Методы выщелачивания: подземное, бактериальное, кучное, их сравнительная характеристика и отличительные особенности, условия применения. Физические свойства цианида натрия. Технология производства цианида, применение и воздействие на окружающую среду.
Выщелачивание включает по меньшей мере два процесса: химический - перевод одного из веществ в растворимое состояние, и физико-химический - растворение в воде (экстрагирование). Выщелачивание осуществляется перемешиванием (агитацией) мелкого твердого материала с жидким растворителем в контакте с газообразным реагентом, например, воздухом (Выщелачивание золотых, урановых руд и сульфидных концентратов и др.), просачиванием (перколяцией) жидкого реагента через неподвижный слой твердого (Выщелачивание меди из окисленных руд, алюминатов из спеченных бокситов). Скорость выщелачивания зависит от удельной поверхности раздела твердое - жидкость (то есть от размера частиц твердого), разности концентраций растворителя и химических реагентов на поверхности твердого и в объеме, вязкости растворителя, величины коэффициента диффузии, интенсивности перемешивания (уменьшение диффузионного слоя, ускорение растворения газообразных реагентов), температуры (увеличение констант скорости реакции и диффузии), парциального давления газообразного реагента (кислорода, сернистого ангидрида и др.) над раствором, концентрации растворимого окислителя, например, сульфата железа. В этих случаях растворы подают на руду сверху, обогащенные (просочившиеся через нее) растворы собирают в выработках снизу, подают их на установку для выделения металла и обедненный раствор после регенерации растворителя возвращают для повторного использования. Скорость выщелачивания зависит от удельной поверхности раздела твердое - жидкость (т.е. от размера частиц твердого), разности концентраций растворителя и химических реагентов на поверхности твердого и в объеме, вязкости растворителя, величины коэффициента диффузии, интенсивности перемешивания (уменьшение диффузионного слоя, ускорение растворения газообразных реагентов), температуры (увеличение констант скорости реакции и диффузии), парциального давления газообразного реагента (кислорода, сернистого ангидрида и др.) над раствором, концентрации растворимого окислителя, например, сульфата железа.Цианиды связываются с ферментами тканей, отвечающими за клеточное дыхание, подавляя их активность, поэтому смерть от них может наступить очень быстро; человек теряет сознание, после чего у него развиваются судороги и наступает смерть. При вдыхании паров синильной кислоты смерть наступает в течение одной минуты.
Введение
Цель работы - повышение эффективности экологической реабилитации установок кучного выщелачивания путем разработки метода очистки цианид содержащих сточных вод и штабеля кучного выщелачивания.
Основная идея работы заключается в использовании метода разложения цианидов путем их сорбции из растворов на поверхность тела гидрофитного растения семейства рясковых при реабилитации земель, нарушенных кучным выщелачиванием.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - оценить экологическое состояние территории земель, нарушенных применением технологии кучного выщелачивания месторождении;
- оценить биолого-экологические характеристики водных растений как возможных концентраторов токсичных соединений;
- определить оптимальные режимные параметры технологии обезвреживания цианид содержащих сточных вод;
- разработать комплекс мероприятий для реабилитации территорий установок кучного выщелачивания после окончания их эксплуатации.
Основные научные положения, выносимые на защиту: 1. Обезвреживание сточных вод от цианистых соединений, основанное на использовании гидрофитных малоразмерных растений семейства рясковых, является эффективным природоохранным мероприятием, поскольку радикально снижает содержание цианидов и роданидов до ПДК.
2. Установленные основные этапы реабилитации территорий установок кучного выщелачивания обеспечивают восстановление нарушенных площадей.
Научная новизна результатов исследований: 1. Разработан новый способ деструкции соединений цианида, основанный на использовании различных добавок (химических удобрений, минералов) к технологическому раствору с ряской.
2. Установлены закономерности и параметры, при которых деструкция цианидов ряской протекает в оптимальном режиме.
3. Разработан комплекс реабилитации территории кучного выщелачивания методом биохимической очистки с использованием плавающих гидрофитных растений семейства рясковых.
Научная и практическая ценность работы: Полученные результаты способствуют решению таких задач, как: - снижение отрицательного воздействия технологии кучного выщелачивания на биогеоценоз территории;
- замена экологически опасного способа обезвреживания отработанных вод кучного выщелачивания методом хлорирования более безопасным методом, основанным на использовании гидрофитных малоразмерных растений.
