Технология получения благородных металлов.

26-11-202 Лекция - Тема: Технология получения благородных металлов Золото Кусочек золота массой в 1 г может быть протянут в тончайшую проволоку длиной до 2 км. Золото прекрасно полируется, имеет высокую электро-и теплопроводность и немного уступает меди и серебру. У золота низкая твердость и достаточная пористость, что дает возможность ему соединяться с цинком, медью, серебром и оловом при комнатной температуре. Температура плавления золота (Аu) – 1063 °С, решетка гранецентрированная, кубическая. Элементарная ячейка а0 = 4.078Е. Твердость по шкале Мооса 2,5 — 3, плотность — 19,3 г/см3. Золото в природе встречается как в чистом виде, так и в виде соединений с серебром, палладием и висмутом. Если золото находится в соединении с платиной, оно приобретает серовато-тусклый оттенок и его называют «испанским» или «гнилым». Золото имеется в любой почве, морской воде, но присутствует в ничтожном количестве: приблизительно 4 мг в 1 т вещества земной коры. В мировом океане содержание металла может быть увеличено от тысячных долей миллиграмма до десятков миллиграммов на 1 т морской воды. Это происходит потому, что в мировой океан несут свои воды реки, омывающие золотосодержащие соединения, золотоносные породы и метеориты. Золото используется как валюта, так как из него чеканят монеты. Кроме того, из него изготавливают различные детали для научных целей и делают зубные протезы. Чаще всего золото сплавляют с другими металлами для увеличения твердости и прочности. В него вводят медь, серебро, никель, палладий, цинк и пр. При легировании золота несколькими элементами можно получать различную окраску. Так, сплав золота с никелем, медью и цинком дает белое золото. Сплав с платиной, палладием и серебром дает также белую окраску. Сплав с серебром и медью дает желтую окраску, а золото с серебром и медью, где золота больше меди, дает зеленую окраску. Красный цвет получает сплав золота с серебром и медью, где меди намного больше золота. Применение процессов отстаивания, фильтрования и промывки в металлургии благородных металлов Из золотосодержащих руд различных типов кварцевые наиболее просты в технологическом отношении. На современных золотоизвлекательных предприятиях, перерабатывающих такие руды, основным процессом извлечения золота является цианирование перемешиванием. Однако в большинстве случаев кварцевые руды, помимо мелкого золота, содержат также значительные, а иногда и преобладающие количества крупного золота, которое медленно растворяется в цианистых растворах, вследствие чего извлечение золота при цианировании снижается. В этих случаях в технологическую схему фабрики включают операцию извлечения крупного золота методами гравитационного обогащения. Рисунок 1 . Переработка кварцевой руды при измельчении в воде. В результате цианирования получают пульпу, состоящую из золотосодержащего раствора и хвостов цианирования. Для отделения растворов от хвостов применяют декантацию и фильтрацию. Этот прием обеспечивает более высокое извлечение золота вследствие уменьшения утомляемости цианистых растворов. Периодическая декантация. Пульпу после перемешивания переводят в декантационный чан, где твердые частицы осаждаются, а осветленный раствор декантируется (сливается) через сифонное приспособление с поплавком, находящимся на поверхности жидкости. Осевший на дне чана материал содержит значительное количество золотосодержащего раствора (обычно Ж:Т = 1:1). Для отделения этого раствора сгущенный материал вновь переводят в агитатор, добавляют слабый цианистый раствор и подвергают перемешиванию – репульпации. Затем пульпу снова переводят в декантационный чан, декантируют осветленный раствор и повторяют операции до тех пор, пока практически полностью не отмоют растворенное золото. Богатые золотосодержащие растворы идут на осаждение золота. Бедные растворы, полученные при второй, третьей и последующих промывках, используют как