Практическое осуществление выщелачивания пульп перемешиванием

Процесс выщелачивания можно осуществлять двумя путями:

1) периодическим выщелачиванием;

2) непрерывным выщелачиванием.

При периодическом цианировании рисунок 8 пульпу периодически закачивают в параллельно работаю­щие чаны. После перемешивания в течение определен­ного промежутка времени пульпу выпускают или перекачивают в сборные чаны, а в выщелачивательные чаны закачивают новую порцию пульпы. В чанах-сборниках выщелоченная пульпа накап­ливается и поддерживается во взвешенном состоянии до поступ­ления в последующую стадию обработки. Можно осуществить все циклы выщелачивания и отмывки в одном чане.

 

При непрерывном цианировании рисунок 9 пульпа поступает в ряд последовательно соединенных чанов в которых подвер­гается перемешиванию. Если самотек пульпы нельзя обеспечить, для перекачки пульпы применяют насосы. Непрерывно действую­щая система выщелачивания обычно соединяется с непрерывной системой обезвоживания. Непрерывная система выщелачивания имеет следующие преи­мущества перед периодической:

1} возможность полной автоматизации процесса;

2) меньшее задалживание рабочей силы;

3) меньшее сечение трубопроводов, меньшая мощность дви­гателей и насосов для перекачки пульпы;

4) более эффективное использование чанов вследствие отсут­ствия операций закачки и опоражнивания;

5) отсутствие чанов-сборников и затраты энергии на поддер­жание в них пульпы во взвешенном состоянии.

 

Рисунок 8. Схема периодического выщелачивания:   
I — сгуститель; 2 — чан-сборник; 3 — чан для переме­шивания; 4 — фильтр

 

Рисунок 9. Схема непрерывного выщелачивания

1 – сгуститель; 2 — чан для перемешивания; 3 — фильтр

 

По принципу действия чаны для цианирования перемешива­нием подразделяются на следующие типы:

1) с механическим перемешиванием;

2) с пневматическим перемешиванием;

3) с пневмомеханическим перемешиванием.

К первому типу относятся чаны-сборники (мутилки) и чаны с импеллерной мешалкой.

Чаны-сборники представляют собой простейший тип чанов и используются для накапливания и поддержания пульпы во взве­шенном состоянии. Перемешивание в этих чанах осуществляется простой крестовиной, насаженной на вертикальный вал. Для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии скорость мешалки на концах лопастей должна быть не менее 200 м/мин.

Чан с импеллерной мешалкой (рисунок 10) представляет собой аппарат, в центре которого расположена широкая труба 1 с наклон­ными циркуляционными патрубками 2. Через трубу проходит вертикальный вал 3, на нижнем конце которого укреплен импел­лер 4. Вал приводится во вращение от электродвигателя со ско­ростью 150—250 об/мин. В нижней части центральной трубы имеется защитный щиток 5, предохраняющий импеллер от заиливания при остановке мешалки. Питание агитатора пульпой произ­водится по желобу 6 или по трубе 7; выпуск — через отверстие 8. При работе аппарата импеллер затягивает пульпу через цир­куляционные патрубки вниз по центральной трубе, образуя во­ронку засасывания. В эту воронку засасывается также воздух в виде большой массы мелких пузырьков, благодаря чему проис­ходит интенсивная аэрация пульпы. Вращающийся импеллер отбрасывает опускающуюся по центральной трубе пульпу и под­держивает ее во взмученном состоянии. Поднимающаяся пульпа вновь засасывается через боковые патрубки в центральную трубу, и таким образом устанавливается непрерывная циркуляция пульпы в аппарате. Достоинство агитаторов с импеллерной мешалкой — интенсивная аэрация и перемешивание пульпы. Недостаток об­щий для всех механических перемешивателей — сравнительно высокий расход электроэнергии.

 

 

 

Рисунок 10. Чан с импеллерной мешалкой

 

Ко второму типу чанов относится аппарат с центральным аэролифтом — пачук.

