентом при воздействии электрическим полем, последующее отделение сорбента от среды, его десорбцию и извлечение металлов.

Известный реактор для извлечения благородных металлов из растворов и пульп содержит проточный корпус с днищем, входным и сливным патрубками, электроды, установленные в корпусе и подключенные к источнику постоянного напряжения.

Недостатками известного способа и реактора является недостаточный контакт пульпы, содержащей в своем составе остаточные минеральные частицы с глубокорасположенными частицами благородных металлов, в том числе дисперсными, с электродами. Пульпа с ионообменным сорбентом достаточно быстро перетекает в зону свободного течения сквозь электроды, за счет чего уменьшается время воздействия и снижается эффективность извлечения металлов.

Задачей настоящей группы изобретений является усовершенствование сорбционного процесса извлечения благородных металлов посредством предлагаемого реактора, где повышение эффективности процесса достигается изменением конструкции реактора, усовершенствованием расположения электродов, особым прохождением пульпы, ионообменного сорбента, повышением активности сорбции и осаждением благородных металлов на катодах.

Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности извлечения благородных металлов.

Результат достигается тем, что способ извлечения благородных металлов из пульп, включающий контактирование в реакторе пульпы с ионообменным сорбентом при воздействии электрическим полем, последующее отделение сорбента от среды, его десорбцию и извлечение металлов, отличается тем, что до подачи в реактор минеральные частицы пульпы подвергают доизмельчению для вскрытия дисперсного золота, ионообменный сорбент вводят в реактор в форме CN^- для довыщелачивания вскрытого дисперсного золота на начальных стадиях извлечения и в форме ОН^- для извлечения циановых комплексов золота и цианидов на последующих стадий извлечения, при этом процесс довыщелачивания и сорбции осуществляют стадийно.

Результат достигается также тем, что реактор для извлечения благородных металлов из пульп, содержащий проточный корпус с днищем, входным и сливным патрубками, электроды, установленные в корпусе и подключенные к источнику постоянного напряжения, отличается тем, что он выполнен в виде нескольких секций, расположенных вертикально, корпус каждой секции выполнен в виде двух цилиндров, установленных концентрично и жестко скрепленных между собой, внутренний цилиндр выполнен перфорированным с размером ячейки перфорации менее размера гранул ионообменного сорбента, электроды установлены во внешнем цилиндре, при этом анод установлен за катодом по ходу движения пульпы, а днища каждой секции выполнены с отверстием в центре внутреннего цилиндра и снабжены перепускной трубой, соединяющей отверстие с внешним цилиндром следующей секции.

Реактор отличается также тем, что радиус внутреннего цилиндра равен 0,23-0,25 радиуса внешнего цилиндра.

Результат достигается также тем, что реактор для извлечения благородных металлов из пульп, содержащий проточный корпус с днищем, входным и сливным патрубками, электроды, установленные в корпусе и подключенные к источнику постоянного напряжения, отличается тем, что он выполнен в виде двух секций, расположенных горизонтально, каждая секция снабжена выпускной сеткой, размер ячейки сетки менее размера гранул ионообменного сорбента, электроды выполнены в виде анодов, расположенных в первой по ходу пульпы секции, и катодов и анодов, расположенных во второй секции, при этом электроды установлены вертикально, днище второй секции снабжено патрубком вывода сорбента.

Способ извлечения благородных металлов из пульп позволяет увеличить время контактирования в реакторе пульпы с ионообменным сорбентом при воздействии электрическим полем, увеличить прямой контакт пульпы и ионообменного сорбента с электродами, увеличить эффективность довыщелачивания и сорбции. В качестве ионообменного сорбента используют анионообменные синтетические сорбенты, воздействие электрическим полем осуществляют во внешнем цилиндре, причем пульпу пропускают через внешнюю секцию реактора с ионообменным сорбентом, в которой установлена система анодов-катодов с разностью потенциалов, достаточной для десорбции ионов с поверхности минеральных частиц и активации ионного обмена в упомянутом сорбенте.

Способ может характеризоваться и тем, что процесс довыщелачивания и сорбции осуществляют стадийно, ионообменный сорбент используют на начальных стадиях в форме CN^- для довыщелачивания вскрытого дисперсного золота, на последующих стадиях в форме ОН^- для извлечения циановых комплексов золота Au (CN)₂^- и самих цианидов.

