Библиографическое описание:

Байысбеков Ш., Жунусова Г. Ж., Еденбаев С. С., Кальянова О. А., Таймасова А. Н., Алтайбаев Б. Т. Исследование процесса автоклавного выщелачивания упорных золотосодержащих руд коры выветривания в серной кислоте в присутствии диоксида марганца в зависимости от продолжительности процесса // Молодой ученый. — 2011. — №11. Т.1. — С. 18-22.

В статье рассмотрена кинетика процесса сернокислотного автоклавного выщелачивания в раствор золота, цинка, меди, свинца, железа и марганца в присутствии MnO2. Определена зависимость и оптимальная продолжительность процесса выщелачивания для каждого элемента.

Для исследований были использованы упорные золотосодержащие руды территории Жартас, «упорность» которых связана с наличием углистых, глинисто-шламистых [1] и тонкозернистых частиц; ассоциациями тонкодисперсного золота с сульфидами и оксидами металлов. Эти особенности руд затрудняют извлечение из них золота.

Ранее в работе [2] были проведены исследования по предварительному (до гравитационного обогащения) безавтоклавному вскрытию руд серной кислотой в присутствии пиролюзита. Результаты этих исследований позволили извлечь золото в гравиоконцентрат до 75 %. В гравиоконцентрат извлекается свободное золото, а тонкодисперсное золото, ассоциированное с минералами, остается в хвостах гравитации.

В целях разработки уменьшения капитальных затрат на переработку золотосодержащих руд нами были проведены исследования по прямому их безавтоклавному выщелачиванию [3]. Результаты этих исследований показали эффективность способа сернокислотного выщелачивания при использовании окислителей.

Для повышения степени извлечения золота и сопутствующих металлов из этих руд нами был выбран способ автоклавного сернокислотного выщелачивания руд в присутствии пиролюзита, представленного в исследуемых рудах высоким содержанием.

Известные работы по автоклавному сернокислотному выщелачиванию моносульфидов (пирита, халькозина, халькопирита, борнита и сфалерита) проведены в присутствии кислорода [4, 5].

Отличием наших исследований является изучение процесса автоклавного сернокислотного выщелачивания упорных золотосодержащих руд в присутствии пиролюзита.

В данной работе представлены результаты изучения процесса окислительного выщелачивания Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn из упорных золотосодержащих руд коры выветривания территории Жартас в серной кислоте в присутствии диоксида марганца (MnO2) в зависимости от продолжительности.

Химический состав упорных золотосодержащих руд коры выветривания территории Жартас был следующим: Au–1,22 г/т; Zn–0,41 %; Cu–0,03 %; Pb–0,095 %; Fe–1,12 %; Mn0,06 %.

В экспериментах продолжительность составляла – 1, 2, 3, 4, 5 часов при постоянных значениях: t=130 0С, концентрация H2SO4 – 50 %, MnO2 – 50 % от массы руды, Ж:Т=8:1, навеска руды – 50 г.

Результаты химического анализа Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn в продуктах от окислительного выщелачивания руд приведены в таблице 1.

Зависимость степени и скорости извлечения Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn из руд в продукты представлены в таблицах 2 и 3 и на рисунке 1.

По данным таблиц 2-3 и рисунка 1 видно, что извлечение золота в раствор резко увеличивается до 90,01 % при увеличении продолжительности процесса до 1 часа, затем резко понижается в промежутке от 1 до 5-ти часов. Последнее связано с образованием комплексных соединений золота – гидросульфатов золота (H[Au(SO4)2], H[Au(SO4)]), что было подтверждено результатами рентгеноспектрального анализа. Степень извлечения цинка с увеличением продолжительности процесса до 2 часов поднимается до 72,9 %. Степень извлечения меди в раствор высока и максимальна 93,93 % при 4 часах продолжительности процесса. Свинец характеризуются низкими значениями 3,46-2,58%, так как, в основном концентрируется в кеке, что связано с образованием нерастворимой соли – сульфата свинца. Степень извлечения железа в раствор достаточно высока и находится в диапазоне 90,11-96,04 %. Степень извлечения марганца с увеличением продолжительности процесса до 3 часов резко поднимается до 81,57 % Mn, а далее отмечается незначительное увеличение 88,59%.

Кинетика процесса автоклавного выщелачивания Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn в серной кислоте в присутствии окислителя – MnO2 из упорных золотосодержащих руд коры выветривания

Значения скорости извлечения Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn (при постоянной навеске руды, равной 100 г) в раствор в зависимости от продолжительности процесса (при постоянных условиях: t = 130 0С, концентрация H2SO4 –50 %, MnO2 – 50 г, Ж:Т=8:1) приведены в таблице 3.

