Izboljšanje pridobivanja plemenitih kovin z naprednimi postopki mokre klorinacije

Napredne in trajnostne inovacije pri pridobivanju plemenitih kovin

Anodni mulji bakra vsebujejo ogromno zlata in srebra, vendar njihovo pridobivanje z mokro klorinacijo zahteva zahtevno ravnovesje med kemijsko natančnostjo in okoljskimi zahtevami. Razvit je bil popolnoma hidrometalurški postopek za pridobivanje zlata, srebra, kovin iz skupine platine in drugih stranskih produktov iz teh ostankov elektrolitskega rafiniranja bakra.

Ta članek predstavlja trajnostne razvojne dosežke pri predelavi muljev, pri čemer se posebej osredotoča na optimizacijo izluževanja plemenitih kovin in selena. Z uporabo neprekinjenega, sprotnega spremljanja oksidacijsko-redukcijskega potenciala (ORP) lahko obrati določijo natančno končno točko reakcije izluževanja. Ta natančnost pomeni znatno zmanjšanje uporabe dragih reagentov, večje izkoristke in boljšo splošno učinkovitost.

Slika 1: Diagram pretoka materiala pri predelavi slimesov v obratu za plemenite kovine; mokra kloracija rudarstva

Strateško pridobivanje virov in trajnostna metalurgija

Trajnostni razvoj je postal sestavni del sodobne mineralne predelave. Da bi ostala konkurenčna, se morajo rudarska podjetja osredotočiti na maksimiranje izkoristka virov in uvajanje tehnološkega napredka, ki izboljšuje dobičkonosnost, varnost in operativno učinkovitost. Ključno področje tovrstnih izboljšav je obdelava anodnih slimesov bakra—netopnega materiala, ki se sprošča med elektrorefinacijo. Ti slimesi so zapletena zmes bakra, zlata, srebra, selena, telurja in kovin platinaste skupine. Tradicionalne metode pridobivanja nadomeščajo napredne hidrometalurške poti, kot je mokro kloriranje, ki ponujajo varnejšo in natančnejšo alternativo elementarnemu kloru v plinastem stanju.

Ta članek opisuje procesno kemijo in tehnične inovacije, ki jih je razvil dr. Shijie Wang pri Rafinirnici bakra Rio Tinto Kennecott, in omogočajo vitkejše ter produktivnejše postopke izluževanja zlata.

Slika 1: Diagram pretoka materiala pri predelavi slimesov v obratu za plemenite kovine

Načela trajnostne hidrometalurgije

Sodobna predelava mineralov je opredeljena s prizadevanjem za »celovito izkoriščanje virov«. Poleg primarne proizvodnje bakra sposobnost učinkovitega ločevanja visoko vrednih elementov, kot sta zlato in selen, določa dolgoročno donosnost in okoljski odtis rafinerije. Trajnostni razvoj se v tem kontekstu osredotoča na:

Povečevanje vrednosti virov

Zajem sledov PGM in selena, ki so bili prej izgubljeni v ostanku.

Operativna učinkovitost

Odpravljanje ozkih grl, kot sta penjenje v rezervoarju in prekomerna kloracija.

Varnost in skrbništvo

Z uporabo varnejših alternativ oksidantov in zmanjševanjem kemičnih odpadnih izpustov.

Procesni tok anodnih usedlin

V procesu elektrolitskega rafiniranja se na dnu celic kopičijo netopni materiali — usedline. Te usedline vsebujejo različne koncentracije Au, Ag, Se, Te, Pb in PGM. Sodobno, optimizirano vezje za pridobivanje običajno poteka v teh fazah:

Zgoščevanje in filtracija

Slimesi se zbirajo kot suspenzija, zgostijo in filtrirajo za pridobivanje elektrolita.

Razbakrenje

Mulji se lužijo z žveplovo kislino in kisikom v avtoklavih, da se odstrani baker.

