Anwendung von Aktivkohle bei der Goldgewinnung

In der Goldgewinnungsindustrie ist Aktivkohle ein Schlüsselmaterial zur Adsorption und Anreicherung von niedrig konzentriertem Gold aus Cyanidlösungen. Seine Hauptfunktion besteht darin, Goldcyanidkomplexe in seiner großen Porenstruktur durch physikalische Adsorption selektiv anzureichern, wodurch eine tausendfache Erhöhung der Massenkonzentration erreicht wird und die Grundlage für eine anschließende effiziente Rückgewinnung gelegt wird.

 

I. Rolle von Aktivkohle bei der Goldgewinnung

 

Nach der Cyanidlaugung von Golderz liegt Gold in der Lösung in Form von Goldcyanidanionen (Au(CN)₂⁻) in normalerweise extrem geringen Konzentrationen vor. Es ist eine wirtschaftliche Herausforderung, Gold aus solchen verdünnten Lösungen direkt zurückzugewinnen. Aktivkohle ist mit ihrer extrem hohen spezifischen Oberfläche (ca. 1000 m²/g) und ihrer spezifischen Porenstruktur ein ideales Medium für die Anreicherung von Gold aus der Lösung.

In der industriellen Produktion wird hauptsächlich Aktivkohle aus Kokosnussschalen verwendet. Es wird durch Dampfaktivierung hergestellt und weist eine ausreichende Härte und Verschleißfestigkeit auf, um dem Abrieb im Kohlenstoff-in-Zellstoffprozess standzuhalten.

 

II. Goldadsorptionsmechanismus: Ionenpaar Goldcyanid-Anionen sind negativ geladen, während die Oberfläche von Aktivkohle elektrisch neutral ist, sodass eine direkte Adsorption nicht möglich ist. Die Goldadsorption beruht auf der Bildung von „Ionenpaaren“. Calciumionen (Ca²⁺, normalerweise aus zugesetztem Kalk) in der Lösung verbinden sich mit zwei Goldcyanid-Anionen und bilden elektrisch neutrale Calcium-Goldcyanid-Ionenpaare: Ca[Au(CN)₂]₂. Diese neutralen Ionenpaare werden durch Van-der-Waals-Kräfte physikalisch an den Porenoberflächen von Aktivkohle adsorbiert.

Dabei handelt es sich um einen reversiblen dynamischen Gleichgewichtsprozess. Es besteht ein entsprechender Zusammenhang zwischen der Goldkonzentration in der Lösung und der Goldbeladung der Aktivkohle. Um die Goldkonzentration in der Lösung kontinuierlich zu reduzieren und die Goldbelastung der Kohle zu erhöhen, wird eine Gegenstrom-Kontaktmethode angewendet: Der goldhaltige Zellstoff fließt nacheinander durch eine Reihe von Adsorptionstanks, während sich die Aktivkohle in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Frischer Kohlenstoff wird aus dem letzten Tank hinzugefügt und fließt zum ersten Tank mit der höchsten Goldkonzentration; Der Zellstoff fließt vom ersten Tank zum letzten Tank. Auf diese Weise kann die Goldkonzentration in den aus dem letzten Tank ausgetragenen Rückständen auf ein extrem niedriges Niveau reduziert werden, während der aus dem ersten Tank entnommene mit Gold beladene Kohlenstoff eine hohe Ladekapazität erreicht.

III. Hauptfaktoren, die die Goldadsorptionseffizienz beeinflussen Die Goldadsorptionseffizienz wird durch verschiedene betriebliche und chemische Bedingungen beeinflusst.

 

1. Physikalische Bedingungen: Die Zellstoffdichte muss nahe an der Nassdichte von Aktivkohle liegen (ca. 1,3–1,5 t/m³), um eine gleichmäßige Suspension der Kohlenstoffpartikel zu gewährleisten und Sedimentation oder Aufschwimmen zu vermeiden. Durch ausreichendes Rühren kann die Dicke der Flüssigkeitsgrenzschicht auf der Oberfläche von Kohlenstoffpartikeln verringert und der Stoffübergang und die Diffusion von Gold in die Kohlenstoffpartikel beschleunigt werden.

