重庆科技学院贵金属冶金学课件9炭浆法.ppt
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- 重庆 科技学院 贵金属 冶金学 课件 炭浆法
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1、贵金属冶金学贵金属冶金学第九章第九章 炭浆法炭浆法内容提要内容提要传统的氰化法存在的是:液固分离需要配置庞大的逆流倾析、过滤系统以及浸出液的澄清、脱气和金置换等一系列作业,占地大,投资和生产费用高,过程冗长,金泥的品位低,泥质金矿难以处理。传统氰化缺陷活性炭从氰化浸出矿浆中吸附金的“炭浆法”(Carbon inpulp,简写为CIP),它于1973年在美国投入生产,随后在全世界得到广泛应用。向矿浆中加入活性炭,同时进行浸出和金吸附的“炭浸法”(Carbon in leaching,简写为CIL)。1967年发展了“堆浸法”(Heap leaching),即将金矿石筑成堆进行氰化物溶液的喷淋浸出
2、。炭浆法和堆浸法的生产成本低,作业更简捷,已成为当今氰化提金方法中最具生命力的新工艺,与炭浆法相似的另一工艺是“树脂浆法”(Resin in pulp,简写为RIP),它是由前苏联开发的,1967年在乌兹别克斯坦的穆龙陶大型露天金矿建成投产。现代新的氰化方法炭浆法保留了氰化浸出的主体工序,取消了液固分离和加锌置换两个后续工序,代之以。炭浆法一、炭浆法氰化提金简史一、炭浆法氰化提金简史 1985年,我国在灵湖矿和赤卫沟矿建成炭浆提金厂,年,我国在灵湖矿和赤卫沟矿建成炭浆提金厂,此后,相继建成十几座炭浆提金厂。此后,相继建成十几座炭浆提金厂。1934年,齐普曼直接加木炭从氰化浸出矿浆中吸附金,炭不
3、循环使用;年,齐普曼直接加木炭从氰化浸出矿浆中吸附金,炭不循环使用;1952年年,扎德拉扎德拉(Zadra)发现:热发现:热NaOH+NaCN溶液可从载金炭上溶液可从载金炭上 解吸金。奠定了当代炭浆工艺的基础活性炭实现了循环使用;解吸金。奠定了当代炭浆工艺的基础活性炭实现了循环使用;1961年,美国科罗拉多洲卡林顿选金厂首次用炭浆工艺进行小规模生产;年,美国科罗拉多洲卡林顿选金厂首次用炭浆工艺进行小规模生产;1973年,美国南达科它洲霍姆斯特克金矿选矿厂首次用炭浆法年,美国南达科它洲霍姆斯特克金矿选矿厂首次用炭浆法 进行生产,矿石处理量为进行生产,矿石处理量为 2250 t/d;之后,在美国、
4、南非、菲律宾、澳大利亚、津巴布韦等之后,在美国、南非、菲律宾、澳大利亚、津巴布韦等 国相继建成几十座炭浆提金厂;国相继建成几十座炭浆提金厂;1847年,莱扎斯基首次发现活性炭能从含金溶液中吸附金;年,莱扎斯基首次发现活性炭能从含金溶液中吸附金;1880年,澳大利亚广泛使用活性炭从溶液中吸附回收金;年,澳大利亚广泛使用活性炭从溶液中吸附回收金;二、活性炭用于生产活性炭的原料有果壳、果核、树木、煤炭等,用于从氰化矿浆中吸附金的活性炭也是一种专用炭,目前的最佳品种为椰壳炭,其次是杏核、橄榄核、桃核等果核炭。活性炭没有确定的结构式或化学组成,不同产品通常只能由它们的来区分。根据 X射线衍射,活性炭的典
