Цементация золота. Лабораторная работа 4
 Скачать 1.23 Mb.
|
Лабораторная работа № 4Влияние гранулометрического состава цинка на стадии цементации на показатели процесса и качество цементированного золота и серебра( 2 часа) Цель работы: Освоение методики изучения кинетики цементации золота из цианидных растворов. Исследование влияния параметров используемых материалов для осаждения золота на степень извлечения металла из раствора при цементации и на его качество. Теоретическая часть. Цементация золота и серебра – процесс осаждения золота и серебра из водных растворов путем восстановления более активным металлом – цинком, алюминием. Теоретические основы процесса цементации благородных ме таллов цинком были разработаны зарубежными и отечествен ными учеными И. H. Плаксиным, H. А. Суворовской, О. К. Будниковым, И. А. Ка ковского и др. В ряду напряжений металлов в цианистых растворах потенциал цинка значительно отрицательнее потенциалов золота и серебра. Поэтому металлический цинк легко вытесняет благо родные металлы из цианистых растворов по реакции: 2Au (СN)2- + Zn = 2Au + Zn (CN)4- (1) 2Ag (СN)4- + Zn = 2Ag + Zn (CN)4- (2) Константа равновесия реакции (1) равна 1023, а реак ции (2) 1,4*1032. Следовательно, в термодинамическом отноше нии золото и серебро могут быть осаждены практически полностью. Наряду с основными реакциями протекают также по бочные реакции. Будучи сильным восстановителем, цинк может восстанавливать молекулы воды с выделением газообразного водорода по реакции: 2H2O = H2 + 2OH – - 2e E = 0,83 B (3) В цианистых растворах, поступающих на осаждение благород ных металлов, всегда присутствует некоторое количество раство ренного кислорода. Обладая высоким окислительным потенциа лом, кислород восстанавливается цинком с образованием гидроксильных ионов: O2 + 2H2O = 4OH- - 4е E = +0,4 B (4) Значительная часть металлического цинка при це ментации расходуется бесполезно по реакциям: Zn + 4CN- + 2H2O = Zn (CN)4- 2 + H2 + 2ОН – (5) 2Zn + 8CN- + O2 + 2H2O = 2Zn (CN)4-2 + 4OH – (6) Теоретический расход цинка на осаждение золота по реак ции (1) составляет 0,19 г на 1 г золота. Практически же вслед ствие окисления цинка из-за реакций (3-6) его расход в де сятки раз выше. Согласно современным представлениям, процесс цементации является электрохимическим и может быть уподоблен работе галь ванического микроэлемента. При погружении металлического цинка в цианистый раствор между цинком и раствором начинается обмен ионами, в результате которого на анодных участках цинка происходит его ионизация, а на катодных — восстановление зо лота, кислорода и воды. Электроны при этом перетекают по ме таллу от анодных участков к катодным. Процесс цементации может быть описан поляризационными кривыми представленными на рисунке 18. .  а б Рисунок 18. Схема поляризационных кривых (а) - в процессе цементации; (б) - в конце процесса цементации: 1— восстановление золота; 2 — восста новление кислорода; 3 — восстановление воды; 4 — суммарная кривая катодных процессов; 5 — окисление цинка Эти диаграммы позволяют наметить пути достиже ния возможно большей глубины и скорости процесса цементации. Факторы, влияющие на процесс цементации. Величина катодной поверхности (поверхность цинка). Чем больше поверхность цинка, тем интенсивнее реакция. Для увеличения катодной поверх ности:
Перемешивание пульпы. С одной стороны, перемешивание приводит к увеличению предельного тока восстановления золота и, следовательно, ускорению его оса ждения. С другой стороны, одновременно возрастает предельный ток восстановления кислорода, вследствие чего увеличивается бесполезный расход цинка. Кроме того, при интенсивном пере мешивании существует опасность отрыва пленок вытесненного золота от частиц металлического цинка. При отсутствии контакта золота с цинком стационарный потенциал поверхности золота сдвинется в положительную сторону (в результате поляризации растворенным кислородом), и начнется обратное растворение вы тесненного металла. Концентрация кислорода в воде. Цианистые растворы перед осаждением из них благородных металлов часто подвергют операции деаэрации (обескислороживания) для снижения расхода цинка по реакции 4, 6. При этом само осаждение про изводят просачиванием обескислороженного раствора через слой дисперсного цинка. Концентрация цианидов и защитной щелочи в пульпе. При низкой концентрации щелочи и цианидов золота начинают протекать побочные реакции, которые способствуют перерасходу цинка, и загрязнению золота белым шламом (смесь гидрооксида и цианида цинка). 