Методы исследований включают: - аналитическое обобщение результатов изучения влияния кучного выщелачивания на окружающую среду;
- анализ проб почвы, породы и отработанных вод участка кучного выщелачивания;
- гранулометрический анализ почвы;
- лабораторные технологические исследования по обезвреживанию отходов рудного штабеля кучного выщелачивания;
- математическое планирование технологических и экологических параметров;
- опытно-промышленные испытания очистки сточных вод кучного выщелачивания.
В последнее время для добычи многих твердых полезных ископаемых применяют геотехнологические методы добычи с использованием буровых скважин. Они позволяют упростить и удешевить добычу, производить отработку бедных месторождений, а также месторождений, характеризующихся сложными условиями залегания. Вскрытие рудной залежи осуществляют буровыми скважинами, которые предлагается называть геотехнологическими.
Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых позволяют снизить в некоторых случаях в 2 - 4 раза капитальные затраты на строительство предприятий, повысить производительность труда по конечной продукции, сократить численность работающих. Кроме того, их применение способствует значительному улучшению условий труда и уменьшению отрицательного воздействия на окружающую среду.
1. Методы выщелачивания
Выщелачивание горных пород - процесс избирательного растворения и выноса подземными водами отдельных компонентов горных пород. Выщелачивание особенно широко развито в условиях выветривания. Способность воды к выщелачиванию повышается, если в ней присутствуют углекислота и кислород. При выщелачивании из горных пород удаляются прежде всего легко растворимые хлориды Na, K и другие, затем мульфаты Ca и карбонаты Ca. Примером проявление процессов выщелачивания горных пород может служить карст, возникающий в результате действия фильтрующихся вод на соли, гипс, доломиты или известняки. Процессы выщелачивания оказывают существенное влияние на минерализацию подземных вод.
Примеры выщелачивания
- щелочное извлечение лигнина из древесины, - растворение в горячей воде сахара из свеклы и сахарного тростника, извлечение металлов из руд и концентратов.
Технология выщелачивания
Выщелачивание включает по меньшей мере два процесса: химический - перевод одного из веществ в растворимое состояние, и физико-химический - растворение в воде (экстрагирование).
Предварительная обработка
Перед выщелачиванием твердое вещество в случае необходимости подвергают механической обработке (дробление, измельчение) и химической - вскрытию (окисление или восстановление в пульпе, обжиг, спекание, сульфатизация и др.). Назначение вскрытия - перевод труднорастворимых соединений в легкорастворимые (сульфидов в сульфаты, высших окислов в низшие). Вскрытие совмещается с выщелачиванием, например, при окислительном автоклавном выщелачивании сульфидных руд и концентратов. Типичные промышленные растворители: вода, водные растворы кислот (в основном серной и соляной) и щелочей (аммиак, едкий натр), солей (карбонат натрия), цианиды.
Выщелачивание осуществляется перемешиванием (агитацией) мелкого твердого материала с жидким растворителем в контакте с газообразным реагентом, например, воздухом (Выщелачивание золотых, урановых руд и сульфидных концентратов и др.), просачиванием (перколяцией) жидкого реагента через неподвижный слой твердого (Выщелачивание меди из окисленных руд, алюминатов из спеченных бокситов).
Выщелачивание периодически или непрерывно, прямоточно или противоточно обычно проводят в чанах с механическим, пневматическим или пневмомеханическим перемешиванием при атмосферном давлении; в чанах без перемешивания (в перколяторах или диффузорах); в трубчатых реакторах; в автоклавах при повышенных давлениях и температурах.
Избирательность выщелачивание определяется химическими свойствами и концентрацией растворителя, структурой твердого вещества и его физико-химическими свойствами, растворимостью соединений выщелачиваемого вещества в данных условиях. Скорость выщелачивания зависит от удельной поверхности раздела твердое - жидкость (то есть от размера частиц твердого), разности концентраций растворителя и химических реагентов на поверхности твердого и в объеме, вязкости растворителя, величины коэффициента диффузии, интенсивности перемешивания (уменьшение диффузионного слоя, ускорение растворения газообразных реагентов), температуры (увеличение констант скорости реакции и диффузии), парциального давления газообразного реагента (кислорода, сернистого ангидрида и др.) над раствором, концентрации растворимого окислителя, например, сульфата железа. Чаще всего выщелачивание как гетерогенный процесс протекает в диффузионной области, хотя возможны смешанные диффузионно-кинетические или кинетические режимы
Интенсификация выщелачивания
Интенсификация выщелачивание достигается одновременной сорбцией выщелачиваемого компонента на смолах (так называемое диффузионное выщелачивание), внесением бактерий (см. Бактериальное выщелачивание), применением повышенных температур до 300°C и давлений до 5 Мн/м? (50 кгс/см?) - автоклавное выщелачивание. Иногда выщелачивание осуществляется в режиме «кипящего слоя», с виброперемешиванием, с ультразвуковой кавитацией
Геотехнология
Выщелачивание проводят из отвалов бедной руды (кучное выщелачивание) или непосредственно из рудного тела, если руда пористая или трещиноватая. Для создания необходимой трещиноватости руду разрыхляют путем взрывов с использованием обычных взрывчатых веществ или атомных зарядов (подземное выщелачивание). В этих случаях растворы подают на руду сверху, обогащенные (просочившиеся через нее) растворы собирают в выработках снизу, подают их на установку для выделения металла и обедненный раствор после регенерации растворителя возвращают для повторного использования.
