Цианирование золота – наиболее широко используемый метод извлечения золота из руд. С момента его внедрения в конце XIX века он позволил извлекать золото из бедных руд, которые ранее считались неэкономичными. Процесс основан на способности цианида растворять золото, образуя стабильный комплекс, который затем может быть собран и переработан для получения чистого золота. Однако использование цианида вызывает серьёзные экологические проблемы. В этой статье объясняется, как работает процесс цианирования золота, какие реагенты используются и какие экологические аспекты должна учитывать каждая горнодобывающая операция.
Как работает процесс цианирования золота
Процесс цианирования золота состоит из нескольких стадий: выщелачивание, разделение твёрдого и жидкого, извлечение золота и уничтожение или рециркуляция цианида.
Выщелачивание (растворение золота)
Основой процесса является растворение частиц золота в разбавленном растворе цианида. Руда мелко измельчается и смешивается с водой для получения пульпы. Добавляется цианид натрия (NaCN) для достижения концентрации 0,02%–0,05% (200–500 ppm). Также необходим кислород. Химическая реакция описывается уравнением Эльснера:
4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH
Простыми словами, золото реагирует с цианидом и кислородом в воде, образуя растворимый цианидный комплекс золота (ауроцианид натрия) и гидроксид натрия. Реакция протекает медленно и может занимать от 12 до 48 часов в зависимости от крупности частиц, концентрации цианида, доступности кислорода и температуры.
Выщелачивание обычно проводится в больших агитационных чанах (цепи CIP или CIL) или в кучах для бедных руд.
Разделение твёрдого и жидкого
После выщелачивания богатый раствор (содержащий растворённое золото) необходимо отделить от твёрдых хвостов. Это делается с помощью сгустителей противоточного сгущения (CCD) или фильтров. Прозрачный раствор направляется на извлечение золота, а твёрдые отходы удаляются после уничтожения цианида.
Извлечение золота из раствора
Наиболее распространённый метод извлечения золота из цианидного раствора – уголь в пульпе (CIP) или уголь в выщелачивании (CIL). Активированный уголь добавляется в чаны выщелачивания (CIL) или в отдельные адсорбционные чаны (CIP). Золото предпочтительно адсорбируется на поверхности угля. Затем уголь отсеивается и обрабатывается горячим концентрированным раствором цианида для десорбции золота (элюция). Золото из элюата извлекается электролизом (осаждением на стальные катоды) или осаждением цинковой пылью (процесс Меррилл-Кроу). Конечный продукт переплавляется в слитки золота дорэ.
Альтернативно, для некоторых операций используется процесс Меррилл-Кроу, в котором цинковая пыль осаждает золото непосредственно из осветлённого раствора.
Реагенты, используемые при цианировании золота
Для процесса цианирования золота необходимо несколько реагентов.
Цианид натрия (NaCN)
Это основной выщелачивающий агент. Он высокотоксичен и требует осторожного обращения. Расход составляет от 0,2 до 1,5 кг на тонну руды в зависимости от типа руды. Иногда используется цианид кальция (Ca(CN)₂).
Известь (гидроксид кальция, Ca(OH)₂)
Известь добавляется для поддержания pH пульпы на уровне 10,5–11. Это критически важно, так как при более низком pH цианид может образовывать высокотоксичный газ циановодород (HCN). Известь также нейтрализует кислые компоненты в руде и улучшает осаждение.
Кислород
Кислород – ключевой реагент. Воздух барботируется в чаны, или впрыскивается чистый кислород для ускорения реакции. Обогащение кислородом может значительно сократить время выщелачивания.
Активированный уголь
В цепях CIP/CIL активированный уголь используется для адсорбции комплекса золота. Он производится из кокосовой скорлупы, угля или древесины. Уголь регенерируется после элюции и используется повторно.
Флокулянты
Это полимеры, добавляемые в сгустители для улучшения разделения твёрдого и жидкого.
Цинковая пыль (Меррилл-Кроу)
Для процессов, использующих осаждение, цинковая пыль добавляется в осветлённый раствор для вытеснения золота: 2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au.
Экологические аспекты
Использование цианида в золотодобыче строго регулируется из-за его чрезвычайной токсичности для человека, рыб и дикой природы. Даже малые концентрации могут быть смертельными. Поэтому управление окружающей средой – критическая часть процесса цианирования золота.
Управление цианидом и его уничтожение
Современные операции обязаны уничтожать остаточный цианид в хвостах перед их утилизацией. Распространённые методы уничтожения включают:
Щелочное хлорирование: Окисляет цианид до цианата, а затем до диоксида углерода и азота. Эффективно, но требует обращения с газообразным хлором.
Процесс диоксида серы (SO₂)/воздух (процесс INCO): Использует SO₂, воздух и известь для окисления цианида до цианата. Безопаснее хлорирования.
Пероксид водорода (H₂O₂): Окисляет цианид до цианата. Прост, но относительно дорог.
Естественное разложение: Длительное воздействие солнечного света и воздуха может разлагать цианид, но этот процесс медленный и не приемлем для прямого сброса.
Хвосты должны храниться в хвостохранилищах с противофильтрационным экраном для предотвращения просачивания в грунтовые воды.
Управление водой
Цианидные растворы рециркулируются внутри фабрики для минимизации использования свежей воды и уменьшения объёма загрязнённых стоков. Часть воды теряется с хвостами. В засушливых регионах используются испарительные пруды или системы с нулевым сбросом.
Готовность к чрезвычайным ситуациям
Рудники должны иметь комплексные планы реагирования на разливы, обученный персонал и оборудование для локализации и нейтрализации разливов цианида. Часто требуются буферные зоны и системы обнаружения вблизи водоёмов.
Альтернативы и будущие тенденции
Из-за экологических проблем ведутся исследования альтернатив цианиду, таких как выщелачивание тиосульфатом, тиомочевиной, глицином и галогенами (бром/йод). Однако ни одна из них пока не сравнилась с эффективностью и экономичностью цианирования для большинства руд.
Международный кодекс управления цианидом (ICMC) – это добровольная программа сертификации, устанавливающая наилучшие практики транспортировки, хранения, использования и утилизации цианида. Многие крупные горнодобывающие компании приняли его для демонстрации ответственного управления.
Заключение
Процесс цианирования золота высокоэффективен для извлечения золота из бедных руд. Он работает путём растворения золота в разбавленном растворе цианида с кислородом и известью в качестве критических вспомогательных веществ. Затем золото адсорбируется на активированном угле или осаждается цинком. Однако токсичность цианида требует строгих экологических мер: контроля pH, уничтожения цианида, управления хвостами и реагирования на чрезвычайные ситуации. Хотя альтернативы изучаются, цианирование остаётся доминирующим методом во всём мире. Ответственные горнодобывающие операции должны соблюдать строгие стандарты безопасности и охраны окружающей среды для защиты здоровья человека и экосистем.