оборотные для промывки следующей порции хвостов цианирования. Таким образом, осуществляется хорошая степень отмывки растворенного золота при ограниченом объеме промывных растворов. Непрерывную противоточную декантацию в системе сгустителей используют когда обрабатываемые руды не содержат значительного количества глинистых веществ и легко сгущаются. Пульпа после цианирования поступает в систему из нескольких последовательно расположенных сгустителей (рисунок 6). Сгущенный продукт перекачивается последовательно из первого сгустителя во второй, из второго — в третий и т. д. Из последнего сгустителя отмытые хвосты транспортируют в отвал. Твердый материал (хвосты) последовательно промывается растворами с убывающей концентрацией золота: в первом сгустителе — сливом второго сгустителя, во втором — сливом третьего и т. д. В последнем сгустителе промывку осуществляют подаваемой сюда чистой водой. Таким образом выполняется принцип противотока. Твердый материал, поступающий из сгустителя в сгуститель, постепенно отдает находящееся в растворенном состоянии золото промывным растворам, а растворы, двигаясь во встречном направлении, постепенно обогащаются золотом. Рисунок 2 . Непрерывная противоточная декантация. Преимуществами является небольшой расход электроэнергии, простота и автоматичность действия сгустителей, высокая степень отмывки. Вместе с тем этот метод имеет ряд существенных недостатков – большая площадь, занимаемая сгустителями; значительное разбавление золотосодержащих растворов; относительно высокие потери цианида с хвостами. Помимо одноярусных сгустителей, противоточная декантация может осуществляться также в двух- и многоярусных сгустителях. Устройство многоярусного промывного сгустителя показано на рисунке 3. Пульпа непрерывно подается в верхний его ярус. Чистая вода поступает в нижнюю часть предпоследнего яруса. Слив верхнего яруса непрерывно удаляется по желобу, расположенному в верхней части сгустителя. Сгущенный продукт собирается в ловушке, находящейся у днища яруса. Сюда же через соответствующий бачок подается слив с нижерасположенного яруса. С помощью этого раствора сгущенный продукт вымывается на следующий ярус, где снова происходит его отстаивание, промывание и т. д. В конечном итоге промытый материал разгружается через специальный патрубок в днище нижнего яруса. Применение многоярусных промывочных сгустителей позволяет сократить площадь зданий цехов сгущения. Поэтому их применяют в золотоизвлекательной промышленности. Рисунок 3. Многоярусный промывной сгуститель: 1 — бачок для промывного раствора; 2 — ловушка; 3 — патрубок для удаления промытого материала; 4 — слив второго яруса в дальнейший процесс или в первый ярус. Для фильтрования цианистых пульп применяют вакуумные фильтры непрерывного и периодического действия. Основными факторами, влияющими на показатели работы вакуум-фильтров, являются гранулометрический состав твердой фазы, содержание твердого в пульпе, величина вакуума, характер применяемой фильтровальной ткани, присутствие в пульпе коагулянтов и флокулянтов, температура пульпы, конструктивные особенности и режим работы фильтра. Гранулометрический состав твердой фазы определяет пористость (проницаемость) кека. С увеличением крупности частиц скорость фильтрования возрастает. При наличии в пульпе шламов пористость осадка уменьшается, что снижает производительность фильтра и приводит к увеличению влажности кека. Величина вакуума оказывает сложное влияние на процесс фильтрования. С одной стороны, рост вакуума способствует ускорению движения жидкости через слой кека и фильтровальную перегородку, но с другой — под действием вакуума многие осадки сжимаются, что ухудшает их проницаемость. Поэтому повышением разности давлений не удается достичь заметного увеличения скорости фильтрования. При фильтровании цианистых пульп в качестве пористой перегородки используют ткань. Фильтровальная ткань должна хорошо задерживать твердые частицы