5、型结构与石墨的典型结构相似。吸附金的活性炭是采用高温热活化方法制得的,将椰壳或果核等在5006000C下,用惰性气体(隔绝空气)保护进行脱水和炭化,然后再在80011000C下用CO、CO2、H2O或它们的混合气体进行活化。在活化过程中,大约有20%的炭被气化:C+CO2=2COC+H2O=CO+H2图图9-1 活性炭孔隙结活性炭孔隙结构示意图构示意图 活性炭活性炭活性炭的元素组成以碳为主,有少量的氧和氢。它们中常有一部分与活性炭表面结合,以官能团的形式存在。活性炭中常见的官能团有羧基、酚羟基和醌型羰基,也发现有普通内酯、荧光素型内酯、羟酸酐和环状过氧化物等。它们位于活性炭层中环状网的破裂边缘
6、上,这些表面氧化物对活性炭的化学吸附起着重要作用。活性炭的活性,是巨大的比表面和存在于活性炭的活性,是巨大的比表面和存在于表面的官能团二者结合所产生的。表面的官能团二者结合所产生的。活性炭表表9-1 典型提金椰壳活性炭的物理和化学特性典型提金椰壳活性炭的物理和化学特性0.80.850.480.541.02.00.70.897991.162.35(148)2414105012001000150060703640颗粒密度/g/mL堆密度/g/mL孔穴大小/nm孔穴体积/mL/g球盘硬度/%粒度/mm(目)灰分/%水分/%比表面(BET法)/m2/g碘值/mg/g四氯化碳值/%苯值/%物理特性化学吸
7、附特性指标技术特性分类 活性炭选用炭浆法活性炭最重要的条件,一是它对金应具有良好的吸附性能,二是炭粒应当具有很强的耐磨性能。良好的炭浆法活性炭,除了具备表9-1的性能外,通常还可用下列三项技术指标来确定。在含金1mg/L溶液中平衡吸附24h,活性炭的载金容量应达25g/kg。在含金10mg/L溶液中搅拌吸附1h,活性炭对金的吸附率应达60%。将活性炭置于瓶中在摇滚机上翻滚24h,磨损率应小于2%。活性炭三、三、活性炭吸附金的机理 以金属形态被吸附以金属形态被吸附活性炭从金氯配合物(AuCl4-)溶液中吸附金后,可明显地看到在炭的表面有黄色的金属金。以此推断金氰配合物也可被炭还原。这种观点认为,
8、炭上吸附的还原气体,如 CO,可把金还原。采用现代的分析技术X射线光电子能谱(XPS)对炭上被吸附物中的金的价态的研究表明,被吸附的金的表观价态为+0.3价。以以Au(CN)2-配离子形式被吸附配离子形式被吸附这种理论认为,炭表面上存在带正电荷的格点,这些正电荷格点是这样产生的:活性炭在室温下与空气中的氧接触,形成具有碱性特征的表面氧化物,这种氧化物在炭上的结合是不牢固的。当炭与水作用时,它会转入溶液中并形成 OH-离子,这样炭表面带上正电荷:C+O2+2H2O=C2+2OH-+H2O2研究证明,炭对下列离子的吸附强度顺序为:活性炭吸附金的机理 以离子对被吸附以离子对被吸附提出这一机理是基于以
9、下事实:氰化物溶液中存在阴离子(如Cl-,ClO4-),甚至其浓度高达1.5mol/L,也不降低金的吸附容量。但是当溶液中有中性分子(如煤油)存在时,会使金的吸附量下降。吸附强度取决于金属阳离子,其顺序为:这样活性炭灰分中的Ca2+及溶液中的Ca2+、H+都可能取代Na+、K+,如:2KAu(CN)2+Ca(OH)2+2CO2=Ca(Au(CN)2)2+2KHCO3活性炭吸附金的机理 以以AuCN沉淀沉淀早期有人认为在活性炭的孔隙中能沉淀出不溶性的 AuCN。AuCN的产生是氧化CN-的结果:KAu(CN)2+0.5O2=AuCN+KCNO也有人认为是酸分解的结果:Au(CN)2-+H+=Au
