CC BY
29
УДК 622.234.42
Рубцов Юрий Иванович
Rubtsov Yury
Овсейчук Василий Алексеевич
Ovseichuk Vasily
О ДИНАМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА И АНАЛИЗ РАЗМЕРНОСТИ В УРАВНЕНИЯХ ДИНАМИКИ
ON DYNAMIC NATURE OF GOLD HEAP LEACHING AND DIMENSIONAL ANALYSIS OF THE DYNAMIC EQUATIONS
В работе изложен новый подход к представлениям динамики кучного выщелачивания золота с учетом вторичных процессов. Анализ размерности для условных частных констант является дополнительным подтверждением нового представления о динамике кучного выщелачивания золота
This article describes a new approach to the conceptions of gold heap leaching subject to secondary processes. The dimensional analysis for conditional special constants is a complementary confirmation of new conception concerning gold heap leaching dynamics
Ключевые слова: кучное выщелачивание золота, ча- Key words: heap leaching of gold, special constant, dimen-стные константы, размерность, вторичный процесс sion, secondary process
Кинетика процесса цианирования изучена достаточно полно и представлена в работах И.Н. Плаксина и других ученых [12]. Динамику цианидного кучного выщелачивания золота, как правило, представляют графически, в виде зависимостей степени выщелачивания золота Х от продолжительности воздействия разных интенсифицирующих факторов (температуры, крупности дробления руды, расхода цианида натрия, концентрации реагентов и т.д.). К наиболее простой зависимости следует отнести зависимость изменения Х от продолжительности процесса при других постоянных факторах. Динамика процесса вклю-
чает не только осложнения кинетического характера, обусловленные температурой, образованием пленок на поверхности золотин, учетом электрохимической природы растворения золотин, диффузионным массообменном, но и вторичными процессами взаимодействия цианида золота с компонентами дробленой руды. При этом интенсифицирующие факторы одновременно воздействуют как на процесс перехода золота в раствор, так и на взаимодействие цианида золота с компонентами руды.
Разработка теоретических основ динамики выщелачивания полезных компонентов из кускового рудного материала для прогноза
технологических параметров представляет серьезную научную задачу. Решение этой проблемы для кучного выщелачивания золота автор дает с позиций физико-химической геотехнологии и вероятностной природы вторичных процессов [3-4]. Содержание золота в продукционном растворе необходимо рассматривать как результат двух противоположно направленных процессов. Значимость вторичных процессов для степени выщелачивания золота - Х подтверждено экспериментальными фактами. Вторичными процессами возможно объяснить дезинтеграцию золота в хвостах цианирования Балейской ЗИФ: в придон-
ном горизонте содержание золота на порядок выше, чем в поверхностном слое. При скоростном выщелачивании золота из руды месторождения «Погромное» в лабораторных и опытно-полевых условиях отмечалась большая концентрация золота в нижнем слое. При исследовании кучного выщелачивания золота в лабораторных условиях наблюдалось некоторое снижение величины Х для крупности - 10 мм и менее. Это зафиксировано как в случае выщелачивания золота на воздухе, так и в случае выщелачивания накислороженными растворами (табл. 1).
Таблица 1
Данные по степени выщелачивания золота на воздухе и накислороженными растворами из руды разной крупности дробления
Выщелачивание Au на воздухе, 9н2о=0,24 м3/м2 сут., q ^N=1 кг/т Выщелачивание Аи накислороженными растворами, q н2о=0,14 м3/м2 сут., q NaCN=1 кг/т
Ь,мм=-2+0 Ь,мм=-10+0 Ь,мм=-20+0 Ь,мм=-5+0 Ь,мм=-10+0 Ь,мм=-20+0
Г, сут. X Г, сут. X Г, сут. X Г, сут. X Г, сут. X Г, сут. X
0 0,000 0 0 0,000 0 0,000 0 0 0,000
5 0,255 6 0,380 6 0,111 1 0,175 1 0,201 1 0,110
10 0,490 12 0,500 12 0,223 3 0,335 3 0,375 3 0,230
15 0,511 15 0,580 15 0,256 12 0,740 12 0,790 12 0,470
25 0,533 20 0,630 20 0,271 15 0,815 15 0,840 15 0,520
30 0,541 25 0,610 25 0,306 17 0,820 17 0,845 17 0,530
Такое поведение золота при его выщелачивании цианидными растворами связывали с сорбцией цианида золота на дробленой руде (табл. 2).