пульпы, иметь небольшое гидравлическое сопротивление и достаточную механическую прочность. Этим требованиям в наибольшей степени соответствуют ткани из синтетических волокон (капроновые, лавсановые, хлориновые и др.). С течением времени фильтроткань засоряется мелкими частицами, и химическими соединениями, отлагающимися на поверхности волокон. Поэтому фильтровальные ткани периодически подвергают регенерации, осуществляемой механической чисткой и обработкой разбавленным раствором соляной кислоты. Большое влияние на процесс фильтрования оказывает присутствие в пульпе коагулирующих и флокулирующих веществ. Введение этих веществ уменьшает сопротивление образующегося осадка, в результате чего скорость фильтрования повышается. С повышением температуры пульпы понижается вязкость раствора, что приводит к повышению скорости фильтрования. Фильтры подразделяют на периодически и непрерывно действующие. В первых фильтровальная перегородка неподвижна, во вторых она непрерывно перемещается по замкнутому пути. В фильтрах периодического действия на всей площади перегородки осуществляются одни и те же процессы, например, поступление пульпы, образование осадка, его промывка или удаление. В фильтрах непрерывного действия на различных частях перегородки происходят разные процессы в зависимости от того, на каком участке замкнутого пути находится в данный момент рассматриваемая часть (элемент) перегородки: так, на один участок перегородки поступает пульпа, а на других в это время образуется, промывается и удаляется осадок. Фильтры непрерывного действия значительно производительнее фильтров периодического действия, так как отсутствуют такие вспомогательные операции как выгрузка кека, сборка фильтра, закачка пульпы и т.п. Разделение пульпы не заканчивается образованием влажного осадка на фильтровальной перегородке и собиранием фильтрата в приемный резервуар. Для более полного извлечения растворенного золота после фильтрования цианистых пульп, как правило, проводят промывку кеков. Чаще всего промывку осуществляют непосредственно на фильтре фильтрованием воды или промывного раствора через слой кека. Помимо промывки на фильтрах, используют также промывку разбавлением. Этот метод отличается от рассмотренного выше него тем, что разделение твердой и жидкой фаз осуществляется не отстаиванием, а фильтрованием. Рисунок 4 - Промывка разбавлением: 1 — фильтры; 2 — чаны для репульпации. Схема промывки разбавления приведена на рисунке 4. Процианированная пульпа фильтруется на барабанном или (дисковом) фильтре. Крепкий золотосодержащий раствор идет на осаждение золота, а кек промывается в одну или несколько стадий. Каждая стадия промывки включает репульпацию кека оборотным промывным раствором и фильтрование полученной пульпы. Движение твердой и жидкой фаз — противоточное, это позволяет сократить объем промывных растворов, повысить в них концентрацию золота. На последней стадии промывку ведут чистой водой или оборотным обеззолоченным раствором. Богатый промывной раствор, получаемый на первой стадии, возвращают в цикл цианирования или направляют на осаждение золота совместно с крепким золотосодержащим раствором. Рассматриваемый метод значительно сложнее, поэтому его применяют обычно при цианировании руд и концентратов с высоким содержанием золота. Для фильтрования цианистых пульп обычно применяют барабанные вакуумфильтры с наружной фильтрующей поверхностью. Барабанный вакуум-фильтр (рисунок 5) представляет собой полый барабан 1, медленно вращающийся на цапфах 3 в подшипниках скольжения 17. Внешняя поверхность барабана радиальными ребрами разделена на отдельные ячейки (секции), покрытые снаружи перфорированными листами. Внутренние полости ячеек изолированы друг от друга и соединены трубками 2 с цапфами 3. Концы трубок выведены на торцевые поверхности цапф, к которым пришлифованы неподвижные распределительные головки 4. Снаружи барабан обтягивается фильтровальной тканью, которая