Процесс сорбционного выщелачивания золота.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Автоматизации Производственных Процессов
Курсовой проект по дисциплине
"Информационно-измерительное обеспечение
систем управления"
Выполнил: ст. гр. АТП
Проверил: Елшин В.В.
Иркутск
2007г.
Содержание
1. Введение
2. Технологическая часть.
2.1.Механизм растворения золота в цианистых растворах
2.2.Цианирование перемешиванием
2.3.Технологические параметры процесса сорбционного
выщелачивания.
2.4.Технологическая схема процесса сорбционного выщелачивания
золота
3. Выбор и обоснование технологических параметров
4. Таблица параметров контроля
5. Спецификация оборудования
6.Спецификация
Приложение
1.Схема технологическая
2.Схема функциональная.
3.Схема функциональная
4.Схема функциональная
Используемая литература
Введение
Современный уровень развития
химических и других промышленных установок характеризуется интенсификацией
технологических процессов с использованием агрегатов большой единичной мощности.
В последние годы сильно возросли скорости протекания технологических процессов,
число измеряемых параметров на одном агрегате, которые в настоящее время исчисляется
тысячами.
Поэтому надежность средств
измерения информационно-измерительных систем во многих случаях определяет
надежность агрегата в целом. Без достоверных значений параметров и
автоматического контроля за этими значениями в большинстве случаев нельзя
управлять процессом или агрегатом, без средств измерения невозможна автоматизация.
Особенно большое значение приобретают вопросы получения достоверных значений
измеряемых параметров в связи с задачами комплексной автоматизации
технологических процессов и более эффективного использования производственного потенциала.
Решение этих задач требует анализа процессов и их технико-экономических показателей,
а для этого нужны надежные и точные средства измерения.
вопросам измерения технологических параметров,
разработке новых методов и средств измерения, повышению точности измерений во
всх странах мира уделяется большое внимание.
2.1.Механизм
растворения золота в цианистых растворах
Растворение золота в цианистых
растворах протекает в присутствии кислорода по реакции:
2Au+4NaCN+SO2+H20=2Na[Au(CN)2]+2NaOH.
Из реакции
видно, что золото переходит в раствор виде золотоцианистой соли натрия, которая
диссоциирует в растворе на ионы:
Na[Au(CN)2]=Na++[Au(CN)2].
Так как золото в природе в чистом
виде никогда не встречается, поэтому большая часть золоти остается в контакте с
сопровождающей горной породой и ее спутниками.
Наличие контакта между двумя
металлами или между золотиной и минералом способствует возникновению разности
потенциалов. Золото в этом случае электроположительно к серебру и минералам.
Это означает, что при опускании в цианистый раствор золота, находящегося в
природном сплаве с серебром или в контакте с пиритом, в растворе цианистого
электролита протекает ток электронов от поверхности золота к поверхности
пирита.
Под влиянием электрического тока
катионы Na+
направляются
к катоду-пириту, а анионы CN-
движутся
к аноду-золоту. Катионы Na+
,
достигнув катода, отдают свой заряд, и натрий тотчас реагирует с водой по
реакции:
2Na++2H2O-2e=2NaOH+H2
с выделением водорода.
Анионы (CN)-
точно так же, соединившись с анодом, разряжаются и соединяются с золотом по
уравнению:
Au++(CN)-=AuCN.
При этом образуется цианистое
золото, но оно пока не переходит в раствор. Только взаимодействуя дальше с
избытком цианида, образуется двойная цианистая соль золота, которая способна
переходить в раствор:
AuCN+NaCN=Na[Au(CN)2].
2.2.Цианирование
перемешиванием.
Этот способ цианирования
золотосодержащих руд является наиболее эффективным процессом по сравнению с
перколяцией и кучным выщелачиванием. Выщелачивание пульп перемешиванием
протекает быстрее и дает более высокое извлечение золота и серебра вследствие
того, что при тонком измельчение руды обеспечивается хорошее вскрытие золота, а
при интенсивном перемешивании создаются более благоприятные условия диффузного
подводов ионов CN
и
молекул растворенного кислорода к поверхности золотин. Поэтому по скорости
выщелачивания и полноте извлечения золота цианирование перемешиванием
значительно превосходит перколяционный процесс и кучное выщелачивание.
Достаточно сказать, что цианирование перемешиванием обеспечивает 80-90%
извлечение золота, а длительность процесса составляет от 6 до 30 часов
(сравните аналогичные показатели процессов перколяции и кучного выщелачивания).