10、CN+HCN图图9-2 pH值对活性炭吸附值对活性炭吸附金容量的影响金容量的影响活性炭吸附金的机理综合的机理:综合的机理:1)在活性炭的巨大表面上和微孔中,吸附在活性炭的巨大表面上和微孔中,吸附Mn+Au(CN)2-n离子对或中性分子离子对或中性分子,也可吸附也可吸附Au(CN)-2;2)Au(CN)2-在吸附过程中分解成不溶性的在吸附过程中分解成不溶性的AuCN,AuCN保留在微孔中;保留在微孔中;3)Au(CN)2-部分还原成某种部分还原成某种0价至价至1价之间的金混合物。价之间的金混合物。活性炭吸附金的机理四、炭浆工艺原则流程四、炭浆工艺原则流程矿石精矿矿石精矿破碎、磨细破碎、磨细水力旋
11、流器分级水力旋流器分级粗粒粗粒浓密机浓缩浓密机浓缩调整槽调整矿浆调整槽调整矿浆pHpHCaOCaO或或NaOHNaOH、充空气、充空气氰化浸出氰化浸出NaCNNaCN活性炭吸附活性炭吸附载金炭载金炭活性炭活性炭尾浆尾浆解吸槽解吸解吸槽解吸解吸后的炭解吸后的炭解吸贵液解吸贵液解吸炭再生解吸炭再生电解沉积电解沉积金泥金泥熔铸熔铸合质金阳极合质金阳极电解精炼电解精炼熔铸熔铸金锭金锭NaCN+NaOHNaCN+NaOH再生炭再生炭过筛过筛筛上炭筛上炭筛下炭筛下炭精炼厂精炼厂废弃废弃 图图 9-3炭浆法回收金的简明设备流程炭浆法回收金的简明设备流程多尔金锭多尔金锭尾矿处理尾矿处理浸出矿浸出矿浆浆水力旋流
12、器水力旋流器矿石精矿矿石精矿浓密机浓密机球磨机球磨机调整槽调整槽氰化浸出槽氰化浸出槽解吸槽解吸槽炭筛炭筛20目目电沉积电沉积熔炼熔炼氰化浸出槽氰化浸出槽20目目20目目20目目20目目再生窑再生窑铸锭铸锭解吸剂解吸剂解吸液解吸液化学处理化学处理炭浆工艺原则流程炭浆工艺原则流程表表 吸附工艺参数吸附工艺参数 (616目的椰壳活性炭,炭消耗量目的椰壳活性炭,炭消耗量0.015kg/t矿石矿石)吸附级数吸附级数炭浓度炭浓度(g/t)溶液含金溶液含金(g/t)炭吸附量炭吸附量(g/t)累计吸附率累计吸附率(%)1180.721125062.52180.27450085.93240.06255096.9
13、4240.01560099.2(2)搅拌氰化浸出搅拌氰化浸出(在多个串联的充气机械搅拌槽中进行)(在多个串联的充气机械搅拌槽中进行)45%浓度的矿浆浓度的矿浆充气、调整充气、调整pH氰化浸出;氰化浸出;含金矿石含金矿石破碎破碎磨矿磨矿分级分级选矿选矿浓缩浓缩45%矿浆;矿浆;(1)浸出前的浸出前的原料准备原料准备(3)活性炭逆流吸附活性炭逆流吸附 在多个串联的活性炭吸附槽中逆流进行。在多个串联的活性炭吸附槽中逆流进行。炭浆法的工艺过程包括:炭浆法的工艺过程包括:炭浆工艺原则流程炭浆工艺原则流程 扎德拉法扎德拉法(常压解吸法常压解吸法)有机溶剂法有机溶剂法(酒精解吸法酒精解吸法)热压解吸法热压解
14、吸法(高压法高压法)南非英美公司法南非英美公司法(A.R.R.L法法)发明人发明人美国的扎德拉美国的扎德拉(1952年年)美国矿务局的海宁美国矿务局的海宁美国矿务局的波特美国矿务局的波特南非约翰内斯堡英美南非约翰内斯堡英美研究实验室的达维德研究实验室的达维德松松解吸剂解吸剂1%NaOH+0.1%NaCN1%NaOH+0.1%NaCN +20%酒精酒精1%NaOH+0.1%NaCN2%NaOH +5%NaCN;热水。预接触热水。预接触 26h条件条件常压,常压,8595 常压,常压,80 3.5105 Pa,160 常压,常压,93110 解吸时间解吸时间4072 h56 h26 h920 h优