закрепляется на его поверхности с помощью резиновых жгутов и навивки из мягкой проволоки. Барабан приводится во вращение электродвигателем через редуктор с вариатором скоростей 14. Нижняя часть барабана (примерно одна треть) погружена в ванну 13, куда непрерывно подается фильтруемая пульпа. Рисунок 5. Барабанный вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью: 1 — барабан; 2 — трубки для отвода фильтрата; 3 — цапфа; 4 — распределительная головка; 5 — устройство для намотки проволоки; 6 — трубопровод для подачи сжатого воздуха; 7 — вакуумметр; 8 — нож (скребок); 9 — переливное окно; 10 — трубопровод для удаления промывного раствора; 11 — трубопровод для удаления фильтрата; 12 — маятниковая мешалка; 13 — ванна (корыто); 14 — привод барабана; 15 — привод мешалки; 16 — люк для выпуска пульпы; 17 — подшипник. Уровень пульпы в ванне поддерживается постоянным с помощью переливного окна 9. Под барабаном расположена медленно качающаяся маятниковая мешалка 12, предотвращающая осаждение твердых частиц на дно ванны. Образующийся на поверхности фильтра слой кека снимается ножом 8. Барабанные вакуум-фильтры сравнительно просты, удобны в эксплуатации, обеспечивают удовлетворительную промывку хвостов. Поэтому их широко применяют для фильтрования цианистых пульп. Вместе с тем, эти фильтры не применимы для фильтрования глинистых и других труднофильтруемых пульп. Это связано с тем, что при низкой скорости фильтрования слой кека, образующийся на поверхности барабана, оказывается весьма тонким (менее 5 мм), что затрудняет его отдувку и съем ножом. Рисунок 6. Дисковый вакуум-фильтр: 1 — диск; 2 — ячейковый (пустотелый) вал; 3 — нож (скребок); 4 — электродвигатель привода мешалки; 5 — вакуумметр; 6 — шпилька (спица); 7 — сектор; 8 — накладка; 9 — тканевый чехол (рубашка); 10 — распределительная головка; 11 — гибкий шланг для подсоединения к вакуум-проводу; 12 — дренажный люк; 13 — тяга для удержания головки от проворачивания; 14 — привод ячейкового вала с дисками; 75 — желоб для сбора перелива; 16 — трубопровод сжатого воздуха; 17 — ванна (корыто); 18 — мешалка. По принципу действия к барабанным фильтрам весьма близки дисковые вакуумфильтры. Дисковый вакуум - фильтр (рисунок 10) отличается развитой поверхностью фильтрования. Ею являются боковые стороны дисков, набранных из секторов (обычно по 12 в диске), вставленных в пустотелый ячейковый вал и закрепленных длинными шпильками (спицами) и накладками. Каждый сектор обтягивают тканевым чехлом. Чехол на штуцере сектора обматывают мягкой проволокой или шпагатом. Вал укреплен на цапфах. С торца к валу с одной или двух сторон, как и у барабанного фильтра, прижаты распределительные головки. Двумя головками оборудованы фильтры с шестью и более дисками. Нижняя часть дисков опущена в ванну, на одной из сторон которой имеется переливной порог, обеспечивающий постоянство уровня пульпы. Со стороны входа секторов в пульпу при вращении вала с дисками ванна имеет ножи, которыми снимается оставшаяся после отдувки часть кека. Преимуществом дисковых фильтров является возможность быстрой замены любого сектора при выходе из строя тканевого чехла. Однако вертикальное расположение фильтрующих поверхностей (дисков) затрудняет промывку кека на поверхности фильтра. Поэтому для фильтрования цианистых пульп дисковые фильтры применяют ограниченно, в основном, в тех случаях, когда промывку ведут методом разбавления. Золото очищают, плавят и разливают в слитки. Слиток – литая металлическая заготовка, предназначенная для дальнейшей переработки путём пластической деформации (прокатка, ковка, прессование), переплава (получение фасонных отливок, приготовление сплавов) или электролиза. Очистка золота от примесей Существуют различные способы очистки золота от примесей. Очистку золота от примесей можно проводить амальгамацией, методом хлорирования, с помощью свинца и рафинированием. Очистку и извлечение золота из отходов можно проводить из опилок, из промывочных вод, из растворов, использованных для электрохимполировки, и из позолоченных предметов. Продукция следующих переделов: прутки, полосы, фольга и т.