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.
Gold cyanidation (also known as the cyanide process or the MacArthur–Forrest process) is a hydrometallurgical technique for extracting gold from low grade ore by converting the gold to a water soluble coordination complex. It is the most commonly used leaching process for gold extraction. Cyanidation is also widely used in the extraction of silver, usually after froth flotation. Production of reagents for mineral processing to recover gold represents more than 70% of cyanide consumption globally. Other metals are recovered from the process include copper, zinc, and silver, but gold is the main driver of this technology. A key feature for safe use of cyanide is to ensure adequate pH control at an alkaline pH level above 10.5. At industrial scale, pH control is mainly achieved using lime, as an important enabling reagent in gold processing.
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.