Applicazione del carbone attivo nel recupero dell'oro

Nel settore dell'estrazione dell'oro, il carbone attivo è un materiale chiave utilizzato per assorbire e arricchire l'oro a bassa-concentrazione proveniente da soluzioni di cianuro. La sua funzione principale è quella di arricchire selettivamente i complessi di cianuro d'oro nella sua struttura a pori di grandi dimensioni attraverso l'adsorbimento fisico, ottenendo un aumento di mille-volte nella concentrazione di massa e gettando le basi per un successivo recupero efficiente.

 

I. Ruolo del carbone attivo nel recupero dell'oro

 

Dopo la lisciviazione con cianuro del minerale d'oro, l'oro esiste nella soluzione come anioni di cianuro d'oro (Au(CN)₂⁻) a concentrazioni solitamente estremamente basse. È economicamente impegnativo recuperare direttamente l’oro da soluzioni così diluite. Il carbone attivo, con la sua superficie specifica estremamente elevata (circa 1000 m²/g) e la struttura specifica dei pori, diventa un mezzo ideale per arricchire l'oro dalla soluzione.

Nella produzione industriale viene utilizzato principalmente il carbone attivo proveniente dal guscio di noce di cocco. Viene prodotto tramite attivazione del vapore e ha durezza e resistenza all'usura sufficienti per resistere all'abrasione nel processo di carbonio-in-polpa.

 

II. Meccanismo di assorbimento dell'oro: Coppia ionica Gli anioni di cianuro d'oro sono caricati negativamente, mentre la superficie del carbone attivo è elettricamente neutra, quindi l'adsorbimento diretto non è possibile. L'adsorbimento dell'oro si basa sulla formazione di "coppie ioniche". Gli ioni calcio (Ca²⁺, solitamente derivanti dall'aggiunta di calce) nella soluzione si combinano con due anioni cianuro d'oro per formare coppie di ioni calcio-cianuro d'oro elettricamente neutre: Ca[Au(CN)₂]₂. Queste coppie di ioni neutri vengono fisicamente adsorbite sulle superfici dei pori del carbone attivo attraverso le forze di van der Waals.

Questo è un processo di equilibrio dinamico reversibile. Esiste una relazione corrispondente tra la concentrazione di oro nella soluzione e il carico di oro sul carbone attivo. Per ridurre continuamente la concentrazione di oro nella soluzione e aumentare il carico di oro sul carbone, viene adottato un metodo di contatto in controcorrente: la pasta contenente oro scorre in sequenza attraverso una serie di serbatoi di adsorbimento, mentre il carbone attivo si muove nella direzione opposta. Il carbonio fresco viene aggiunto dall'ultimo serbatoio e fluisce al primo serbatoio con la concentrazione di oro più alta; la polpa scorre dalla prima vasca all'ultima vasca. In questo modo, la concentrazione di oro negli sterili scaricati dall'ultimo serbatoio può essere ridotta a un livello estremamente basso, mentre il carbonio caricato con oro estratto dal primo serbatoio raggiunge un'elevata capacità di carico.

III. Principali fattori che influenzano l'efficienza di adsorbimento dell'oro L'efficienza di adsorbimento dell'oro è influenzata da varie condizioni operative e chimiche.

 

1. Condizioni fisiche: la densità della pasta deve essere vicina alla densità umida del carbone attivo (circa 1,3-1,5 t/m³) per garantire una sospensione uniforme delle particelle di carbonio ed evitare la sedimentazione o il galleggiamento. Un'adeguata agitazione può ridurre lo spessore dello strato limite liquido sulla superficie delle particelle di carbonio e accelerare il trasferimento di massa e la diffusione dell'oro nelle particelle di carbonio.

