CC BY
79
УДК 66-958
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ОДНОСТАДИЙНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ХЛОРИРОВАНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕЙ АРСЕНОПИРИТНОЙ РУДЫ
С.В. Парунин, В.В. Коробочкин*
Центр комплексного проектирования, исследования минерального сырья и разработки технологий ТОО «DeCh», г. Усть-Каменогорск,
Казахстан
*Томский политехнический университет E-mail: parunin77@mail.ru
Проведено последовательное планирование, и реализованы серии экспериментов по определению технологических режимов процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды. Установлены наилучшие технологические режимы процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды Родниковского месторождения, позволяющие достичь степени извлечения золота, равной 89 92 %.
Ключевые слова:
Технологические режимы, процесс, электрохимическое хлорирование, золото, арсенопиритная руда, хлорид натрия, медный купорос.
Введение
Проблеме переработки упорных золотосодержащих арсенопиритных руд посвящены многочисленные научные и практические работы исследователей как в России, так и странах ближнего и дальнего зарубежья. Существенное внимание в них уделено методу гидрохлоринации золота в пульпе, в котором процесс электрохимического хлорирования золотосодержащих арсенопирит-ных руд и концентратов является одним из перспективных направлений [1-3].
Результаты исследований показали, что при проведении процесса в статических условиях электролиза скорость диффузии ионов хлора к неподвижной загрузке арсенопиритной руды мала и в раствор переходит лишь небольшая часть свободного и высвобождаемого в результате разрушения арсенопиритной решётки золота. Это обстоятельство определяет необходимость разработки более совершенных конструкций аппаратов для процесса электрохимического хлорирования [4].
Целью исследования является определение технологических режимов процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды в аппарате с перемешивающим устройством.
Методика эксперимента
Для достижения поставленной цели была разработана лабораторная установка для одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды [5], схема которой представлена на рис. 1.
Электрохимический аппарат - 1 с рабочей емкостью 1,0 дм3 запитывали от дискретного преобразователя тока - 2 низкого напряжения HYKC-52 с диапазоном силы тока от 0 до 12 А. Контроль значений силы тока осуществляли подключением последовательно в электрическую цепь к катоду лабораторного амперметра - 6 и напряжения с подключением параллельно в электрическую цепь между анодом и катодом лабораторного вольтметра - 7.
Рис. 1. Схема лабораторной установки для процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды: 1 - электрохимический аппарат; 2 - источник питания прямого тока; 3 - токоподводящая медная анодная шина; 4 -электронагревательный элемент с регулятором температуры; 5 - лабораторный электропривод с регулятором скорости механического перемешивающего устройства; 6 - амперметр; 7 - вольтметр; 8 - загрузочный люк
Измерение водородного показателя электролита осуществляли с помощью лабораторного рН-ме-тра МАРК-901. Перед проведением экспериментов прибор калибровался с использованием калибровочных растворов (pH от 1,6 до 7). Навески арсенопирита, хлорида натрия и пятиводного сульфата меди взвешивали на лабораторных весах с точностью 0,01 г. Регулирование температуры пульпы производили электронагревательным прибором Heidolph MR 3001 4 (диапазон от 5 до 100 °С). Контроль температуры осуществляли с помощью погруженного в пульпу ртутного стеклянного термометра со шкалой измерения от 40 до 90 °С через загрузочный люк. Для перемешивания электролита и пульпы использовали лабораторный электропривод с регулировкой скорости Yellow-line 5.
В работе использовали измельченную до содержания 79 % класса - 0,074 мм упорную золотосо-
держащую арсенопиритную руду Родниковского месторождения (Республика Казахстан). Элементный состав упорной золотосодержащей арсенопи-ритной руды представлен в табл. 1.
При определении технологических режимов процесса одностадийного электрохимического хлорирования золота арсенопиритной руды реализована стратегия последовательного планирования эксперимента с основной задачей динамического характера, а именно сужение области пространства независимых переменных и их отсеивание, что дает возможность локализовать необходимую для эксперимента область и представить наглядную общую картину, характеризующую исследуемый процесс [6].
