Результат интеллектуальной деятельности: Способ извлечения золота из золотосодержащего сырья

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для извлечения золота из золотосодержащего сырья при кучном, кюветном и чановом выщелачивании золота.

Известен способы извлечения золота из золотосодержащего сырья, включающий электролиз раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере с получением анодных газов хлора и кислорода в анодном пространстве, газа водорода и раствора едкого натрия в катодном пространстве, растворение хлора из анодных газов с получением хлорной воды, подкисление хлорной воды соляной кислотой, подачу подкисленной хлорной воды в массив золотосодержащего сырья, растворение золота и выделение продуктивного золотосодержащего раствора, сорбцию золота из продуктивного золотосодержащего раствора на угольный сорбент с получением насыщенного золотом угольного сорбента [1].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения золота из золотосодержащего сырья, включающий электролиз раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере с получением анодных газов хлора и кислорода в анодном пространстве, газа водорода и раствора едкого натрия в катодном пространстве, растворение хлора из анодных газов с получением хлорной воды, подкисление хлорной воды соляной кислотой , подачу подкисленной хлорной воды в массив золотосодержащего сырья, растворение золота и выделение продуктивного золотосодержащего раствора, сорбцию золота из продуктивного золотосодержащего раствора на угольный сорбент с получением насыщенного золотом угольного сорбента, озоление насыщенного золотом угольного сорбента с получением золотосодержащего сплава [2].

Общим недостатком известных способов извлечения золота из золотосодержащего сырья является низкое извлечение золота при невысоком уровне экологической безопасности процесса, обусловленные не полным использованием для растворения золота хлорсодержащих растворяющих агентов и получаемых в процессе водорода, кислорода и раствора едкого натрия.

Технический результат изобретения – повышение извлечения золота при обеспечении экологической безопасности процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения золота из золотосодержащего сырья, включающем электролиз раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере с получением анодных газов хлора и кислорода в анодном пространстве, газа водорода и раствора едкого натрия в катодном пространстве, растворение хлора из анодных газов с получением хлорной воды, подкисление хлорной воды соляной кислотой, подачу подкисленной хлорной воды в массив золотосодержащего сырья, растворение золота и выделение продуктивного золотосодержащего раствора, сорбцию золота из продуктивного золотосодержащего раствора на угольный сорбент с получением насыщенного золотом угольного сорбента, озоление насыщенного угольного сорбента с получением золотосодержащего сплава, получение хлорной воды осуществляется пропусканием анодных газов через ряд герметически закрытых, сообщающихся в донной части емкостей, с подачей анодных газов в первую емкость, подачей воды в последнюю емкость, выпуском хлорной воды из первой емкости и выпуском очищенного от хлора кислорода из последней емкости, подкисление хлорной воды осуществляется путем подачи соляной кислоты в подаваемую в последнюю камеру системы растворения хлора воду, золотосодержащий продуктивный раствор перед подачей в процесс сорбции золота на угольный сорбент смешивается с полученным при электролизе раствором едкого натрия для очистки продуктивного раствора от катионов тяжелых металлов, а полученный при электролизе газ водород и полученный при растворении хлора очищенный газ кислород подаются в водородно-кислородный парогенератор электростанции, вырабатывающей электроэнергию на собственные нужны технологии получения золота.

На фиг. 1 приведена технологическая схема способа извлечения золота из золотосодержащего сырья; на фиг. 2 – схема цепей аппаратов для реализации способа извлечения золота из золотосодержащего сырья.

Технологическая схема способа извлечения золота из золотосодержащего сырья включает электролиз раствора хлорида натрия (NaCl) в диафрагменном электролизере с получением анодных газов хлора и кислорода в анодном пространстве, газа водорода и раствора едкого натрия в катодном пространстве, четырехступенчатое растворение хлора из анодных газов с возвратом хлорной воды в предыдущую операцию растворения при подаче анодных газов в первую операцию растворения хлора при подкислении воды соляной кислотой (HCl) и подаче подкисленной воды в четвертую операцию растворения хлора, выпуске подкисленной хлорной воды из первой операции растворения и выпуске очищенного от хлора газа кислорода из четвертой операции растворения хлора, подачу подкисленной хлорной воды из первой операции растворения золота в массив золотосодержащего сырья, растворение золота из золотосодержащего сырья с получением продуктивного раствора и хвостов, подачу продуктивного золотосодержащего раствора и получаемого при электролизе раствора едкого натрия (NaOH) в операцию осаждения ионов тяжелых металлов с получением осадка гидроокислов тяжелых металлов и очищенного продуктивного золотосодержащего раствора, подачу очищенного золотосодержащего продуктивного раствора в операцию сорбции золота на угольный сорбент с получением насыщенного золотом угольного сорбента и отработанного раствора, подачу насыщенного золотом угольного сорбента в операцию озоления с получением золотосодержащего сплава, подачу получаемого при электролизе газа водорода и получаемого после растворения хлора газа кислорода в водородно-кислородный парогенератор электростанции, вырабатывающей электроэнергию на собственные нужды технологии извлечения золота.