 

2. Eigenschaften von Aktivkohle: Eine kleinere Kohlenstoffpartikelgröße beschleunigt die Adsorptionskinetik, erhöht jedoch die Schwierigkeit des Screenings und der Rückgewinnung. Industriell beträgt der üblicherweise verwendete Partikelgrößenbereich 1–3 Millimeter (z. B. 6×12 Mesh oder 8×16 Mesh). Die Härte von Kohlenstoff ist entscheidend, da er dem Abrieb während Rühr-, Pump- und Regenerationsprozessen standhalten muss. Kokosnussschalenkohle schneidet in dieser Hinsicht hervorragend ab.

 

3. Konkurrenzadsorption und Gifte: Dies ist ein zentrales Problem, das die Wiederherstellungsrate beeinflusst.

- Organische Gifte: Organische Substanzen wie Flotationsreagenzien (z. B. Xanthate), Schmieröle und Huminsäuren konkurrieren mit Gold um Adsorptionsplätze und können sogar Poren verstopfen. Bestimmte Flotationsreagenzien können die Adsorptionsaktivität von Aktivkohle um mehr als 60 % reduzieren. Diese organischen Gifte werden überwiegend durch anschließende thermische Regenerationsschritte entfernt.

- Anorganische Gifte: Hauptsächlich Cyanidkomplexe anderer Metalle (z. B. Kupfer, Nickel, Silber). Sie können auch zu adsorbierende Ionenpaare bilden und aktive Stellen besetzen. Besonderes Augenmerk sollte auf die Wirkung von Kupfer gelegt werden. Seine Cyanidform in der Lösung ändert sich mit dem pH-Wert und es wird leichter adsorbiert, wenn der pH-Wert unter 10,5 liegt. Die meisten anorganischen Gifte können durch Säurewaschen entfernt werden.

- Ablagerungen: Während des CIP-Prozesses können Calciumionen und Carbonat Niederschläge wie Calciumcarbonat (CaCO₃) auf der Oberfläche der Aktivkohle bilden. Diese Zunderschichten lagern sich hauptsächlich ab und blockieren die Eingänge der Mesoporen und Makroporen der Kohlenstoffpartikel, wodurch die Diffusion von Gold in die Mikroporen behindert wird. Durch regelmäßiges Waschen mit Säure können diese Kalkschichten wirksam entfernt werden.

 

4. Chemische Umgebung der Lösung:

- pH-Wert und Cyanidkonzentration: Industriell wird der pH-Wert normalerweise zwischen 10 und 11 gehalten, um die Entstehung von giftigem HCN-Gas zu kontrollieren. Eine ausreichende Konzentration an freiem Cyanid ist eine notwendige Voraussetzung, um die effektive Auflösung und Stabilität von Gold sicherzustellen.

- Temperatur: Die Goldadsorption ist ein exothermer Prozess, daher begünstigen niedrigere Temperaturen die Adsorption. Viele Fabriken erzielen in der kalten Jahreszeit oft höhere Rückgewinnungsraten. Der anschließende Desorptionsprozess erfordert dagegen hohe Temperaturen.

- Ionenstärke: Das Vorhandensein von Erdalkalimetallionen wie Kalzium und Magnesium ist für die Bildung von Goldcyanid-Ionenpaaren erforderlich.

 

IV. Desorption: Desorption von Gold aus Aktivkohle Die mit Gold-beladene Kohle, die mit hochkonzentriertem Gold adsorbiert ist, muss einer Desorptionsbehandlung (Elution) unterzogen werden, um das Gold zur elektrolytischen Reinigung zurück in die Lösung zu übertragen.

 

Das Grundprinzip der Desorption besteht darin, für die Adsorption ungünstige Bedingungen zu schaffen und den Adsorptionsprozess umzukehren. Industriell werden hauptsächlich zwei ausgereifte Verfahren angewendet: die AARL-Methode und die Zadra-Methode. Beide basieren auf den folgenden Schritten:

1. Bei hoher Temperatur wird eine hochkonzentrierte Natriumionenlösung (aus Natriumhydroxid) verwendet, um durch Ionenaustausch Calciumionen in den Goldcyanid-Ionenpaaren durch Natriumionen zu ersetzen, wodurch weniger stabile Natrium-Goldcyanid-Ionenpaare entstehen.

