Роль цианида в добыче золота
Общие сведения
Цианид — это общее название для химсоединений, содержащих цианогруппу CN. Цианид в низких концентрациях встречается в природе (например, содержится более чем в 1000 видов растений [1, 2]); в быту он используется в качестве стабилизатора поваренной соли и т.д. В сущности, люди и животные довольно часто имеют дело с цианидом при употреблении в пищу некоторых культурных и диких видов растений [3].
Также цианид широко используется в промышленности. Ежегодно более 1 млн тонн этого вещества идет для нанесения гальванопокрытия, переработки металлов, производства органических химикатов, пластика и т.д. [2]. В горнодобывающей промышленности для извлечения из руды золота его применяют уже 120 лет; на добычу приходится около 20 % мирового производства промышленного цианида [2, 4].
Несмотря на свою токсичность, при грамотном использовании цианид относительно безопасен и практически не вредит окружающей среде.
Цианид для извлечения золота
Цианид в форме очень слабого раствора цианид натрия используется для растворения и извлечения золота из руды [3]. Этот процесс был разработан в Шотландии в 1887 году, а первое применение в промышленных масштабах зафиксировано в 1889 году на руднике «Karangahake» новозеландской компании «Crown Mines» [3, 4].
Цианирование считается более безопасной альтернативой амальгамации, которая ранее была основным методом извлечения золота [5]. В 1970-х годах цианирование заняло доминирующую позицию среди технологий извлечения, хотя мелкомасштабные и кустарные золотодобытчики в некоторых странах до сих пор используют ртуть [3]. В Канаде более 90 % от общего объема добываемого золота извлекается с помощью цианида (около 90 тонн) [3].
Нормальная концентрация в рабочем растворе колеблется от 0,01 % до 0,05 % цианида натрия (100–500 частей на миллион) [2]. Добытчики стараются использовать настолько низкие концентрации, насколько это возможно с точки зрения защиты окружающей среды, безопасности и экономики [2]. Цианирование обычно проводится наряду с физическими процессами обогащения, например, измельчением, дроблением или гравитацией. Для того чтобы ионы цианида не преобразовались в токсичный цианидный газ HCN, с помощью добавления извести или другой щелочи поднимается уровень pH итогового раствора [6]. Затем золото концентрируется, извлекается и далее идет на плавку в слитки.
Токсичность и обращение с цианидом
Цианид в больших количествах токсичен. Во всем мире работа с ним строго контролируется соответствующими органами. При отравлении цианид угнетает усвоение кислорода, что приводит к удушью и, без правильного оказания первой помощи, к смерти [7]. Однако организм и человека, и животного способен быстро обезвредить нелетальный объем вещества без отрицательных последствий. Многие виды могут переносить частую интоксикацию небольшими дозами [3]. Согласно наблюдениям, цианид производит некоторый долгосрочный эффект на здоровье человека (например, разрастание щитовидной железы и нарушение ее функций) при регулярном употреблении в пищу цианидсодержащих растений, например, маниоки [8].
Фактически, несмотря на высокую токсичность для человека, за последние 100 лет в австралийской и североамериканской горнодобывающей промышленности не задокументировано ни одного смертельного случая отравления цианидом. Это означает, что на производстве использование опасного для человека цианида контролируется посредством минимизации рисков при обращении с этим химикатом [6, стр. 4]. Даже при широком применении цианида кустарными добытчиками, при условии небольшого загрязнения отработанного материала и организации безопасной работы, «число смертельных случаев сравнительно минимально по сравнению с ртутью или другими опасными факторами при кустарной добыче» [9, стр.109–110].
В высоких концентрациях цианид токсичен для водной фауны и флоры, особенно для рыбы, которая в тысячу раз чувствительней к данному химикату, чем человек [10]. Из-за огромной опасности для водных организмов в случае умышленной или неумышленной утечки цианида и попадания его в грунтовые воды чрезвычайную важность при разработке рудника приобретает вопрос мониторинга качества воды [11]. Устанавливаемые нормы часто ограничивают объемы цианида, который может быть сброшен в окружающую среду. Поэтому разработано и используется множество технологий для обеззараживания воды на рудниках [2].
Птицы и другие представители животного мира также находятся в зоне потенциального риска отравления цианидом, если среда их обитания распространяется на хвостохранилища [12]. Для предупреждения этого объемы цианида в хвостах можно снизить до безопасного уровня, минимизируя количество используемого химиката, удаляя его из отработанных вод, перерабатывая и применяя химические или биологические реакции преобразования цианида в менее опасные вещества [13].
