Primjena aktivnog ugljena u obnovi zlata

U industriji ekstrakcije zlata, aktivni ugljen je ključni materijal koji se koristi za adsorpciju i obogaćivanje zlata niske{0}}koncentracije iz otopina cijanida. Njegova osnovna funkcija je da selektivno obogaćuje komplekse cijanida zlata u svojoj strukturi velikih pora kroz fizičku adsorpciju, postižući hiljadu-struko povećanje masene koncentracije i postavljajući temelje za kasniji efikasan oporavak.

 

I. Uloga aktivnog ugljena u oporavku zlata

 

Nakon ispiranja rude zlata cijanidom, zlato postoji u otopini kao anjoni cijanida zlata (Au(CN)₂⁻) u obično ekstremno niskim koncentracijama. Ekonomski je izazov direktno povratiti zlato iz tako razrijeđenih otopina. Aktivni ugljen, sa izuzetno velikom specifičnom površinom (oko 1000 m²/g) i specifičnom strukturom pora, postaje idealan medij za obogaćivanje zlata iz otopine.

U industrijskoj proizvodnji uglavnom se koristi aktivni ugljen od kokosove ljuske. Proizveden je aktivacijom pare i ima dovoljnu tvrdoću i otpornost na habanje da izdrži abraziju u procesu ugljika-u-pulpi.

 

II. Mehanizam adsorpcije zlata: Jonski par Zlatni cijanidni anioni su negativno nabijeni, dok je površina aktivnog uglja električno neutralna, tako da direktna adsorpcija nije moguća. Adsorpcija zlata se oslanja na formiranje "jonskih parova". Kalcijumovi joni (Ca²⁺, obično iz dodatog vapna) u rastvoru se kombinuju sa dva anjona cijanida zlata da formiraju električni neutralne parove jona kalcijuma-zlatnog cijanida: Ca[Au(CN)₂]₂. Ovi neutralni parovi jona se fizički adsorbuju na površinama pora aktivnog ugljena putem van der Waalsovih sila.

Ovo je reverzibilni dinamički ravnotežni proces. Postoji odgovarajući odnos između koncentracije zlata u otopini i količine zlata na aktivnom ugljenu. Za kontinuirano smanjenje koncentracije zlata u otopini i povećanje opterećenja zlata na ugljik, usvojena je kontrastrujna kontaktna metoda: pulpa koja sadrži zlato- teče uzastopno kroz niz adsorpcionih spremnika, dok se aktivni ugljen kreće u suprotnom smjeru. Svježi ugljen se dodaje iz posljednjeg spremnika i teče u prvi spremnik s najvećom koncentracijom zlata; pulpa teče od prvog rezervoara do poslednjeg rezervoara. Na ovaj način se koncentracija zlata u jalovini koja se ispušta iz posljednjeg rezervoara može smanjiti na izuzetno nizak nivo, dok ugljenik-napunjen zlatom izvađen iz prvog rezervoara postiže visoku nosivost.

III. Glavni faktori koji utiču na efikasnost adsorpcije zlata Na efikasnost adsorpcije zlata utiču različiti radni i hemijski uslovi.

 

1. Fizički uslovi: Gustoća pulpe treba da bude bliska gustoći vlažnog aktivnog uglja (približno 1,3-1,5 t/m³) kako bi se osigurala ujednačena suspenzija čestica ugljenika i izbjeglo taloženje ili plutanje. Odgovarajuće miješanje može smanjiti debljinu graničnog sloja tekućine na površini čestica ugljika i ubrzati prijenos mase i difuziju zlata u čestice ugljika.

 

2. Svojstva aktivnog uglja: Manja veličina čestica ugljika je korisna za ubrzavanje kinetike adsorpcije, ali povećava poteškoće skrininga i oporavka. Industrijski, uobičajeni raspon veličine čestica je 1-3 milimetra (npr. 6×12 mesh ili 8×16 mesh). Tvrdoća ugljenika je ključna, jer treba da izdrži abraziju tokom procesa mešanja, pumpanja i regeneracije. Ugljik kokosove ljuske se odlično ponaša u tom pogledu.

 

3. Konkurentna adsorpcija i otrovi: Ovo je ključno pitanje koje utiče na stopu oporavka.

- Organski otrovi: Organske supstance kao što su flotacijski reagensi (npr. ksantati), ulja za podmazivanje i huminske kiseline natječu se sa zlatom za mjesta adsorpcije i mogu čak blokirati pore. Određeni flotacijski reagensi mogu smanjiti adsorpcionu aktivnost aktivnog ugljena za više od 60%. Ovi organski otrovi se uglavnom uklanjaju kroz naknadne korake termalne regeneracije.

- Neorganski otrovi: Uglavnom cijanidni kompleksi drugih metala (npr. bakar, nikl, srebro). Oni također mogu formirati parove jona koji će se adsorbirati, zauzimajući aktivna mjesta. Posebnu pažnju treba obratiti na uticaj bakra. Njegov cijanidni oblik u otopini mijenja se s pH i lakše se adsorbira kada je pH ispod 10,5. Većina anorganskih otrova može se ukloniti ispiranjem kiselinom.

- Skaliranje: Tokom CIP procesa, joni kalcijuma i karbonat mogu formirati precipitate kao što je kalcijum karbonat (CaCO₃) na površini aktivnog uglja. Ovi slojevi kamenca se uglavnom talože i blokiraju ulaze u mezopore i makropore čestica ugljenika, ometajući difuziju zlata u mikropore. Redovno pranje kiselinom može efikasno ukloniti ove naslage kamenca.

 

4. Hemijsko okruženje rastvora:

- pH i koncentracija cijanida: Industrijski, pH se obično održava između 10-11 kako bi se kontroliralo stvaranje toksičnog HCN plina. Dovoljna koncentracija slobodnog cijanida je neophodan uslov za efikasno rastvaranje i stabilnost zlata.