Пачук рисунок 11 представляет собой высокий ци­линдрический чан с коническим днищем. Диаметр чана обычно в 3 раза меньше высоты. В центре чана установлена открытая с обеих сторон аэролифтная труба. Внутрь этой трубы на 1/2— 2/3 ее высоты введена другая труба меньшего диаметра, служащая для подвода сжатого воздуха. Работа аппарата состоит в следую­щем. В пачук, наполненный пульпой, по внутренней трубе нагнетают сжатый воздух, который в виде отдельных пузырей поднимается вверх по центральной аэролифтной трубе. Благодаря этому плотность пульпы внутри центральной трубы становится меньше плотности пульпы в самом аппарате. Менее плотная пульпа поднимается по цент­ральной трубе и переливается через ее верхний край. Более плотная пульпа, не содержащая пузырьков воздуха, поступает в центральную трубу снизу. Таким образом, в аппарате устанавливается непре­рывная циркуляция пульпы.

Рисунок 11 Пачук

К преимуществам аппаратов этого типа относится возможность перемешивания густых пульп (до ж:т = 1:1), простота устрой­ства, обусловленная отсутствием движущихся частей, и интенсив­ная аэрация цианистого раствора. Последнее обстоятельство позволяет применять чаны с пневматическим перемешиванием для цианирования пульп, содержащих быстро окисляющиеся колче­даны. Недостатками рассматриваемых аппаратов являются: необходимость помещений большой высоты, и заили­вание нижней части аппарата в случае прекращения дутья.

Чан с центральным аэролифтом и гребковой мешалкой рисунок 12 представляет собой цилиндрический аппарат с плоским днищем

 

Рисунок 12 Чан с центральным аэролифтом и гребковой мешалкой

днищем.

 

 

В центре чана находится аэролифтная труба 1, на ниж­нем конце которой расположена гребковая мешалка 2. В аэролифтную трубу сверху введена труба для подачи сжатого воздуха. От верхнего конца аэролифта отходят два распределительных желоба 3, которые имеют небольшой уклон к периферии чана и ряд отверстий по дну. Желоба расположены перпендикулярно к на­правлению грабель и остаются все время над поверхностью пульпы. При медленном вращении центральной трубы (3—6 об/мин) гребковая мешалка перемещает осевшие на дно аппарата твердые частицы пульпы к центру чана, где они засасываются в аэролифтную трубу. Поднимаемая аэролифтом пульпа переливается в рас­пределительные желоба и, вытекая при вращении желобов через отверстия в их днище, распределяется по поверхности чана. Твер­дые частицы вновь осаждаются на дно аппарата, подгребаются к аэролифтной трубе, и таким образом устанавливается непрерыв­ная циркуляция пульпы. Основное достоинство этих ап­паратов— их небольшая вы­сота и хорошая аэрация пульпы. К недостаткам этих чанов относится постепенное накопление в них крупных тяжелых частиц, что заста­вляет периодически прибе­гать к очистке аппарата.

Чаны с периферическими аэролифтами и импеллерной мешалкой — дальнейшее усо­вершенствование рассмотрен­ных выше чанов с импеллерной мешалкой рисунок 13. Эти чаны помимо центральной трубы и импеллерной мешалки, имеют че­тыре аэролифта, расположен­ных по окружности чана у его стенок. Аэролифты в верхней своей части изогнуты под углом 90° и присоединены к центральной трубе. В результате этого пульпа циркулирует как через боковые патрубки центральной трубы, так и через периферические аэролифты. Из всех рассмотренных выше чанов эти аппараты отличаются наиболее высокими аэрационными характеристиками, а следовательно, и наибольшей производи­тельностью.

 

Рисунок 13. Чан с периферическими аэролиф­тами и импеллерной мешалкой

 

Экспериментальная часть.