Для животного мира безопасным уровнем цианида в воде обычно считается 50 мг/л слабокислотного диссоциирующего цианида. Это позволило существенно снизить гибель мигрирующих птиц [6, 11]. Каждый год из-за цианида погибает только несколько сотен представителей пернатых [11]. Для отпугивания птиц от хвостохранилищ на рудниках используются разнообразные средства: изгороди, полиэтиленовые шары и сети [3].
Растворенный цианид не приводит к возникновению рака, не влияет на пищевые цепочки [12]; в окружающей среде при воздействии солнечного света и воздуха он быстро распадается на менее токсичные вещества [2].
Об утечках цианида
Факты случайных утечек цианида в мире тщательно расследовались, что привело к многочисленным реформам в горнодобывающей промышленности, направленным на предотвращение подобных ситуаций в будущем. Одним из таких нововведений стало внедрение Международного кодекса использования цианида (International Cyanide Management Code). Толчком к разработке Кодекса стали нескольких случаев утечки, в частности в Бая-Маре (Румыния) в 2000 году. В результате прорыва дамбы цианид попал в близлежащие воды, что вызвало масштабное загрязнение, гибель рыбы. Был нанесен экономический ущерб, однако случаев смерти среди людей не зафиксировано.
При утечке цианид быстро разрушается под действием природных процессов, например, испарения, поэтому эффект, оказываемый на водную флору и фауну, хоть и масштабен, но не долгосрочен [3]. В Бая-Маре концентрация цианида стремительно понизилась с увеличением расстояния от места утечки. После прохождения загрязненных вод численность водных микроорганизмов, планктон восстановились за несколько дней [10].
В результате землетрясения в Японии в 1980 году большой объем цианида с золотого рудника попал в реку. Хотя утечка химиката и привела к уничтожению в ней всех живых организмов, его наличие фиксировалось на протяжении только 3 дней. В течение 1 месяца на надводных камнях начала заново расти флора, а за 6–7 месяцев восстановились популяции рыбы, водорослей и беспозвоночных [3, стр. 29].
С 1974 по 1976 год, несмотря на непрерывное поступление цианидсодержащих промышленных отходов с золотого рудника (такую практику сегодня бы не разрешили), в воде и иле залива Йеллоунайф в Северо-Западных территориях Канады следов химиката не обнаружили [3].
Правовая среда управления цианидом на рудниках
Законодательные власти многих стран, включая Канаду и Австралию, рекомендуют использовать цианид в рамках вышеупомянутого Кодекса, который предполагает максимальное снижение объемов использования этого вещества, разработку способов защиты поверхностных и грунтовых вод, создание систем сокращения уровня цианида в стоках и предупреждение утечек.
В Канаде цианид считается потенциально опасным веществом. Местное и федеральное законодательство требует, чтобы его перевозкой, обращением и переработкой занимался обученный персонал с использованием сертифицированных средств, например, специальных контейнеров [12]. Размещение и сброс цианида в окружающую среду на рудниках регулируется на уровне провинций через выдачу разрешений и лицензий [12]. Кроме того, концентрация цианида в сточных водах при добыче металлов должна быть ниже максимального уровня в 1 мг/л; это значение устанавливается Нормами по сточным водам при добыче металлов (Metal Mining Effluent Regulations) в рамках федерального Закона о рыболов-стве (Fisheries Act). Уровень цианида измеряется на основе проб воды. В 2010 году канадские рудники полностью удовлетворяли данному требованию [14].
Альтернативные технологии
Несмотря на то что цианид можно применять относительно безопасно, горнодобывающая промышленность продолжает разрабатывать альтернативные технологии, а также совершенствовать техники работы с химикатом. В некоторых случаях является возможной гравитационная концентрация золота, которая, однако, неэкономична и неосуществима, если содержание металла в руде мало или другие ее компоненты имеют такую же плотность [6].
Изучалась также возможность использования для извлечения золота альтернативных химикатов, но они оказались не менее и даже более вредными для окружающей среды [6, 11]. Оценка риска, проведенная Агентством охраны окружающей среды США (US Environmental Protection Agency) и Университетом Пурдю (Purdue University), показала, что системы цианид-известь — это самый безопасный метод химического извлечения золота с точки зрения возможных опасных последствий для экологии и персонала [11].
К инновациям в горнодобывающей промышленности относятся новые технологии разрушения цианида и стратегии работы с ним, позволяющие сократить концентрацию, токсичность и возможное негативное воздействие химиката на окружающую среду [2].
