Озонирование цианидов в золотодобывающей промышленности

В этом информационном буклете приводится краткая информация о преимуществах обработки озоном, которая применяется в золотодобывающей промышленности. Озон успешно используют для преобразования токсичных отходов цианидов в безвредные вещества. Таким образом, можно смягчить негативное воздействие на окружающую среду, которое связано с использованием цианидов в процессе добывания золота.

За счет озонирования цианидов, после переработки золотой руды остаются безвредные отходы.

Решение компании ITT W&WW , относительно обработки озоном, обеспечивает современные процессы окисления в золотодобывающей промышленности. Процессы озонирования могут быть разработаны для конкретных целей обработки. К ним относятся: удаление цианидов из сточных / технических вод путем окисления, процесс восстановления цианидов и предварительного озонирования для оптимизации процессов и сокращения потребляемых цианидов.

1. Добыча золота

Добыча золота, в зависимости от методологии эксплуатации, может быть утомительным, дорогим и трудозатратным процессом. Это особенно касается шахт, расположенных на плохих месторождениях. Некоторые руды содержат всего лишь 0,001% золота. В таких случаях химические процессы извлечения (т.е. цианирования) являются одним из наиболее эффективных и экономичных вариантов добычи. В настоящее время цианирование (гидрометаллургическое извлечение) является доминирующим методом, который используется в золотодобывающей промышленности. Ежегодно ~2500 тонн золота добывается из рудников по всему миру, 90% из которых извлекаются методом цианистого выщелачивания.

Доминирование процесса цианистого выщелачивания обусловлено его эффективностью по сравнению с альтернативными процессами, в которых используют сложные агенты, такие как хлорид, бромид, тиомочевина и тиосульфат. Все эти альтернативные формы менее устойчивы и поэтому требуют более агрессивных условий и окислителей для растворения золотой руды. В отличие от альтернативных способов цианирования этот способ обладает большим коэффициентом очищения (85% - 95%). Обычные комплексообразующие агенты обладают лишь 40% - 50% эффективностью очищения. В процессе цианирования используют разные концентрации цианидов, в зависимости от локальной минералогии. Обычна концентрация: 300 – 500 мг/л.

Сегодня существуют два основных метода выщелачивания, используемых для извлечения золота:

- Чановое выщелачивание и
- Кучное выщелачивание

Методы выщелачивания

Чановое выщелачивание производится в реакционных резервуарах. Добытую руду складывают внутрь чана и выполняют процесс цианирования. В ходе этого процесса золото отделяется от руды, в результате чего получается смесь цианида и золота.

Кучное выщелачивание производится на специальных площадках. Этот метод используется чаще, чем чановое выщелачивание. Добытую руду насыпают на, так называемые, площадки для выщелачивания (рис. 1). Эти площадки имеют непроницаемую основу (как правило, из асфальта или полиэтиленовой пленки). Площадки для выщелачивания могут занимать огромную территорию (размером с несколько футбольных полей и до 30 м в высоту). Фактически процесс выделения с помощью цианидов довольно прост. Разбавленный раствор цианида распыляется и распределяется по вершине площадки для выщелачивания с помощью распылительной системы. В результате раствор цианида проникает сквозь насыпь в течение нескольких недель, выделяя золото из руды. Цианид имеет естественную близость с золотом, которая похожа на растворение сахара или соли в воде. Золото обогащает раствор цианида (так называемый насыщенный раствор), после чего собирается в низу площадки для выщелачивания. В процессе разделения золото извлекают из насыщенного раствора.

Рисунок 1. Площадка для выщелачивания

Оба процесса добычи, указанные выше, позволяют повторно использовать некоторое количество цианидов для повторного процесса извлечения. Однако из-за примесей различных материалов и низкой концентрации золота в рудах, огромное количество цианидов образует отходы.

Токсичность цианида

Несмотря на близкую связь с металлами (например, золото, серебро и другие), цианиды являются высокотоксичными соединениями. Цианиды, как правило, хранятся и транспортируются в твердой форме и устойчивы в сухом виде (то есть цианид натрия). Многие твердые формы цианидов легко растворяются в воде, фактически выделяя цианистый водород (HCN) при взаимодействии с другими соединениями в воде. Процесс растворения зависит от различных параметров водной среды (т.е. рН, температура и т.д.). Растворенные твердые вещества цианидов относительно стабильны в окружающей среде до тех пор, пока они не окислятся.

Из-за своей токсичности неконтролируемый выброс цианидов в окружающую среду должен быть предотвращен. Это очень важно, так как небольшое количество цианидов может навредить или убить человека (одна чайная ложка 2%- раствора цианида уже смертельна). В организме человека цианиды блокируют процессы поглощения кислорода клетками. В результате этого человек задыхается.