В основе функционирования способа и реактора лежит следующий механизм.

До поступления пульпы в реактор она проходит систему завихрителей для истирания минеральных частиц, содержащих дисперсное золото. После чего пульпа оказывается во внешнем цилиндре верхней секции реактора. Для переосаждения ионов благородных металлов с минеральных частиц, находящихся в пульпе, на ионообменные сорбенты, размещенные в реакторе до подачи пульпы, в процессе извлечения дополнительно используется электрическая активация. Пульпа с ионообменным сорбентом в зоне внешнего цилиндра подвергается воздействию электрическим полем. Этот процесс подобен электродиализу для очистки дисперсных истинных (ионных) растворов, где в качестве ионитовых полупроницаемых мембран выступают гранулы ионообменного сорбента. Этот эффект будет иметь место как для анионов цианида, «свободных» и периодически образующихся при диссоциации в электрическом поле комплексных золото-циановых анионов в прианодной зоне, так и для катионов золота, периодически образующихся при диссоциации в электрическом поле комплексных золото-циановых анионов в прикатодной зоне и захватываемых в пленочной фазе анионита за счет взаимодействия с находящимися на его поверхности анионами CN^-. Метастабильные катионы золота, которые не захватываются гранулами анионообменного сорбента, будут стремиться к самому катоду, разряжаться и оседать на нем. «Свободные» анионы цианидов будут стремиться к аноду, довыщелачивая в прианодном пространстве золото и частично окисляясь, переходя в цианаты (CNO^-). Таким образом, осуществляется перераспределение анионов золота между компонентами исходной пульпы.

При контакте с электродами гранул смолы на осадительных электродах - катодах имеет место переход ионов из пленочной в гелевую фазу гранул ионообменного сорбента. Этот механизм обеспечивает наличие электрического поля в прикатодной области осадительных электродов, проявляющегося в виде сил электроосмоса. Молекулы воды, имея положительный заряд, стремятся сместиться к катоду, способствуя набуханию ионообменного сорбента. Соответственно, метастабильные катионы золота пленочной фазы с внешней от катода стороны по поровому пространству переходят в глубь гелевой фазы ионообменного сорбента, на начальных стадиях в форме CN^-, на последующих в форме ОН^-. Часть комплексных ионов золота со стороны внутренней части сорбента, попадая в область электрического поля, поляризуется, и образующиеся стабильные катионы золота частично переосаждаются на катод в виде нейтральных атомов в момент соударения минеральных частиц и ионообменного сорбента о поверхность катодов, а большая часть комплексных ионов золота переходит в жидкую фазу пульпы, одновременно переходя на ионообменный сорбент.

На завершающих стадиях золотосодержащие комплексы и анионы CN^- перемещаются на внешнюю сторону ионообменного сорбента, приготовленного в форме ОН^-, который взаимодействует с раствором по вышеописанной схеме, обеспечивая переход золотосодержащих комплексов и ионов CN^- из пленочной фазы в гелевую фазу гранулы ионообменного сорбента, преимущественно в прикатодных зонах, ионы ОН^-, наоборот, переходят в жидкую фазу пульпы.

Для отделения ионообменного сорбента от среды используются внутренние цилиндры, выполненные с перфорацией, установленные концентрично с внешними цилиндрами и жестко скрепленные между собой. Сопровождающие процесс электросорбции электролизные газы разуплотняют среду и дополнительно способствуют очищению перфорации внутреннего цилиндра. Отделившаяся пульпа выводится из процесса через внутренний цилиндр нижней секции реактора.

После насыщения гелевой фазы гранулы сорбента выводятся из процесса и направляются на десорбцию.

Вышеописанный процесс рассмотрен на примере извлечения золота, но он аналогичен для извлечения других благородных металлов.

Работа способа и реактора осуществляется следующим образом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема реактора, вертикальный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1, на фиг. 3 схема реактора (вариант).

На фиг. 1 и 2 изображены: 1 - корпус реактора, состоящий из пяти секций (внешний цилиндр), 2 - входной патрубок, 3 - сливной патрубок, 4 - внутренний цилиндр с перфорацией, 5 - катод, 6 - анод, 7 - перепускная труба, 8 - сливной патрубок (выпуск на хвостохранилище), 9 - перепускное отверстие.