Рис.1 – Извлечения золота, цинка, меди, свинца, железа и марганца из предварительно обработанных упорных золотосодержащих руд коры выветривания в раствор в зависимости от продолжительности процесса автоклавного выщелачивания (const: t=130 0С, концентрация H2SO4 – 50 %, MnO2 – 50 % от массы руды, Ж:Т=8:1, навеска руды – 50 г)

Из данных таблицы 3 видно, что абсолютные значения скорости процесса для золота высокие, а цинк характеризуется низкими значениями. Самые высокие абсолютные значения скорости процесса характерны для марганца, затем для железа. Максимальная скорость процесса извлечения золота, цинка, меди, железа и марганца из руды в раствор достигается при продолжительности процесса 1 час или 3600 с, при продолжительности более, чем 1 час, наблюдается снижение скорости процесса, что свидетельствует о наличии диффузионных факторов.

Для определения лимитирующей стадии процессов растворения и окисления золота, цинка, меди, свинца, железа и марганца в серной кислоте в присутствии диоксида марганца результаты экспериментальных данных по зависимостям степени извлечения металлов из руд в раствор от продолжительности процесса при определенном расходе диоксида марганца (50 % от массы руды) обработаны нами в программе «Excel» по уравнениям формальной кинетики (таблица 4).

Таблица 1

Результаты химического анализа Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn в продуктах автоклавного сернокислотного выщелачивания кеков при определении зависимости их извлечения от продолжительности процесса (const: t=130 0С, H2SO4 – 50 %, MnO2 – 50 % от массы руды, Ж:Т=8:1, навеска кека – 50 г)

Проба

τ, час


Масса кека, г


Объем

продуктивного раствора,

дм3

Результаты определения

Au

в кеке, г/т

Au в

р-ре,

мг/дм3

Zn в кеке,

%

Zn в

р-ре,

мг/дм3

Cu в кеке,

%

Cu в

р-ре, мг/дм3

Pb в кеке,

%

Pb в

р-ре,

мг/дм3

Fe

в кеке,

%

Fe в

р-ре, г/дм3

Mn в кеке,

%

Mn в

р-ре, г/дм3

35

1 ч

49,95

0,55

0,11

0,0998

0,124

248,61

0,0036

23,67

0,093

2,60

0,088

0,92

19,46

27,07

36

2 ч

27,5

0,55

0,75

0,073

0,187

271,72

0,0036

24,87

0,169

2,74

0,094

0,95

33,98

27,36

37

3 ч

50,31

0,55

0,53

0,061

0,087

283,27

0,0032

23,61

0,093

2,25

0,084

0,93

8,16

37,12

38

4 ч

21,78

0,575

1,77

0,037

0,173

284,33

0,0030

24,50

0,214

2,41

0,054

0,93

12,53

31,19

39

5 ч.

20,75

0,56

1,99

0,033

0,165

297,65

0,0029

25,07

0,223

2,97

0,054

0,96

12,50

39,60

Таблица 2

Извлечения Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn из кеков от безавтоклавного сернокислотного выщелачивания руд в продукты в зависимости от продолжительности процесса (const: t=130 0С, H2SO4 – 50 %, MnO2 – 25 г, Ж:Т=8:1, навеска кека – 50 г)

Проба

τ, час


Масса кека, г


Объем

продуктивного

раствора,

дм3

Степень извлечения, %

Au

Zn

Cu

Pb

Fe

Mn

в кек

в раст-вор

в кек

в раст-вор

в кек

в раствор

в кек

в раствор

в кек

в раствор

в кек

в раст-вор

35

1 ч

49,95

0,55

9,09

90,01

30,26

66,70

11,98

86,80

97,02

2,98

7,89

90,11

38,84

59,49

36

2 ч

27,5

0,55

33,91

65,80

25,06

72,90

6,65

91,21

96,86

3,14

4,63

93,79

37,33

60,12

37

3 ч

50,31

0,55

43,33

54,80

21,45

76,00

10,88

86,58

97,42

2,58

7,57

91,40

16,40

81,57

38

4 ч

21,78

0,575

63,19

34,80

18,38

78,91

4,38

93,93

97,11

2,89

2,12

96,04

10,90

87,73

39

5 ч.