Схема цепей аппаратов для реализации способа извлечения золота из золотосодержащего сырья включает растворной бак 1, диафрагменный электролизер 2, герметически закрытые сообщающиеся емкости для растворения хлора из анодных газов 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, растворной бак 4 для растворения соляной кислоты (HCl), емкость с массивом золотосодержащего сырья 5, емкость 6 для осаждения ионов тяжелых металлов, емкость 7 с угольным сорбентом, печь 8 для озоления насыщенного золотом угольного сорбента, электрическую станцию 9 с водородно-кислородным парогенератором.

Способ извлечения золота из золотосодержащего сырья реализуется следующим образом.

В растворном баке 1 готовится водный раствор хлорида натрия (NaCl) заданной концентрации, который подается в анодную камеру диафрагменного электролизера 2. При подаче постоянного электрического тока на электроды электролизера 2 в анодной камере происходит образование анодных газов хлора и кислорода, в катодной камере происходит образование газообразного водорода и раствора едкого натрия (NaOH).

Для исключения образования щелочной среды в анодной камере электролизера 2 за счет диффузии ионов гидроксила (OH^-) уровень жидкой фазы в анодной камере устанавливается выше, чем уровень жидкой фазы в катодной камере электролизера 2.

Образующиеся в электролизере 2 шламы периодически по мере накопления выпускаются из анодной и катодной камер через выпускные патрубки в донной части электролизера 2.

В растворном баке 4 путем смешивания воды с соляной кислотой готовится подкисленная до pH=2,5–3 вода, которая подается в емкость 3.4 и через соединительные в донной части патрубки заполняет сообщающиеся емкости 3.3, 3.2, 3.1.

Анодные газы из анодной камеры электролизера 2 направляются на растворение хлора в емкость 3.1, в которой при барботаже газов через подкисленную воду происходит растворение хлора. Выделившиеся из емкости 3.1 анодные газы последовательно проходят через емкости 3.2, 3.3, 3.4, в которых происходит за счет барботажа через подкисленную воду растворение оставшегося в анодных газах хлора до концентрации в выходящем из камеры 3.4 газа ниже ПДК по хлору.

Реализуется непрерывная подача подкисленной воды в камеру 3.4 и непрерывный выпуск хлорной воды из камеры 3.1. Скорость протекания жидкой фазы в соединительных патрубках между емкостями 3.4, 3.3, 3.2, 3.1 устанавливается выше скорости концентрационной диффузии растворенного хлора. Это достигается подбором поперечного сечения патрубков и регулированием расхода жидкой фазы.

При этом концентрация растворенного хлора в емкостях снижается последовательно от первой к четвертой емкости:

С₁>С₂>С₃>С₄,

где С₁, С₂, С₃, С₄ – соответственно концентрация растворенного хлора в первой (емкость 3.1), второй (емкость 3.2), третьей (емкость 3.3), четвертой (емкость 3.4) ступенях растворения хлора.

Из емкости 3.1 максимально насыщенная хлором подкисленная хлорная вода направляется в массив золотосодержащего сырья в емкость 5. В процессе протекания подкисленной хлорной воды через массив золотосодержащего сырья растворенный хлор и образующаяся хлорноватистая кислота осуществляют растворение золота из золотосодержащего сырья, формируют в жидкой фазе продуктивный золотосодержащий раствор, содержащий также значительное количество ионов тяжелых металлов.

Выделенный из емкости 5 продуктивный раствор направляется вместе с образующимся в катодной камере электролизера 2 раствором NaOH в емкость 6, в которой происходит образование гидроксилов тяжелых металлов, их осаждение и выделение осадка.

Очищенный золотосодержащий продуктивный раствор направляется в емкость 7 с угольным сорбентом, в которой происходит сорбция золота на уголь.

Насыщенный золотом угольный сорбент из емкости 7 направляется в печь 8, в которой происходит озоление угля и образование золотосодержащего сплава, который является товарной продукцией и направляется на аффинаж золота.

Катодный водород, образующийся в катодной камере электролизера 2 и очищенный анодный кислород, получаемый на выходе из емкости 3.4 направляются в водородно-кислородный парогенератор электростанции 9.

