Прокопенко Віталій Анатолійович. Гіпохлоритне одержання благородних металів з вторинної дисперсної мінеральної сировини

Краткое описание

Прокопенко Віталій Анатолійович. Гіпохлоритне одержання благородних металів з вторинної дисперсної мінеральної сировини : Дис... д-ра наук: 05.17.01 - 2008.

Прокопенко В.А. Гіпохлоритне одержання благородних металів з вторинної дисперсної мінеральної сировини. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.01 технологія неорганічних речовин. Національний технічний університет України „КПІ”, Київ, 2008.
Дисертація присвячена розробці ефективної та екологічно безпечної технології вилучення благородних металів з вторинної дисперсної мінеральної сировини - креців.
З‘ясовано склад та фізико-хімічні властивості креців і визначено базову хімічну реакцію розчинення їх металевих компонентів. За встановленими кінетикою і механізмом розчинення золота у хлорид-гіпохлоритних розчинах розроблено технологічний процес селективного вилучення золота з креців, а для знезолочених розчинів - процес утилізації складових та вилучення токсичних металів. На їх базі створено технологію переробки креців з утилізацією цінних компонентів та знешкодженням технологічних розчинів, оригінальне обладнання для основних операцій, які реалізовано в промислових умовах в екологічно безпечному режимі.

Вирішено важливу науково-технічну проблему переробки дисперсних матеріалів, вміщуючих благородні метали, що не має вітчизняних та світових аналогів. Створено фізико-хімічні основи процесів екстракційного селективного одержання золота та супутніх металів з золотовмісних мінеральних систем техногенного походження. Сформульовано принципи керування такими процесами і реалізовано шляхи їх практичного використання. Запропоновані рішення технологічні, екологічно безпечні, а створене для його реалізації обладнання ефективне, універсальне, відповідає сучасному науково-технічному рівню.
Вперше системно вивчено та охарактеризовано хімічний та речовинний склад різноманітних креців і концентратів збагачення, з‘ясовано кількісні та хімічні особливості знаходження в них золота та його сплавів, здійснено класифікацію креців за кількісною наявністю в них золота та мінеральним складом: високовмісні хромоксидні (8-13 %), високовмісні крокусні (також 8-13%) та низьковмісні креці (~1,0 %).
На основі аналізу існуючих методів та умов розчинення золота у водних системах «комплексоутворювач окисник» запропоновано і науково обґрунтовано використання хлорид-гіпохлоритних розчинів для одержання золота та супутніх металів з креців та концентратів збагачення у вигляді хлоридних комплексів на заміну традиційних, зокрема, на основі суміші нітратної та хлоридної кислот та ціанідних.
Вперше встановлено особливості кінетики розчинення золота у хлорид-гіпохлоритних розчинах і показано, що швидкість процесу складно залежить від рН (може відрізнятися на 1,5 порядки), концентрації гіпохлориту, змінюючись майже у 27 разів, має температурний максимум при 304 К і може перевищувати майже на 2 порядки швидкість традиційного розчинення золота у ціанідних лужних розчинах.
Запропоновано вірогідний механізм розчинення золота в системі [Au0|ClО, Cl, H+], що складається з двох основних стадій іонізації Ауруму в активному центрі (під впливом адсорбованої ним хлорнуватистої кислоти з деструкцією її молекули і постачанням у зону реакції атомарного Хлору) і утворення за участю протонів іонізованим атомом Ауруму з атомарним Хлором молекули золотохлористоводневої кислоти. Ідентифіковано поверхневі малорозчинні сполуки AuOH, AuCI та Au(OH)Cl, що утворюються при взаємодії Ауруму з хлорнуватистою кислотою і гальмують його перехід до розчину.
Зниження рН < 2,0 спричиняє розчинення AuOH, AuCI та Au(OH)Clу гіпохлоритних системах, а наявність в них галогенід-іонів призводить до заміщення ними адсорбованих поверхнею золота і також пасивуючих її молекул води, внаслідок чого поверхня металу деблокується і реакція його окиснення прискорюється. Тому швидкістю розчинення золота можна керувати рН і концентрацією Clу системі [Au0| ClО, Cl, H+].
Встановлені нанорозмірна дисперсність (~50-100 нм) золотовмісної металевої фази, розподіленої на відносно розвинутій поверхні (12,6-18,2 м2/г) мінеральної основи креців та концентратів збагачення, відсутність агрегатоутворення у їх кислих водних дисперсіях, а значить, і замкнених внутрішніх агрегатних порожнин, визначають вільний доступ реагентів до цієї металевої фази та високе значення поверхні взаємодії золота з відповідними реагентами. У поєднанні з встановленими хімічними параметрами реакції гіпохлоритного розчинення золота (реакція 1-го порядку, константи швидкості, зокрема, при оптимумі 304 К Кр=0,40 моль(с1м-2), а енергія активації Еа=53,43 кДж/моль) та реологічними показниками забезпечують кінетичний контроль її швидкості при реалізації процесу.
Встановлено, що найкращими селективними відновниками Ауруму з продуктивних хлоридних розчинів є гідроксиламін хлороводневокислий або гідразин, які забезпечують утворення добре сформованих, крупних за розмірами (2,0-2,5 мкм) агрегатів дисперсного золота чистотою після промивання від залишків розчину - 99,95-99,99 %мас.. Процес може відбуватися у широких діапазонах концентрації розчиненого золота (вище 10 г/дм3при оптимумі 50 г/дм3і вище) та температури (303-350 К при оптимумі 337 К), заважаючих елементів не встановлено.
Вперше створено екологічно безпечний та економічно ефективний процес одержання золота з дисперсних мінеральних систем техногенного походження, який включає послідовні стадії:

- попередньої підготовки креців обпалом при підвищеній відносно традиційної технології на 200 К температурі з наступним помелом у лінійному вихрьовому диспергаторі типу ЛИВ-1;
- розчинення золотовмісної металевої складової, яке здійснюється керованим надходженням розчину концентрованої (37 %мас.) НСІ до суспензії золотовмісної дисперсної фази, розподіленої у дисперсійному середовищі концентрованому (~ 16 %мас.) розчині NaOCl, рН якого попередньо зменшено до 7, з реєстрацією закінчення реакції розчинення за початком виділення газоподібного хлору;
- відокремлення на фільтрі насиченого продуктивного розчину від знезолоченої дисперсної мінеральної фази з кількаразовим її промиванням від його залишків;
- селективне відновлення Ауруму з продуктивного розчину гідроксиламіном хлороводневокислим або гідразином з одержанням золота високого ґатунку, а також супутніх металів Pd (чистотою до 99,8 % мас.) та Ag ( до 99,5 % мас.) за допрацьованими відомими прийомами;
- одержання зливків золота банківських чи ювелірних кондицій або сплавів з підвищеними експлуатаційними та технологічними властивостями (міцністю, пластичністю, можливістю багаторазових перегину та паяння) за рахунок спеціально розроблених Ni-Zn домішок;

Вперше створено та випробувано процес переробки відпрацьованих (після вилучення з них благородних металів) продуктивних розчинів з метою рекуперації міді та їх знешкодження вилученням супутніх металів (Ni, Zn, Fe, Cr та інш.) поєднанням стадій допрацьованих електрохімічного та цементаційного вилучення міді з розробленим гальванокоагуляційним, що дозволяє не тільки утилізувати мідь, а й довести їх склад до рівнів нижче ГДК на скид до міських каналізаційних мереж .
Вперше розроблено, виготовлено, випробувано типорозмірний ряд установок, а також впроваджено у практику виробничу ділянку вилучення благородних металів з креців, в якій робочі операції послідовно виконуються у двох пристроях-реакторах, конструкція яких дозволяє вести процес у екологічно безпечному циклі з перешкоджанням несанкціонованого доступу до металовмісних матеріалів, і одержувати благородні метали високого ґатунку (Au, Pd та Ag , відповідно - 99,99, 99,8 та 99,5 %мас.).
Нова технологія та відповідне обладнання реалізовані у виробничих процесах двох промислових підприємств в м. Києва, що вже дозволяє повертати в їх обіг до 60 кг золота за рік і одержати від їх використання близько 1 млн. грн., з них за останні 5 років - 750 тис. грн., а знешкодження відпрацьованих розчинів з утилізацією металевих компонентів (при застосуванні у технологічному циклі ДКБГП „Геофізприлад”, м.Київ) дозволила одержати протягом двох років ще більше 100 тис.грн.