20,75

0,56

67,97

29,95

16,71

81,31

3,98

93,58

96,54

3,46

2,02

95,87

10,36

88,59

Таблица 3

Степень и скорость извлечения Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn в раствор из руды в зависимости от продолжительности процесса автоклавного выщелачивания кеков при следующих постоянных условиях: t – 130 0С, концентрация H2SO4 – 50 %, MnO2 – 25 г, Ж:Т=8:1 (навеска кека – 100 г)

Продолжи-тельность
опыта
·103, c

Масса
металла, перешедшего в раствор за
время опыта, г

Cтепень
извлечения

металла в раствор,
%

Скорость
извлечения

металла в раствор,
V·10-6, г/(см2·с)

Au

0

0

0

0

3,6

3,150

90,01

12,351

7,2

2,303

65,8

4,515

10,8

1,918

54,8

2,507

14,4

1,218

34,8

1,194

18

1,048

29,95

0,822

Zn

0

0

0

0

3,6

0,507

66,7

1,987

7,2

0,554

72,9

1,086

10,8

0,578

76

0,755

14,4

0,600

78,91

0,588

18

0,618

81,31

0,485

Cu

0

0

0

0

3,6

0,0599

86,8

0,235

7,2

0,0629

91,21

0,123

10,8

0,0597

86,58

0,078

14,4

0,0648

93,93

0,064

18

0,0646

93,58

0,051

Pb

0

0

0

0

3,6

0,00292

2,98

0,011

7,2

0,00308

3,14

0,006

10,8

0,00253

2,58

0,003

14,4

0,00283

2,89

0,003

18

0,00339

3,46

0,003

Fe

0

0

0

0

3,6

3,109

90,11

12,188

7,2

3,236

93,79

6,343

10,8

3,153

91,4

4,121

14,4

3,313

96,04

3,248

18

3,308

95,87

2,594

Mn

0

0

0

0

3,6

29,818

59,49

116,904

7,2

30,133

60,12

59,071

10,8

40,885

81,57

53,431

14,4

43,972

87,73

43,100

18

44,403

88,59

34,818


Результаты математической обработки по уравнениям формальной кинетики приведены в таблице 5.

Таблица 4

Уравнения формальной кинетики

№ уравнения

Вид уравнения

Вид преобразованного

уравнения

Название уравнения

1

α=ae

y=aebx, где

y= α, x

уравнение

1-го порядка

2

α=aτb

y=axb, где

y= α, x

уравнение

1-го порядка

3

α=aτ+b

y=ax+b, где

y= α, x

уравнение

1-го порядка

4

1–(1–α)1/3=aτ+b

y=ax+b, где

y= 1–(1–α)1/3, x

уравнение Яндера

5

1–(1–α)1/3=aτ1/2+b

y=ax+b, где y= [1–(1–α)1/3], x= τ1/2

уравнение Рогинского

6

ln[1/(1–α)]=aτ+b

y=ax+b, где

y= ln[1/(1–α)], x= τ

уравнение
Ерофеева-Колмогорова

7

α/(1–α)=aτ+b

y=ax+b, где

y= [α/(1–α)], x= τ

уравнение
Праута–Томпкинса

8

1–(2α/3)–(1–α)2/3=aτ+b

y=ax+b, где y= [1–(2α/3)–(1–α)2/3],

x= τ

уравнение Кранка-
Гистлинга-Броунштейна


Таблица 5

Значения коэффициентов уравнений и корреляции для зависимости степени извлечения Au, Zn, Cu, Pb, Fe и Mn из руд в раствор от продолжительности процесса при следующих постоянных условиях автоклавного выщелачивания предварительно обработанных руд при const: t – 130 0С, концентрация H2SO4 – 50 %, MnO2 – 50 % от массы руды, Ж:Т=8:1 (навеска руды – 50 г)