1. Canada, Canadian Food Inspection Agency. Natural Toxins in Fresh Fruit and Vegetables. 2012 [cited 2012 June 14]; Available from: http://www.inspection.gc.ca/food/consumer-centre/food-safety-tips/specific-products-and-risks/natural-toxins/eng/1332276569292/1332276685336.
2. Minerals Council of Australia. Fact Sheet—Cyanide and its Use by the Minerals Industry. 2005.
3. Eisler, R. and S.N. Wiemeyer. Cyanide Hazards to Plants and Animals from Gold Mining and Related Water Issues. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology, 2004. 183: p. 21-54.
4. InfoMine. Summary Fact Sheet on Cyanide. n.d. [cited 2012 July 30]; Available from: http://www.infomine.com/publications/docs/SummaryFactSheetCyanide.pdf.
5. Ophardt, C.E. Conversion of Gold Ore to Gold Metal. Virtual Chembook: Gold Processing. 2003 [cited 2012 July 30]; Available from: http://www.elmhurst.edu/
6. Australia Government, Department of Resources, Energy and Tourism. Cyanide Management. 2008. Commonwealth of Australia.
7. Canada, Health Canada. Cyanide. Environmental and Workplace Health 2008 [cited 2012 June 11]; Available from: http://hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/water-eau/cyanide-cyanure/index-eng.php.
8. International Cyanide Management Institute. Cyanide Facts. 2012 [cited 2012 June 21]; Available from: http://cyanidecode.org/cyanidefacts.php.
9. Hinton, J.J., M.M. Veiga, and A.T.C. Veiga. Clean artisanal gold mining: a Utopian approach? Journal of Cleaner Production. 2003. 11.
10. UNEP/OCHA. The Cyanide Spill at Baia Mare, Romania: Before, During and After. P. Csagoly, Editor. 2000. The Regional Environmental Center for Central and Eastern Europe.
Источник
Способы добычи золота цианирование
Амальгамация — способ извлечения золота, основанный на избирательном смачивании ртутью частиц золота с образованием амальгамы, которая затем отделяется от пустой породы. Амальгама образуется благодаря диффузии ртути в золото. Ртуть не растворяет золото, а лишь смачивает и диспергирует его с получением амальгамы, т. е. образует нтерметталические соединения типа AuHg2, Au2Hg и др. В состав амальгамы входят твердые растворы золота со ртутью, химимческие соединения их, жидкая ртуть. Лучше всего ртуть смачивает чистое золото. Однако оно, как правило, покрыто пленками гидроксидов же-леза и марганца, шламами глинистого материала. Поэтому перед амальгамацией поверхности золотин очищают трением или в слабых растворах серной кислоты (3%), что значительно улучшает взаимодействие золота и ртути.
В зависимости от условий проведения амальгамация подразделяется на внутреннюю, которая проводится одновременно с измельчением руды, и внешнюю, которая проводится в амальгамационных шлюзах после измельчения руды. Внутренняя амальгамация характеризуется высоким расходом ртути (15-20 г/т руды или песков) из-за пемзования ртути, т. е. образования большого числа мелких шариков ртути. Расход ртути при внешней амальгамации составляет 2-3 г/т руды.
В настоящее время амальгамация применяется преимущественно при переработке бедных гравитационных концентратов — шлихов.
Наиболее полная амальгамация золота осуществляется при контакте его с ртутью в течение 1,5-2 ч. Эффективность амальгамации зависит от крупности золота в материале и состояния поверхности золотин, для очистки которой перед амальгамацией концентраты подвергают механической или химической очистке. Механическая обработка может осуществляться одновременно с амальгамацией, например, в мельницах и амальгамационных бочках, в которые добавляют стальные шары. Химическая обработка проводится сернокислотными растворами в течение 2 ч. Наиболее высокая эффективность амальгамации наблюдается для золота крупностью -1+0,1 мм. Для более тонкого золота она снижается, вероятно, из-за недостаточной силы соударения золотин с каплями ртути и малой вероятности их встречи.
Амальгамационная бочка — литой или сварной стальной барабан диаметром 800 мм и длиной 1200 мм. Перед амальгамацией в бочку загружают золотосодержащий концентрат, стальные шары и через некоторое время производят доизмельчение концентрата, после чего заливают ртуть при соотношении к золоту, содержащемуся в концентрате 8-15:1, добавляют известь и в течение 3-4 ч вращают аппарат с невысокой частотой для предотвращения пемзования ртути. Затем содержимое бочки пропускают через гидроловушку, где улавливается образовавшаяся амальгама. Разделение в ловушке осуществляется в восходящей струе воды.