Любое количество цианидов, которое попадает в окружающую среду и речные системы, может нанести огромный ущерб. Виды, живущие в воде, особенно чувствительны к воздействию цианидов. Экологи сообщают, что даже низкие концентрации (5/1млрд единиц водной поверхности) уже могут препятствовать размножению рыб.

Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) установила предельные значения для цианистого водорода (0,07 мг/л). Тем не менее, во всем мире существует большое разнообразие национальных ограничений относительно цианида. Они варьируются от 0,1 мг/л в Аргентине, Южной Африке и Германии, 1,5 мг/л в Мексике и до 50 мг/л в Австралии.

Обработка озоном в золотодобывающей промышленности

Как указанно выше, в целях защиты дикой природы и людей, необходимо обрабатывать отходы цианидов перед утилизацией.
Окисление и детоксикация сточных вод от цианида могут быть достигнуты путем введения различных средств обработки, включая хлор, гипохлорит натрия и перекись водорода. Чаще всего используют газообразный хлор и гипохлорит натрия. Основными недостатками детоксикации агентами, перечисленными выше, являются высокие расходы на эксплуатацию, связанные с транспортировкой и хранением высокотоксичных и опасных химических веществ. Это само по себе создает дополнительный риск для окружающей среды, поэтому требуются дополнительные затраты и наблюдение.

Альтернативный, а также экологически безопасный агент - это озон, который является одним из самых мощных окислителей в природе. Озон легко получить, если возникла необходимость. Озон можно легко применить к любому типу промышленных или сточных вод, а также для очистки воздуха. Во время процесса обработки озоном он распадается и не создает вредных побочных эффектов. Он просто превращается в кислород. Поэтому озон является не только экологически чистым веществом, но и экономически выгодной альтернативой галогенированным окислителям (например, хлор, гипохлорит натрия), методам поглощения (например, активированный уголь), или процессам разделения (например, осмос).

Химия процессов озонирования цианидов в сточных водах

Процесс окисления цианидов можно описать двумя основными химическими реакциями, как подчеркнуто ниже:

Первым шагом является окисление цианид ционата (см. Реакция 1).
------------
Вторая реакция (2) показывает химический процесс, где цианат гидролизуется и окисляется в избыточном количестве озона относительно бикарбоната азота и кислорода:

-----------------------------------------
Общее время процессов окисления цианидов варьируется от 10 до 30 минут. Большая часть времени требуется для второй реакции (2)

Применение озона в процессах оптимизации добычи золота

Кроме того, озон можно использовать для повышения количества добываемого золота за счет улучшенного использования добычи руды и восстановления цианида.

Предварительное озонирование руды

Так называемая «тугоплавкая» руда обладает естественной устойчивостью к процессу цианирования, так как требуется огромное количество цианида. Поэтому в процессе выделения может быть получено менее 50% золота. Чтобы предотвратить эту проблему, предварительно выполняют стадию окисления, что позволяет уменьшить количество цианидов. В настоящее время, используют такие технические процессы, как обжиг, химическое окисление, окисление при низких и высоких давлениях, или бактериальное окисление. Однако, из-за высоких денежных затрат, экологических проблем и необходимости в высоко квалифицированном персонале, эти методы невыгодны. Предварительная обработка руды озоном может решить проблемы, о которых говорилось выше. Экспериментальные исследования показали, что предварительное окисление тугоплавких руд может повысить эффективность извлечение золота до 85%, в отличие от изначальных 53%.
Кроме того, исследования в этой области показали, что процесс предварительного окисления озоном может увеличить темпы восстановления золота более чем на 85%. Еще одним преимуществом предварительного озонирования является окисление серных компонентов в руде. В результате это препятствует образованию нежелательных тиоцианатов (SCN-) во время процедуры извлечения золота. За счет этой технологии потребление цианидов намного снижается.

Окисление озоном для восстановления цианидов

Во время процесса цианирования цианиды могут вступать в реакцию с некоторыми другими составляющими для очистки руды. Это приводит к увеличенному потреблению цианидов, потому что часть цианидов, которая должна реагировать с золотой рудой, больше не участвует в реакции очистки. Это приводит к менее эффективным процессам выделения и отрицательным экономическим последствиям. Одним из элементов, которые потребляют цианиды, является сера. В некоторых регионах очень высокое содержание серы в рудах. В результате реакции серы и цианида формируется тиоцианат(3)

-----------------------------

Кроме того тиоцианат представляет такую же угрозу для окружающей среды. Тиоцианаты тоже токсичны и могут нанести вред некоторым видам, обитающим в воде. Системы обыкновенной очистки сточных вод в горнодобывающей промышленности, возможно, не в состоянии уменьшить количество тиоцианатов до удовлетворительного. Для удаления тиоцианатов потребуется дополнительная детоксикация.