№ уравнения

Au

Zn

Cu

a

b

R2

a

b

R2

a

b

R2

1

0,0001

0,2058

0,51

0,00004

0,3076

0,5882

0,00004

0,4073

0,4889

2

0,0001

0,2058

0,51

0,00004

0,3076

0,5882

0,00004

0,4073

0,4889

3

0,0001

0,2058

0,51

0,00004

0,3076

0,5882

0,00004

0,4073

0,4889

4

0,00004

0,7353

0,51

0,00001

0,7692

0,5882

0,00001

0,8024

0,4889

5

0,0069

0,6771

0,8948

0,0063

0,6725

0,9778

0,006

0,6726

0,9734

6

0,0002

0,6193

0,3287

0,00008

0,4721

0,7476

0,0001

0,8852

0,6485

7

0,0003

2,7115

0,2229

0,0002

0,6983

0,9125

0,0008

2,0768

0,7769

8

- 0,00002

0,5953

0,4117

-0,00001

0,6015

0,7269

-0,00001

0,5508

0,5449

Продолжение таблицы 5

№ урав-нения

Pb

Fe

Mn

a

b

R2

a

b

R2

a

b

R2

1

0,000001

0,0133

0,4862

0,00004

0,4253

0,4787

0,00004

0,2369

0,7691

2

0,000001

0,0133

0,4862

0,00004

0,4253

0,4787

0,00004

0,2369

0,7691

3

0,000001

0,0133

0,4862

0,00004

0,4253

0,4787

0,00004

0,2369

0,7691

4

0,0000004

0,6711

0,4862

0,00001

0,8084

0,4787

0,00001

0,7456

0,7691

5

0,00007

0,6688

0,7319

0,0063

0,6725

0,9778

0,0022

0,6896

0,9452

6

0,000001

0,0135

0,487

0,0001

1,0159

0,6695

0,0001

0,2108

0,9334

7

0,000001

0,0137

0,4877

0,0012

2,5027

0,8346

0,0005

0,4795

0,9417

8

-0,00000001

0,6665

0,5093

-0,00001

0,5402

0,5273

-0,00001

0,634

0,9092


Из таблицы 5 видно, что при температуре процесса 130 0С, концентрация H2SO4 – 50 %, MnO2 – 50 % от массы руды, Ж:Т=8:1 коэффициент корреляции имеет высокие значения для зависимости степени извлечения металлов из руд в раствор от продолжительности процесса по уравнению Рогинского:

1–(1–α)1/3=aτ1/2+b или y=ax+b,

где y= [1–(1–α)1/3], x= τ1/2.

Из таблицы 5 видно, что при температуре процесса 130 0С, концентрации H2SO4 – 50 %, MnO2 – 25 г, Ж:Т=8:1 коэффициент корреляции имеет высокие значения для зависимости степени извлечения Fe и Mn из руд в раствор в зависимости от продолжительности процесса по уравнению Рогинского.

Следовательно, извлечение золота, цинка, меди, свинца, железа и марганца из исследуемого материала является гетерогенным процессом, протекающим в диффузионной области на границе раздела фаз: «твердое – жидкость» и скорость протекания данного процесса лимитируется толщиной образующегося продукта в процессе окислительного выщелачивания, при этом скорость процесса извлечения данных металлов из руд в раствор обратно пропорциональна толщине образующегося продукта реакции, через который диффундирует реагирующее вещество.

Таким образом, процессы извлечения данных металлов из руд в раствор протекают в диффузионной области, лимитируются толщиной образующихся продуктов.


Литература:

  1. Жунусова Г.Ж. Микроскопическое исследование структуры глинис-тых золотосодержащих руд коры выветривания // Труды Международной конференции «Форсированное индустриально-инновационное развитие в металлургии», посвященной выдающимся ученым, внесшим вклад в теорию и практику развития прокатного производства академику НАН РК Полухину П.И. и академику высшей школы МАН Давильбекову Н.Х. – 11-13 ноября 2010г.-С.228-229.

  2. Байысбеков Ш. Комбинированная бесцианидная технология переработки упорных золотосодержащих руд коры выветривания // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Алматы, 2008. – 260 с.

  3. Жунусова Г.Ж. Комбинированная бесцианидная технология переработки глинистых золотосодержащих руд коры выветривания // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Алматы, 2010. – 255 с.

  4. Набойченко С.С., Ни Л.П., Шнеерсон, Я.М., Чугаев, Л.В. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Под ред. члена-корр. РАН С.С. Набойченко. – Екатеринбург, 2002. – 940 с.

  5. Bjorling G. //Metall. – 1954. – Bd.8. – S.781-784.

  6. Краткий справочник физико-химических величин / Под редакцией А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Изд. 10 (исправл. и доп.). – СПб.: «Иван Федоров», 2003. – 240 с.

  7. О.Кубашевский, С.Б.Олкокк. Металлургическая термохимия.– М.: Металлургия,1982. – 392 с.

Основные термины (генерируются автоматически): продолжительности процесса, руд коры выветривания, золотосодержащих руд коры, упорных золотосодержащих руд, автоклавного выщелачивания, процесса автоклавного выщелачивания, выщелачивания руд, автоклавного сернокислотного выщелачивания, сернокислотного выщелачивания руд, продолжительности процесса автоклавного, массы руды, присутствии диоксида марганца, извлечения au, кеков автоклавного выщелачивания, автоклавного выщелачивания свинцовой, окислительного выщелачивания, выщелачивания упорных золотосодержащих, процесса выщелачивания, увеличением продолжительности процесса, степени извлечения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle