Способ переработки некондиционного золотосодержащего угольного сорбента
SUBSTANDARD GOLD COAL SORBENT RECYCLING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к золотодобывающей промышленности в частности к переработке некондиционного золотосодержащего угольного сорбента (НУС), выделенного из технологического процесса золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ).
Уровень техники
На практике известны многие процессы, использующие процесс прямого элюирования золота с активированного угля.
Известен способ извлечения золота и серебра с активированного угля (изобретение № RU 2064513, опубл. 27.07.1996), включающий обработку насыщенного угля щелочным раствором цианида натрия и последующую десорбцию горячей водой в автоклаве, десорбцию проводят при 165-175°С.
Известен способ извлечения благородных металлов с насыщенного активного угля (изобретение № RU 2044085, опубл. 20.09.1995), включающий обработку насыщенного угля щелочным раствором цианида натрия и последующую десорбцию горячей водой в автоклаве 7-10 объемами элюента на объем угля, при температуре десорбции 165-175°С.
Недостатками данных технических решений является то, что они мало эффективны при переработки именно угольной мелочи, так как применение автоклава приводит к вымыванию мелкодисперсных частиц из десорбера.
Известен способ извлечения золота и серебра из активного угля выщелачиванием и электролизом (Zadra J. B. A process for the recovery of gold from activated carbon by leaching and electrolysis//U. S. Bureau of Mines Reports of Investigations, 4672. — 1950, April. — P. 4672–4677.). Данный способ основан на принципе работы сорбционной колонны, в которой процесс при нагреве и подаче щелочно-цианистого раствора процесс переходит в режим десорбции, после чего происходит элюирование золота из сорбента и вынос его из колонны в виде цианистого комплекса. Далее раствор направляется на электролиз.
Недостатком данного способа является получение недостаточно богатых элюатов для электролиза, так как при проведении электролиза его эффективность зависит от энергозатрат, а производительность ограничена размером электролизных ванн в следствии чего при низкой концентрации золота приходится обрабатывать большое количество раствора за большее время.
В качестве ближайшего аналога, взятого за прототип выбран способ переработки включающий спекание некондиционного золотосодержащего угольного сорбента в виде отходов с получением золотосодержащих агломератов, которые измельчают и направляют на выщелачивание цианистым раствором с получением насыщенного золотом раствора, сорбцию насыщенного раствора на активированном угле, в том числе на кондиционном регенерированном угле, после которой насыщенный уголь направляют на переработку для извлечения золота, а обедненный раствор возвращают на выщелачивание с образованием замкнутого цикла движений раствора (CN 104357664 B, 22.02.2017 (доступно онлайн: https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC&II=0&ND=3&adjacent=true&locale=en_EP&FT=D&date=20150218&CC=CN&NR=104357664A&KC=A).
Недостатками данного способа является многостадийность процесса, большое число аппаратов (печи, мельницы, основное и дополнительное баковое оборудование), необходимость системы пылеулавливания, необходимость более глубокой термической обработки некондиционного сорбента с изменением его структуры (озоление, спекание), предположительное более высокие капитальные затраты на организацию участка и высокие операционные затраты на его содержание.
Технической проблемой
является создание оптимального способа переработки некондиционного угольного сорбента с простотой аппаратурного оформления и достижением максимального извлечения золота.
Техническим результатом изобретения является расширение арсенала технических средств, позволяющих перерабатывать некондиционный угольный сорбент, выделенный из технологического процесса золотоизвлекательных фабрик.
Техническая проблема решается за счет того, чтоспособ переработки некондиционного золотосодержащего угольного сорбента включает связанные между собой по технологическому процессу операцию десорбции, фильтрацию насыщенного раствора, сорбцию насыщенного раствора на кондиционном регенерированном угле, после которой насыщенный уголь направляют на переработку с целью извлечения золота, а обедненный раствор возвращают на операцию десорбции, образуя замкнутый цикл движений раствора.
Извлечение золота из мелкодисперсного некондиционного угольного сорбента (НУС) является актуальным процессом для золотодобывающих компаний, так как различные партии НУС могут содержать от 0,1 до 5 кг/т золота.
Основное оборудования ЗИФ для десорбции-электролиза которое как правило используется для работы с более крупным кондиционным углем в режиме автоклава и находится под давлением 5-6 атм., согласно сложившейся практики, затруднительно использовать для извлечения золота из мелкодисперсного НУС по причине активного вымывания мелкодисперсного материала из десорбера под давлением, что приводит к закупориванию имеющихся фильтровальных систем, остановки циркуляции, загрязнению катодного осадка. Прохождение процесса десорбции при атмосферном давлении, температуре ниже температуры кипения и при определенной скорости создает необходимые условия для ведения процесса десорбции без вымывания материала. Согласно изобретению, процесс десорбции совмещен с параллельной сорбцией материала на кондиционный уголь. После окончания процесса десорбции, насыщенный кондиционный уголь возможно вовлекать в основной процесс десорбции ЗИФ в штатном режиме.
3
3
3
3
В предлагаемом способе процесс десорбции протекает со скоростью циркуляции раствора через слой НУС в пределах 0,8-1,2 объема раствора на 1 объем угля в час (0,8-1,2 м/час: 1 м) и при атмосферном давлении, при этом не происходит вымывания мелкой фракции НУС из колонны десорбции как при работе под давлением в замкнутом автоклаве. Под давлением поток движения жидкости становится турбулентным даже при низкой скорости протока и при этом создающиеся завихрения поднимают мелкие частицы НУС, а при работе при атмосферном давлении движение потока находится в более спокойном ламинарном режиме. Помимо этого, аппаратурная простота при работе при атмосферном давлении значительно снижает стоимость оборудования и требования к персоналу в плане техники безопасности. Использование скорости циркуляции раствора (0,8-1,2 объема раствора на 1 объем угля в час (0,8-1,2 м/час: 1 м) обеспечивает отсутствие эффекта вымывания мелких частиц НУС. Для дополнительного исключения вероятности вымывания мелких частиц НУС применяется контрольный фильтр на выходе из колонны десорбции.  Температура десорбции поддерживается ниже температуры кипения на уровне 85-90 °С и достигается за счет применения нагревательной рубашки, которая представляет собой изолированную среду вокруг реактора с нагреваемым теплоносителем, а также использования термоизоляции колонны. Оптимальная температура процесса десорбции 85-90 °С. При установлении температуры десорбции ниже 80°С, увеличивается продолжительность десорбции, а также снижается концентрация золота в насыщенном растворе на выходе из колонны. При установлении температуры десорбции более 90-95°С существует риск закипания раствора что приведет к вымыванию НУС из колонны десорбции. В процессе десорбции используется десорбирующий раствор, например, могут использоваться растворы следующих составов:
- цианисто-щелочной (NaCN не менее 15 г/л, NaOH не менее 20 г/л);
- щелочной (NaOH не менее 20 г/л);
- щелочно-цианистый с другими концентрациями,
- цианисто-щелочные растворы c добавлением органических веществ (напр. с метанолом).
Для данных режимов десорбции характерно продолжительное время процесса (до 3х суток в зависимости от исходного содержания золота на НУС) и низкое содержание золота в растворе после десорбции, поэтому электролиз для осаждения золота применять нецелесообразно. В заявленном способе предлагается использовать охлаждение раствора десорбции и переосаждение золота в сорбционной колонне по типу CIC – (Carbon In Columns (раствор подается снизу колонны через неподвижный слой угольного сорбента)), а обеззолоченный раствор направлять обратно в процесс десорбции, благодаря чему реализуется замкнутый цикл движения щелочно-цианистого раствора. При осуществлении данного способа переработки НУС процессы десорбции и сорбции ведутся параллельно.