Эффективность выщелачивания
Эффективность выщелачивания определяется полнотой извлечения ценных компонентов, концентрацией извлекаемых компонентов и вредных примесей в конечном растворе, расходом материалов, электроэнергии, пара, затратами рабочей силы, скоростью процесса.
Одним из геотехнологических методов является метод подземного выщелачивания. Подробнее мы ознакомимся с ним в следующих главах. Подземное выщелачивание полезных ископаемых, метод добычи полезного ископаемого избирательным растворением его химическими реагентами в рудном теле на месте залегания с извлечением на поверхность. ПВ применяется для добычи цветных металлов и редких элементов и др. ПВ относится к фильтрационным процессам и основано на химических реакциях «твердое тело - жидкость».
При подземном выщелачивании проницаемых рудных тел месторождение вскрывается системой скважин, располагаемых рядами, многоугольниками, кольцами. В скважины подают растворитель, который, фильтруясь по пласту, выщелачивает полезные компоненты. Продуктивный раствор откачивается через другие скважины. В случае монолитных непроницаемых рудных тел залежь вскрывают подземными горными выработками, отдельные рудные блоки дробят с помощью буровзрывных работ. Затем на верхнем горизонте массив орошают растворителем, который, стекая вниз, растворяет полезное ископаемое. На нижнем горизонте растворы собирают и перекачивают на поверхность для переработки.
Подземное выщелачивание цветных металлов известно с 16 в. (Испания), в крупных промышленных масштабах метод впервые освоен на медном руднике Кананеа в Мексике (1924 г.) и на медноколчеданных месторождениях Урала (1939-42 гг.). Урановые руды разрабатываются ПВ с 1957 г. ПВ применяется в ряде стран (США, СССР, Франция, Япония, ГДР и др.); в 1974 г. этим способом было получено 20% мировой добычи меди.
Сущность подземного выщелачивания ПИ заключается в избирательном переводе полезного компонента в жидкую фазу путем управляемого движения растворителя по руде в естественном залегании или подготовленного к растворению и подъему насыщенного металлом раствора на поверхность. С этой целью через скважины, пробуренные с поверхности в пласт полезного ископаемого нагнетается химический реагент, способный переводить минералы полезного ископаемого в растворимую форму. Раствор, пройдя часть рудного пласта, через другие скважины поднимается на поверхность и далее по трубопроводу транспортируется к установкам для переработки.
Важнейшими природными предпосылками применения ПВ являются способность ПИ и его соединений переходить в раствор при воздействии на рудный пласт водного раствора выщелачивающего реагента, а также возможность фильтрации выщелачивающих растворов в породах продуктивного горизонта.
Выбор растворителя для ПВ зависит от состава руд. Наиболее широкое применение находят водные растворы кислот (серной, соляной, азотной) или соды.
ПВ применяется при добыче урановых руд, цветных и редких металлов (медь, никель, свинец, цинк, золото и др.). Имеются предпосылки использования его для добычи фосфоритов, боратов и др.
Важным фактором повышения эффективности добычи методом ПВ является правильный выбор схемы размещения технологических скважин и расстояний между ними. В практике эксплуатации месторождений в основном применяется линейная схема расположения скважин, представляющая собой чередование рядов нагнетательных и откачных скважин. Расстояния между рядами и скважинами в ряду колеблются в широких пределах (15 - 50 м и более). Наиболее широкое распространение получила схема 25х50 м.
1.2 Бактериальное выщелачивание
Бактериальное выщелачивание, избирательное извлечение химических элементов из многокомпонентных соединений посредством их растворения микроорганизмами в водной среде. Благодаря бактериальному выщелачиванию появляется возможность извлекать из руд, отходов производства и т.д. ценные компоненты (медь, уран и др.) или вредные примеси (например, мышьяк в рудах черных и цветных металлов). Впервые запатентовано в США (1958) применительно к извлечению меди и цинка.