Реактор имеет корпус 1, состоящий из нескольких секций, в торцевой части каждой из них имеется входной патрубок 2 для подачи пульпы из пульпопровода и сливной патрубок 3 для эвакуации насыщенного ионообменного сорбента. Входной патрубок 2 расположен под углом к внутренней поверхности внешнего цилиндра. Корпус 1 каждой секции состоит из двух цилиндров, установленных концентрично и жестко скрепленных между собой, радиус внутреннего цилиндра равен 0,23-0,25 радиуса внешнего цилиндра, внутренний цилиндр 4 выполнен с перфорацией. Размеры ячеек перфорации выбраны из условия обеспечения отделения ионообменного сорбента от жидкой части пульпы и беспрепятственного ее слива и сепарации ионообменного сорбента с анионами золота.

Во внешнем цилиндре 1 установлены электроды, причем анод 6 установлен за катодом 5 по ходу движения пульпы, что обеспечивает снижение истирающего воздействия на защитную антикоррозионную поверхность анодов. Разность потенциалов, создаваемая между катодами и анодами, определяется конкретными физико-химическими параметрами пульпы и содержанием в ней ионита и должна быть достаточной для обеспечения интенсивного протекания в электросорбере приведенных выше электрохимических процессов.

В днище внутреннего перфорированного цилиндра от перепускного отверстия 9, расположенного в каждой секции, отходит перепускная труба 7 в нижерасположенный внешний цилиндр секции реактора, имеющая изгиб для усиления центростремительной силы и направления движения пульпы в следующей секции реактора.

Для отделения насыщенного ионообменного сорбента и вывода пульпы из секции реактора служит внутренний цилиндр 4 с перфорацией. Размер перфорации выбран из условия беспрепятственного слива пульпы и сепарации гранул сорбента.

Эвакуация сбросной пульпы на хвостохранилище осуществляется через сливной патрубок 8.

Способ извлечения благородных металлов, например золота, из пульпы или других растворов посредством заявляемого реактора реализуют следующим образом.

Гранулы ионообменного сорбента размещаются предварительно в реакторе до подачи пульпы. Используют ионоселективный по золоту сорбент марки типа А-100 в размере 10% от объема. Данный сорбент селективный и износостойкий.

Пульпа проходит по пульпопроводу через завихрители, расположенные в расширенной части пульпопровода, перед входным патрубком, для дополнительного измельчения минеральных частиц, что позволяет снизить износ электродов. Абразивные завихрители выполнены в виде перпендикулярно расположенных к оси трубопровода износостойких стержней с рифленой поверхностью. Завихрители установлены для достижения эффекта доизмельчения минеральных частиц, содержащих дисперсное золото.

Далее поток попадает во внешний цилиндр реактора 1 через входной патрубок 2, где находящиеся в нем минеральные частицы соударяются между собой и с катодами. Смешиваясь с пульпой на начальных стадиях, подготовленный ионообменный сорбент в форме CN^- взаимодействует с поверхностью минеральных частиц, находящихся в ней, довыщелачивая вскрывшиеся частицы золота и насыщаясь ими. На последующих стадиях пульпа взаимодействует с ионообменным сорбентом, подготовленным в форме ОН^-, где происходит доизвлечение циановых комплексов золота и самих цианидов.

Проходя через систему катодов-анодов, где поддерживается относительно постоянное напряжение, дестабилизированные ионы начинают переходить на ионообменный сорбент за счет эффекта электродиализа. Кислород расходуется в первую очередь в приграничном к аноду слое раствора, непосредственно прилегающего к ионам золота. Дальнейшее успешное растворение золота возможно при пополнении пограничного слоя ионообменным сорбентом и кислородом из всего объема раствора путем диффузии, и чем больше будет скорость диффузии ионов, тем выше будет скорость растворения. Дополнительно на аноде появляется кислород, что способствует активному довыщелачиванию золота и сорбции его на ионообменный сорбент.