Предложенный способ позволяет получить низкое остаточное содержание золота <50 г/т на НУС, а содержание золота на кондиционном угле в колонне сорбции возможно получать выше чем на исходном НУС до десорбции за счет варьирования количества загрузки. Предложенный способ позволяет перерабатывать НУС с низким содержанием золота, который нецелесообразно перерабатывать, применяя методы, использующие совместную агитацию кондиционного и некондиционного угольного сорбента в щелочно-цианистой среде. Предложенный способ позволяет использовать более простое аппаратурное оформление по сравнению с пирометаллургическими методами где требуется обжиг в специальных печах и в определенных условиях с последующим гидрометаллургическим извлечением золота из огарка. Предложенный способ рекомендуется к реализации непосредственно на ЗИФ где образуется НУС и перерабатывается насыщенный уголь.
Применение данного способа позволяет осуществлять процесс переработки НУС не меняя основную технологическую схему ЗИФ благодаря самостоятельному процессу переработки НУС и возращения кондиционного угля с переосажденным золотом в действующий технологический процесс ЗИФ.
Схема осуществления заявленного изобретения представлена на фиг. 1
Для реализации заявленного способа предлагается устройство, которое состоит из колонны десорбции золота, в которую загружается НУС. Колона десорбции имеет нагревательную рубашку, термоизоляцию и фильтр на выходе. Устройство имеет емкость насыщенного раствора, где осуществляется накопление и охлаждение раствора до температуры окружающей среды (для более быстрого охлаждения раствора рекомендуется использовать охлаждающий контур с оборотной водой ЗИФ). Также устройство состоит из сорбционной колонны для осуществления переосаждения золота, емкости обедненного раствора, трубопроводов, соединяющих все элементы согласно схеме, по которым осуществляется движение раствора, насосов, осуществляющих питание колонны сорбции раствором из емкости насыщенного раствора и колонны десорбции раствором из емкости обедненного раствора.
Осуществление способа
Заявленный способ осуществляются следующим образом: некондиционный золотосодержащий угольный сорбент (НУС) через верх колонны десорбции (загрузочный бункер) загружают в колонну десорбции, далее с помощью насоса начинается подача десорбирующего раствора (цианид натрия 15 г/л, гидроксид натрия 20 г/л, или раствор другого состава) и параллельно начинается нагрев колонны, например, при помощи нагревательной рубашки, до температуры ниже температуры кипения воды (85-90°С). Раствор подают снизу колонны. Оптимальная скорость протока раствора в колонне устанавливается в пропорции 0,8-1,2 объема раствора на 1 объем угля в час (0,8-1,2 м³ /час: 1 м³).  Время процесса извлечения золота из НУС варьируется от 1 до 4 суток и зависит как от стабильности режимных параметров, так и от исходного содержания на НУС, чем выше исходное содержанием, тем больше требуется времени для максимального извлечения золота. Далее, выходящий из колонны насыщенный раствор через перелив проходит контрольный фильтр и далее по трубопроводу перетекает в приемную емкость (емкость насыщенного раствора) где происходит его охлаждение до 20-30 °С (для более быстрого охлаждения рекомендуется использовать охлаждающий контур в емкости сбора насыщенного раствора с оборотной водой ЗИФ или же использовать охлаждающую рубашку для колонны сорбции). Обедненный НУС выгружают из колонны по завершению цикла. Критерием окончания цикла является отсутствие золота в растворе после десорбции, т.е. его содержание менее предела обнаружения <0,10 мг/л, при этом извлечение из НУС считается максимально-возможным. При проведении десорбции вымывание мелких частиц НУС из колонны не происходит за счет скорости протока раствора 0,8-1,2 объема раствора на 1 объем угля в час (0,8-1,2 м³/час: 1 м³) и наличию контрольного фильтра. Далее, насыщенный раствор насосом через трубопровод подается из емкости насыщенного раствора в колонну сорбции, в которую предварительно загружают кондиционный регенерированный уголь с основного процесса ЗИФ (после операции термической реактивации), на который осаждается золото с насыщенного раствора за счет физико-химического механизма взаимодействия цианистого комплекса золота и активной поверхности угля. Температура в колонне сорбции должна быть приближена к температуре рабочей зоны 15-30 °С для подавления процессов десорбции, что достигается за счет естественного охлаждения раствора после десорбции или принудительного при необходимости за счет использования рубашки охлаждения колонны сорбции. Если установить температуру проведения сорбции менее 15 °С снизится эффективность сорбции золота на уголь за счет замедления физико-химических процессов сорбции. Если установить температуру проведения сорбции более 30 °С, то также снизится эффективность сорбции по причине возникновения конкурирующего с процессом сорбции процесса десорбции.  