Бактериальным выщелачиванием можно пользоваться при всех способах выщелачивания, не связанных с повышенными давлениями и температурой. Наиболее широко для бактериального выщелачивания применяют тионовые бактерии: Thiobacillus ferrooxidans, способные окислять сульфидные минералы и закисное железо до окисного (так называемые железобактерии), и Th. thiooxidans (так называемые серобактерии). Тионовые бактерии являются хемоавтотрофами, т.е. единственный источник энергии для их жизнедеятельности - процессы окисления закисного железа, сульфидов различных металлов и элементарной серы. Эта энергия расходуется на усвоение углекислоты, выделяемой из атмосферы или из руды. Получаемый углерод идет на построение клеточной ткани бактерий. Th. ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до сульфатов прямым и косвенным путем (когда микроорганизмы окисляют сернокислое закисное железо до окисного, являющегося сильным окислителем и растворителем сульфидов): Важнейший фактор бактериального выщелачивания - быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями (Th. ferrooxidans), что в некоторых случаях ускоряет процессы окисления и выщелачивания. Оптимальная температура для развития тионовых бактерий 25-35°C, а PH от 2 до 4. Тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12 раз, арсенонирита и сфалерита в 7 раз, ковелина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами.
В значительных промышленных масштабах бактериальное выщелачивание применяется для кучного извлечения полезных ископаемых (меди и урана) из руд на месте их залегания. Например, экономически целесообразно извлекать бактериальное выщелачивание медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами Fe2 (SO4)3 в присутствии Al2(SO4)3, FESO4 и тионовых бактерий Th. ferrooxidans. Раствор подается по шлангам в скважины, пробуренные в рудном теле (рис. 3); бактерии и сульфат окиси железа окисляют сульфиды меди по схеме: В различных странах ведутся исследования по выщелачиванию с участием тионовых бактерий для извлечения мн. металлов (Zn, Со, As, Мп и др.). Ведутся работы по выявлению бактерий иных видов для извлечения др. полезных ископаемых. Например, для растворения и извлечения золота предложено использовать гетеротрофные бактерии Aeromonas, выделенные из рудничных вод золотоносных приисков.
Простота аппаратуры для бактериального выщелачивания, возможность быстрого размножения бактерий, особенно при возвращении в процесс отработанных растворов, содержащих живые организмы, открывает возможность не только резко снизить себестоимость получения ценных полезных ископаемых, но и значительно увеличить сырьевые ресурсы за счет использования бедных, забалансовых и потерянных (например, в целиках) руд в месторождениях, отвалов из отходов обогащения, пыли, шлаков и др. В перспективе бактериальное выщелачивание открывает возможности создания полностью автоматизированных предприятий по получению металлов из забалансовых и потерянных руд непосредственно из недр Земли, минуя сложные горнообогатительные комплексы.
Выщелачивание (иногда - варка), перевод в раствор (обычно водный) одного или нескольких компонентов твердого вещества с помощью водного или органического растворителя, часто при участии газов - окислителей или восстановителей. Примеры выщелачивания: щелочное извлечение лигнина из древесины, растворение в горячей воде сахара из свеклы и сахарного тростника, извлечение металлов из руд и концентратов. Выщелачивание включает по меньшей мере два процесса: химический - перевод одного из веществ в растворимое состояние, и физико-химический - растворение в воде.
Перед выщелачиванием твердое вещество в случае необходимости подвергают механической обработке (дробление, измельчение) и химической - вскрытию (окисление или восстановление в пульпе, обжиг, спекание, сульфатизация и др.). Назначение вскрытия - перевод труднорастворимых соединений в легкорастворимые (сульфидов в сульфаты, высших окислов в низшие). Вскрытие совмещается с выщелачиванием, например, при окислительном автоклавном выщелачивании сульфидных руд и концентратов. Типичные промышленные растворители: вода, водные растворы кислот (в основном серной и соляной) и щелочей (аммиак, едкий натр), солей (углекислый натрий или алюминий), цианиды.
Выщелачивание осуществляется перемешиванием («агитацией») мелкого твердого материала с жидким растворителем в контакте с газообразным реагентом, например, воздухом (выщелачивание золотых, урановых руд и сульфидных концентратов и др.), просачиванием (перколяцией) жидкого реагента через неподвижный слой твердого (выщелачивание меди из окисленных руд, алюминатов из спеченных бокситов).
