Активированный уголь широко применяют в гидрометаллургии для извлечения золота из цианистых растворов и пульп. Его задача — сорбировать растворённые соединения золота, концентрируя металл на поверхности и внутри пор угольных гранул.
Эффективность этого этапа зависит не только от сорбционной способности угля. Большое значение имеют его механическая прочность, размер гранул, пористая структура, содержание золы, устойчивость к истиранию и способность сохранять свойства после нескольких циклов сорбции, десорбции и регенерации.
Разберём, как активированный уголь участвует в извлечении золота, чем отличаются схемы CIP и CIL, какие характеристики сорбента наиболее важны и на что обращать внимание при его выборе.
Как активированный уголь извлекает золото
Перед сорбцией золото необходимо перевести из руды в растворимую форму. В промышленной гидрометаллургии для этого обычно применяют цианирование.
В результате золото переходит в раствор в форме растворимого золотоцианидного комплекса. После этого раствор или пульпа контактируют с активированным углём.
Активированный уголь обладает развитой системой пор и большой внутренней поверхностью. Именно на этой поверхности происходит адсорбция растворённых соединений золота.
Процесс условно можно разделить на несколько стадий:
- соединения золота перемещаются из раствора к поверхности угольной гранулы;
- проникают внутрь её пор;
- взаимодействуют с активными участками поверхности;
- удерживаются углём до стадии десорбции.
Чем лучше доступна пористая структура сорбента для золотоцианидного комплекса, тем эффективнее может проходить сорбция.
Однако высокая удельная поверхность сама по себе ещё не гарантирует хорошую работу. Если часть пор заблокирована минеральными примесями, органическими веществами или продуктами предыдущих циклов, фактическая сорбционная способность снижается.
Где активированный уголь находится в технологической цепочке
В типовой схеме золотодобычи с использованием активированного угля можно выделить несколько основных стадий:
выщелачивание → сорбция → отделение насыщенного угля → десорбция золота → регенерация угля → возврат сорбента в процесс.
Сначала золото переводят в раствор. Затем растворённый металл сорбируется активированным углём.
Насыщенный золотом уголь извлекают из технологической системы и направляют на десорбцию. На этой стадии золото снимают с угля и переводят в концентрированный раствор для последующего получения металла.
После десорбции уголь может проходить термическую или другую регенерацию и снова использоваться в сорбционном цикле.
Поэтому промышленный активированный уголь должен сохранять рабочие характеристики не только при первой загрузке, но и после многократного обращения в технологической схеме.
Чем отличаются процессы CIP и CIL
На золотодобывающих предприятиях наиболее распространены схемы CIP и CIL.
CIP — Carbon in Pulp
CIP расшифровывается как Carbon in Pulp — «уголь в пульпе».
При этой технологии сначала проводят выщелачивание золота, после чего пульпу направляют на отдельную стадию сорбции с активированным углём.
Таким образом, основные процессы происходят последовательно:
выщелачивание → сорбция на угле.
Уголь при этом контактирует непосредственно с пульпой и подвергается воздействию измельчённого минерального материала.
CIL — Carbon in Leach
CIL означает Carbon in Leach — «уголь при выщелачивании».
При этой схеме выщелачивание золота и его сорбция на активированном угле проходят в одних и тех же или связанных аппаратах.
То есть растворённое золото практически сразу может переходить на поверхность угольных гранул.
Для некоторых типов сырья это позволяет сократить количество технологических стадий и уменьшить потери растворённого золота.
Почему схема процесса важна для выбора угля
В CIP и CIL уголь работает в достаточно жёстких условиях:
- контактирует с минеральной пульпой;
- подвергается перемешиванию;
- проходит через насосы и трубопроводы;
- удерживается ситами;
- многократно перемещается между аппаратами.
Поэтому здесь особенно важна механическая прочность сорбента.
Если гранулы быстро разрушаются, образуется угольная мелочь. Она может проходить через удерживающие сита и уходить вместе с хвостами.
Если на мелких частицах уже сорбировано золото, вместе с углём теряется и часть металла.