Далее, после проведения сорбции, обедненный раствор переливом через сливной трубопровод перетекает в емкость для обедненного раствора, откуда насосом по трубопроводу подается обратно в колонну десорбции и таким образом осуществляется движение раствора по замкнутому циклу. Насыщенный уголь также выгружают из колонны сорбции по завершению цикла десорбции с НУС, также возможно использовать насыщенный уголь повторно до обнаружения золота в обедненном растворе на выходе из колонны сорбции, добиваясь тем самым максимального насыщения кондиционного угля по золоту. При необходимости, уровень раствора в промежуточных емкостях восполняется водой, концентрация щелочи и цианида натрия поддерживается путем добавления необходимых реагентов (например, NaOH, NaCN) в циркулирующий раствор. Эффективность процесса контролируется периодическим определением содержания золота в жидкой фазе на выходе из колонны десорбции и на выходе из колонны сорбции. Процесс идет непрерывно до его завершения. Процесс считается завершенным, когда на выходе из колонны десорбции содержание золота в растворе оказывается ниже предела аналитического определения, после чего циркуляцию раствора останавливают, НУС в колонне десорбции промывают от щелочи, цианида натрия и от иных десорбирующих реагентов чистой/технологической водой, после чего НУС выгружают из колонны, при этом отбирают контрольную пробу обедненного НУС для аналитического определения золота, результат сравнивают с исходным содержанием и рассчитывают извлечение. В свою очередь насыщенный кондиционный уголь также промывают от десорбирующих реагентов и выводят из колонны сорбции, проводят аналитическое определение содержания золота на угле и далее уголь направляют на переработку, например, в процесс основной десорбции ЗИФ. Промывные растворы колонн сорбции и десорбции отправляют на участок сорбции или обезвреживания ЗИФ.
В конечном счете на обезвреживание и утилизацию отправляют промывные растворы колонн десорбции и сорбции, обедненный НУС отправляют в утилизацию, а в дальнейшую переработку направляют насыщенный кондиционный уголь.
Таблица 1. Режимные параметры процесса
<b>Параметр</b>
<b>Ед. изм</b>
<b>Величина</b>
Температура десорбции
⁰С
85-95
Температура сорбции
⁰С
15-30
Отношение скорости протока раствора к объему НУС
м<sup>3</sup>/час : м<sup>3</sup>
1 : 1
Концентрация NaOH
г/л
20
Концентрация NaCN
г/л
15
Отношение массы  рег. уголь : НУС
т : т
варьируемое
Содержание Au на НУС исходное
г/т
фактическое
Содержание Au на НУС конечное
г/т
< 50
Содержание Au на кондиционном угле исходное
г/кг
фактическое
Содержание Au на кондиционном угле конечное
г/кг
пропорциональное загрузке
Среднее содержание Au в растворе после окончания десорбции
мг/л
<0,10
Среднее содержание Au в растворе после сорбции
мг/л
<0,10
Извлечение золота из НУС
%
в зависимости от исходного содержания>95% при исходном содержании 1000 г/т
Полное время процесса десорбции
суток
1 - 4 в зависимости от исходного содержания
В лабораторных условиях была реализована предлагаемая схема изобретения. Для десорбции и сорбции применены лабораторные стеклянные колонки объемом по 20 мл в которых были помещены соответственно НУС и регенерированный уголь, нагрев колонки десорбции осуществляли при помощи рубашки с подключенным жидкостным термостатом, в качестве теплоносителя использовалась вода. Для предотвращения вымывания НУС на выходе из колонны десорбции установлен контрольный фильтр. Движение щелочно-цианистого раствора осуществлялось перистальтическими насосами. Условия и результаты эксперимента представлены в таблице 2 и на фигурах 2,3,4. На фигуре 2 представлена зависимость извлечения золота из НУС и содержания золота в растворе десорбции от времени процесса. На фигуре 3 представлена зависимость извлечения золота из НУС и содержания золота на НУС от времени процесса. На фигуре 4 представлена зависимость содержания золота на НУС и на кондиционном угле от времени процесса.