- Temperatura: Adsorpcija zlata je egzotermni proces, tako da niže temperature pogoduju adsorpciji. Mnoge fabrike često postižu veće stope oporavka u hladnim sezonama. Nasuprot tome, naknadni proces desorpcije zahtijeva visoke temperature.

- Jonska snaga: Prisustvo jona zemnoalkalnih metala kao što su kalcijum i magnezijum neophodno je za formiranje parova jona cijanida zlata.

 

IV. Desorpcija: desorbiranje zlata iz aktivnog uglja Ugljenik-napunjen zlatom adsorbiran sa zlatom visoke-koncentracije treba proći tretman desorpcije (eluiranja) kako bi se zlato vratilo u otopinu za elektrolitičko prečišćavanje.

 

Osnovni princip desorpcije je stvaranje uslova nepovoljnih za adsorpciju i obrnuti proces adsorpcije. Industrijski su uglavnom usvojena dva zrela procesa: AARL metoda i Zadra metoda. Oba se zasnivaju na sljedećim koracima:

1. Na visokoj temperaturi, rastvor natrijum-jona visoke-koncentracije (iz natrijum hidroksida) se koristi za zamjenu jona kalcija u parovima zlatocijanidnih jona sa natrijumovim jonima putem jonske izmjene, formirajući manje stabilne parove natrijum-zlatocijanidnih jona.

2. Visoka temperatura podstiče razgradnju nestabilnih parova jona natrijum-zlatnog cijanida, a anjoni cijanida zlata se vraćaju u rastvor sa površine aktivnog uglja.

Glavna razlika između ova dva leži u kombinaciji procesa: AARL metoda je serijska operacija, a desorbirana otopina bogata zlatom- (pregnantna otopina) se šalje u nezavisnu radionicu za elektrolizu; Zadra metoda povezuje desorpcionu kolonu i elektrolitičku ćeliju u seriju kako bi se formirao ciklus zatvorene-petlje, ostvarujući desorpciju i elektrolizu istovremeno. Bez obzira na usvojenu metodu, cilj je smanjiti sadržaj zlata u nemasnom ugljiku koji se vraća u adsorpcioni krug ispod približno 50 grama po toni kako bi se obnovio njegov kapacitet adsorpcije.

 

V. Glavni tokovi procesa: CIP, CIL i Pumpcell

 

Postoje tri glavna oblika procesa ekstrakcije zlata sa aktivnim ugljenom:

Ugljik u pulpi (CIP): Ruda prvo dovršava većinu rastvaranja zlata kroz nezavisne rezervoare za luženje cijanida, a zatim pulpa ulazi u seriju adsorpcionih rezervoara za adsorpciju zlata. Pulpa teče naprijed, a aktivni ugljen se transportuje u suprotnom smjeru. Njegov "koeficijent obogaćivanja" (omjer sadržaja ugljika-napunjenog zlatom prema sadržaju zlata za hranjenje rastvora) je obično 1000-1200.

Ugljik u izluživanju (CIL): luženje i adsorpcija se kombinuju i izvode istovremeno u istoj seriji rezervoara. Ovaj proces je posebno prikladan za rude koje sadrže supstance koje "pljačkaju zlato" (druge tvari koje mogu adsorbirati zlato), jer se aktivni ugljen može natjecati s njima u zaštiti otopljenog zlata. Međutim, zbog niske koncentracije zlata u otopini kada je ispiranje nepotpuno, obično je potreban veći inventar aktivnog ugljena, a omjer obogaćivanja je općenito 800-1000.

 

Pumpcell Proces: Usvaja način rada sličan "veseli-idi-okrugu". Protustrujni tok se postiže redovnim rotiranjem tačke dovoda pulpe i tačke ispuštanja jalovine bez potrebe za fizičkim kretanjem ugljenične pulpe. Ova metoda smanjuje povratno miješanje, upravlja ugljikom u serijama, može postići veći omjer obogaćivanja (1500-2500 ili više) i ima kompaktniji volumen opreme.

Odabir procesa ovisi o različitim faktorima kao što su svojstva rude, obim dizajna, ulaganja i operativni troškovi.

 

VI. Praćenje i ravnoteža procesa Stabilan rad CIP/CIL postrojenja oslanja se na praćenje ključnih parametara, koji se uglavnom vrednuje kroz dva „aspekta“:

 

- Koncentracija zlata u otopini: Pratite sadržaj zlata u otopini na izlazu iz svakog rezervoara za adsorpciju, što bi trebalo pokazati značajan trend-po{2}}korak prema dolje.

- Koncentracija zlata u ugljiku napunjenom zlatom-: Pratite količinu zlata aktivnog uglja u svakom adsorpcionom spremniku, što bi trebalo pokazati korak{2}}po-korak naniže trend od naprijed prema nazad.

Redovna analiza ovih aspekata, u kombinaciji s testovima kinetičke brzine (aktivnosti) adsorpcije aktivnog uglja, može pomoći postrojenju da na vrijeme identificira probleme kao što su akumulacija otrova, smanjena efikasnost opreme ili operativni disbalans, čime se održava optimalna stopa povrata zlata.

Aktivni ugljen igra nezamjenjivu ulogu u obnavljanju zlata. Od osnovnog principa adsorpcije parova jona cijanida zlata, do rješavanja praktičnih izazova organskih i neorganskih otrova i skaliranja, do oporavka desorpcije i odabira procesa, cijeli proces čini složen i efikasan tehnički sistem. Duboko razumijevanje i precizna kontrola svojstava aktivnog uglja, uslova procesa i ravnoteže sistema su srž postizanja efikasnog i ekonomičnog izvlačenja zlata.