При опытно-полевых испытаниях по выщелачиванию золота из окисленной кварцито-вой руды месторождения «Погромное» накислороженными растворами за 1 сутки отмечено снижение концентрации золота в продукционных растворах с 25 мг/л до 16 мг/л. В связи с чем концентрация золота в продукционных
растворах, равная 25 мг/л, принята как критическая, после которой реализуется необратимая сорбция цианида золота на руде.
Исследования по сорбции цианида золота на руде подтвердили значимость сорбции цианида золота на руде в процессе выщелачивания золота из мелкодробленой руды. Далее приводятся некоторые данные по сорбции цианида золота на руде крупностью -10 мм (табл. 2) и изотерма сорбции (см. рисунок).
Таблица 2
Данные по сорбции золота рудой из раствора цианида золота Оли = 5 мг/л; Vр-ра на орошение 200 мл; т руды 0,5 кг; крупность руды 3,75 мм; продолжительность одного цикла орошения - 1 сут.
Число циклов просачи- вания САи в истекающем растворе, мг/л V р-ра, вытекшего из колонки, мл рН ДСАи в истекающем растворе, мг/л ДqAu адсорбировавшееся навеской, мг ДqAu адсорбировавшееся рудой, г/т qAu адсорбировавшееся рудой, г/т
1 4,13 138 8 0,87 0,120 0,24 0,24
2 4,27 146 8 0,73 0,105 0,21 0,45
3 4,60 161 8 0,40 0,065 0,13 0,58
4 4,84 184 8 0,16 0,030 0,06 0,64
5 4.89 180 7 0,11 0,020 0,04 0,68
6 4,95 193 7 0,05 0,010 0,02 0,70
7 4,95 190 7 0,05 0,010 0,02 0,72
8- 10 5,00 180 7 0,05 0,010 0,02 0,74
Концентрация золота в растворе, мг/л
Изотерма сорбции цианида золота на руде крупностью -10 мм
Управляя процессом выщелачивания, возможно не только существенно снизить влияние вторичных процессов, но и достигнуть значительного повышения степени выщелачивания золота. Так, степень выщелачивания золота из упорной неокисленной малосульфидной порфир-гранитоидной руды месторождения Ключи повышена с 32 до 69...74 %.
Одним из основных доказательств необходимости учета вторичных процессов в динамике кучного выщелачивания золота автор считает анализ размерности при расчете част-
ных констант выщелачивания, которые определялись на основе обработки экспериментальных данных по эмпирическому уравнению X=1- (к'/(/д(Г°,16+д))) 6667. (1)
Так, при исследовании влияния расхода на интенсивность выщелачивания золота получена зависимость kqн2o =^н2о), при исследовании влияния крупности дробления руды -кд = (ф, при исследовании влияния температурного фактора - кт = ЦТ) и т.д.
Значения частных констант использовались для определения динамического крите-
рия Гдин, определяемого выражением
Гдин=(Ь(+Ь>ыст)-£оАи-к1(%дн2о)Шф) кз(/(ЦМаСм))к4 ■/(СмаСМ, С02)) кб^ТМ кб^ЫаСЫокомк)) ку^СыаСЫокомк))- (2)
Динамический критерий Гдин, в свою очередь, применяли для вычисления кдин = (Гдин) и ддин= /(Гдин) для решения уравнения динамики
(3):
Хдин=1-( кдин(гдин))/1д(1°'16+ ддинЫ)6-667, (3)
где Х дин , к дин и д дин - соответственно прогнозные степень выщелачивания золота, условная динамическая константа выщелачивания и динамический параметр внутридиффузионного торможения;
Гдин - динамический критерий, рассчитанный на основе планируемых исходных данных и зависящий от частных условных констант.
Эмпирическое уравнение динамики (3) приведено к нормированному виду, согласно которому Хдин является мерой неопределенности и определяется не только процессом цианирования с образованием цианида золота, но и количеством цианида золота, вступающим во вторичные процессы.
При анализе выражения (2), используемого для расчета динамического критерия Гдин, встал вопрос о размерности частных констант, которая связана с воздействующими факторами (и!), каждый из которых имеет свою размерность. Проблема размерности частных констант в соответствии с изложенными представлениями о динамике кучного выщелачивания золота решается, если рассматривать в общем случае в два противоположных процесса.
Процесс 1 - цианирование рудного золота: 4Аи-+8СМ+02+2Н2СМ[Аи(С1\1)2]-+40Н,- (4)
или
Аи (руда) )[г]+раствор)[м3]+и/{размерность
возд. фактора] ——
Аи'(раствор)[г/м3], (5)
где Аи - золото в руде, г;
Аи - золото, перешедшее в раствор в 1-м процессе, г.