Выщелачивание периодически или непрерывно, прямоточно или противоточно обычно проводят в чанах с механическим, пневматическим или пневмомеханическим перемешиванием при атмосферном давлении; в чанах без перемешивания (в перколяторах или диффузорах); в трубчатых реакторах; в автоклавах при повышенных давлениях и температурах.
Избирательность выщелачивания определяется химическими свойствами и концентрацией растворителя, структурой твердого вещества и его физико-химическими свойствами, растворимостью соединений выщелачиваемого вещества в данных условиях. Скорость выщелачивания зависит от удельной поверхности раздела твердое - жидкость (т.е. от размера частиц твердого), разности концентраций растворителя и химических реагентов на поверхности твердого и в объеме, вязкости растворителя, величины коэффициента диффузии, интенсивности перемешивания (уменьшение диффузионного слоя, ускорение растворения газообразных реагентов), температуры (увеличение констант скорости реакции и диффузии), парциального давления газообразного реагента (кислорода, сернистого ангидрида и др.) над раствором, концентрации растворимого окислителя, например, сульфата железа. Чаще всего В. как гетерогенный процесс протекает в диффузионной области, хотя возможны смешанные диффузионно-кинетические или кинетические режимы.
Интенсификация выщелачивания достигается одновременной сорбцией выщелачиваемого компонента на смолах (так называемое диффузионное выщелачивание), внесением бактерий (см. Бактериальное выщелачивание), применением повышенных температур до 300°С и давлений до 5 Мн/м2 (50 кгс/см2) - автоклавное выщелачивание. Иногда выщелачивание осуществляется в режиме «кипящего слоя», с виброперемешиванием, с ультразвуковой кавитацией.
Выщелачивания проводят из отвалов бедной руды (кучное выщелачивание) или непосредственно из рудного тела, если руда пористая или трещиноватая. Для создания необходимой трещиноватости руду разрыхляют путем взрывов с использованием обычных взрывчатых веществ или атомных зарядов (подземное выщелачивание). В этих случаях растворы подают на руду сверху, обогащенные (просочившиеся через нее) растворы собирают в выработках снизу, подают их на установку для выделения металла и обедненный раствор после регенерации растворителя возвращают для повторного использования.
Эффективность выщелачивания определяется полнотой извлечения ценных компонентов, концентрацией извлекаемых компонентов и вредных примесей в конечном растворе, расходом материалов, электроэнергии, пара, затратами рабочей силы, скоростью процесса.
1.3 Кучное выщелачивание
Перспективы применения кучного выщелачивания для переработки золотосодержащей горной массы базируется на значительном объеме экспериментальных исследований по обоснованию параметров инфильтрационных процессов, при которых массообмен между твердой и жидкой фазами протекает при неполном заполнении выщелачивающим реагентом порового пространства предварительно раздробленной и уложенной в штабель руды.
В настоящее время в золотодобывающей промышленности для извлечения золота из руды нашли широкое применение цианиды. В своей деятельности ОАО «МНПО «Полиметалл», являющийся одним из крупнейших холдингов в сфере добычи драгоценных металлов, самым серьезным образом подходит к вопросам экологического характера при работе с опасными реагентами.
Цианид представляет собой весьма часто встречающееся в природе соединение, образующееся в процессе различных биохимических реакций. Большинство растений синтезируют органические соединения, содержащие цианистые гликозиды. Многие хорошо известные продукты, такие как салат, кукуруза, сладкий картофель, фасоль, миндаль содержат цианиды. Есть цианистый водород и в сигаретном дыме. Химический анализ показывает общее содержание цианида в миндале около 2 ррм., а в сигаретном дыме 1600 ррм.
Цианид натрия - это ключевой ингредиент раствора, применяемого для процесса извлечения золота методом кучного выщелачивания. Цианидный ион CN - образует с золотом и серебром настолько прочные комплексные соединения, что становится возможным процесс окисления благородных металлов кислородом воздухам и их переход из руды в раствор. Помимо NACN (концентрация 0.1%) в выщелачивающий раствор обязательно добавляется щелочь (гидроксид натрия или кальция) для предотвращения выделения из него цианистого водорода.
Главными типами руд, пригодных для цианирования и цианидного кучного выщелачивания, являются: - окисленные вкрапленные руды;
- сульфидные руды, в которых благородные металлы не являются тесно ассоциированными с сульфидными минералами;
- руды коренных месторождений и россыпи, содержащие тонкое золото или частицы с высоким отношением площади поверхности к весу.