2Zn + 4 OH- + O2 = 2ZnO2-2 + 2H2O (7) Zn + 2OH- = ZnO2-2 + H2 (8) ZnO2-2 + 2H2O = Zn (OH)2 + 2OH- (9) Zn(CN)4-2 + Zn (OH)2 = 2Zn(CN)2 + 2OH- (10) Присутствие щелочи не дает осаждаться белому шламу за счет протекания реакций: ZnO2-2 + 4CN- + 2H2O = Zn(CN)4-2 + 4OH- (11) 2Zn(CN)2 + 2CN- = Zn(CN)4-2 (12) Нельзя снижать концентрацию цианида ниже определенного уровня иначе выпадет белый шлам. Так, при осаждении золота из необескислороженных растворов условием, препятствующим обра зованию белого осадка, является концентрация цианида 0,05— 0,08% и столько же щелочи. Если же растворы предварительно деаэрированы, концентрацию каждого из этих реагентов можно снизить до 0,02—0,03%. В каждом конкретном случае концентрация цианида подбирается опытным путем. Однако чрезмерное повышение концентрации реагентов также нежелательно, т.к. ускорятся побочные реакции и сильно возрастает расход цинка Наличие примесей в растворе. Действие примесей сводится в основном к образованию на поверхности цинка плотных пленок, замедляющих, а иногда и сов сем прекращающих процесс осаждения. К таким примесям относятся щелочные сульфиды, мышьяк, коллоидная кремнекислота, свинец, если он присутствует в растворе в форме плюмбит - иона, медь (при значительной концентрации меди осаждение золота может полностью прекратиться), ртуть. Иногда раствор после цементации регенерируют от примесных ионов. Способы цементации цинком Осаждение цинковой стружкой. Осаждение цинковой стружкой про изводят в железных или деревянных аппаратах, называемых экстракто рами. Экстрактор рисунок 19 предста вляет собой длинный невысокий ящик прямоугольного сечения. Внутреннее пространство экстрактора разделено па несколько отделений (5—10) таким образом, что раствор входит в каждое отделение только снизу. Это достигается системой поперечных парных перегородок, из которых часть опущена до дна экстрак тора, но не доходит до его верхнего края, а часть начинается у верхнего края, но не доходит до дна. Для медленного протека ния раствора экстрактор установлен с небольшим уклоном. В каждом отделении экстрактора на некотором расстоянии от дна расположены вынимающиеся четырехугольные рамы, на которые натянуты железные сетки с отверстиями 1,4— 3,5 мм. На эти сетки рыхлым слоем укладывается цинковая стружка. Раствор в экстракторе движется зигзаообразно медленной не прерывной струей через всю массу стружки, расположенную в от делениях экстрактора. При этом благородные металлы осаждаются на поверхности стружки. Благодаря тому, что раствор в каждое отделение экстрактора подается снизу, исключается возможность забивания стружки зо лотым осадком и мелким разъеденным цинком. Образуясь преиму щественно в нижнем слое стружки, мелкие частицы золота и цинка падают на дно экстрактора и оставляют свободный путь для движения раствора. Для удобства выгрузки золотого осадка, просыпавшегося через сетку, в каждом отделении у дна экстрактора имеется отверстие, закрываемое пробкой, и дно экстрактора имеет уклон в сторону выгрузного отверстия. Осаждение цинковой пылью. В настоящее время этот способ основной цементации. Осветленный золотосодержащий раствор подвер гают деаэрации, смешивают с цинковой пылью и затем фильтруют для отделения золото-цинкового осадка от обеззолоченного рас твора при одновременном осаждении золота. Фильтрацию можно производить па фильтрах различной конструкции: вакуум-рамах, фильтрпрессах, мешочных или проволочных фильтрах. Схема цепи аппаратов такой установки пока зана на рисунке 20. Осветленные золотосодержащие растворы по трубе 1 посту пают в чан 2. По трубе 4 раствор поступает в вакуум-ресивер (деаэратор) 5, где с помощью вакуум-насоса 6 создается разрежение 700—725 мм рт. ст. Вакуум-ресивер рисунок 20 представляет собой полый стальной цилиндр, имеющий в верхней своей части решетку из деревянных  Рисунок 19. Схема цепи аппаратов для осаждения золота цинковой пылью с применением вакуум-рам Рисунок 20. Вакуум-ресивер для деаэрации цианистых растворов: 1 — решетка из деревянных брусков; 2 — поплавок; 3 — клапан; 4 — указатель уровня раствора; 5 — указатель разрежения; 6 — труба к ва куум-насосу; 7 — люк  брусков. Падая сверху на эту решетку, раствор разбивается на мелкие капли. Это способствует быстрому выделению растворен ных газов под действием разрежения, создаваемого вакуум-на сосом. В нижней части ресивера имеется поплавок, связанный рычагом 7 (см. рис. 19) с клапаном 8 в питающей трубе 4. С по мощью этого устройства в ресивере автоматически поддержи вается примерно постоянный уровень раствора ( 600 мм над дном). Концентрация кислорода в растворе, выходящем из