Какие характеристики активированного угля важны для извлечения золота
Оценивать уголь только по одному параметру неправильно. Обычно рассматривают сразу несколько характеристик.
Активность по золоту
Один из главных параметров — способность угля сорбировать золото из раствора.
На практике значение имеет не только максимальная сорбционная ёмкость, но и скорость сорбции.
Два угля могут иметь близкую предельную ёмкость, но по-разному работать в условиях ограниченного времени контакта.
Поэтому лабораторные испытания желательно проводить в условиях, максимально приближенных к реальному технологическому процессу.
Механическая прочность
Для CIP и CIL прочность является одним из наиболее важных показателей.
В процессе эксплуатации гранулы постоянно испытывают механическую нагрузку:
- трутся друг о друга;
- сталкиваются с частицами руды;
- проходят через насосное оборудование;
- перемещаются между аппаратами;
- подвергаются перемешиванию.
Чем быстрее уголь разрушается, тем больше образуется мелкой фракции.
Высокое истирание приводит сразу к нескольким проблемам:
- увеличивается расход свежего угля;
- повышается вероятность потерь сорбента;
- возможно увеличение потерь золота;
- возрастает нагрузка на системы разделения угля и пульпы.
Поэтому при сравнении углей для золотодобычи прочность необходимо оценивать вместе с сорбционной активностью.
Гранулометрический состав
Размер гранул влияет и на сорбцию, и на работу оборудования.
Слишком мелкий уголь имеет большую внешнюю поверхность и потенциально высокую скорость массообмена, однако его сложнее удерживать в технологической системе.
Слишком крупные гранулы лучше удерживаются ситами и обычно устойчивее к механическому воздействию, но путь вещества внутрь гранулы становится длиннее.
Поэтому размер угля подбирают с учётом:
- размера ячеек сит;
- конструкции сорбционных аппаратов;
- гидродинамики процесса;
- скорости перемешивания;
- свойств пульпы.
Важно также минимальное содержание мелочи в исходной партии.
Пористая структура
Для сорбции золота важна не только общая площадь поверхности угля, но и распределение пор по размерам.
Поры должны быть доступны для растворённых соединений золота.
Если значительная часть пористой структуры недоступна для золотоцианидных комплексов, высокая общая удельная поверхность может не давать ожидаемого результата.
На свойства пористой структуры влияют исходное сырьё и технология активации угля.
Зольность и примеси
Минеральная часть активированного угля непосредственно не участвует в сорбции золота.
Поэтому повышенная зольность в общем случае означает уменьшение доли активной углеродной структуры в единице массы материала.
Кроме того, минеральные и химические примеси могут влиять на поведение угля в технологическом растворе.
Состав угля особенно важно контролировать при работе с чувствительными технологическими схемами и при многократной регенерации сорбента.
Почему для золотодобычи часто используют кокосовый активированный уголь
Активированный уголь может производиться из разных видов углеродсодержащего сырья:
- кокосовой скорлупы;
- каменного угля;
- древесины;
- других углеродных материалов.
Для золотодобычи широко применяется уголь из кокосовой скорлупы.
Одна из основных причин — его высокая механическая прочность.
Кокосовая скорлупа имеет плотную природную структуру, благодаря чему получаемый из неё активированный уголь способен сочетать развитую пористость с высокой стойкостью гранул к истиранию.
Это особенно важно в CIP- и CIL-процессах, где сорбент постоянно находится в движении и контактирует с минеральной пульпой.
Однако само по себе происхождение сырья не является достаточным критерием выбора. Сравнивать необходимо фактические характеристики конкретных марок угля.
Почему активированный уголь со временем теряет эффективность
При многократном использовании характеристики сорбента постепенно изменяются.
На поверхности и в порах могут накапливаться различные загрязнения:
- минеральные вещества;
- соли;
- органические соединения;
- продукты технологического процесса;
- мелкодисперсные частицы.
Часть пор при этом становится менее доступной для золотоцианидных комплексов.
Дополнительно уголь постепенно подвергается механическому износу.
В результате могут снижаться:
- скорость сорбции;
- рабочая ёмкость;
- прочность гранул;
- выход угля после очередного цикла.