Как указывалось выше при описании механизмов, лежащих в основе способа, катионы движутся к катоду 5 и, вступая во взаимодействие с новыми частицами ионообменного сорбента, образуют комплексные золотосодержащие анионы золота и задерживаются ионообменным сорбентом. И наоборот, анионы CN^- перемещаются к аноду 6, где происходит довыщелачивание золота. За счет сочетания эффектов электроосмоса и электроактивации процесса ионного обмена происходит переход ионов металлов в гелевую фазу ионообменного сорбента. Кроме того, этому способствуют локальные ионные токи и, соответственно, возникающие при этом магнитные микрополя, которые за счет ряда сопутствующих эффектов дополнительно интенсифицируют процесс ионообменной сорбции. За счет роста локальных концентраций ионов в прикатодной зоне часть ионов золота при проявлении эффекта поляризации в области электрического слоя осаждается на катодах 5.

Отделение гранул ионообменного сорбента от пульпы происходит при ее прохождении через перфорированную поверхность внутреннего цилиндра 4. Пульпа после электроактивации и электроосаждения в первой секции свободно проходит через перфорированную поверхность внутреннего цилиндра 4 первой секции в последующую через перепускной патрубок 7 во внешний цилиндр каждой следующей секции и окончательно выводится из реактора через сливной патрубок 8. Гранулы ионообменного сорбента за счет действия центробежной силы циркулируют в реакторе в пространстве между внутренним и внешним цилиндрами и остаются в нем до насыщения.

Пульпа проходит через секцию со скоростью, обеспечивающей заданную степень извлечения.

Поскольку в зоне между катодами и анодами имеет место частичный электролиз с выделением пузырьков газов, их наличие благотворно влияет на самоочищение перфорированной поверхности цилиндра 4, обеспечивает ее очистку и активную циркуляцию пульпы и ионообменного сорбента в реакторе.

По мере насыщения ионообменный сорбент выгружают из реактора и направляют на десорбцию, осуществляемую известным путем.

Питание электродов может осуществляться от одного или нескольких источников как в постоянном, так и импульсном режиме. Использование импульсного режима питания электродов позволяет дополнительно интенсифицировать процесс вынужденной направленной диффузии ионов от поверхности минеральных частиц к поверхности ионообменного сорбента и катодам, уменьшить процессы поляризации электродов.

На фиг. 3 изображен реактор (вариант), где: 10 - корпус реактора, 11 - пульпопровод, 12 - завихрители, 13 - анод, 14 - катод, 15 - сетка, 16 - сетка, 17 - патрубок вывода сорбента, 18 - сливной патрубок, 19 - труба для отвода газов, 20, 21 - запорная арматура.

Способ извлечения благородных металлов, например золота, из пульпы или других растворов посредством реактора 2 реализуют следующим образом.

Гранулы ионообменного сорбента подаются предварительно в корпус реактора 10 до входа пульпы. Используют ионообменный сорбент, например, марки А-100 в размере 10% от объема. Данный сорбент селективный и износостойкий.

Пульпа проходит по пульпопроводу 11 через завихрители 12, расположенные в расширенной части пульпопровода, для дополнительного измельчения минеральных частиц, что позволяет снизить износ электродов. Завихрители установлены для достижения эффекта доизмельчения минеральных частиц и вскрытия дисперсного золота. Далее, попадая в реактор в непрерывном потоке, частицы, соударяясь между собой и с анодами 13 в первой секции, доизмельчаются и происходит довыщелачивание вскрываемого золота. Смешиваясь с пульпой в первой секции, подготовленный ионообменный сорбент в форме CN^- взаимодействует с поверхностью минеральных частиц, находящихся в ней, растворяя вскрытые частицы золота и насыщаясь им.

Далее поток попадает во вторую секцию реактора через сетку 15. Сетка задерживает ионообменный сорбент в форме CN^-, а пульпа перетекает во вторую секцию с ионообменным сорбентом, подготовленным в форме ОН^- для доизвлечения циановых комплексов золота и самих цианидов. Проходя через систему катодов-анодов 13,14, где поддерживается постоянное напряжение, дестабилизированные ионы начинают переходить на ионообменный сорбент за счет эффекта электродиализа. Кислород расходуется в первую очередь в приграничном слое раствора, непосредственно прилегающего к ионам золота. Дальнейшее успешное растворение золота возможно при пополнении пограничного слоя ионообменным сорбентом и кислородом из всего объема раствора путем диффузии, и чем больше будет скорость диффузии ионов, тем выше будет скорость растворения. Дополнительно на аноде появляется кислород, что способствует активному довыщелачиванию золота и сорбции его на ионообменный сорбент. Образовавшиеся газы отводятся через патрубок 19.