 

2. Proprietà del carbone attivo: dimensioni più piccole delle particelle di carbonio sono vantaggiose per accelerare la cinetica di adsorbimento ma aumentano la difficoltà di screening e recupero. A livello industriale, l'intervallo di dimensioni delle particelle comunemente utilizzato è 1-3 millimetri (ad esempio, 6×12 mesh o 8×16 mesh). La durezza del carbonio è fondamentale, poiché deve resistere all'abrasione durante i processi di agitazione, pompaggio e rigenerazione. Il carbonio del guscio di noce di cocco si comporta in modo eccellente in questo senso.

 

3. Adsorbimento competitivo e veleni: questa è una questione chiave che influisce sul tasso di recupero.

- Veleni organici: sostanze organiche come i reagenti di flottazione (ad esempio, xantati), oli lubrificanti e acidi umici competono con l'oro per i siti di adsorbimento e possono persino ostruire i pori. Alcuni reagenti di flottazione possono ridurre l'attività di adsorbimento del carbone attivo di oltre il 60%. Questi veleni organici vengono rimossi principalmente attraverso successive fasi di rigenerazione termica.

- Veleni inorganici: principalmente complessi di cianuro di altri metalli (ad es. rame, nichel, argento). Possono anche formare coppie ioniche da adsorbire, occupando siti attivi. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata all'impatto del rame. La sua forma di cianuro nella soluzione cambia con il pH e viene adsorbito più facilmente quando il pH è inferiore a 10,5. La maggior parte dei veleni inorganici possono essere rimossi mediante lavaggio acido.

- Incrostazione: durante il processo CIP, gli ioni calcio e il carbonato possono formare precipitati come carbonato di calcio (CaCO₃) sulla superficie del carbone attivo. Questi strati di incrostazioni si depositano principalmente e bloccano gli ingressi dei mesopori e dei macropori delle particelle di carbonio, ostacolando la diffusione dell'oro nei micropori. Il regolare lavaggio con acido può rimuovere efficacemente questi strati di calcare.

 

4. Ambiente chimico della soluzione:

- Concentrazione di pH e cianuro: a livello industriale, il pH viene solitamente mantenuto tra 10 e 11 per controllare la generazione di gas HCN tossico. Una sufficiente concentrazione di cianuro libero è una condizione necessaria per garantire l'efficace dissoluzione e stabilità dell'oro.

- Temperatura: l'adsorbimento dell'oro è un processo esotermico, quindi temperature più basse favoriscono l'adsorbimento. Molte fabbriche raggiungono spesso tassi di recupero più elevati nelle stagioni fredde. Il successivo processo di desorbimento, invece, richiede temperature elevate.

- Forza ionica: la presenza di ioni di metalli alcalino terrosi come calcio e magnesio è necessaria per la formazione di coppie di ioni cianuro d'oro.

 

IV. Desorbimento: desorbimento dell'oro dal carbone attivo Il carbonio-caricato con oro adsorbito con oro ad alta-concentrazione deve essere sottoposto a un trattamento di desorbimento (eluizione) per trasferire nuovamente l'oro alla soluzione per la purificazione elettrolitica.

 

Il principio di base del desorbimento è creare condizioni sfavorevoli per l'adsorbimento e invertire il processo di adsorbimento. Industrialmente vengono adottati principalmente due processi maturi: il metodo AARL e il metodo Zadra. Entrambi si basano sui seguenti passaggi:

1. Ad alta temperatura, una soluzione ad alta-concentrazione di ioni sodio (da idrossido di sodio) viene utilizzata per sostituire gli ioni calcio nelle coppie di ioni cianuro d'oro con ioni sodio attraverso lo scambio ionico, formando coppie di ioni sodio-cianuro d'oro meno stabili.

2. L'alta temperatura favorisce la decomposizione delle coppie di ioni cianuro di oro e sodio instabili e gli anioni di cianuro di oro vengono rilasciati nella soluzione dalla superficie del carbone attivo.