При подаче водорода и кислорода в камеру сгорания водородно-кислородного парогенератора и сжигании смеси газов с помощью запального устройства в камере испарения формируется пар заданных параметров, который направляется на паровую турбину электростанции 9. Паровая турбина вращает ротор электрогенератора электростанции 9. Полученная на электростанции 9 электрическая энергия направляется на собственные нужды технологии извлечения золота.

Получение хлорной воды пропусканием анодных газов через ряд герметически закрытых сообщающихся в донной части емкостей обеспечивает, за счет ступенчатого растворения хлора при протекании жидкой фазы из предыдущей в последующую ступень растворения со скоростью, превышающей скорость концентрационной диффузии растворенного хлора, образование хлорной воды с максимальной концентрацией хлора (С₁), которая подается в процесс растворения золота из массива золотосодержащего сырья, что обеспечивает повышение извлечения золота за счет полного использования для растворения золота хлорсодержащих растворяющих агентов. При этом существенно повышается уровень экологической безопасности процесса за счет получения очищенных до ПДК по хлору анодных газов.

Подкисление хлорной воды путем подачи соляной кислоты (HCl) в подаваемую на растворение хлора воду приводит к созданию кислой среды (pH=2,5-3) до процесса растворения хлора, что приводит к снижению потерь хлора за счет подавления реакции гидролиза хлора и создания условий для образования хлорноватистой кислоты (HClO), которая является сильным окислителем. Подкисление воды перед растворением в ней хлора приводит к повышению извлечения золота в продуктивный раствор за счет интенсивного взаимодействия хлорноватистой кислоты и хлора с частицами золота в золотосодержащем массиве.

Смешивание продуктивного раствора с образующимся при электролизе раствором едкого натрия (NaOH) перед подачей в процесс сорбции, приводит к очистке продуктивного раствора от неизбежно образующихся ионов тяжелых металлов Fe⁺², Fe⁺³, Cu⁺² и др. за счет образования гидроокислов металлов, выпадающих в осадок.

Удаление ионов тяжелых металлов из продуктивного раствора повышает извлечение золота на угольный сорбент и емкость угольного сорбента по золоту за счет исключения конкурентной сорбции ионов тяжелых металлов.

Подача получаемых при электролизе водорода и при получении хлорной воды очищенного кислорода в водородно-кислородный парогенератор электростанции, вырабатывающей электроэнергию на собственные нужды технологии получения золота снижает расход внешней электроэнергии и повышает уровень экологической безопасности процесса за счет исключения выброса газов в атмосферу.

Таким образом совокупность предлагаемых в способе отличительных признаков обеспечивает повышение извлечения золота из золотосодержащего сырья при повышении экологической безопасности процесса.

Пример реализации способа

Способ извлечения золота из золотосодержащего сырья реализован в лабораторных условиях при переработке золотосодержащего продукта с массовой долей золота 50 г/т. Золото в золотосодержащем продукте представлено на 95% золотом в сульфидных минералах.

Эксперименты по извлечению золота выполнены на собранной в соответствии со схемой цепей аппаратов (фиг.2) установке. Растворение хлорида натрия осуществлялось в растворном баке 1 с рабочим объемом 2 литра. Электролиз раствора NaCl с получением анодных газов осуществляли на установке Акватрон-25 «Экохлор» института электрохимических систем и технологий «Витольда Бахира» (электролизер 2 на фиг.2). Растворение хора осуществляли в емкостях 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 с рабочим объемом каждой по 50 литров с диаметром соединительных патрубков между ними 10 мм. Для растворения соляной кислоты (HCl) использовали растворный бак 4 с рабочим объемом 20 литров. Исходный массив золотосодержащего сырья массой 100 кг помещали в емкость 5 с рабочим объемом 200 литров, имеющей в донной части патрубок для подачи подкисленной хлорной воды, в верхней части сливной патрубок для удаления продуктивного раствора. Для осаждения ионов тяжелых металлов предусмотрена емкость 6 с рабочим объемом 200 литров, снабженная в верхней части переливным патрубком для выделения очищенного продуктивного раствора.

Сорбцию золота из очищенного продуктивного раствора осуществляли в емкости 7 с рабочим объемом 10 литров, в которой помещено 5 кг угольного сорбента. Для озоления насыщенного золотом угольного сорбента использовали подовую печь 8, обеспечивающую температуру до 1 400 °С.

Эксперимент по растворению золота из золотосодержащего сырья проводили следующим образом.

В растворном баке 1 готовили раствор хлорида натрия концентрацией 25%. Электролизер 2 заполняли водой, устанавливали напряжение постоянного тока 10 В, из растворного бака 1 непрерывно подавали раствор NaCl.