вакуум-ресивера, составляет 0,5—1,0 мг/л. Деаэрация растворов позво ляет значительно снизить расход цинка, увеличить полноту и скорость осаждения золота, улучшить качество золотых осадков. Из ресивера обескислороженный раствор центробежным насо сом 9 подается в смеситель 10. Во избежание подсоса воздуха через сальники и обратного насыщения раствора кислородом насос уста навливают в чане 2 осветленного раствора. Подача раствора в сме ситель регулируется поплавковым устройством, связанным с кла паном 11. В смесителе раствор смешивается с цинковой пылью, загружаемой питателем 12, и направляется в осадительный чан 13 с вакуум-рамами 14. В центре осадительного чана установлена широкая труба, по оси которой расположен вал, несущий в ниж ней своей части пропеллер, а в средней - чугунное лопастное колесо. Вал вращается со скоростью 330 об/мин. В результате работы мешалок цинковая пыль равномерно распределяется по всему объему чана. Радиально расположенные вакуум-рамы по конструкции ана логичны вакуум-рамам осветлителей. С помощью гибких шлангов они присоединены к кольцевому трубопроводу 15, который в свою очередь соединен с центробежным насосом 16. Под действием раз режения обеззолоченный раствор просасывается через рамы, а зо лотой шлам остается на поверхности фильтровальной ткани в виде кека. Уровень раствора в осадительном чане должен быть выше верх него края вакуум-рам. С этой целью в осадительном чане устанав ливают специальный поплавковый регулятор, выключающий на сос 16 при опускании уровня раствора ниже допустимого. Во избежание обратного накислороживания раствора его по верхность в смесителе и осадительном чане должна находиться в спокойном состоянии. С этой целью конец трубы, питающей сме ситель, погружен ниже уровня раствора, а сам смеситель распо ложен на том же уровне, что и осадительный чан. Для этой же цели над верхним краем центральной трубы осадительного чана устанавливают дефлектор 17. Цинковую пыль освинцовывают путем подачи раствора уксусно-или азотнокислого свинца в смеситель или в осветлительный чан. По сравнению с осаждением цинковой стружкой процесс оса ждения цинковой пылью (в сочетании с деаэрацией растворов) имеет следующие большие преимущества: 1) цинковая пыль дешевле стружки; 2) расход цинковой пыли ниже, чем стружки; 3) более полное осаждение золота; 4) сокращение расхода цианида; 5) отсутствие оборотного золота и цинка; 6) значительно более высокое качество осадков, что упрощает их дальнейшую переработку; 7) компактность аппаратуры; 8) полная механизация и возможность автоматизации процесса. Экспериментальная часть. Описание экспериментальной установки Установка для цементации растворов, содержащих благородные металлы, представлена на рисунке 21. Через трансформатор 1, проводится регулирование напряжение, подаваемого на нагревательную плитку 2. На плитку устанавливается колба 3, в которую помещается раствор благородного металла и гранулы цинка (алюминия). В раствор погружен термометр 4 для контроля за температурой выщелачивания. Раствор перемешивается с помощью мешалки 5. Мешалка приводится в движение двигателем 6. Частота оборотов мешалки изменяется при помощи лабораторного автотрансформатора 7.  Рисунок 21 Экспериментальная установка для исследования процесса цементации благородных металлов Порядок выполнения работы.
Обработка экспериментальных данных
2Ag + 4HNO3 = 3 AgNO3 + NO + 2H2O (13) M HNO3 = ( MAg * 4 * Mr HNO3 / 2 * Ar Ag ) * Kизб (14) где: MAg – масса навески серебра, грамм Mr HNO3 – молекулярная масса азотной кислоты = 63 г/моль Ar Ag – атомная масса серебра = 107 г/моль Kизб – коэффициент избытка кислоты
Vв = (MAg - СAg * Vk) / СAg (15) где: СAg – заданная концентрация воды, г/мл Vk – объем концентрированного раствора, мл Таблица 9 Результаты исследования процесса цементации серебра цинком с различным диаметром гранул
МZn = ( MAg * ArZn / 2 * ArAg ) * Kизб, (16) где: ArZn – атомная масса цинка = 65,3 г/моль Kизб, - коэффициент избытка цинка
СAgтек = ( (Мф+ос – Мф) * ArAg / МrAgCl ) / Vп (17) где: Мф+ос Мф – масса фильтра с осадком и фильтра соответственно, грамм МrAgCl – молекулярная масса хлорида серебра = 134 г/моль Vп – объем пробы, мл
Reц = ( * n * d2 ) / , (18) где: - плотность перемешиваемой жидкости, кг/м3 n – частота оборотов мешалки, об/сек d – диаметр мешалки, м - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па*с
Вопросы допуска 1. Какова цель работы ? 2. Ход выполнения работы ? 3. Какие закономерности исследуются в данной работе ? Контрольные вопросы
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||