CC BY
48
----------------------------------------- © А.Ю. Лавров, А.Г. Секисов,
2009
УДК 622.775
А.Ю. Лавров, А.Г. Секисов
ФОТОХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫЩЕЛА ЧИВАНИЯ И СОРБЦИИ ДИСПЕРСНЫХ ФОРМ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Рассмотрены фотохимические и электрохимические процессы синтеза активных реагентных комплексов, обеспечивающих интенсивное выщелачивание металлов из
упорных руд и подготовку сорбентов. Ключевые слова: фотохимическая и сорбция, благородные металлы
A. Y. Lavrov, A. G. Sekisov THE PHOTOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL ACTIVATION OF THE LEACHING AND SORPTION PROCESSES OF DISPERSED FORMS OF NOBLE METALS The article is devoted to the question of the fo-tochemical and electrochemical active processes in leaching and sorbtion
Key words: fotochemical and electrochemical active processes, leaching, sorbtion, noble metals
J~b последние годы в России и за рубежом интенсивно разрабатываются новые перспективные технологии переработки руд, содержащих дисперсные формы золота и других благородных металлов. В основе этих технологий лежит использование биохимической (бактериальной), электрохимической, электроимпульсной и плазмохимической активации процессов окисления минеральной матрицы, выщелачивания и сорбции.
Наряду с этими процессами эффективными и практически реализуемыми могут быть фотохимические и фото-электрохимические процессы активации выщелачивающих, регенерационных растворов, а также рудных пульп.
электрохимическая активация, выщелачивание,
В сравнении с электрохимическими процессами в этом случае в водной фазе формируются не только метастабильные пероксидные соединения, включая перекись водорода и гидроксил-радикал, но и относительно устойчивые ион-радикальные комплексы, в состав которых входит активный кислород и водород.
Эти же соединения образуются и при использовании плазмохимических процессов, но при этом удельные энергозатраты на извлечение золота и других драгоценных металлов могут быть существенно выше, чем в фотохимических и комбинированных - фотоэлек-трохимических процессов.
Кроме того, комбинированные фото-электрохимические процессы позволяют синтезировать из сравнительно простых первичных реагентов (в первую очередь NaCl) и воды ряд соединений, из которых могут быть сформированы системы окислителей и комплексообразователей, наиболее приемлемых для соответствующих дисперсных форм нахождения благородных металлов в рудах (природных сплавов, металлосульфидной, мета-ло-сульфо-металлоидной и т.д.).
В техническом плане установки, для реализации фотохимического синтеза реагентов, используемых в процессе выщелачивания этих металлов, сравнительно просты и представляют собой трехкамерные реакторы, оснащенные системами коррозионностойких электродов, соответствующих ионообменных мембран (с керамическим или оксидноциркониевым защитным пористым покрытием) и ламп ультрафиолетового излучения.
Известно, что многие химические реакции, как простые (разложение бромистого серебра в фотопленке, двухатомарного кислорода на атомарный), так и сложные (фотосинтез в клетках растений, цепные реакции образования хлористого водорода, некоторые реакции полимеризации) протекают под воздействием света. Причем большинство фотохимических реакций осуществляется только
при воздействии ультрафиолетовых лучей. Для каждой реакции существу-
Рис. 1. Принципиальная схема фотоэлектрохимического реактора
ет граница частоты света, ниже которой она не реализуется:
Ес
у>у0 = ~Т , п
где V, V о - соответственно требуемая и граничная частота; h - постоянная Планка; Ес - энергия, необходимая для разрушения или образования межатомной связи.
При поглощении кванта электромагнитного излучения, соответствующей этой части спектра энергии, двухатомные молекулы кислорода, водорода, хлора, переходят в возбужденное состояние и распадаются на активные атомы-радикалы.
Такие активные атомы кислорода могут взаимодействовать с его нераспав-шимися двухатомными молекулами, образуя трехатомарную активную молекулу озона (О3*).
Вероятно, что на определенное время могут возникать также и трехатомарные, значительно менее устойчивые активные кластеры хлора и водорода (С1з=С12*С1, Нз=Н2*Н).
Многоатомные активные комплексы в водной среде образуют соответствующие гидратные комплексы, состоящие из еще большего числа энергетически и структурно взаимосвязанных атомов, которые проявляют склонность к образованию комплексных метастабильных радикалов, формирующих связи с атомами золота.
Растворение золота в любом случае происходит при наличии двух процессов - окисления и комплексообразования,
Ш>. 1*акп1 Аи8.24,1999 Ч1к« 2 ..г з 5,942,098
но при этом нельзя считать, что какой-либо компонент раствора выполняет функцию окислителя (например, кислород), а другой - не взаимодействующий с атомами водорода и кислорода, т.е. не гидратированный, комплексообразующего лиганда (например, анион цианида).
Доказательством участия в процессе растворения золота промежуточных многоатомных соединений атомов кислорода и водорода является образование при цианировании перекиси водорода, как сопутствующего вещества.
Молекулы озона (трехатомарного кислорода), перекиси водорода, радикалы гидроксида (ОН) и другие, более сложные соединения водорода и кислорода, формирующиеся при воздействии
Рис. 2. Принципиальная схема анодной камеры и электролизноразрядного блока фотоэлектро-химического реактора
на воздух ультрафиолетового излучения, выполняют функцию высокоэнергетич-ных затравочных центров образования многоатомных кислородоводородных комплексов в водной среде.
