Styrkelse af udvindingen af ædelmetaller gennem avancerede vådkloreringsprocesser

Avancerede og bæredygtige innovationer inden for udvinding af ædelmetaller

Kobberanodeslam indeholder en enorm mængde guld og sølv, men udvindingen gennem vådklorering kræver en vanskelig balance mellem kemisk præcision og miljømæssig stringens. Der er udviklet en fuldt hydrometallurgisk proces til at genvinde guld, sølv, platinmetaller og andre biprodukter fra disse kobberelektrorefineringsrester.

Denne artikel præsenterer bæredygtige udviklinger inden for slambehandling med særligt fokus på optimering af udvaskningen af ædelmetaller og selen. Ved at anvende kontinuerlig, in-line oxidation-reduktionspotentiale (ORP)-overvågning kan driften fastlægge det præcise slutpunkt for udvaskningsreaktionen. Denne præcision resulterer i en markant reduktion af dyre reagenser, øget udbytte og forbedret samlet effektivitet.

Figur 1: Materialestrømsdiagram over slambehandling i anlægget for ædelmetaller; vådklorering ved minedrift

Strategisk ressourceudvinding og bæredygtig metallurgi

Bæredygtig udvikling er blevet en integreret del af moderne mineralforarbejdning. For at forblive konkurrencedygtige må mineselskaber fokusere på at maksimere ressourceudbyttet og tage teknologiske fremskridt i brug, som øger rentabiliteten, sikkerheden og driftseffektiviteten. Et centralt område for sådanne forbedringer er behandlingen af kobberanodeslam—det uopløselige materiale, der frigives under elektroraffinering. Disse slam er en kompleks blanding af kobber, guld, sølv, selen, tellur og platinmetaller. Traditionelle udvindingsmetoder erstattes af avancerede hydrometallurgiske processer, såsom vådklorering, som giver et sikrere og mere præcist alternativ til elementær klorgas.

Denne artikel beskriver proceskemien og de tekniske innovationer, udviklet af Dr. Shijie Wang hos Rio Tinto Kennecott Copper Refinery, der muliggør en mere slank og mere produktiv guldudvaskningsproces.

Figur 1: Materialestrømsdiagram over slambehandling i anlægget for ædelmetaller

Principper for bæredygtig hydrometallurgi

Moderne mineralforarbejdning er defineret af jagten på "Total ressourceudnyttelse." Ud over den primære kobberproduktion afgør evnen til effektivt at isolere højværdielementer som guld og selen den langsigtede rentabilitet og miljøpåvirkning for et raffinaderi. Bæredygtig udvikling i denne sammenhæng fokuserer på:

Maksimering af ressourceværdien

Indfangning af sporstoffer af PGM'er og selen, som tidligere gik tabt til restproduktet.

Driftsmæssig effektivitet

Eliminering af flaskehalse som skumdannelse i tankene og overklorering.

Sikkerhed og ansvarlig forvaltning

Ved at anvende sikrere oxidationsmidler og reducere kemisk spildevand.

Procesforløbet for anodslam

I elektroraffineringsprocessen ophobes uopløselige materialer—slam—i bunden af cellerne. Dette slam indeholder varierende koncentrationer af Au, Ag, Se, Te, Pb og PGM'er. Et moderne, optimeret genvindingsanlæg følger typisk disse trin:

Fortykning og filtrering

Slammet opsamles som en opslæmning, fortykkes og filtreres for at genvinde elektrolyt.

Afkobbering

Slammer udluddes med svovlsyre og ilt i autoklaver for at fjerne kobber.

Vådklorering

Det centrale trin, hvor guld og selen opløses.

Væskeekstraktion

Guld isoleres ved hjælp af organiske ekstraktionsmidler (f.eks. dibutylcarbitol) og reduceres efterfølgende.

Restbehandling

Efterfølgende udvaskning med vandig ammoniak eller natriumcarbonat for at genvinde bly og sølv.

Vådklorering foretrækkes for slam med høje guld-til-sølv-forhold. Denne proces anvender den doserede tilsætning af hydrogenperoxid (H₂O) i en omrørt opslæmning af slam i saltsyre (HCl).

Reaktionsmiljøet oxiderer og opløser guld og selen, samtidig med at blysalte omdannes til klorider. Sidereagerende processer kan dog føre til katalytisk nedbrydning af reagenserne, hvis de ikke overvåges nøje. De primære kemiske reaktioner omfatter:

Omdannelse af bly sulfat til blychlorid: PbSO₄ + 2HCl → PbCl₂ + H₂SO₄

Oxidation og opløsning af selenid af sølv: Ag₂Se + 2HCl + 3H₂O₂ → H₂SeO₃ + 2AgCl + 3H₂O

Klorering af guldmetal: 2Au + 8HCl + 3H₂O₂ → 2HAuCl₄ + 6H₂O

Dannelse af klor fra brintoverilte og saltsyre: 2HCl + H₂O2 → Cl2 + 2H₂O

Nedbrydning af brintoverilte til ilt og vand: H₂O₂ → ½ O₂ + H₂O

For at undgå driftsmæssige flaskehalse som hurtig skumdannelse (ofte forårsaget af iltudviklingen i reaktion 5) og for at minimere dannelsen af klorgas skal doseringen af reagenser kontrolleres nøje på baggrund af realtidsdata.