Ниже приводятся более детальные характеристики свойств руд, с точки зрения их пригодности для кучного выщелачивания цианидными растворами: - наличие благородных металлов, поддающихся растворению цианидами;
- нахождение золота в форме очень тонких или же уплощенных частиц;
- высокая пористость и проницаемость пород, заключающих орудинение;
- отсутствие в руде углистого материала и других сорбентов - вызывающих преждевременную адсорбцию либо осаждение золота и серебра из выщелачивающего раствора;
- низкое содержание в руде цианисидов, металлоцианидных комплексов, «оттягивающих» на себя цианиды и нарушающих ход реакции растворения;
- низкое содержание в руде глинистого компонента и других тонких фракций, препятствующих равномерной циркуляции выщелачивающего раствора (если в исходном материале для штабеля чрезмерно много такого материала, необходима его предварительная агломерация);
- отсутствие в руде кислотообразующих ингредиентов, обуславливающих повышенное потребление цианида и материалов подстилки.
Следовательно, кучному выщелачиванию подвергают легкообогатимые руды, в которых золото и серебро находятся преимущественно в цианируемой форме, т.е. свободное (самородное) или в сростках в основной своей массе. К такому виду сырья можно отнести окисленные руды или коры выветривания коренных месторождений, отработка которых возможна открытым способом, а также смешанные руды без четкого разграничения между окисленными и первичными их разновидностями, забалансовые рудные отвалы, техногенное сырье (лежалые хвосты золотоизвлекательных фабрик и обогатительных фабрик) и текущие хвосты переработки золотосодержащих руд.
Не подлежат переработке методом кучного выщелачивания первичные руды, в которых золото или серебро тонко вкраплено в сульфиды, руды, в которых присутствует углеродистое вещество, сорбционноактивное к цианидному комплексу.
Важным фактором, ограничивающим использование технологии кучного выщелачивания является наличие глинистого материала в руде. Глины, обладая низкими фильтрационными свойствами и способностью к набуханию, препятствуют проницаемости продуктивных растворов, замедляя процесс выщелачивания и снижая извлечение золота. В этом случае действенным способом является предварительное окомкование или агломерация.
Основной принцип процесса цианирования состоит в том, что цианидные ионы образуют весьма устойчивые комплексы с золотом, серебром и другими металлами. Слабощелочные цианидные растворы вызывают растворение в первую очередь находящихся в рудах золота и серебра. Ионная реакция (известна как уравнение Эльсенера), которая обычно используется как основной способ перевода золота в раствор с помощью цианида, выглядит следующим образом: 4Au 8CN O2 2H2O=4Au(CN) 2 4OH (1)
Более поздние исследования механизма растворения указывают на то, что растворение протекает в две стадии. Основная часть золота растворяется в соответствии с реакцией:
2Au 4CN O2 2H2O=2Au(CN) 2 H2O 2OH (2) а меньшая, но все-таки заметная его часть в соответствии с реакцией (1) - уравнением Эльсенера. Скорость растворения зависит от концентрации цианида натрия (NACN) и щелочности раствора, причем оптимальное значение PH - 10,3.
Исторически первые проекты кучного выщелачивания благородных металлов в США начали реализовываться в западных штатах, и, прежде всего, в Неваде. Предпочтение в территориальном размещении рудников обуславливалось несколькими факторами. Безусловно, первостепенное значение имело наличие крупных золоторудных месторождений с бедными рудами, поддающимися выщелачиванию. На второе место можно поставить такие факторы, как рельеф и климатические условия местности, которые могли способствовать реализации простого проекта кучного выщелачивания при ограниченном использовании земельных площадей и минимальных правовых ограничениях. Более поздние проекты с использованием технологий кучного выщелачивания реализовывались уже по всей гористой местности, низких температур и повышенной влажности. Несмотря на то, что использование метода в этих условиях требует специальных конструкторских решений, многие проекты были успешно выполнены и продолжают осуществляться в районах, традиционно считавшихся неподходящими для использования рассматриваемых технологий. Тем не менее, следует сказать, что использование метода кучного выщелачивания часто ограничивается рамками территорий с более или менее умеренными климатическими условиями. Низкие температуры ограничивают эксплуатационную активность не столько изза того, что они «угнетают» химическую реакцию выщелачивания, сколько изза образования льда.