Mokra kloracija

Osnovna stopnja, pri kateri se zlato in selen raztapljata.

Ekstrakcija s topilom

Zlato se izolira z organskimi ekstraktanti (npr. dibutil karbitol) in nato reducira.

Predelava ostanka

Končno luženje z vodno amonijakom ali natrijevim karbonatom za pridobivanje svinca in srebra.

Mokra kloracija je najprimernejša za mule z visokim razmerjem zlata proti srebru. Ta postopek uporablja odmerjeno dodajanje vodikovega peroksida (H₂O) v mešano suspenzijo muljev v klorovodikovi kislini (HCl).

Reakcijsko okolje oksidira in solubilizira zlato in selen, hkrati pa pretvarja svinčeve sulfati v kloride. Vendar lahko stranske reakcije povzročijo katalitično razgradnjo reagentov, če jih ne spremljamo natančno. Glavne kemijske reakcije vključujejo:

Pretvorba svinčevega sulfata v svinčev klorid: PbSO₄ + 2HCl → PbCl₂ + H₂SO₄

Oksidacija in solubilizacija srebrovega selenida: Ag₂Se + 2HCl + 3H₂O₂ → H₂SeO₃ + 2AgCl + 3H₂O

Kloriranje kovinskega zlata: 2Au + 8HCl + 3H₂O₂ → 2HAuCl₄ + 6H₂O

Nastajanje klora iz vodikovega peroksida in klorovodikove kisline: 2HCl + H₂O2 → Cl2 + 2H₂O

Razpad vodikovega peroksida na kisik in vodo: H₂O₂ → ½ O₂ + H₂O

Da bi preprečili operativna ozka grla, kot je hitro penjenje (pogosto zaradi sproščanja kisika v reakciji 5), in zmanjšali nastajanje klorovega plina, je treba doziranje reagentov skrbno nadzorovati na podlagi podatkov v realnem času.

Slika 2: Kontrolni diagram procesa mokre kloriranja

Korak mokre kloriranja je glavni dejavnik ustvarjanja vrednosti v obratu za plemenite kovine. Ker je reakcija zelo eksotermna in nagnjena k hitremu sproščanju plinov, ročno vzorčenje ni zadostno za zagotavljanje varnosti in učinkovitosti. Potreben je natančen nadzor, da se preprečita dva ekstrema: premalo luženja, pri katerem v trdnem ostanku ostane zlato visoke vrednosti, in prekomerno kloriranje, ki vodi do previsokih stroškov reagentov in nastajanja nevarnega klorovega plina.

Spremljanje ORP zagotavlja neprekinjen, sproten pokazatelj oksidacijskega stanja raztopine. V okolju kloriranja se »oksidativna moč« neposredno povezuje s koncentracijo raztopljenih oksidantov in potekom raztapljanja kovine.

Meritev se izvaja s kombiniranim senzorjem pH/ORP. Medtem ko steklena pH elektroda spremlja kislost, platinasta (Pt) merilna elektroda deluje kot donor ali akceptor elektronov.

V oksidacijskem okolju raztopina iz platine »potegne« elektrone, kar ustvari pozitiven potencial v milivoltih (mV).

V redukcijskem okolju raztopina elektrone »potiska« proti platini, kar ustvari negativen potencial.

Ta napetostna razlika glede na stabilno referenčno elektrodo zagotavlja podrobne podatke, potrebne za avtomatizacijo dovajanja H₂O₂. Ko se zlato solubilizira, se odčitek v mV predvidljivo spreminja, kar omogoča digitaliziran »prstni odtis« cikla luženja.