 

Описание экспериментальной установки

 

Экспериментальная установка для исследования процесса цианидного выщелачивания золота из руд и концентратов представлена на рисунке 14. В колбу 1 загружается пульпа золотоносного концентрата. Перемешивание пульпы производится при помощи магнитной мешалки 2, 3. В пульпу погружены стеклянные трубки 4, 5, 6. Трубка 6 предназначена для подачи воздуха, 5 для создания давления в системе, 4 для отбора пробы пульпы по ходу выщелачивания. Все три трубки должны быть постоянно погружены в пульпу Воздух и кислород подается в систему через поплавковые расходомеры 7. Кислород подается из баллона 8 через редуктор 9. Воздух подается компрессором 10. Для фильтрации пробы пульпы предназначена воронка Бюхнера 11 с колбой Бунзена 12. Шланги для подачи воздуха, обогащенного кислородом 6, для создания давления в колбе для выщелачивания 14 и вакуумный шланг для создания вакуума в колбе Бунзена пропущены через стенки вытяжного шкафа 13, который должен быть постоянно закрыт в течении всего опыта. Вентиляция при этом должна быть выключена. Для создания давления в колбе шланг 5 зажимается зажимом 15.

 

 

Рисунок 14    Экспериментальная установка для исследования процесса цианидного выщелачивания золота из руд и концентратов

 

Порядок выполнения работы.

 

1. Собрать экспериментальную установку. Испытать герметичность всех соединений. Для этого подать минимальный расход воздуха пережать шланг 14 и заткнуть трубку 4. Нигде в местах соединений не должен проходить воздух.

2. Проверить надежность установки оборудования, чтобы исключить падения стеклянных колб с цианидами

3. Перед тем как проводить опыт потренироваться в порядке выполнения работы по пунктам 4-15 с использованием не токсичных материалов по заданию преподавателя. В качестве «самородков» можно использовать медные опилки (перемешанные с песком), для выщелачивания – раствор серной кислоты.

4.  Получить в установленном порядке материалы для проведения опытов – золотоносный песок или металл. Песок должен содержать частицы не более 1/4 – 1/2 от диаметра трубки 4 во избежание ее засорения. Для этого песок просеять через соответствующее сито. «Самородки» должны также иметь соответствующий размер, поэтому лучше использовать искусственный песок.

5. Рассчитать необходимый для выщелачивания расход раствора цианида заданной концентрации согласно стехиометрии и с учетом избытка цианида по заданию преподавателя. Рассчитывать на 1-2 литра раствора

6. Рассчитать соотношение расхода технического кислорода из баллона и воздуха из компрессора исходя из заданного преподавателем содержания кислорода в дутье.

7. Будучи в первой детоксикационной зоне надеть резиновые перчатки и респиратор (противогаз)

8. Приготовить раствор цианида исходя из массы, полученной расчетом. Работать под вытяжкой. Предельно осторожно не допуская попадания цианида во внешнюю среду. Все инструменты, бывшие в контакте с цианидом поместить в эксикатор для последующей нейтрализации и закрыть притертой крышкой

9. Загрузить в колбу 1 песок и раствор цианида, еще раз проверить надежность всех креплений и коммуникаций, включить магнитную мешалку, закрыть вытяжной шкаф.

10. Осторожно подавать воздух, обогащенный кислородом не допуская резких скачков расхода

11.  Периодически, каждые 30-40 мин производить отбор пробы пульпы для определения содержания золота в растворе. Для этого установить минимальный расход воздуха и перекрыть зажим 15. За счет увеличения давления в колбе раствор по трубке 4 поступит в воронку Бюхнера. Включить вакуумный насос для создания вакуума в колбе Бунзена. Следить за набором фильтрата в колбе Бунзена до тех пор, пока не наберется 50-100 мл раствора. Если раствор 20-30 сек не выходит из трубки 4, значит, она забилась. В этом случае следует вынуть пробку из колбы 1 заменить на другую с трубками большего диаметра. Вообще стараться подобрать при работе на не токсичных материалах такие трубки, которые бы не забивались данным песком.