La differenza principale tra i due risiede nella combinazione del processo: il metodo AARL è un'operazione batch e la soluzione ricca di oro-desorbita (soluzione gravida) viene inviata a un laboratorio di elettrolisi indipendente; il metodo Zadra collega la colonna di desorbimento e la cella elettrolitica in serie per formare un ciclo a circuito chiuso-, realizzando il desorbimento e l'elettrolisi simultaneamente. Indipendentemente dal metodo adottato, l'obiettivo è ridurre il contenuto di oro del carbonio magro restituito al circuito di adsorbimento al di sotto di circa 50 grammi per tonnellata per ripristinarne la capacità di adsorbimento.

 

V. Flussi di processo principali: CIP, CIL e Pumpcell

 

Esistono tre forme principali di processi di estrazione dell'oro con carbone attivo:

Carbon in Pulp (CIP): il minerale completa innanzitutto la maggior parte della dissoluzione dell'oro attraverso serbatoi indipendenti di lisciviazione del cianuro, quindi la polpa entra in una serie di serbatoi di adsorbimento per l'adsorbimento dell'oro. La polpa scorre in avanti e il carbone attivo viene trasportato in controcorrente. Il suo "rapporto di arricchimento" (rapporto tra il grado di carbonio caricato con oro-e il grado di oro della soluzione di alimentazione) è solitamente 1000-1200.

Carbon in Leach (CIL): la lisciviazione e l'adsorbimento vengono combinati e effettuati simultaneamente nella stessa serie di serbatoi. Questo processo è particolarmente adatto per i minerali contenenti sostanze "derubatrici dell'oro" (altre sostanze che possono assorbire l'oro), poiché il carbone attivo può competere con esse per proteggere l'oro disciolto. Tuttavia, a causa della bassa concentrazione di oro nella soluzione quando la lisciviazione è incompleta, di solito è necessario un inventario maggiore di carbone attivo e il rapporto di arricchimento è generalmente 800-1000.

 

Processo Pumpcell: adotta una modalità operativa simile a una "giostra-go-round". Il flusso in controcorrente si ottiene ruotando regolarmente il punto di alimentazione della pasta e il punto di scarico degli sterili senza la necessità di spostare fisicamente la pasta di carbone. Questo metodo riduce il rimescolamento, gestisce il carbonio in lotti, può raggiungere un rapporto di arricchimento più elevato (1500-2500 o superiore) e ha un volume dell'attrezzatura più compatto.

La scelta del processo dipende da vari fattori quali le proprietà del minerale, la scala di progettazione, l'investimento e i costi operativi.

 

VI. Monitoraggio e bilanciamento del processo Il funzionamento stabile di un impianto CIP/CIL si basa sul monitoraggio dei parametri chiave, che viene valutato principalmente attraverso due "aspetti":

 

- Concentrazione di oro nella soluzione: monitora il contenuto di oro nella soluzione all'uscita di ciascun serbatoio di adsorbimento, che dovrebbe mostrare una significativa tendenza al ribasso passo dopo passo.

- Concentrazione di oro nel carbonio-caricato di oro: monitora il carico di oro di carbone attivo in ogni serbatoio di adsorbimento, che dovrebbe mostrare una tendenza al ribasso passo-per-passo dalla parte anteriore a quella posteriore.

L'analisi regolare di questi aspetti, combinata con test sulla velocità cinetica (attività) di adsorbimento del carbone attivo, può aiutare l'impianto a identificare tempestivamente problemi come l'accumulo di veleni, la ridotta efficienza delle apparecchiature o lo squilibrio operativo, mantenendo così il tasso di recupero dell'oro ottimale.

Il carbone attivo svolge un ruolo insostituibile nel recupero dell'oro. Dal principio di base dell'adsorbimento delle coppie di ioni di cianuro d'oro, all'affrontare le sfide pratiche dei veleni organici e inorganici e delle incrostazioni, al recupero per desorbimento e alla selezione del processo, l'intero processo costituisce un sistema tecnico complesso ed efficiente. La comprensione approfondita-e il controllo preciso delle proprietà del carbone attivo, delle condizioni del processo e dell'equilibrio del sistema sono fondamentali per ottenere un recupero dell'oro efficiente ed economico.