д Пруток – длинномерный металлический полуфабрикат, являющийся заготовкой для получения деталей способами пластической деформации или обработки резанием. В зависимости от назначения прутки имеют сечение круглой (наиболее часто), шестиугольной, прямоугольной, реже трапециевидной, овальной или сегментной формы. Лента – полосовая сталь (в рулонах) толщиной 0,005-4 мм и шириной до 600 мм, получаемая горячей и холодной прокаткой на лентопрокатных станах. Фольга – тонкая лента из цветных, редких, благородных металлов и стали. Традиционный способ получения фольги толщиной 0,02 мм и более – рулонная прокатка с натяжением в многовалковых станах. Более тонкую фольгу изготавливают прокаткой сдвоенных заготовок с последующим их разделением. При маркировке золотых сплавов используется буквенный шифр русского алфавита: Зл – золото, Ср – серебро, М – медь, Пд – палладий, Пл – платина, Н – никель, Кд – кадмий, Ц – цинк. Указанные компоненты меняют свойства золотых сплавов. Например, серебро понижает температуру плавления и меняет цвет сплава от желтого до желто-зеленого. Медь увеличивает твердость плавки, понижает температуру плавления, изменяет ковкость, тягучесть, пластичность, меняет цвет от красного до ярко-красного. Платина и палладий повышают температуру плавления и придают сплаву белый цвет, но платина придает сплаву упругость, а палладий обеспечивает пластичность, мягкость, ковкость. Никель повышает твердость сплава, увеличивает жидкотеку-честь и придает сплаву белый цвет. Индий, если он присутствует в сплаве в количестве 25%, плавится при 425°С и применяется для припоев. Припой – металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями или образующийся между ними в результате диффузии в процессе пайки. Припой должен хорошо смачивать соединяемые материалы, растекаться по ним, заполняя паяльные зазоры, и образовывать плотные, коррозионно-стойкие соединения. Цинк повышает жидкотекучесть и твердость сплавов и понижает температуру плавления. А кадмий понижает температуру плавления, повышает пластичность, ковкость, мягкость сплава и тоже используется для получения белого золота. Взаимодействие сплавов золота с газами Большинство газов в золоте не растворяются и приводят к возникновению пористости и хрупкости. В таблице 1 указаны газы, взаимодействующие с компонентами сплавов золота. Взаимодействуя с жидкими сплавами, газы образуют с ними растворы. Таблица 1 Металл/Газ Водород Кислород Азот Углерод Рb Sn - Zn - V - + - А1 + - Сu + + + - Мn + + + + Ni + + + + Fе + + + + Тi + + + + Знак « + » указывает на растворимость газа в элементе. Знак « — » указывает на нерастворимость газа в элементе или же на незначительную растворимость. Естественно, что ювелир старается исключить попадание газа в жидкий расплав. Так, газ, попавший в расплав, вызывает образование газовой пористости (иногда после термической обработки выходящий газ из отливки приводит к растрескиванию изделия). Пористость можно исключить. При этом необходимо: 1. Плавку проводить в вакууме. 2. Верхнюю часть расплава (зеркало металла) покрывать борной кислотой (бурой). 3. Проводить раскисление расплава для удаления растворенных газов. 4. Строго соблюдать технологию плавки. Влияние примесей на свойства сплавов золота Отрицательное влияние практически всех примесей связано с резким уменьшением плотности. При наличии свинца, цинка, алюминия, олова, серы, фосфора, кремния и др. получаются хрупкими и плохо поддаются обработке давлением и механической обработке резанием. Если же перечисленные примеси попали в шихту, то проводят повторную окислительную плавку с добавлением селитры, засыпкой зеркала металла прокаленным углем и перемешиванием. Полученный слиток кипятят в азотной кислоте, хорошо его промывают ц подвергают закалке от 350°С.