Часто амальгамацию проводят в амальгамационных шлюзах (желобах), покрытых медными листами с нанесенным из них слоем ртути. Амальгамация происходит при движении по желобу измельченной руды с водой.
Для выделения золота из амальгамы применяют отжимку и отпарку. Отжимка проводится для отделения излишней ртути на плотной ткани, но перед этой операцией амальгаму промывают горячей водой и имеющиеся в ней частицы железа, попавшие в нее при измельчении, удаляют магнитом. Отжимка производится в прессах с ручным или механическим приводом. Твердая амальгама с содержанием 40-50 % золота направляется на отпарку в ретортах при температуре сначала 300-400 °С, а затем 750-800 °С в течение 3-6 ч. После отпарки получается золото 750-900 пробы, в котором содержится до 0,1 % ртути. Это золото затем отправляется на аффинажный завод для окончательной очистки.
Цианирование — способ извлечения золота из руд и концентратов избирательным растворением его в растворах цианидов щелочных металлов в присутствии растворенного в воде кислорода. Растворение золота протекает в цианистых растворах слабой концентрации (0,03-0,3%) по реакции:
Растворение проводится в щелочной среде, создаваемой известью при рН 11-12 для предотвращения гидролиза цианида с образованием летучей цианисто-водородной кислоты.
Цианирование широко распространено в практике извлечения золота. Оно применяется для его извлечения из руд, продуктов переработки концентратов, хвостов, различных промпродуктов. При цианировании наиболее широко применяют цианид натрия NaCN, цианид кальция Ca(CN)2 и иногда цианид калия KCN.
Результаты цианирования зависят от характера золота и состава руд и песков. Хорошо растворяется в цианистых растворах золото, имеющее чистую поверхность, покровные образования на ней препятствуют растворению и увеличивают время растворения. На скорость растворения значительно влияют также примеси других металлов в золоте, например серебра и меди, а также дисперсное железо.
Минеральный состав руд — один из важных факторов, определяющих эффективность цианирования, которое значительно снижается в присутствии сульфидов меди, железа, минералов сурьмы и мышьяка, графита, углистых сланцев. Наличие сульфидов, особенно склонных к окислению, приводит к чрезмерному расходу цианида, идущего на побочные реакции образования комплексных ионов Fe(CN)4 6- , Cu(CN)n n-1 , Zn(CN)4 2- , CNS — , CNO — . Углистые сланцы обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к золотоцианистому комплексу и могут сорбировать до нескольких сот граммов золота на тонну. Поэтому при высоком содержании углистых сланцев процесс цианирования не применяется.
Цианирование довольно длительный процесс: в зависимости от характера золота и вещественного состава выщелачиваемого продукта оно может продолжаться 24-30 ч.
В настоящее время в промышленности применяют два основных метода цианирования: перколяцию (просачивание) цианистого раствора через слой мелкораздробленной руды или песков и перемешивание пульпы при ее интенсивной аэрации. Получает распространение и третий способ — кучное выщелачивание цианистыми растворами.
Из цианистых растворов после отделения их от пульпы золото может выделяться несколькими способами. Наиболее распространен метод осаждения золота цинковой пылью:
При этом способе применяемая цинковая пыль обеспечивает достаточно полное извлечение золота из раствора при небольшом расходе (15-20 г/м 3 раствора). Для повышения скорости осаждения золота и снижения расхода цинка из растворов предварительно удаляется кислород в вакуум-ресивере. Полнота осаждения золота цинком обычно составляет 99,9%.
Извлекать золото из цианистых растворов также можно при помощи угля и ионообменных смол. Последние широко применяют при сорбционном цианировании, когда совмещают процессы цианирования и извлечения растворенного золота. При сорбционном выщелачивании помимо цианида и кислорода воздуха в пульпу вводят ионообменную смолу — анионит, которая сорбирует выщелачиваемое золото. Этот вид цианирования особенно эффективен при переработке труднофильтруемых шламистых руд. Смолу АВ-17 с сорбированным на ней золотом сначала подвергают десорбции примесей цинка и никеля серной кислотой, а затем проводят электроэлюирование в течение 6-8 ч, при котором на катоде осаждается до 90% золота. После обработки смолы щелочным раствором нитрата аммония для удаления меди и железа ее возвращают на сорбционное выщелачивание.
Источник