Таблица 2. Режимные параметры и основные результаты процессов десорбции-сорбции в замкнутом цикле
<b>Параметр</b>
<b>Ед. изм</b>
<b>Величина</b>
Температура десорбции
⁰С
85-90
Температура сорбции
⁰С
15-30
Отношение скорости протока раствора к объему НУС
мл/ч : мл
1 : 1
Концентрация NaOH
г/л
20
Концентрация NaCN
г/л
15
Отношение массы  рег. уголь : НУС
г : г
1 : 2
Содержание Au на НУС исходное
г/кг
0,498
Содержание Au на НУС конечное
г/кг
<0,050
Содержание Au на рег. угле исходное
г/кг
0,160
Содержание Au на рег. угле конечное
г/кг
1,100
Максимальное содержание Au в растворе десорбции
мг/л
15,3
Среднее содержание Au в растворе десорбции
мг/л
5,4
Среднее содержание Au в растворе после сорбции
мг/л
<0,10
Извлечение золота из НУС (по анализу угля)
%
> 90
Время достижения извлечения 90 % золота
ч
32-34
Полное время процесса*
ч
56
* - окончанием процесса принято содержание золота в сливе десорбции <0,10 г/кг
Исходя из полученных результатов можно заключить, что процесс десорбции золота при 85-90°С и соотношении скорости раствора (мл/ч) и объема угля (мл) 1:1 прошел с высокой эффективностью, извлечение из НУС с исходным содержанием 0,498 г/кг составило >90% (остаточное содержание на НУС <0,050 г/кг). Весь насыщенный раствор был пропущен через колонну сорбции параллельно с проведением процесса десорбции, раствор после сорбции возвращался в начало цикла. Содержание на кондиционном регенерированном угле в колонне сорбции повысилось с 0,160 г/кг до 1,112 г/кг. С учетом того, что отношение массы регенерированного угля к массе НУС составляло 1:2 удалось провести концентрирование золота и получить более насыщенный кондиционный уголь с менее насыщенного НУС. Потери объема циркулирующего раствора при естественном испарении в колоннах и буферных емкостях компенсировались добавлением свежего раствора NaCN и NaOH. Вымывания НУС из колонны десорбции при скорости 1:1 не происходило.
Максимальная скорость извлечения при наибольшей концентрации золота в растворе после десорбции на выходе из колонны десорбции (15,3 мг/л) была достигнута за 7 часов при извлечении золота из НУС 22,1 %. В дальнейшем скорость десорбции снижалась, за 12 ч достигнуто 42,7 % извлечения, за 24 ч достигнуто 80,0 % извлечения, за 31-34 ч достигнуто 90% извлечения, процесс велся 56 часов до содержания золота в растворе после десорбции <0,10 мг/л до расчетного извлечения золота из НУС 95,6 %.
Таким образом предлагаемая замкнутая схема переработки НУС в колоннах с зажатым слоем угольного сорбента «десорбция-сорбция» в лабораторных условиях показала высокие показатели извлечения >90%. При варьировании величины соотношения загрузки НУС к регенерированному углю метод пригоден для получения, более насыщенного чем исходный НУС кондиционного угля. Дополнительные исследования при понижении температуры десорбции ниже 80°С показали снижение скорости десорбции, а при температуре выше 90-95°С раствор начинает закипать, что приводит к вымыванию НУС из колонны десорбции.