Таблица 1. Элементный состав упорной золотосодержащей арсенопиритной руды
Элементы Содержание элементов, мас. %
Аи 1,9 г/т
Ад 2,0 г/т
А5 0,29
^общ. 0,1
Собщ. 1,19
^общ. 2,68
Си <0,005
бю2 79,64
мента доводили до значения рН, равного 1,8, под-кислением ее соляной кислотой с концентрацией 35 мас. %. При определении зависимости pH пульпы от времени процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей ар-сенопиритной руды для подкисления пульпы добавляли 3,5 мдм3 концентрированной соляной кислоты.
Таблица 2. Условия проведения экспериментов по определению технологических режимов процесса одностадийного электрохимического хлорирования Серия золотосодержащей арсенопиритной руды
Алгоритм определения технологических режимов процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды предусматривает следующие этапы:
• определение зависимости pH пульпы от времени;
• установление зависимостей степени извлечения золота (ААи) от соотношения твердая фаза:жид-кость (Т:Ж); скорости перемешивания; времени; температуры; объемной плотности тока; добавки медного купороса; концентрации хлорида натрия.
Общее количество запланированных серий экспериментов по определению технологических режимов процесса одностадийного электрохимического хлорирования золота арсенопиритной руды представлено в табл. 2.
Определение технологических режимов процесса электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды проводили в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.
Приготовление электролита осуществляли, растворяя одновременно хлорид натрия марки «хч» и добавку медного купороса (CuSO4•5H2O) марки «хч» в количестве, соответствующем принятому соотношению Т:Ж, в дистиллированной воде непосредственно в электрохимическом аппарате. При перемешивании в электрохимический аппарат через загрузочный люк - 8 загружали навеску упорной золотосодержащей арсенопиритной руды. Полученную пульпу доводили дистиллированной водой до объема 1,0 дм3. Водородный показатель пульпы непосредственно перед началом экспери-
Режимы (Серия) Соотношение Т:Ж Скорость перемешивания, об/мин Время, мин Температура, °С Объёмная плотность тока, А/м3 Добавка медного купороса в пересчете на Си504, г Концентрация №С!, г/дм3
pH 1:6 700 180 60 6000 2,0 200
№ 1 1:10...1:3 700 120 60 6000 2,0 200
№ 2 1:6 600...750 120 60 6000 2,0 200
№ 3 1:6 700 60...150 60 6000 2,0 200
№ 4 1:6 700 120 40...70 6000 2,0 200
№ 5 1:6 700 120 60 2000...8000 2,0 200
№ 6 1:6 700 120 60 6000 1,0...5,0 200
№ 7 1:6 700 120 60 6000 2,0 100...250
Пульпу по завершению процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды отфильтровывали с помощью вакуумного обезвоживателя проб. Кек, полученный после фильтрации, обезвоживали в лабораторном сушильном шкафу при температуре 80 °С в течении 4-х часов, взвешивали и перетирали через сито с решеткой 1,0 мм, далее отбирали представительные пробы и измельчали их в фарфоровой ступке до содержания 100 % класса - 0,074 мм. С помощью методов количественного химического и спектрального анализов в них и в представительных пробах золотосодержащего раствора определяли содержание следующих элементов: Аб; Feобщ. Содержание золота в представительных пробах кеков определяли пробирным анализом. В представительных пробах золотосодержащих растворов содержание золота определяли с помощью метода количественного спектрального анализа.
Расчет степени извлечения золота из арсенопи-ритной руды проводили по формуле:
^=(■ - ■»%
где Мк - масса кека, г; Ск - со держание золота в кеке, мас. %; Мн - масса навески арсенопиритной руды, г; Сн - содержание золота в арсенопиритной руде, мас. %.
Рис. 2. Последовательность проведения экспериментов
Результаты и их обсуждение
В табл. 3 приведены результаты серии экспериментов определения зависимости pH пульпы от времени процесса одностадийного электрохимического хлорирования золота арсенопиритной руды Родниковского месторождения.
Таблица 3. Зависимость pH пульпы от времени одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды
Таблица 4. Зависимость степени извлечения золота и содержания золота, мышьяка и железа в продуктах электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды от режимных параметров
Время, мин pH пульпы
0 1,8
10 1,9
20 2,0
30 2,3
40 2,7
50 3,2
60 3,7
70 4,1
80 4,3
90 4,5
100 4,7
110 4,9
120 5,2
130 5,4
140 5,6
150 5,8
160 6
170 6,1
180 6,2
В табл. 4 приведены результаты серии экспериментов по определению технологических режимов процесса электрохимического хлорирования, а именно: зависимости степени извлечения золота от соотношения Т:Ж; скорости перемешивания; времени; температуры; объемной плотности тока; добавки медного купороса; концентрации хлорида натрия в растворе.