Гидрогеологический режим территории, где расположен объект кучного выщелачивания, связан с режимом выпадения осадков в данном районе и имеет отчетливо выраженное влияние на технологический процесс. Для того, чтобы эффективно выщелачивать благородные металлы и делать это экономично, необходимо относительно узкий диапазон концентраций выщелачивающего раствора. Сохранение постоянной концентрации выщелачивающего раствора (если оставить в стороне подаваемые в ходе работ химические добавки) зависит от гидрогеологического режима соответствующей местности. Аридный климат с высоким испарением может проявлять себя в весьма высоком потреблении воды для поддержания ее необходимого объема в контуре выщелачивания. Напротив, в районах с избыточным увлажнением может иметь место постоянное увеличение объемов раствора в контуре выщелачивания, что потребует отвода, нейтрализации и разгрузки излишнего количества химически активного раствора из системы. Такого рода факторы, безусловно, должны приниматься в расчет на стадии проектирования. Чтобы выбрать наиболее подходящий метод кучного выщелачивания, для того или иного конкретного проекта, а так же оценить методы оптимизации технологического процесса на объекте, необходимо принять во внимание результаты технологических испытаний, рельеф местности и климатические особенности района, расположения проекта, геолого-технические и геологические особенности месторождения, а так же способ добычи руды и годовую производительность рудника.
Не подлежат переработке методом кучного выщелачивания первичные руды, в которых золото или серебро тонко вкраплено в сульфиды, руды, в которых присутствует углеродистое вещество, сорбционноактивное к цианидному комплексу.
2. Физические свойства цианида натрия
Физические свойства Обозначение Единица измерения Значение
Плотность ? г/см3 1,6
Температура плавления T пл 0С 563,7
Температура кипения t кип 0С 149,7
Теплоемкость C p0 Дж/(моль*К) 69,7
Энтальпия образования в стандартном состоянии ?H0 обр. КДЖ/моль 89,87
Энтальпия полиморфного перехода ?H0 пер. КДЖ/моль 2,93
Энтальпия плавления ?H0 пл. КДЖ/моль 15,4
Энтальпия испарения ?H0 исп. КДЖ/моль 156
Предельно допустимая концентрация (в пересчете на HCN)
В воздухе рабочей зоны ПДК мг/м3 0,3
В атмосферном воздухе 0,01
В воде мг/л 0,1
Цианид натрия высокотоксичен, вызывает удушье вследствие паралича тканевого дыхания, что приводит к сердечной недостаточности. Смертельная доза для человека 0,1 г. Отравления могут происходить при вдыхании пыли, при случайном проглатывании вещества, а также через кожу, в особенности, если целостность ее нарушена мелкими ранками, кожными заболеваниями. Помещения в которых ведется работа с цианистым натрием, должны быть оборудованы мощной проточно-вытяжной вентиляцией. Все лица имеющие дело с цианистым натрием, должны иметь специальные противогазы и спецодежду (комбинезон, сапоги, головной убор, резиновые перчатки).
Химические свойства цианида натрия обуславливают его промышленное применение. Так при сплавлении с серой образуют тиоционат натрия (NANCS), с галогенами - галогениды, с алкил- и арилгалогенидами - нитрилы соответствующих карбоновых кислот, с солями переходных металлов - цианидные комплексы (например Na [Au(CN)2]. При растворении в жидком аммиаке цианид натрия образует аммиакаты, например, NACN * 5 NH3.
В водном растворе цианид натрия постепенно гидролизуется с выпадением синильной кислоты. При нагревании в водном растворе разлагается на NH3 и HCOONA. Цианид натрия окисляется кислородом до NANCO или Na2CO3. В герметичной таре вещество стабильно, но во влажном воздухе разлагается углекислым газом до Na2CO3 и HCN.
Цианистый натрий выпускается промышленностью в виде прессованных брикетов или кристаллического порошка. Применяется для извлечения золота или серебра из руд селективным выщелачиванием; как цианирующий агент в производстве нитрилов, изонитрилов красителей (индиго); для повышения поверхностной твердости, износостойкости и усталости прочности стальных изделий - так называемое цианирование (насыщение поверхностных слоев стальных изделий одновременно углеродом и азотом при нагревании в расплаве, содержащем цианид). Кроме того, используется при паянии и жидкой цементации металлов, при бронзировании и оцинковке, при серебрении зеркал, в фотографии, литографии, в производстве фармацевтический препаратов, для борьбы с вредителями сельского хозяйства, во флотационных процессах (в частности, для отделения галенита от цинковой обманки (сфалерита) и пиритов от халькоперита).
3. Технология производства цианида, применение и воздействие на окружающую среду
Способы производства цианида натрия: Существует множество способов получения цианида натрия, в зависимости от наличия реагентов.