Данное предположение подтверждается установленным спектральным анализом, появлением димеров и тримеров перекиси водорода в облученном ультрафиолетовым светом влажном воздухе. Кроме того, его подтверждают проведенные нами эксперименты по прямому облучению пульпы ультрафиолетовой лампой, позволившие получить увеличение содержания золота в жидкой фазе до 2,5-3 раз (по сравнению с контрольным процессом).
При ультрафиолетовом облучении водного раствора в приэлектродной зоне, где образуются продукты электрохимических реакций (атомарный и активный двухатомарный кислород, мета-стабильная перекись водорода, атомарный и активный двухатомарный хлор, водород и т.д.) происходят вторичные фотохимические реакции, в результате которых синтезируются такие активные соединения, как полимерные водородокислородные комплексы (пероксиды), хлористый водород и т.д.
Полимерные кислородоводородные комплексы в сочетании с другими лигандами (цианидами, хлоридами и т.д.) не формируют общей молекулярной орбитали с атомами золота, а вероятней
всего, воздействуют на них на основе принципа резонанса (изменения зарядовых состояний при взаимных превращениях протонов и нейтронов приводят к соответствующим изменениям зарядового состояния околоядерного пространства и, следовательно, распределения плотности электронных оболочек).
В соответствии с этими представлениями, элементы-комплексообразо-ватели могут формировать связи с системой элементов, суммарный заряд ядра атомов которых кратен зарядовому числу ядерных кластерных золота (1).
Для экспериментальных исследований процессов выщелачивания дисперсного золота хлоридными растворами в сочетании с перекисными соединениями была разработана лабораторная установка, состоящая из трехкамерного электролизера, над катодной и анодной камерами которого поочередно устанавливалась ультрафиолетовая лампа (рис. 1).
Анодная и катодная камеры отделялись от центральной (биэлектродной, безмембранной) камеры соответственно анионитовой и катионитовой мембранами.
В центральной камере осуществлялся комбинированный режим электрообработки раствора (электролиз-
электроразряд, сопровождающийся ультрафиолетовым излучением).
Увеличенное расстояние между
нижними частями электродов обеспечивало режим обычного электролиза для продуцирования гипохлорита натрия (№СЮ) в межэлектродном пространстве, растворенный хлор и гидроксид натрия соответственно в прианодной и прикатодной областях. Сближенное расстояние между верхними частями обеспечивало режим мягкого электроразряда с образованием пероксидов водорода
вторичных активных ион-радикальных комплексов (рис. 2).
В анодной камере в зависимости от состава и концентрации исходного реагента могла образовываться перекись водорода (Н202), гидроксил-радикал (ОН*) или растворенный молекулярный хлор (С12), формирующий в режиме рекомбинации метастабильную пару соляная кислота - хлорноватистая кислота
(С12 + Н2О = НС1 + НС10).
На первом этапе продуцируют раствор перекиси водорода путем облучения ультрафиолетовой лампой поверхности анода, на которой выделяется двухатомарный кислород с переводом его в трехатомарную форму - озон (при реакции с водой озон формирует перекись водорода).
В катодной камере продуцировалась щелочь (№ОН) и плохо растворимый газообразный водород (Н2), накапливаемый в ее верхней части.
При сливе через определенное время католита, насыщенного водородом, в верхнюю часть анодной камеры и включении ультрафиолетовой лампы за счет активации водорода (Н2=2Н*) и хлора (С12=2С1*) с образованием их реакционно-активных радикалов начинает образовываться стабильная соляная кислота
(НС1*).
Остаточное количество щелочи сравнительно быстро нейтрализуется, и в анодной камере восстанавливается кислая среда.
В центральной (безмембранной) камере при электролизе соляного раствора продуцируется гипохлорит натрия
(СЬ+2Ка0Н=КаС10+ №С1+ +Н2О).
Образовавшийся активный анолит объединяют через трубку с биэлектролитом. При объединении формируется необходимая реакционная смесь
(НС10+НС1+НС1*+КаС10+Н202), которая на время, достаточное для взаимо-
действия с золотом, образует предполагаемые реакционно-актив-ные комплексы типа Н4С130, Н4С1203 и т.д.
При проведении (совместно с f.d.
В.С.Королевым и научными сотрудниками кафедры гидравлики РГГРУ А.Е. Вихманом и М.В. Старковым) серии предварительных опытов с обработкой
руд месторождения Yellow Jacket в лабораторном реакторе был отмечен высокий прирост выхода золота и серебра в раствор и на сорбент (ионообменная смола А-100). Ионит был подготовлен в комбинированной форме с использованием растворов, полученных в фото-электрохимическом реакторе,
— Кoрomкo o6 авmoраx -------------------------------------------------------------
Лавров А.Ю., Cекисов А.Г. - ЧитГУ, Читинский филиал ИГД СО РАН, [email protected]
А
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Лвmoр Название рабomы Специальмсть Ученая степень
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МИНИХАНОВ Ринат Фагилевич Повышение эффективности буровой установки с верхним приводом 05.05.06 к.т.н.
ПОДДУБНЫЙ Владимир Владимирович Обоснование инженерных решений по эффективному освоению подземного пространства крупнейших и крупных городов 25.00.22 к.т.н.