Серии экспери- ментов Режимы Степень извлечения % Содержание продуктов электрохимического хлорирования
Кек Золотосодержащий раствор
Аи, г/т А5, % Ре, % Аи, мг/дм3 А5, мг/дм3 Ре, г/дм3
№ 1(соотношение Т:Ж) 1:10 93,2 0,13 0,29 2,82 0,16 <0,001 <0,001
1:6 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
1:4 89,1 0,21 0,32 2,73 0,38 <0,001 <0,001
1:3 86,7 0,25 0,32 2,59 0,47 0,002 0,009
№ 2(скорость перемешивания, об/мин 600 87,8 0,23 0,27 2,95 0,24 <0,001 <0,001
650 89,7 0,20 0,28 3,05 0,24 <0,001 <0,001
700 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
750 92,2 0,15 0,32 2,86 0,26 <0,001 <0,001
№ 3 (время, мин) 60 72,2 0,53 0,32 2,72 0,20 0,002 0,01
90 82,4 0,33 0,29 2,77 0,23 <0,001 <0,001
120 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
150 92,1 0,15 0,33 2,55 0,26 <0,001 <0,001
№ 4 (температура, °С) 40 78,6 0,41 0,32 2,59 0,21 <0,001 <0,001
50 87,7 0,23 0,27 2,95 0,25 <0,001 <0,001
60 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
70 92,5 0,14 0,32 2,72 0,26 <0,001 <0,001
№ 5(объёмная плотность тока, А/м3) 2000 68,4 0,60 0,32 2,73 0,18 <0,001 <0,001
4000 89,5 0,20 0,32 2,59 0,25 <0,001 <0,001
6000 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
8000 90,8 0,17 0,29 2,82 0,25 <0,001 <0,001
т "[Г Ю -г О О —( :з |_0 ^ а №к 1 90,4 0,18 0,32 2,59 0,25 <0,001 <0,001
2 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
3 92,6 0,14 0,32 2,72 0,26 <0,001 <0,001
5 93,1 0,13 0,29 2,77 0,26 <0,001 <0,001
№ 7(концентрация №С1, г/дм3) 100 86,6 0,25 0,29 2,63 0,24 <0,001 <0,001
150 90,5 0,18 0,32 2,72 0,25 <0,001 <0,001
200 91,5 0,16 0,3 3,28 0,25 <0,001 <0,001
250 92,4 0,14 0,32 2,59 0,26 <0,001 <0,001
Ади, % Али, % Ади, % Значение pH пульпы
Время, мин.
Скорость перемешивания, об/мин
Температура, °С
Количество СиЭО/
Рис. 3. Результаты статистической обработки полученных данных зависимости изменения: а) pH пульпы от времени; ДАи от: б) соотношения Т: Ж; в) скорости перемешивания; г) времени; д) температуры; е) объёмной плотности тока; ж) количества добавки СиБ04; з) концентрации ЫаС1 в растворе
Из представленных зависимостей (рис. 3, а-з) видно, что добавка соляной кислоты с концентрацией 35 мас. % в количестве 3,5 мдм3 на 1 дм3 пульпы при ее подготовке обеспечивает заданный технологический режим изменения pH пульпы от 1,8 до 5,2 за 120 минут процесса одностадийного электрохимического хлорирования золота арсено-пиритной руды Родниковского месторождения.
Увеличению степени извлечения золота способствует рост таких технологических параметров, как отношение Т: Ж, скорость перемешивания и температура во всем исследуемом интервале, менее интенсивный рост AAu наблюдается при увеличении концентрации NaCl в растворе с 150 до 200 г/дм3 и количества вводимой добавки медного купороса от 3 до 5 г. Вместе с тем количество добавки CuSO4-5H2O более 2 г нежелательно, поскольку приводит к накоплению на катоде порошкообразной меди, что обусловлено преимущественным сдвигом равновесия процессов осаждение-растворение в направлении образования осадка на катоде.