2. Hohe Temperaturen fördern die Zersetzung instabiler Natrium-Goldcyanid-Ionenpaare und Goldcyanid-Anionen werden von der Oberfläche der Aktivkohle wieder in die Lösung freigesetzt.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden liegt in der Verfahrenskombination: Die AARL-Methode ist ein Batch-Betrieb und die desorbierte goldreiche Lösung (schwangere Lösung) wird an eine unabhängige Elektrolysewerkstatt geschickt; Bei der Zadra-Methode werden die Desorptionssäule und die Elektrolysezelle in Reihe geschaltet, um einen geschlossenen -Kreislauf zu bilden, der Desorption und Elektrolyse gleichzeitig realisiert. Unabhängig von der gewählten Methode besteht das Ziel darin, den Goldgehalt des in den Adsorptionskreislauf zurückgeführten Magerkohlenstoffs auf unter etwa 50 Gramm pro Tonne zu senken, um dessen Adsorptionskapazität wiederherzustellen.

 

V. Hauptprozessabläufe: CIP, CIL und Pumpcell

 

Es gibt drei Hauptformen von Aktivkohle-Goldgewinnungsprozessen:

Kohlenstoff im Zellstoff (CIP): Das Erz vervollständigt zunächst die Auflösung des größten Teils des Goldes durch unabhängige Zyanidlaugungstanks, und dann gelangt der Zellstoff zur Goldadsorption in eine Reihe von Adsorptionstanks. Der Zellstoff fließt vorwärts, die Aktivkohle wird im Gegenstrom transportiert. Sein „Anreicherungsverhältnis“ (Verhältnis des goldbeladenen Kohlenstoffgehalts zum Goldgehalt der Einsatzlösung) beträgt normalerweise 1000–1200.

Carbon in Leach (CIL): Auslaugung und Adsorption werden kombiniert und gleichzeitig in derselben Tankreihe durchgeführt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Erze, die „goldraubende“ Stoffe (andere Stoffe, die Gold adsorbieren können) enthalten, da Aktivkohle mit diesen um den Schutz des gelösten Goldes konkurrieren kann. Aufgrund der geringen Goldkonzentration in der Lösung bei unvollständiger Laugung ist jedoch in der Regel ein größerer Vorrat an Aktivkohle erforderlich, und das Anreicherungsverhältnis beträgt im Allgemeinen 800–1000.

 

Pumpcell-Prozess: Nimmt einen Betriebsmodus an, der einem Karussell ähnelt. Der Gegenstrom wird durch regelmäßige Rotation des Zellstoffzuführungspunkts und des Tailings-Entleerungspunkts erreicht, ohne dass eine physische Bewegung des Kohlenstoffzellstoffs erforderlich ist. Diese Methode reduziert die Rückvermischung, verwaltet Kohlenstoff in Chargen, kann ein höheres Anreicherungsverhältnis (1500–2500 oder höher) erreichen und verfügt über ein kompakteres Gerätevolumen.

Die Prozessauswahl hängt von verschiedenen Faktoren wie Erzeigenschaften, Designmaßstab, Investition und Betriebskosten ab.

 

VI. Prozessüberwachung und -bilanz Der stabile Betrieb einer CIP/CIL-Anlage hängt von der Überwachung wichtiger Parameter ab, die hauptsächlich anhand zweier „Aspekte“ bewertet wird:

 

- Goldkonzentration in der Lösung: Überwachen Sie den Goldgehalt in der Lösung am Auslass jedes Adsorptionstanks. Dieser sollte einen deutlichen, schrittweisen Abwärtstrend aufweisen.

- Goldkonzentration in mit Gold-beladenem Kohlenstoff: Überwachen Sie die Goldbeladung der Aktivkohle in jedem Adsorptionstank, die von vorne nach hinten einen schrittweisen Abwärtstrend-für-zeigen sollte.

Eine regelmäßige Analyse dieser Aspekte, kombiniert mit Tests der kinetischen Adsorptionsrate (Aktivität) von Aktivkohle, kann der Anlage dabei helfen, Probleme wie Giftansammlung, verringerte Anlageneffizienz oder betriebliches Ungleichgewicht rechtzeitig zu erkennen und so die optimale Goldgewinnungsrate aufrechtzuerhalten.

Aktivkohle spielt bei der Goldgewinnung eine unersetzliche Rolle. Vom Grundprinzip der Adsorption von Goldcyanid-Ionenpaaren über die Bewältigung der praktischen Herausforderungen organischer und anorganischer Gifte und Ablagerungen bis hin zur Desorptionsrückgewinnung und Prozessauswahl stellt der gesamte Prozess ein komplexes und effizientes technisches System dar. Ein tiefes Verständnis und eine präzise Kontrolle der Aktivkohleeigenschaften, der Prozessbedingungen und des Systemgleichgewichts sind der Kern einer effizienten und wirtschaftlichen Goldrückgewinnung.