В процессе электролиза раствора едкого натрия на аноде электролизера 2 выделялись электролизные газы хлор и кислород, на катоде выделялся газ водород и в жидкой фазе формировался раствор едкого натрия (NaOH), который непрерывно выпускался из катодного пространства. Расход раствора NaCl в электролизер 2 и расход едкого натрия из электролизера 2 устанавливали таким образом, чтобы уровень жидкой фазы в анодном пространстве электролизера 2 был на 150 мм выше уровня жидкой фазы в катодном пространстве.

Выделяющийся в катодной камере электролизера 2 газ водород собирался в отдельном накопительно-расходном баллоне электрической станции.

В растворном баке 4 готовили раствор соляной кислоты с pH=2,5, который непрерывно подавали в емкость 3.4, заполняя емкости 3.3, 3.2, 3.1, а из емкости 3.1 непрерывно выпускали хлорную воду.

Выделяющиеся в анодной камере электролизера 2 анодные газы хлор и кислород, направлялись в емкость 3.1, после барботажа в которой газы последовательно проходили через емкости 3.2, 3.3, 3.4. Очищенный от хлора кислород собирался в отдельном накопительно-расходном баллоне электрической станции 9.

Насыщенная хлором подкисленная хлорная вода из емкости 3.1 через расходную емкость непрерывно подавали в емкость 5 через патрубок, расположенный в донной части.

Подкисленная хлорная вода в емкости 5 просачивалась через массив золотосодержащего сырья. При этом происходит растворение золота растворенным газом хлором и хлорноватистой кислотой. Формируется золотосодержащий продуктивный раствор, который через верхний сливной патрубок емкости 5 направлялся в емкость 6 вместе с выделяющимся из катодной камеры электролизера 2 раствором едкого натрия.

В емкости 6 происходит связывание ионов тяжелых металлов в гидроокислы, которые накапливаются на дне емкости 6.

Очищенный от ионов тяжелых металлов золотосодержащий продуктивный раствор направлялся в емкость 7 с угольным сорбентом, на котором происходит сорбция золота.

Насыщенный золотом угольный сорбент направляли в подовую печь 8, в которой получали в результате озоления угля и последующей плавки золотосодержащий сплав.

Полученный золотосодержащий сплав подвергнут взвешиванию и пробирному анализу с определением массовой доли золота. По результатам анализа рассчитано извлечение золота в золотосодержащий сплав.

Для сравнения на том же исходном сырье при одинаковом его количестве реализован эксперимент по переработке золотосодержащего сырья по известному способу извлечения золота [2].

Результаты сравнения показателей переработки золотосодержащего сырья по известному и предлагаемому способам извлечения золота приведены в таблице.

Таблица – Сравнение показателей извлечения золота в золотосодержащий сплав по известному и предлагаемому способам

Установлено, что использование предлагаемого способа извлечения золота при явных экологических преимуществах приводит к повышению извлечения золота в золотосодержащий сплав с 62, 2% по известному способу до 78, 9% по предлагаемому способу.

Эксперименты по производству электрической энергии на собственные нужды процесса были произведены на опытной установке кислородно-водородного парогенератора лаборатории водородных энергетических технологий ОИВТ РАН с водородно-кислородной турбоустановкой ОАО КБХА. Использование катодного водорода, как побочного продукта, в качестве топлива в подобных циклах позволяет вырабатывать энергию на собственные нужды процесса при более высоком КПД энергетической установки, нежели у традиционных источников энергии, а продукт сгорания водорода – водяной пар при температуре окружающей среды полностью конденсируется, следовательно, предельное количество энергии данного топлива может быть использовано с максимальной эффективностью. Установлено, что при использовании водородно-кислородного парогенератора ОИВТ РАН КПД использования газов может достигать 60%. При этом исключается выброс газов в атмосферу, что повышает экологическую безопасность процесса.

Источники информации:

1. Патент РФ № 2315132, кл. С 22 В 1/46. Опубл. 20.01.2008 г., Бюл. №2.

2. Асалханов В.А. Разработка усовершенствованной оксихлоридной технологии извлечения золота из руд применительно к условиям подземного выщелачивания: автореферат дис. … канд. тех. наук: 05.16.02 / Асалханов Валерий Анатольевич - Иркутск, 2005. - 20 с.

3. Филатов К.С., Золотарева Е.Г., Седов Н.П. Применение разных видов активных углей в процессе адсорбции драгоценных металлов // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти профессора Данилова Н.И. (1945–2015) - Даниловских чтений (Екатеринбург, 11–15 декабря 2017 г.). - Екатеринбург: УрФУ, 2017. - С. 633-637.

4. Малышенко С.П. Исследования и разработки ОИВТ РАН в области технологий водородной энергетики // Альтернативная энергетика и экология. 2011. №3 (95). С. 10-34.