Увеличение объемной плотности тока с 2-103до 4103 А/м3 приводит к существенному росту AAu (на 20 %), в то же время в интервале объемной плотности тока от 4-103до 8-103 А/м3 степень извлечения золота изменяется незначительно. Это может косвенно свидетельствовать о том, что на скорость процесса извлечения оказывает влияние диффузионное торможение, которое уменьшается с увеличением времени процесса и особенно нивелируется интенсивностью перемешивания.
Установленные зависимости позволяют рекомендовать технологический режим процесса одно-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд. - Иркутск: Иргиредмет, 1999. - Т. 1, 2. - 786 с.
2. Меретуков М.А. Золото: химия, минералогия, металлургия. -М.: Изд. дом «Руда и металлы», 2008. - 528 с.
3. Стрижко Л.С. Металлургия золота и серебра. - М.: МИСИС, 2001. - 336 с.
4. Меретуков М.А. Хлоридная гидрометаллургия золота // Цветные металлы. - 2005. - № 12. - С. 54-61.
стадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды.
Выводы
1. Подкисление электролита соляной кислотой с концентрацией 35 мас. % в количестве 4 мдм3 на 1 дм3 пульпы обеспечивает наилучший технологический режим процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды Родниковско-го месторождения при значениях рН пульпы от 2,0 до 4,5 за период времени 120 минут.
2. Установлено, что активный концентрационный диапазон ионов меди в электролите для технологических режимов процесса электрохимического хлорирования золотосодержащей арсено-пиритной руды в аппарате без использования диафрагмы составляет от 0,5 до 0,8 г/дм3.
3. Для достижения степени извлечения золота от 89 до 92 % из арсенопиритной руды Родников-ского месторождения необходимо поддерживать следующий технологический режим процесса одностадийного электрохимического хлорирования золотосодержащей арсенопиритной руды:
• соотношение Т: Ж - от 1:4 до 1:6;
• скорость перемешивания пульпы - от 700 до 750 об/мин;
• время электролиза - от 110 до 130 мин;
• температура пульпы - от 55 до 65 °С;
• объемная плотность тока - от 4000 до 6000 А/м3;
• количество добавки С^04 - от 1 до 2 г;
• концентрация №С1 в растворе - от 150 до 200 г/дм3.
5. А.С.66817 Республика Казахстан, МПК8 С25С 7/00. Электролизер / С.В. Парунин. № 23512, заявка 2009/1460.1; Приоритет 11.12.2009.
6. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. - М.: Металлургия, 1981. - 152 с.
Поступила 21.06.13 г.
UDC 66-958
DETERMINATION OF PROCESS CONDITIONS OF SINGLE-STAGE ELECTROCHEMICAL CHLORINATION OF GOLD-BEARING ARSENOPYRITE ORE
S.V. Parunin, V.V. Korobochkin*
Center of complex design, investigation of minerals and development of DeCh techniques, Ust Kamenogorsk, Kazakhstan
* Tomsk Polytechnic University
The authors have carried out the consistent planning and have implemented sets of the experiments to determine process conditions of single-stage electrochemical chlorination of gold-bearing arsenopyrite ore. The best process conditions of the single-stage electrochemical chlorination of gold-bearing arsenopyrite ore on Rodnikovskoe field were defined. The conditions allow achieving gold recovery rate equal 89...92 %.
Key words:
Technological regimes, process, electrochemical chlorination, gold, arsenopyrite ore, sodium chloride, copper sulfate.
REFERENCES
1. Lodeyshchikov V.V. Tekhnologiya izvlecheniya zolota i serebra iz upornykh rud (Gold and silver recovery technique from refractory ores). Irkutsk, Irgiredmet, 1999. 1, 2, 786 p.
2. Meretukov M.A. Zoloto: khimiya, mineralogiya, metallurgiya (Gold: chemistry, mineralogy, metallurgy). Moscow, Ruda i me-tally, 2008. 528 p.
3. Strizhko L.S. Metallurgiya zolota i serebra (Gold and silver metallurgy). Moscow, MISIS, 2001. 336 p.
4. Meretukov M.A. Tsvetnye metally, 2005. 12, pp. 54-61.
5. Parunin S.V. A.S. 66817 Respublika Kazakhstan, MPK8 S25S 7/00. Electrolizer. №23512, zayavka 2009/1460.1; prioritet
11.12.2009.
6. Nalimov V.V., Golikova T.I. Logicheskie osnovaniyaplanirovani-ya eksperimenta (Logical basis of experiment design). Moscow, Metallurgiya, 1981. 152 p.