Pogoji v mokrem klorirnem rezervoarju so znano zelo neugodni za občutljive merilne instrumente. Visoke koncentracije klorovodikove kisline, abrazivne suspendirane trdne snovi in nagnjenost k tvorbi tehtnice iz svinčevih kloridov lahko hitro povzročijo obraščanje senzorja ali zastrupitev referenčnega spoja. Da bi zagotovili zanesljivo meritev 24/7 brez stalnega ročnega posredovanja, sodobni obrati uporabljajo avtomatizirane sisteme za vzdrževanje senzorjev:

Zložljivo ohišje

Te pnevmatske sestave omogočajo, da se senzor izvleče iz procesnega toka pod tlakom, ne da bi bilo treba ustaviti proces izluževanja.

Več informacij

Vgrajeno čiščenje

Ko je senzor umaknjen v izpirno komoro, se spere z vodo ali čistilnimi sredstvi, da se odstranijo mineralne obloge in biološke obloge.

Več informacij

Trdni polimerni elektroliti

Za razliko od tradicionalnih senzorjev, napolnjenih s tekočino, trdni elektroliti preprečujejo vdor procesnih kemikalij, s čimer preprečujejo »zastrupitev« referenčnega sistema.

Več informacij

Shema na sliki 4 prikazuje integracijo čistilnega sistema EasyClean™ v merilno točko. V sliki 5 je prikazan zapis meritev ORP v realnem času v primerjavi z doziranjem H₂O₂.

Slika 4: Prikaz sistema za merjenje ORP

Končni cilj sprotnega spremljanja je prepoznati kinetično končno točko reakcije. Ko se dodaja H₂O₂, vrednost ORP narašča. Plato v krivulji mV—običajno opažen pri ali nad 700 mV—pomeni, da je zlato v celoti kompleksirano v HAuCl_4.

S spremljanjem te krivulje v realnem času lahko operaterji takoj po zaključku preidejo v fazo "Ending Check".

Tak pristop, ki temelji na podatkih, odpravlja "varnostno rezervo" prekomernega dodajanja kemikalij, s čimer se občutno zmanjšajo stroški reagentov, hkrati pa zagotavlja, da so izgube zlata v rafinatu čim manjše.

Slika 5: meritve ORP v liniji

Prehod s tradicionalnih, ročnih metod luženja na avtomatizirano, v celoti hidrometalurško pridobivanje predstavlja pomemben preskok v razvoju rafinerij. Pridobivanje plemenitih kovin iz anodnih muljev bakra ni več vprašanje kemijskega dodajanja na način »surove sile«, temveč disciplina natančnega nadzora.

Z vključevanjem napredne tehnologije — natančneje inteligentnega spremljanja ORP v liniji in avtomatiziranega vzdrževanja senzorjev — lahko rafinerije premagajo inherentne izzive zahtevnih procesnih okolij.

Sposobnost natančnega določanja kinetične končne točke reakcije luženja zlata v realnem času prinaša trojno korist:

Ekonomsko	Operativno	Okoljsko
Največji izkoristki zlata, srebra in PGM-jev ob občutnem zmanjšanju porabe dragih reagentov, kot sta H₂O₂ in HCl.	Odprava procesnih ozkih grl, kot sta penjenje v rezervoarjih in zamude pri ročnem vzorčenju, z uporabo digitalizirane logike in napredne diagnostike.	Večja varnost zaradi uporabe tekočih oksidantov in manjša kemijska obremenitev, kar usklajuje metalurško učinkovitost z globalnimi okviri trajnosti.

Konec koncev prehod k hidrometalurgiji, ki temelji na podatkih zagotavlja, da rafinerije ostanejo konkurenčne v okolju nihajočih cen surovin in zaostrujoče se regulative. Z uvedbo teh inteligentnih senzorskih sistemov se »Popolna predelava virov« iz konceptualnega cilja spremeni v operativno realnost ter zagotavlja trajnostno in dobičkonosno prihodnost proizvodnje plemenitih kovin.

Predlogi iskanja

Izboljšanje pridobivanja plemenitih kovin z naprednimi postopki mokre klorinacije

Napredne in trajnostne inovacije pri pridobivanju plemenitih kovin

Strateško pridobivanje virov in trajnostna metalurgija