При цианировании перемешиванием
необходимая степень измельчения руды зависит только от крупности частиц золота
в руде и характер его распределения. В некоторых случаях при тонковправленном
золоте руду подвергают весьма тонкому измельчению до крупности-0,074мм и даже
до 0,043мм. Но если характер вкрапленности золота не требует такого
измельчения, то пульпу цианируют при более грубом помоле кпупностью 0,15-0,2мм.
При наличии в руде крупного золота его
перед цианированием извлекают в цикле измельчения методами гравитационного
обогащения, поэтому в процесс цианирования перемешиванием с рудой поступает
только мелкое золото, растворение которого происходит достаточно быстро.
Рудные пульпы , поступающие на
цианирование перемешиванием, имеют повышенную вязкость, что затрудняет диффузию
цианистых ионов и молекул растворенного кислорода к поверхности частиц золота.
Кроме того, сульфидные минералы, часто присутствующие в руде, довольно легко
окисляются растворенным кислородом, в результате чего его концентрация в жидкой
фазе может стать значительно ниже необходимой для растворения золота. Поэтому
при цианировании пульп особое значение имеет энергичное перемешивание и
непрерывное насыщение ее кислородом воздуха.
Процесс цианирования руд
перемешиванием ведут при концентрации NaCN,
составляющей
0,05-0,1%, и концентрации CaO
равной
0,01-0,03% (pH
=9-11).
Кроме реагентного режима важными
параметрами процесса цианистого выщелащивания золота является отношение Ж:Т в
пульпе и продолжительность процесса. Максимальное извлечение золота при
цианировании кварцевых руд достигает при Ж:Т=1,5:1. На практике хорошие
результаты получаются при Ж:Т=1:1, иногда даже при 0,67:1 при более грубом
помоле. При обработке пульпы , содержащей кристаллический материал, и при
отсутствие примесей в растворе жидкая фаза пульпы даже при высоких плотностях
пульпы не утрачивает способности сохранять необходимую концентрацию кислорода.
Для обеспечения наилучших условий
извлечение золота из сульфидных руд и руд с высоким содержанием окислов железа
или глины требуется более высокое разжижение пульпы. Для таких руд принимают
Ж:Т=2-2,5:1, для некоторых руд требуется еще большее разжижение.
Время цианирования или
продолжительность пребывание пульпы в аппаратах цианирования определяется уравнением:
T=V/П
Где:T
- время цианирования в часах,
V-
суммарный объем всех аппаратов цианирования, м3,
П- поток пульпы, м3/
час.
Совершенно очевидно, что
значение Т должно быть достаточным для перевода в раствор всего
содержащегося в материале золота. Из уравнения следует, что при постоянном
рабочем объеме аппаратуры цианирования инструментом регулирования процесса
является часовой поток пульпы , поступающей в переработку или, что то же самое,
регулирование производительности цианистой установки по переработке руды или
концентрата.
Процесс цианистого выщелачивания
золота осуществляют в периодическом или не прерывном режиме.
При цианировании в периодическом
режиме пульпы периодически отдельными порциями закачивают в параллельно
работающие аппараты для выщелачивания. После интенсивного перемешивания с
цианистым раствором и защитной щелочью в течение определенного промежутка
времени, необходимого для растворения золота, пульпу выпускают и перекачивают в
чаны-сборники, а в аппараты выщелачивания закачивают новую порцию пульпы. В
чанах-сборниках выщелоченная пульпа накапливается и поддерживается во взвешенном
состоянии до поступления в следующую стадию обработки, например, на отделение
золотосодержащих растворов от твердой фазы методом фильтрации.
Периодический режим цианирования
руды используется на фабриках небольшой производительности с применением
фильтрации пульпы и последующим осаждением золота из цианистых растворов
цинковой пылью или стружкой. Как правило, в периодическом режиме цианируют
небольшие количества гравитационных концентратов и других золотосодержащих
продуктов.
При непрерывном выщелачивании
пульпа поступает в каскад из последовательного соединенных аппаратов
цианирования. Число аппаратов в каскаде обычно выбирают не более 4-6 с суммарным
рабочим объемом, обеспечивающим при прохождении пульпы через них необходимое
время для растворения золота.
Непрерывно-действующая система
цианирования обязательно сопрягается с дальнейшей технологической схемой
переработки выщелоченной пульпы.