Как указывалось выше при описании механизмов, лежащих в основе способа, катионы движутся к катоду и, вступая во взаимодействие с новыми частицами ионообменного сорбента, образуют комплексные анионы золота и задерживаются ионообменным сорбентом. И наоборот, анионы перемещаются к аноду, где происходит довыщелачивание золота. За счет сочетания эффектов электроосмоса и электроактивации процесса ионного обмена происходит переход ионов металлов в гелевую фазу ионообменного сорбента. Кроме того, этому способствуют локальные ионные токи и соответственно возникающие при этом магнитные микрополя, которые за счет ряда сопутствующих эффектов дополнительно интенсифицируют процесс ионообменной сорбции. За счет роста локальных концентраций ионов часть ионов золота при проявлении эффекта поляризации в области электрического слоя осаждается на катодах 14.

Отделение гранул ионообменного сорбента в форме ОН^- от пульпы проходит через перфорацию 16. Пульпа после электроактивации и электроосаждения во второй секции свободно проходит через перфорацию 16 и выводится из реактора через сливной патрубок 18.

Пульпа проходит через секцию со скоростью, обеспечивающей заданную степень извлечения.

По мере насыщения ионообменный сорбент выгружают из реактора и направляют на десорбцию, осуществляемую известным путем.

Питание электродов может осуществляться от одного или нескольких источников как в постоянном, так и импульсном режиме. Использование импульсного режима питания электродов позволяет дополнительно интенсифицировать процесс вынужденной направленной диффузии ионов от поверхности минеральных частиц к поверхности ионообменного сорбента и катодам, уменьшить процессы поляризации электродов.

Пример конкретного использования способа.

Способ был опробован на хвостах обогащения упорных руд Дарасунского месторождения, содержащих преимущественно дисперсное золото. Причем такое золото не извлекается из хвостов методом сорбционного выщелачивания простым или «накислороженным» цианидным раствором и обычной подготовкой ионообменного сорбента. Низкие 1.1-1.3 г/т содержания золота в хвостах обогащения руд этого месторождения исключают применение для их переработки известных гидрометаллургических методов - биоокисления, автоклавов, обжига.

Сбросная хвостовая пульпа направляется в зону расширения трубопровода, где установлены завихрители со спиральной (рифленой) поверхностью из износостойкой стали внешним диаметром 50 мм. Затем пульпа поступает в реактор, где взаимодействует с ионообменным сорбентом, подготовленным в форме CN^-. Сорбент заранее был размещен в верхних 3-х секциях реактора для довыщелачивания вскрытого дисперсного золота. Подготовка ионообменного сорбента проводилась раствором 3%-го цианида натрия путем смешения его с раствором в чанах. При такой обработке ионы CN^- закрепляются на активных участках поверхности сорбента. На начальных стадиях в реакторе продолжается довыщелачивание.

На последующих стадиях в 2-х нижних секциях реактора используется ионообменный сорбент в форме ОН^- для извлечения циановых комплексов золота и самих цианидов. Подготовка сорбента проводилась аналогично, только применялся 4%-й раствор щелочи. Такая обработка улучшает показатели процесса сорбционного цианирования. Ионы ОН^- нейтрализуют на поверхности сорбента активные группы основного характера и ионизируют кислые поверхностные группы сорбента. Благодаря этому сорбент приобретает в целом отрицательный заряд, который вследствие проводниковых свойств сорбента распространяется на всю его матрицу. Гидроксил-ионы энергично обмениваются на цианид-ионы и золотоцианистые комплексы [Au(CN)₂]^-.

Напряжение на электродах подается 8 В, при этом сила тока составляет 3А.

Используемый в реакторе ионообменный сорбент обладает способностью повторного использования, для чего применялась традиционная технологическая схема регенерации.

Для элюации золота с ионообменного сорбента использовался цианистый натрий в виде 1%-го раствора. Его пропускали при температуре 150°С и давлении 10 Атм. Процесс элюации золота заканчивался при этом через 1-2 часа. При добавлении в раствор элюента 1%-го едкого натра процесс элюации ускорялся.

Доизвлечение золота из хвостов обогащения упорной руды Дарасунского месторождения составило 57,5%.