15、点优点简便易行,基简便易行,基建费用及生产建费用及生产费用低,费用低,可缩短解吸时间,活可缩短解吸时间,活性炭的加热活化可性炭的加热活化可20个循环进行一次。个循环进行一次。省时、高效,药剂省时、高效,药剂消耗少,可缩小解消耗少,可缩小解吸工序的规模。吸工序的规模。类似于高压解吸法。类似于高压解吸法。缺点缺点时间较长时间较长酒精易燃、不安全,酒精易燃、不安全,需良好的冷凝系统,需良好的冷凝系统,还需防火防爆。还需防火防爆。需耐压设备,较昂需耐压设备,较昂贵,对操作要求较贵,对操作要求较严格。严格。需多路液流设备,增需多路液流设备,增加了系统的复杂性。加了系统的复杂性。表表9-2 载金炭解吸方法
16、载金炭解吸方法(4)载金炭解吸载金炭解吸炭浆工艺原则流程炭浆工艺原则流程 活性炭再生的原因原因:炭粒污染,对贵金属的吸附活性降低。炭粒污染,对贵金属的吸附活性降低。(5)活性炭的再生活性炭的再生 。分钟,后经风冷或水冷分钟,后经风冷或水冷持续持续左右,左右,气加热至气加热至加热的回转窑中隔绝空加热的回转窑中隔绝空操作;将活性炭在间接操作;将活性炭在间接机杂质。机杂质。炭粒中的其它无机和有炭粒中的其它无机和有原理:加热活化,除去原理:加热活化,除去第二步第二步气,应加以防护。气,应加以防护。生剧毒的生剧毒的注意:过程中可能会产注意:过程中可能会产、水洗至中性;、水洗至中性;浸洗活性炭,后经中和浸
17、洗活性炭,后经中和或或操作:用稀操作:用稀;及大部分贱金属络合物及大部分贱金属络合物原理:酸洗除去原理:酸洗除去第一步第一步3065033CHCNHNOHClCaCOo炭的再生分两步进行:炭的再生分两步进行:炭浆工艺原则流程炭浆工艺原则流程影响吸附过程的因素大致可以分为两类,影响吸附过程的因素大致可以分为两类,影响吸附速度影响吸附速度(动力学动力学)的因素的因素影响吸附平衡影响吸附平衡(热力学热力学)的因素。的因素。影响吸附速度的因素:活性炭的粒度、矿浆浓度及混合效应;影响吸附平衡的因素:pH值、离子强度、游离氰根浓度、与金吸附有关的其它成分的浓度、温度及活性炭操作技术条件等。五、炭浆工艺的主
18、要影响因素五、炭浆工艺的主要影响因素氰化溶液中金的浓度氰化溶液中金的浓度图图9-4 活性炭的吸附平衡等温线活性炭的吸附平衡等温线炭浆工艺的主要影响因素炭浆工艺的主要影响因素图图9-5 炭浆法生产实际中的操作等温线炭浆法生产实际中的操作等温线炭浆工艺的主要影响因素炭浆工艺的主要影响因素 活性炭的类型和粒度活性炭的类型和粒度图图9-6 活性炭平均粒度对吸附速度的影响活性炭平均粒度对吸附速度的影响离子强度0;pH 6.5;溶液中金浓度30mg/L粒度小的活性粒度小的活性炭比粒度大的吸附炭比粒度大的吸附金的速度快,在相金的速度快,在相同时间内吸附金的同时间内吸附金的容量大,但粒度的容量大,但粒度的大小
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