Введение

Цианирование золота (также известное как цианидный процесс или процесс Макартура — Форреста) — это гидрометаллургическая технология извлечения золота из бедных руд путем превращения золота в водорастворимый координационный комплекс. Это наиболее распространенный процесс выщелачивания, используемый для извлечения золота. Цианирование также широко применяется для извлечения серебра, как правило, после флотации. Производство реагентов для обогащения минерального сырья с целью извлечения золота составляет более 70% мирового потребления цианида. В процессе также извлекаются другие металлы, такие как медь, цинк и серебро, но золото является основным фактором, определяющим развитие этой технологии. Важнейшим условием безопасного использования цианида является обеспечение надлежащего контроля pH на щелочном уровне выше 10,5. В промышленных масштабах контроль pH в основном осуществляется с использованием извести, являющейся важным вспомогательным реагентом в переработке золота.

История

В 1783 году Карл Вильгельм Шеле обнаружил, что золото растворяется в водных растворах цианидов. Работы Багратиона (1844), Элснера (1846) и Фарадея (1847) показали, что для растворения каждого атома золота требуется два иона цианида, то есть такова стехиометрия растворимого соединения.

Промышленный процесс

Расширение золотодобычи в Ранде Южной Африки начало замедляться в 1880-х годах, поскольку вновь открываемые месторождения, как правило, содержали пиритную руду. Золото нельзя было извлечь из этого соединения ни одним из доступных на тот момент химических процессов или технологий. В 1887 году Джон Стюарт МакАртур, работая в сотрудничестве с братьями Робертом и Уильямом Форрестами для компании Tennant в Глазго, Шотландия, разработал процесс МакАртура — Форреста для извлечения золота из золотых руд. В том же году было выдано несколько патентов. Путем суспендирования измельченной руды в цианидном растворе достигалось отделение до 96% чистого золота. Процесс впервые был применен в Ранде в 1890 году и, несмотря на недостатки в эксплуатации, привел к инвестиционному буму, поскольку были открыты более крупные золотые рудники. В 1896 году Бодлендер подтвердил, что для процесса необходим кислород, в чем МакАртур сомневался, и обнаружил, что в качестве промежуточного продукта образуется перекись водорода.

Применение

Руда измельчается с помощью измельчительного оборудования. В зависимости от типа руды, она иногда дополнительно концентрируется флотацией или центробежной (гравитационной) концентрацией. Для получения суспензии или пульпы добавляется вода. Основную рудную пульпу можно смешивать с раствором цианида натрия или цианида калия; многие предприятия используют цианид кальция, который является более экономичным. Для предотвращения образования токсичного цианистого водорода в процессе переработки, в раствор для извлечения добавляют гашеную известь (гидроксид кальция) или соду (гидроксид натрия) для поддержания кислотности выше pH 10.5 – сильнощелочной среды. Нитрат свинца может повысить скорость и количество извлекаемого золота при выщелачивании, особенно при переработке частично окисленных руд.

Влияние растворенного кислорода

Кислород — один из реагентов, потребляемых в процессе цианирования, принимая электроны от золота, и его недостаток в растворе замедляет скорость выщелачивания. Для максимального увеличения концентрации растворенного кислорода через пульпу можно продувать воздух или чистый кислород. Для повышения парциального давления кислорода, контактирующего с раствором, и, следовательно, повышения концентрации растворенного кислорода до значений, значительно превышающих уровень насыщения при атмосферном давлении, используются контактные аппараты с интенсивным контактом кислорода и пульпы. Также кислород можно добавлять, дозируя в пульпу раствор перекиси водорода.

Предварительная аэрация и промывка руды

В некоторых рудах, особенно частично сульфидированных, аэрация (перед введением цианида) руды в воде при высоком pH может снизить реакционную способность таких элементов, как железо и сера, по отношению к цианиду, тем самым повышая эффективность процесса цианирования золота. В частности, окисление железа до оксида железа(III) и последующее осаждение в виде гидроксида железа уменьшает потери цианида из-за образования железоцианидных комплексов. Окисление соединений серы до сульфат-ионов предотвращает расходование цианида на побочный продукт – тиоцианат (SCN−).

Альтернативы цианиду

Хотя цианид дешев, эффективен и биоразлагаем, его высокая токсичность стимулировала поиск альтернативных методов извлечения золота. Были изучены другие экстрагенты, включая тиосульфат (S2O32−), тиомочевину (SC(NH2)2), йод/йодид, аммиак, жидкую ртуть и альфа-циклодекстрин. Проблемы включают стоимость реагентов и эффективность извлечения золота. Тиомочевина коммерчески используется для переработки руд, содержащих стибнит. Еще одной альтернативой цианированию является семейство ликсивов на основе глицина.

Законодательство

Американские штаты Монтана и Висконсин, Чехия и Венгрия запретили цианидную добычу. Европейская комиссия отклонила предложение о введении такого запрета, отметив, что действующие нормативные акты (см. ниже) обеспечивают адекватную защиту окружающей среды и здоровья. Несколько попыток запретить цианирование золота в Румынии были отклонены румынским парламентом. В настоящее время в Румынии проходят протесты с требованием запретить использование цианида в горнодобывающей промышленности (см. румынские протесты 2013 года против проекта Roșia Montană). В ЕС промышленное использование опасных химических веществ регулируется так называемой Директивой Seveso II (Директива 96/82/EC, заменившая первоначальную Директиву Seveso (82/501/EEC), принятую после диоксиновой катастрофы 1976 года). "Свободный цианид и любые соединения, способные высвобождать свободный цианид в растворе" подлежат дополнительному контролю, поскольку они включены в Список I Директивы о подземных водах (Директива 80/68/EEC), которая запрещает любые сбросы, способные ухудшить качество подземных вод в настоящем или будущем. В 2000 году Директива о подземных водах была в значительной степени заменена Рамочной директивой о воде (2000/60/EC). В ответ на цианидный разлив в Байя-Маре в 2000 году Европейский парламент и Совет приняли Директиву 2006/21/EC об управлении отходами горнодобывающей промышленности. Статья 13(6) требует, чтобы "концентрация слабокислого диссоциирующего цианида в отвалах была снижена до минимально возможного уровня с использованием наилучших доступных технологий", и, в максимальном объеме, все шахты, запущенные после 1 мая 2008 года, не должны сбрасывать отходы, содержащие более 10 ppm WAD цианида. Шахты, построенные или получившие разрешение до этой даты, допускают не более 50 ppm изначально, с последующим снижением до 25 ppm в 2013 году и 10 ppm к 2018 году. В соответствии со статьей 14 компании также обязаны предоставить финансовые гарантии для обеспечения рекультивации после завершения эксплуатации шахты. Это может особенно коснуться небольших компаний, желающих строить золотодобывающие предприятия в ЕС, поскольку они с меньшей вероятностью обладают достаточной финансовой устойчивостью для предоставления подобных гарантий. Отрасль разработала добровольный "Цианидный кодекс", направленный на снижение воздействия на окружающую среду посредством независимых аудитов управления цианидом на предприятиях.