Озон может предотвратить эти негативные последствия с помощью окисления тиоцианатов и восстановления цианидов. Исследования показали, что восстановление цианидов может доходить до 75% за короткое время реакции (около 20 минут).

Примеры: озонирование

Общее сокращение цианида в сточных водах в малазийских золотодобывающих шахтах.

Компания ITT Water&Wastewater успешно продемонстрировала снижение общего уровня цианидов в сточных водах малазийских золотодобывающих шахт. Целью данного исследования было снижение общего уровня цианидов в сточных водах для соответствия национально допустимому уровню 0,1 мг/л.

Общая концентрация цианидов (CNtotal) представляет собой концентрацию всех сложных цианидов, таких как свободные цианиды (CN-, HCN), WAD цианиды (слабые неразделимые кислоты), а также прочные связи цианидов с металлами, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 2. Виды цианидов

Пробная очистка сточных вод в шахте

Концентрация цианидов в сточных водах малазийской шахты первоначально составляет 13,8 г/м3. Окончательная цель очистки: концентрация цианидов менее 0.1 г/м3 (CNtotal 0,1 промилле).
Результаты испытаний озонирования показаны на рисунке (3) ниже.

Рисунок 3. Снижение уровня цианидов с помощью озонирования

Результаты

Было продемонстрированно, что сокращение уровня цианидов может быть достигнуто путем использования средней дозы озона в гО3/ м3. Концентрация цианидов была сокращена более чем на 99% до 0,083 мг/л, что соответствует поставленной цели < 0,1г/м3.
В рамках этого комплексного исследования было измерено сокращение цианидов. Это позволяет планировать обработку цианидов в тех случаях, когда требуется обработка только свободных цианидов.

Удаление WAD цианидов из сточных вод южноафриканской золотодобывающей шахты.

Это исследование было проведено, чтобы продемонстрировать удаление WAD цианидов (рис. 2) из сточных вод южноафриканского золотого рудника, в котором добывается 2 миллиона тонн руды в год. Мотивацией для осуществления этого процесса очистки является защита людей и окружающей среды. Для этого был выбран озон, так как он является мощным окислителем и хорошо разрушает WAD цианиды. Процесс очистки отходов от последствий выщелачивания цианидами сопровождался обработкой озоном, за счет чего количество WAD цианидов в земле уменьшилось. На рисунке ниже показаны ключевые компоненты системы очистки (рис. 4).

Рисунок 4. Система озонирования

Общей целью изучению очистки было соблюдение максимально допустимого уровня WAD цианидов (50 промилле), как указанно в “International Cyanide Management Code for the Manufacture, Transport and Use of Cyanide in the Production of Gold".

При демонстрации пробной очистки концентрация WAD цианидов была уменьшена до 99%.

На протяжении очистки сточных вод уровень WAD цианидов всегда был ниже 50 промилле, что удовлетворяет нормы соответствующего документа. Особенностью процесса обработки является полное уничтожение WAD цианидов, поэтому вредные газы не формируются.

Заключение

Методы озонирования и оптимизации процессов в золотодобывающей промышленности, которые обсуждались выше, наглядно демонстрируют преимущество и эффективность озона. Озон является очень эффективным решением для достижения детоксикации сточных вод, в результате чего количество цианидов во время выделения золота снижается до 99%. Кроме того озонирование дает дополнительные преимущества, приведенные ниже:

Основные преимущества окисление цианидов с помощью озона

Озон образуется из кислорода или даже из окружающего воздуха. Многие золотые рудники уже имеют налаженные поставки кислорода.
Химически озон очень активен, поэтому в процессе очистки реакции происходят очень быстро и не требуют специальных условий, таких как высокие температуры или высокие давления.
Эффективен против всех форм цианидов (свободные и соединенные с тяжелыми металлами).
Озон не образует нежелательных побочных продуктов, таких как хлорорганические соединения и аммиак.
Озон всегда восстанавливается на месте.
Процессы озонирования не требуют постоянной покупки и доставки большого количества веществ. Кроме того, не существует никаких требований относительно хранения и обработки опасных химических веществ (т.е. протокол безопасности).
Озон можно использовать для увеличения добычи золота за счет взаимодействия с примесями серы.