Переходя к количественному описанию процессов в относительных единицах, с учетом анализа размерности, и исключая твердую
фазу для процесса 1, имеем:
Х'=к'1'(и\), (6)
где X' - золото (относительная величина), которое переходит в раствор в 1-м процессе;
к' - условная константа 1-го процесса, учитывающая размерность воздействующего фактора;
Г(и) - математическое выражение, отражающее влияние воздействующего фактора на 1-й процесс [число].
Процесс 2 - вторичный процесс цианида золота с рудой:
[Аи(С\1)2]- [г]+ и [размерность возд. фак-тора]+руда =Аи"руда [г] + Аи(продукционный раствор) [г], (7)
где Аи"руда - золото, связанное рудой во 2-м процессе, г;
Аи - золото в продукционном растворе, г. Для процесса 2 имеем:
Х= X- к" ГШ или X'- Х= к" ГШ (8)
где X" - золото (относительная величина), которое вступило во 2-й процесс, г;
к" - условная константа 2-го процесса, учитывающая размерность воздействующего фактора, г;
X - золото (относительная величина) определяемое в продукционном растворе, г;
Г(и) - математическое выражение, отражающее влияние воздействующего фактора, (число) на 2-й процесс.
Далее, делим выражение (8) на (6), получим эмпирическое уравнение
X'- X/ Х'= к'-Г(иО)/ к"Г(и\)= к Г(и)/ Г'Ш
или (9)
(X'- X) /X' [число]= к [число] \'{и\)/Г(и\)
[число]..............................................(9')
Х= X'- (X' [число]- к [число] Г(и\))/Г(и\)
[число] (9")
Таким образом, частные условные константы к\ = к / к', характеризующие воздействие интенсифицирующих факторов в уравнениях кинетики (1), являются безразмерными. Это положение является общим для процесса кучного выщелачивания золота и вытекает как следствие учета вторичных процессов.
Размерность динамического критерия Гдин,
согласно уравнению (2), определяется членом и+иыст, отражающим общую продолжительность скоростного выщелачивания золота и имеет размерность [сутки]. Следовательно, динамическая условная константа выщелачивания кдин и динамический параметр кучного выщелачивания ддин также имеют размерность [сутки] и, как следствие, Xдин - выражается в
1. Плаксин, И.Н. Гидрометаллургия / И.Н. Плаксин. - М.: Наука, 1972. - С. 278.
2. Масленицкий, И.Н. Металлургия благородных металлов / И.Н. Масленицкий, Л.В. Чугаев, В.Ф. Борбат, М.В. Никитин, Л.С. Стрижко. - М.: Металлургия, 1987. - С. 432.
3. Аренс, В.Ж. Физико-химическая геотехнология /В.Ж. Аренс. - М.: МГУ. - 2001. - 656 с.
Коротко об авторах________________________________
Рубцов Ю.И., канд. техн. наук, доцент кафедры БЖД, Читинский государственный университет (ЧитГУ) служ. тел.: 26-52-92
Научные интересы: рудопереработка, геотехнология, охрана окружающей среды
Овсейчук В.А., д-р техн. наук, профессор, Читинский государственный университет (ЧитГУ), ведущий научный сотрудник Читинского института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН [email protected]
Научные интересы: геология, геотехнология урановых месторождений, охрана окружающей среды, радиационная безопасность
безразмерных долях единицы.
Вывод
Анализ размерности частных констант на базе представлений о динамике кучного выщелачивания золота подтверждает необходимость дополнительного исследования и количественного учета вторичных процессов как с реагентами, так и с цианидом золота.
___________________________________Литература
4. Малышев, В.П. Равновесно-кинетический анализ химических процессов / В.П. Малышев, В.Г. Шкодин. - Алма-Ата: Гылым. - 1990. - С. 111.
5. Рубцов, Ю.И. Основное уравнение кинетики скоростного кучного выщелачивания золота из окисленных кварцитовых руд /Ю.И. Рубцов, Ю.Н. Резник. - М.: Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - № 5. - С. 153-156.
___________________________Briefly about authors
Rubtsov Yu., Ph. D. (Engineering), Assistant Professor of Accidental Prevention Department, Chita State University (ChSU)
Scientific interests: ore processing, geotechnology, environment protection
Ovseichuk V., Dr. Sc. (Engineering), Full Professor, Chita State University (ChSU), leading researcher of Chita Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, SB RAS
Scientific interests: geology, geotechnology of uranium deposits, environment protection, radiation safety