1. В 1775 г. Шееле получил цианид натрия взаимодействием кокса с содой в атмосфере азота: Na2CO3 N2 4C => 2NACN 3CO
2. Прокаливание цианида кальция в смеси с хлоридом натрия и углеродом: CANCN 2 NACL C => 2 NACN CACL
3. Пропускание газообразного аммиака над расплавленным натрием с последующим прокаливанием образовавшегося амида натрия с углем при 500 - 6000С: Na NH3 => NANH2 H2
2NANH2 C => Na2N2C 2H2
Na2N2C C => 2NACN
4. Нагревание смеси соды, угля и 20% раствора аммиака: Na2CO3 C 2NH3 => NACN 3H2O
5. Основной способ производства - нейтрализация синильной кислоты щелочью с последующим уравниванием водного раствора и сушкой осадка:
HCN NAOH => NACN H2O
Цианид натрия - чрезвычайно ядовитое вещество, очень опасное для человека и животных. Поэтому при его производстве применяется соответствующие оборудовании, препятствующее проникновению этого вещества в окружающую среду.
Процесс производства, используемый предприятиями СНГ, является периодическим, и при использовании традиционных технологий в процессе производства получается пылящий порошок, содержание основного вещества - 88%. За рубежом применяется непрерывны процесс, при котором содержание основного вещества достигает 98%. Цианид натрия прессуют и грунулируют, а также брикетируют для снижения вредного воздействия пыли.
В основном почти весь цианид натрия используется для добычи золота методом выщелачивания.
Цианидное выщелачивание на сегодняшний день является основным способом извлечения золота из руд, как в традиционной технологии, так и при геотехнологической добыче. В качестве реагента используются соли циановой кислоты - цианиды натрия или калия концентрацией 0.02-0.3%. Растворение золота происходит по реакции 2Au 4KCN 0/2O2 Н2O = 2KAU(CN)2 2КОН, из которой следует необходимость введения в процесс окислителя - добавок в рабочий раствор перекиси водорода, гипохлоритов калия, натрия и др. В цианистых растворах должно быть обеспечено, кроме того, создание, так называемой, защитной щелочи, уменьшающей разложение цианистых солей. В подземном или кучном выщелачивании для предотвращения кольматационных явлений предпочтительнее использование едких щелочей (КОН или NAOH), не приводящих к увеличению в растворе содержания кальция.
Процесс цианирования золотосодержащих руд и концентратов используется и в традиционной технологии и, соответственно, разносторонне изучен. В частности установлено, что скорость растворения золота может контролироваться либо концентрацией NACN, либо кислорода; интенсивное пассивирование золота имеет место в присутствии солей свинца; при малых концентрациях (5-25 мг/л) серебро, свинец и ртуть ускоряют растворение золота; в присутствии сульфосолей мышьяка скорость растворения золота резко подавляется.
Интенсификация цианирования может быть достигнута за счет предварительного введения извести и цемента для гранулирования материала; использования концентрированных цианистых растворов, цианида кальция, который дешевле NACN, комбинированных реагентов (особенно для теллуристых и золотосеребряных руд); введения в раствор некоторых добавок (солей таллия, марганца, высокомолекулярных спиртов и т.д.).
Продолжительность выщелачивания колеблется от 7 до 30 суток для дробленой руды (крупностью менее 20 мм) и до нескольких месяцев для получаемой в результате взрыва. При всех достоинствах цианистого процесса извлечения золота из руд у него имеется и существенный недостаток - очень высокая токсичность цианистых солей. До сих пор не решена проблема обезвреживания стоков, поэтому уже давно ведется поиск альтернативных реагентов для гидрометаллургической (в том числе и геотехнологической) переработки золотосодержащего сырья.
Вывод
Цианид - любая из известных ядовитых солей синильной кислоты. Цианиды связываются с ферментами тканей, отвечающими за клеточное дыхание, подавляя их активность, поэтому смерть от них может наступить очень быстро; человек теряет сознание, после чего у него развиваются судороги и наступает смерть. При вдыхании паров синильной кислоты смерть наступает в течение одной минуты. Попадание цианида натрия или калия в рот также может вызвать наступление смерти у человека в течение нескольких минут. Спасти жизнь больному можно лишь немедленным применением амилнитрита и тиосульфата натрия или эдитата дикобальта. Все цианиды имеют запах горького миндаля.
Список литературы
1. Никсон Г., Толстов Д.Е. Кучное выщелачивание золота из забалансовой руды карьера
2. Дементьев В.Е., Гудков С.С., Емельянов Ю.Е. Сопоставление вариантов цианирования CIP и RIP продуктов бактериального окисления золотосодержащих концентратов. Цветные металлы, 2005, №2
