Лекция Сорбционное выщелачивание

Лекция 9. Сорбционное выщелачивание

Традиционный фильтрационно-декантационный процесс ци­анирования пульп имеет ряд недостатков, создающих трудности в его использовании. К их числу следует отнести: 1) недостаточно полное извлечение золота и серебра из некоторых видов сырья, например, из руд, содержащих природные сорбенты (углекислые вещества, некоторые оксиды и сульфиды металлов), отдельных видов сульфидных мышьяковистых и сурьмянистых руд; 2) труд­ности переработки плохо фильтруемых и сгущаемых глинистых и шламистых руд; 3) большую энергоемкость и высокую стоимость эксплуатации фильтровального оборудования; 4) громоздкость фильтровально-сгустительного оборудования, требующего боль­ших производственных площадей; 5) осложнения в процессе це­ментации золота и серебра цинком из растворов, содержащих зна­чительное количество меди, мышьяка, сурьмы и сульфидной серы; 6) трудности получения достаточно высокой степени отмывки из кеков растворенного золота и серебра при высоком содержании их в цианистом растворе; 7) низкое качество конечного продукта (цинковых осадков), требующего переработки по сложной техно­логической схеме.

Для устранения отмеченных недостатков внедрены в производство новые направления в тех­нологии цианистого процесса - так называемое сорбционное ци­анирование.
Особенностью метода сорбционного цианирования пульп яв­ляется совмещение процессов выщелачивания золота и серебра и сорбции их на загруженном в пульпу сорбенте с последующим отделением от пульпы сорбента, насыщенного золотом и сереб­ром, десорбцией благородных металлов и регенерацией сорбента.
При сорбции золота из растворов в качестве сорбентов исполь­зуют нерастворимые твердые высокомолекулярные вещества, кото­рые в своем составе имеют ионогенные (активные) группы, способ­ные обмениваться с ионами раствора того же заряда и знака в экви­валентном количестве.
Ионообменными свойствами обладают очень многие природные и искусственные соединения. Синтетические смолы имеют большее практическое значение. Макромолекула ио­нообменных смол состоит из полимерных молекул, углеводородные цепи которых имеют поперечные связи - мостики, образующие мат­рицу смолы. Матрица несет в себе неподвижные заряженные груп­пы - фиксированные ионы, заряд которых нейтрализуется внутри смолы подвижными ионами противоположного знака, которые назы­ваются противоионами. В целом фиксированные ионы и противоионы образуют ионогенные группы рис….

рис... Катионит (а) и анионит (б):

1,4 – фиксированные ионы; 2,3- подвижные ионы.

Противоионы, обладая подвижно­стью, легко обмениваются с ионами раствора того же знака. Если фиксированные ионы имеют отрицательный заряд, то ионит (смола) способен к обмену катионов и называется катионитом, а если заряд положительный, то ионит может обмениваться анионами и называет­ся анионитом.

А – обменивающийся ион в структуре смолы В – обменивающийся ион в растворе

Рис…. Схематичнеское изображение ионообменного процесса

а- до обмена ионами; б- после обмена

На ионообменные свойства смолы оказывает влияние природа фиксированных ионов, в качестве которых могут быть:

у катионитов: - SO₃^-, -COO^-, -PO₃^2-;
у анионитов: - NH₃⁺, =NH₂⁺,  NH⁺,  N⁺ -
Ионный обмен возможен, если ионообменная группа диссоцииро­вана. По степени диссоциации, если группы содержат противоионы Н⁺ или ОН^-, ионообменные смолы делят на сильно- или слабоки­слотные катиониты и сильно- или слабоосновные аниониты.
Катиониты, содержащие группы –SО₃Н или –РO₃H₂, полностью диссоциируют в водных растворах, являясь сильнокислотными; они обмениваются катионами в широком диапазоне рН практически во всех средах. Катиониты со слабодиссоциирующей карбоксильной группой
-СООН, являясь слабокислотными, ионообменные свойства проявляют только в щелочной среде.
Сильноосновные аниониты обмениваются ионами и в кислой и щелочной средах; в качестве ионогенной группы они содержат хо­рошо диссоциирующие четвертичные аммониевые или пиридиновые основания или их соли.
В состав слабоосновных анионитов входят первичные, вторичные и третичные аминогруппы или пиридиновая группа; они использу­ются лишь в кислой среде. Установлено, что слабоосновные смолы при большей селективности имеют значительно худшие показатели, чем сильноосновные.
Большое распространение получили ионообменные смолы с четко выраженными физическими порами — макропористые иониты. Они имеют развитую внутреннюю поверхность, достигающую 10...60 м² на 1 г ионита.
Ионообменные смолы выпускают в виде гранул сферической формы размером 0,5...3 мм. В воде они набухают, при этом про­странственная сетка смолы растягивается, ее объем увеличивается, что облегчает проникновение ионов внутрь зерна ионита. Увеличе­ние объема при набухании может быть от 1,5 до 20 %.
Важная характеристика ионита - его обменная емкость. Полная обменная емкость характеризует максимальное количество ионов, поглощенное смолой при полном насыщении обменных ионогенных групп. Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на 1 г ионита в сухом состоянии.
Противоионом у катионита, который обменивается в ионами раствора,
может быть Н⁺ ; противоионом у анионита может быть группа (ОH^-).
Для цианистого комплекса золота в качестве ионообменной смо­лы разработан на основе стирола и дивинилбензола бифункциональ­ный макропористый анионный сорбент АМ-2Б и его аналоги. Он достаточно про­чен, легко регенерируется, имеет высокую емкость и селективность. Расход смолы составляет 10...20 г/т. Противоионом в смоле является гидроксильный ион ОН^- , который легко обменивается на золото-цианистый комплекс.
Взаимодействие цианистого комплекса со смолой проходит по ре­акции

где R - каркас ионита.
Извлечение золота из раствора определяется равновесной концен­- трацией его в растворе. Кроме золота на смоле на смоле собираются свободный цианид и цианистые комплексы других металлов.

Проведенные реакции снижают емкость смолы по золоту. На смо­ле также собираются анионы Сl^-, SО₄^-, S₂О₃^2- Механизм ионооб­менного процесса имеет три стадии:
- диффузия поглощаемых ионов из раствора к зерну смолы;
- диффузия поглощаемых ионов в объем смолы от поверхности зерна ионита вглубь и вытесняемых ионов во встречном направле­нии;
- диффузия вытесняемых ионов от поверхности ионита в объем раствора.
Скорость процесса определяется либо скоростью диффузии в зер­не ионита, либо скоростью диффузии через пленку раствора у по­верхности зерна ионита. В реальных условиях скорость невелика, а продолжительность измеряется десятками часов. Вначале сорбиру­ются анионные комплексы металлов, обладающие малым сродством к иониту (Fе, Сu, Аg); с увеличением продолжительности контакта они вытесняются анионными комплексами Аu, Zn, Ni.
Для большинства анионитов порядок сорбции комплексных анио­нов металлов следующий:

Основной фактор, определяющий место аниона в этом ряду, вели­чина энергии гидратации иона: с ее уменьшением сродство аниона возрастает. Энергия гидратации зависит от заряда и радиуса иона: с уменьшением заряда и увеличением радиуса она уменьшается. Ряд сродства анионов металлов такой же, как и ряд сорбции.