12.  Отключить подачу воздуха, выровнять давление в колбе 1 с атмосферным открыв зажим 15. Приоткрыть вытяжной шкаф (работать в перчатках и респираторе) отсоединить воронку и перелить содержимое колбы Бунзена через вакуумный сосок в специальную емкость в вытяжном шкафу. Емкость подставить по кислотный кран, находящийся также в вытяжном шкафу как можно ближе в вытяжному отверстию. В емкость поместить индикаторную бумажку.

13.  Удалить из помещения всех лиц, не имеющих отношение к нейтрализации пробы. Оставшимся (максимум 2-3 чел) надеть изолирующие противогазы.

14.  Плотно закрыть вытяжной шкаф и медленно начать подавать 10% раствор кислоты (соляной, серной) в емкость с пробой с помощью крана, находящегося вне вытяжного шкафа по трубке, проходящей через стенку шкафа. Визуально наблюдать за выделением паров синильной кислоты и за цветом индикаторной бумажки в емкости. Приливать кислоту до уровня РН-среды 3-4. Выждать 15-20 минут после окончания выделения циановодорода для полного удаления его следов из вытяжного шкафа.

15.  Приоткрыть вытяжной шкаф и поставить емкость с пробой на плитку. Выпарить пробу до суха при постоянном помешивании (не более 120-130⁰С). Выдержать ее под вытяжкой 5-10 мин для остывания и удаления паров. Вынести емкость с пробой из шкафа. Закрыть вытяжной шкаф. Собрать в огнеупорный тигель сухой остаток и поместить в муфельную печь, нагретую до 1000⁰С.

16.  Через 10-15 мин извлечь из печи тигель, остудить и достать королек металла. Промыть металл дистиллированной водой, высушить и взвесить на аналитических весах с точностью до 4 знака. Результат записывать в таблицу 6.

17.  Отобрать в течении опыта 3-4 пробы. По окончании опыта, если извлечение золота достигло 90-95% отфильтровать всю пульпу и произвести нейтрализацию фильтрата. Параллельно во вторую емкость положить колбу 1, 12, трубку 4, 5, воронку 11, в третью емкость поместить отфильтрованный песок и произвести их нейтрализацию по пункту 14. Если извлечение 90-95 % не достигнуто, то оставить установку под вытяжкой до следующего занятия.

18.  Упарить весь фильтрат, собрать сухой остаток, приобщить туда же корольки, полученные из проб и проплавить. Слиток золота сдать в установленном порядке.

19.  Повторить опыт при другом отношении Ж:Т, концентрации цианида, концентрации кислорода в дутье

20.  По завершении опытов выйти в первую детоксикационную зону, вымыть руки, будучи в перчатках, снять и сложить в специальный ящик средства индивидуальной защиты для утилизации. Перейти во вторую детоксикационную зону, вымыть с мылом руки и лицо, также произвести санацию полости рта. Лицам, производившим нейтрализацию, дополнительно принять душ и сдать спецодежду.

 

Обработка экспериментальных данных

 

1. Рассчитать объем раствора цианида и массу КСN и NaOH для выщелачивания и пересчитать концентрацию цианида по формулам:

 

М (КСN, NaСN) = (М (Au) * 4 * Ar (Au) / Mr (КСN, NaСN)) * K_изб    (6)

 

где: М (КСN, NaСN) - масса КСN, NaСN, грамм

М (Au) – масса золота, добавленного в песок (10-30 грамм на 100 грамм песка)

Ar (Au) – атомная масса золота = 197 грамм/моль

Mr (КСN, NaСN)) – молекулярная масса (КСN - 65, NaСN - 49) 

K_изб – коэффициент избытка = 1,1-1,9

 

Для предупреждения гидролиза цианида в раствор добавляют щелочь (NaOH или КОН). Масса щелочи равна массе цианида.

