Bruk av aktivert karbon i gullgjenvinning

I gullutvinningsindustrien er aktivert karbon et nøkkelmateriale som brukes til å adsorbere og berike lav-konsentrasjon av gull fra cyanidløsninger. Dens kjernefunksjon er å selektivt berike gullcyanidkomplekser i dens store porestruktur gjennom fysisk adsorpsjon, oppnå en tusen- ganger økning i massekonsentrasjon og legge grunnlaget for påfølgende effektiv utvinning.

 

I. Aktivert karbons rolle i gullgjenvinning

 

Etter cyanidutluting av gullmalm, eksisterer gull i løsningen som gullcyanid-anioner (Au(CN)₂⁻) ved vanligvis ekstremt lave konsentrasjoner. Det er økonomisk utfordrende å utvinne gull direkte fra slike fortynnede løsninger. Aktivt karbon, med sitt ekstremt høye spesifikke overflateareal (ca. 1000 m²/g) og spesifikke porestruktur, blir et ideelt medium for å berike gull fra løsningen.

I industriell produksjon brukes hovedsakelig kokosnøttskall aktivert karbon. Den produseres ved dampaktivering og har tilstrekkelig hardhet og slitestyrke til å motstå slitasje i karbon-i-masseprosessen.

 

II. Gulladsorpsjonsmekanisme: Ionepar Gullcyanidanioner er negativt ladet, mens overflaten av aktivert karbon er elektrisk nøytral, så direkte adsorpsjon er ikke mulig. Gulladsorpsjon er avhengig av dannelsen av "ionepar". Kalsiumioner (Ca²⁺, vanligvis fra tilsatt kalk) i løsningen kombineres med to gullcyanidanioner for å danne elektrisk nøytrale kalsium-gullcyanidionpar: Ca[Au(CN)₂]₂. Disse nøytrale ioneparene er fysisk adsorbert på poreoverflatene til aktivert karbon gjennom van der Waals-krefter.

Dette er en reversibel dynamisk likevektsprosess. Det er et tilsvarende forhold mellom gullkonsentrasjonen i løsningen og gullbelastningen på det aktive karbonet. For å kontinuerlig redusere gullkonsentrasjonen i løsningen og øke gullbelastningen på karbonet, brukes en motstrømskontaktmetode: den gullholdige massen strømmer sekvensielt gjennom en serie adsorpsjonstanker, mens det aktive karbonet beveger seg i motsatt retning. Frisk karbon tilsettes fra den siste tanken og strømmer til den første tanken med høyest gullkonsentrasjon; massen strømmer fra den første tanken til den siste tanken. På denne måten kan gullkonsentrasjonen i avgangsmassene som slippes ut fra den siste tanken reduseres til et ekstremt lavt nivå, mens det gull-lastede karbonet som tas ut fra den første tanken oppnår høy lastekapasitet.

III. Hovedfaktorer som påvirker gulladsorpsjonseffektiviteten Gulladsorpsjonseffektiviteten påvirkes av ulike operasjonelle og kjemiske forhold.

 

1. Fysiske forhold: Massetettheten må være nær den våte tettheten til aktivt karbon (omtrent 1,3-1,5 t/m³) for å sikre jevn suspensjon av karbonpartikler og unngå sedimentering eller flyting. Tilstrekkelig omrøring kan redusere tykkelsen på væskegrenselaget på overflaten av karbonpartikler og akselerere masseoverføringen og diffusjonen av gull inn i karbonpartiklene.

 

2. Egenskaper for aktivert karbon: Mindre karbonpartikkelstørrelse er gunstig for å akselerere adsorpsjonskinetikk, men øker vanskeligheten med screening og gjenvinning. Industrielt er det ofte brukte partikkelstørrelsesområdet 1-3 millimeter (f.eks. 6×12 mesh eller 8×16 mesh). Hardheten til karbon er avgjørende, siden det må tåle slitasje under omrøring, pumping og regenereringsprosesser. Kokosnøttskallkarbon fungerer utmerket i denne forbindelse.

 

3. Konkurransedyktig adsorpsjon og giftstoffer: Dette er et nøkkelproblem som påvirker utvinningsgraden.

- Organiske giftstoffer: Organiske stoffer som flotasjonsreagenser (f.eks. xanthater), smøreoljer og humussyrer konkurrerer med gull om adsorpsjonssteder og kan til og med blokkere porene. Visse flotasjonsreagenser kan redusere adsorpsjonsaktiviteten til aktivert karbon med mer enn 60 %. Disse organiske giftene fjernes hovedsakelig gjennom påfølgende termiske regenereringstrinn.

- Uorganiske giftstoffer: Hovedsakelig cyanidkomplekser av andre metaller (f.eks. kobber, nikkel, sølv). De kan også danne ionepar som skal adsorberes, og opptar aktive steder. Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot virkningen av kobber. Cyanidformen i løsningen endres med pH, og den absorberes lettere når pH er under 10,5. De fleste uorganiske giftstoffer kan fjernes ved syrevask.

- Skalering: Under CIP-prosessen kan kalsiumioner og karbonat danne utfellinger som kalsiumkarbonat (CaCO₃) på overflaten av aktivt karbon. Disse skalalagene er hovedsakelig avsatt og blokkerer inngangen til mesoporer og makroporer av karbonpartikler, og hindrer diffusjon av gull til mikroporer. Regelmessig syrevask kan effektivt fjerne disse kalklagene.