Figur 2: Kontroldiagram for vådkloreringsprocessen

Det våde kloreringstrin er den primære værdidriver i anlægget til ædelmetaller. Da reaktionen er stærkt exoterm og tilbøjelig til hurtig gasudvikling, er manuel prøvetagning utilstrækkelig til at opretholde sikkerhed og effektivitet. Præcis styring er nødvendig for at forhindre to yderpunkter: underudvaskning, som efterlader guld af høj værdi i det faste restprodukt, og overklorering, som fører til for høje reagensomkostninger og dannelse af farlig klorgas.

ORP-overvågning giver en kontinuerlig indikator i realtid for opløsningens oxidative tilstand. I et kloreringsmiljø korrelerer den "oxidative styrke" direkte med koncentrationen af opløste oxidationsmidler og med metalopløsningens forløb.

Målingen udføres med en kombineret pH/ORP-sensor. Mens pH-glaselektroden overvåger surhedsgraden, fungerer platinmåleelektroden (Pt) som elektron-donor eller -acceptor.

I et oxiderende miljø "trækker" opløsningen elektroner fra platin og skaber et positivt millivoltpotentiale (mV).

I et reducerende miljø "skubber" opløsningen elektroner mod platin og skaber et negativt potentiale.

Denne spændingsforskel i forhold til en stabil referenceelektrode giver de detaljerede data, der er nødvendige for at automatisere tilførslen af H₂O₂. Når guldet opløses, ændrer mV-aflæsningen sig forudsigeligt, hvilket giver et digitaliseret "fingeraftryk" af udvaskningscyklussen.

Forholdene inde i en våd kloringstank er berygtet barske for følsomt måleudstyr. Høje koncentrationer af saltsyre, slibende suspenderede faste stoffer og tendensen til, at blychlorider danner vægte, kan hurtigt føre til tilsmudsning af sensoren eller forgiftning af referenceovergangen. For at sikre målepålidelighed døgnet rundt uden konstant manuel indgriben anvender moderne anlæg automatiserede systemer til vedligeholdelse af sensorer:

Udtrækkeligt hus

Disse pneumatiske enheder gør det muligt at trække sensoren ud af den tryksatte processtrøm uden at stoppe udvaskningscyklussen.

Læs mere

Integreret rengøring

Når sensoren er trukket tilbage i et skyllekammer, skylles den med vand eller rengøringsmidler for at fjerne mineralsk belægning og biofilm.

Læs mere

Faste polymerelektrolytter

I modsætning til traditionelle væskefyldte sensorer modstår faste elektrolytter indtrængen af proceskemikalier, hvilket forhindrer "forgiftning" af referencesystemet.

Læs mere

Diagrammet i figur 4 viser integrationen af EasyClean™-rengøringssystemet i målepunktet. En registrering i realtid af ORP-målingerne vs H₂O₂dosering er vist i figur 5.

Figur 4: Illustration af ORP-målesystemet

Det overordnede mål med online-overvågning er at identificere reaktionens kinetiske endepunkt. Når H₂O₂ tilsættes, stiger ORP-værdien. Et plateau i mV-kurven—som typisk observeres ved eller over 700 mV—indikerer, at guldet er blevet fuldstændigt kompleksbundet til HAuCl_4.

Ved at følge denne kurve i realtid kan operatørerne straks gå over til fasen "Afslutningskontrol", når processen er fuldført.

Denne datadrevne tilgang fjerner "sikkerhedsmarginen" ved overdosering af kemikalier, hvilket markant reducerer forbruget af reagenser, samtidig med at det sikres, at guldtabet i raffinatet holdes på et absolut minimum.

Figur 5: ORP-måling in-line

Overgangen fra traditionelle, manuelle udvaskningsmetoder til automatiseret, fuldt hydrometallurgisk udvinding repræsenterer et betydeligt spring i raffinaderiets udvikling. Udvindingen af ædelmetaller fra kobberanodeslam er ikke længere et spørgsmål om "ren rå kraft"-tilsætning af kemikalier, men en disciplin inden for præcis styring.

Ved at integrere avanceret teknologi—nærmere bestemt intelligent, in-line ORP-overvågning og automatiseret sensors vedligeholdelse—kan raffinaderier overvinde de iboende udfordringer ved barske procesmiljøer.

Evnen til at fastslå det kinetiske slutpunkt for guldudvaskningsreaktionen i realtid giver en tredobbelt gevinst:

Økonomisk	Driftsmæssig	Miljømæssig
Maksimeret udbytte af guld, sølv og PGM'er med en markant reduktion i forbruget af dyre reagenser som H₂O₂ og HCl.	Eliminering af procesflaskehalse, såsom skumdannelse i tanke og forsinkelser ved manuel prøvetagning, gennem digitaliseret logik og forudsigende diagnostik.	Øget sikkerhed gennem brugen af flydende oxidationsmidler og et reduceret kemisk fodaftryk, hvilket bringer metallurgisk ydeevne i tråd med globale bæredygtighedsrammer.

Alt i alt sikrer skiftet til datadrevet hydrometallurgi , at raffinaderier forbliver konkurrencedygtige i et marked med svingende råvarepriser og skærpede reguleringer. Gennem anvendelsen af disse intelligente sensorsystemer går "Total Resource Recovery" fra et konceptuelt mål til en operationel virkelighed og sikrer en bæredygtig og rentabel fremtid for produktion af ædelmetaller.

Søgeforslag

Styrkelse af udvindingen af ædelmetaller gennem avancerede vådkloreringsprocesser

Avancerede og bæredygtige innovationer inden for udvinding af ædelmetaller

Strategisk ressourceudvinding og bæredygtig metallurgi