 

V (КСN, NaСN) = M_песка * Ж:Т                                                         (7) 

 

где: M_песка – масса песка, грамм

Ж:Т – отношение жидкого к твердому, задается преподавателем (1-10)

 

С (КСN, NaСN) = М (КСN, NaСN) / V (КСN, NaСN)                   (8)

 

где: С (КСN, NaСN) – концентрация цианида, (не допускать содержания цианида более 0,1 г/мл, если получиться больше предупредить преподавателя и внести соответствующие поправки)

 

2. Рассчитать концентрацию кислорода в дутье, в долях по формуле:

 

О₂^дутья = (V_кисл * О₂^кисл + V_возд * О₂^возд) / (V_кисл + V_возд )                       (9)

 

где: V_кисл, V_возд – объемный расход воздуха и кислорода, м³/с

О₂^кисл О₂^возд – концентрация кислорода в воздухе и в техническом кислороде, в долях

 

3. Рассчитать концентрацию золота в растворе по формуле:

 

С_Au = m_k / V_п                                                                                     (10)

 

где: m_k – масса королька золота из пробы, грамм

V_п – объем пробы, мл

 

Таблица 6

Условия и результаты цианирования золотоносных концентратов и руд методом перемешивания

 

Условия выщелачивания					Время, мин	СAu, г/мл	ХAu, %	wAu, г/мл*мин	tвыщ, мин
Ж:Т	О2дутья	С (КСN, NaСN)	Re	S / S0

 

 

4. Рассчитать массу золота, перешедшего в раствор и степень извлечения золота по формулам:

 

М_Au = С_Au * V_пульпы                                                                         (11)

 

где: М_Au - масса золота в пульпе, грамм

V_пульпы – объем пульпы, г/мл

 

Х_Au = (М_Au / М (Au)) * 100%                                                          (12)

 

5. Построить график зависимости концентрации золота в растворе от времени. По нему найти время выщелачивания t_выщ, время, по истечении которого дальнейшее увеличение концентрации золота незначительно. Построить касательные к этому графику в нескольких точках. Найти скорость реакции выщелачивания как тангенс угла наклона касательных w_Au. Построить график зависимости скорости реакции от времени.

6. Рассчитать критерий Рейнольдса для потока кислорода при выщелачивании и отношение площади сечения выщелачивателя к площади сечения трубки - аэратора 6. по формулам:

 

w = Q / 0,785 * d_ср ²                                                                          (13)

 

где: Q – расход воздуха, м³/с

d_ср – средний диаметр колбы 1, м

 

Re = w * d * r / m                                                                              (14)

 

где: r - плотность жидкости, кг/м³

m - вязкость жидкость, Па*с

 

S / S₀ = d_ср ² / d ²                                                                             (15)

 

где: d – диаметр трубки – аэратора 6.

 

7. На основе полученных экспериментальных данных при помощи математического пакета статистической обработки данных вывести многофакторную зависимость типа: степень извлечения золота = f (Re, Т:Ж, С (КСN, NaСN), S / S₀), время выщелачивания = f (Re, Т:Ж, С (КСN, NaСN), S / S₀)

 

Вопросы допуска

 

1. Какова цель работы?

2. Ход выполнения работы?

3. Какие закономерности исследуются в данной работе?

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое цианирование? Какие реакции протекают при этом?

2. В чем заключается сущность выщелачивания перемешиванием?

3. Опишите влияние аэрации пульпы и концентрации цианистых растворов на процесс.

4. Опишите влияние отношения Ж:Т на процесс. Как оно объясняется?

5. Опишите схемы периодического и непрерывного цианирования. В чем их достоинства и недостатки?

6. Опишите конструкцию и принцип действия пачуков

7. Опишите конструкцию и принцип действия чанов-сборников и чанов с импеллерной мешалкой

8. Опишите конструкцию и принцип действия чанов с центральным аэролифтом и гребковой мешалкой и чанов с периферийным аэролифтом и импеллерной мешалкой

9. Какие закономерности были получены и сделаны выводы?

 

Лабораторная работа № 3