 

4. Løsning Kjemisk miljø:

- pH og cyanidkonsentrasjon: Industrielt holdes pH vanligvis mellom 10-11 for å kontrollere dannelsen av giftig HCN-gass. Tilstrekkelig konsentrasjon av fri cyanid er en nødvendig betingelse for å sikre effektiv oppløsning og stabilitet av gull.

- Temperatur: Gulladsorpsjon er en eksoterm prosess, så lavere temperaturer bidrar til adsorpsjon. Mange fabrikker oppnår ofte høyere utvinningsgrader i kalde årstider. I motsetning til dette krever den påfølgende desorpsjonsprosessen høye temperaturer.

- Ionestyrke: Tilstedeværelsen av jordalkalimetallioner som kalsium og magnesium er nødvendig for dannelsen av gullcyanidionepar.

 

IV. Desorpsjon: Desorbering av gull fra aktivert karbon Det gull-ladet karbon adsorbert med høy-konsentrasjon av gull må gjennomgå desorpsjonsbehandling (elueringsbehandling) for å overføre gull tilbake til løsningen for elektrolytisk rensing.

 

Grunnprinsippet for desorpsjon er å skape ugunstige forhold for adsorpsjon og reversere adsorpsjonsprosessen. Industrielt brukes hovedsakelig to modne prosesser: AARL-metoden og Zadra-metoden. Begge er basert på følgende trinn:

1. Ved høy temperatur brukes en høy-natriumionløsning (fra natriumhydroksid) for å erstatte kalsiumioner i gullcyanidioneparene med natriumioner gjennom ionebytting, og danner mindre stabile natrium-gullcyanidionepar.

2. Høy temperatur fremmer nedbrytningen av ustabile natrium-gullcyanidionepar, og gullcyanidanioner frigjøres tilbake til løsningen fra overflaten av aktivt karbon.

Hovedforskjellen mellom de to ligger i prosesskombinasjonen: AARL-metoden er en batchoperasjon, og den desorberte gull-oppløsningen (gravid løsning) sendes til et uavhengig elektrolyseverksted; Zadra-metoden kobler desorpsjonskolonnen og elektrolysecellen i serie for å danne en lukket-sløyfesyklus, som realiserer desorpsjon og elektrolyse samtidig. Uavhengig av metoden som brukes, er målet å redusere gullinnholdet i det magre karbonet som returneres til adsorpsjonskretsen til under omtrent 50 gram per tonn for å gjenopprette adsorpsjonskapasiteten.

 

V. Hovedprosessstrømmer: CIP, CIL og Pumpcell

 

Det er tre hovedformer for utvinningsprosesser for aktivert karbon gull:

Karbon i massen (CIP): Malmen fullfører først det meste av gulloppløsningen gjennom uavhengige cyanidutlutningstanker, og deretter går massen inn i en serie adsorpsjonstanker for gulladsorpsjon. Massen strømmer fremover, og det aktive karbonet transporteres i motstrøm. Dens "anrikningsforhold" (forholdet mellom gull-lastet karbonkvalitet og matløsningens gullkvalitet) er vanligvis 1000-1200.

Carbon in Leach (CIL): Utlekking og adsorpsjon kombineres og utføres samtidig i samme serie med tanker. Denne prosessen er spesielt egnet for malmer som inneholder «gull-røvende» stoffer (andre stoffer som kan adsorbere gull), fordi aktivert karbon kan konkurrere med dem for å beskytte det oppløste gullet. Men på grunn av den lave gullkonsentrasjonen i løsningen når utlutingen er ufullstendig, er det vanligvis nødvendig med et større lager av aktivert karbon, og anrikningsforholdet er generelt 800-1000.

 

Pumpcell Process: Bruker en driftsmodus som ligner på en «god{0}}gå-runde. Motstrømsstrøm oppnås ved regelmessig å rotere massetilførselspunktet og avgangsutslippspunktet uten behov for fysisk bevegelse av karbonmasse. Denne metoden reduserer tilbakeblanding, håndterer karbon i batcher, kan oppnå et høyere anrikningsforhold (1500-2500 eller høyere), og har et mer kompakt utstyrsvolum.

Prosessvalget avhenger av ulike faktorer som malmegenskaper, designskala, investering og driftskostnader.

 

VI. Prosessovervåking og balanse Den stabile driften av et CIP/CIL-anlegg er avhengig av overvåking av nøkkelparametere, som hovedsakelig evalueres gjennom to "aspekter":

 

- Gullkonsentrasjon i løsning: Overvåk gullinnholdet i løsningen ved utløpet av hver adsorpsjonstank, som bør vise en betydelig nedadgående-trinn-trend.

- Gullkonsentrasjon i gull-lastet karbon: Overvåk gullmengden av aktivert karbon i hver adsorpsjonstank, som skal vise en trinn-for-trinn nedadgående trend fra forsiden til baksiden.

Regelmessig analyse av disse aspektene, kombinert med tester på den kinetiske adsorpsjonshastigheten (aktiviteten) av aktivert karbon, kan hjelpe anlegget med å identifisere problemer som giftakkumulering, redusert utstyrseffektivitet eller driftsubalanse, og dermed opprettholde den optimale gullgjenvinningshastigheten.

Aktivt karbon spiller en uerstattelig rolle i gullutvinning. Fra det grunnleggende prinsippet om å adsorbere gullcyanidionepar, til å håndtere de praktiske utfordringene med organiske og uorganiske giftstoffer og avleiring, til desorpsjonsgjenvinning og prosessvalg, utgjør hele prosessen et komplekst og effektivt teknisk system. Dybdeforståelse og nøyaktig kontroll av aktivert karbonegenskaper, prosessforhold og systembalanse er kjernen for å oppnå effektiv og økonomisk gullgjenvinning.