Для восстановления части сорбционных свойств применяют регенерацию.
Зачем нужна регенерация угля
После десорбции золота уголь не обязательно сразу заменяют новым.
На предприятиях часто используют многоцикловую эксплуатацию сорбента.
После снятия золота уголь очищают и при необходимости направляют на термическую регенерацию.
Цель регенерации — удалить вещества, блокирующие пористую структуру, и восстановить доступность внутренней поверхности.
Однако регенерация не может полностью устранить механическое разрушение.
Поэтому часть угля постепенно теряется в виде мелочи, а в систему приходится добавлять свежий сорбент.
Фактический расход активированного угля определяется не только его сорбционной ёмкостью, но и стойкостью к многократным циклам эксплуатации.
Как выбрать активированный уголь для извлечения золота
Подбор начинают не с цены угля, а с условий технологического процесса.
Необходимо учитывать как минимум:
- технологическую схему — CIP, CIL или сорбцию из раствора;
- характеристики руды;
- состав пульпы;
- параметры цианистого раствора;
- конструкцию сорбционных аппаратов;
- размеры удерживающих сит;
- скорость движения пульпы;
- условия десорбции;
- режим регенерации угля.
После этого определяют допустимый диапазон характеристик сорбента.
Для работы в пульпе
Особое внимание обычно уделяют:
- механической прочности;
- стойкости к истиранию;
- гранулометрическому составу;
- минимальному количеству мелочи.
Для сорбции из относительно чистых растворов
На первый план могут выходить:
- скорость сорбции;
- сорбционная ёмкость;
- пористая структура;
- химическая чистота угля.
В любом случае оптимальный уголь определяется не отдельным паспортным показателем, а сочетанием свойств.
Почему уголь желательно испытывать на реальном сырье
Паспортные характеристики позволяют предварительно сравнить несколько марок, но окончательный выбор лучше подтверждать испытаниями.
Состав технологических растворов на разных предприятиях может существенно отличаться.
На сорбцию влияют:
- концентрация золота;
- присутствие других металлов;
- содержание органических веществ;
- соли;
- pH;
- температура;
- свойства руды.
Поэтому один и тот же уголь может показывать разные результаты на разных объектах.
Лабораторное тестирование позволяет сравнить сорбенты в одинаковых условиях и определить:
- скорость извлечения золота;
- рабочую ёмкость;
- степень истирания;
- образование мелочи;
- стабильность характеристик после нескольких циклов.
После лабораторных тестов целесообразно проводить промышленную или опытно-промышленную проверку выбранной марки.
Какие ошибки чаще всего допускают при выборе угля
Выбор только по цене за килограмм
Более дешёвый уголь не всегда означает меньшие затраты на процесс.
Если он быстрее истирается или требует более частой досыпки, фактическая стоимость извлечения золота может оказаться выше.
Корректнее сравнивать не только цену тонны сорбента, но и его расход на технологический цикл.
Игнорирование прочности
Высокая сорбционная активность не компенсирует быстрый механический износ.
Для CIP и CIL этот показатель необходимо оценивать обязательно.
Неправильный размер гранул
Несоответствие гранулометрии установленным ситам может привести к повышенному выносу угля из процесса.
Оценка только свежего угля
Сорбент должен работать несколько циклов.
Поэтому важно понимать, как изменяются его свойства после десорбции и регенерации.
Выбор без испытаний
Паспортные показатели получены в стандартных условиях и не всегда позволяют точно спрогнозировать поведение угля на конкретной руде.
Как оценивать экономическую эффективность угля
Для промышленного предприятия важна не только сорбционная способность, но и совокупная стоимость использования угля.
При сравнении двух марок необходимо учитывать:
- стоимость закупки;
- скорость сорбции золота;
- потери угля с мелочью;
- количество досыпок;
- ресурс до существенного снижения характеристик;
- эффективность регенерации;
- возможные потери золота с угольной мелочью.
Поэтому более прочный и стабильный уголь при более высокой закупочной цене может оказаться экономически выгоднее дешёвого сорбента с высоким истиранием.