По сравнению с периодической,
непрерывная схема цианирования дает следующие преимущества:
возможность полной автоматизации
управления процесса,
меньшее количество обслуживающего
персонала,
более эффективное использование
оборудования,
меньшая единичная мощность
двигателей и насосов.
2.3.Технологические
параметры процесса сорбционного выщелачивания
Сорбцию
золота и серебра из пульпы с применением сорбентов в настоящее время
осуществляют двумя путями
1.После
операции предварительного цианирования или
2.Совмещением
процессов цианирования и сорбции.
Ии
в том и другом случае в присутствии сорбента идут два совмещенные во времени
процесса - растворение благородных металлов и сорбция их на ионит или активный
уголь , т.е. процесс сорбционного выщелачивания. Только после предварительного
цианирования в процессе сорбции в присутствии сорбента протекает процесс
дорастворения золота.
Перед
выводом насыщенного сорбента из процесса он должен контактировать с цианистой
пульпой , в растворе которой имеется достаточно высокая концентрация золота.
Это
достигается тем , что руду или концентрат перед сорбционным выщелачиванием
подвергают операции предварительного цианирования. В этом случае
часть или больше половины золота из твердой фазы переходит в раствор с
максимальной концентрацией его в жидкой фазе. Процианированная таким образом
пульпа поступает в процесс сорбционного выщелачивания , где происходит
дорастворение золота и его сорбция на активный уголь.
Предварительное
цианирование пульпы осуществляется в том числе , если в руде или концентрате
отсутствуют поглотители цианида , углистые вещества , способные сорбировать
растворенное золото , а также в случае , когда процесс цианирования не
осложняется большим содержанием окислительных минералов меди , цинка и других
цветных металлов.
При
обработке золотосодержащих материалов, в которых имеются углистые вещества или
другие минералы, затрудняющие процесс растворения золота, операцию
предварительного цианирования не проводят, и тогда цианирование ведут в
присутствии сорбентов, т.е. осуществляют прямой процесс сорбционного
выщелачивания благородных металлов. В этом случае ионит или активный
уголь являются более сильными конкурентами природных сорбентов.
Процесс
растворения золота идет в диффузионной области, т.е. скорость процесса
растворения зависит от скорости диффузии растворителей и продуктов реакции.
Если скорость диффузии растворителей – участников реакции обмена – больше, чем
скорость диффузии продуктов реакции, то введенный в систему сорбент
способствует ускоренному отводу из реакционной зоны цианистых анионов золота по
схеме:
2Au+4NaCN+H2O+O=4Na++2[Au(CN)2]-+2OH-
2[Au(CN)2]-
сорбент
Иными
словами, присутствие сорбента в пульпе устраняет лимитирующую стадию
диффузионного процесса, а именно – увеличивает скорость диффузии аниона [Au(CN)2]-
из зоны реакции путем поглощения его сорбентом.
В
результате этого создаются хорошие условия для растворения золота. Воздействие
сорбента на скорость растворения продолжается до тех пор, пока весь процесс не
станет лимитироваться диффузией цианида к поверхности частиц золота, а это
происходит обычно в концевых аппаратах, когда содержание золота в твердой фазе
становится незначительным.
К
основным технологическим параметрам процесса сорбционного цианирования относят
следующие:
1.
Продолжительность процесса;
2.
Единовременная загрузка сорбента в процесс;
3.
Время пребывания сорбента в процессе сорбции;
4.
Количество ступеней сорбции;
5.
Величины потоков пульпы и сорбента.
2.4.Технологическая
схема процесса сорбционного выщелачивания золота
3.Выбор и обоснование технических средств автоматизации процесса
Для измерения расхода применим
расходомер переменного перепада давления Метран-350 выполненный во
взрывозащищенном исполнений. Степень защиты от воздействия воды и пыли IP57 по ГОСТ 14254.
Расходомер Метран-350
предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и
управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.
Основные преимущества:
- простая установка в
трубопровод через одно отверстие.
-установка в трубопровод
без остановки процесса
- минимальная
вероятность утечек измеряемой среды
- более низкие потери
давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на
базе сужающих устройств
-легкость взаимодействия
с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством
интеллектуального протокола коммуникаций HART.
Датчики выполнены с
видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и соответствуют
требованиям ГОСТ Р51330.0, ГОСТ Р52330.10 и
выполняются с уровнем взрывозащиты «особовзрывобезопасный» и маркировкой
по взрывозащите ExiallCT4 X.
При измерений уровня
применим волновой уровнемер серий 3300. Это новый интеллектуальный прибор,
построенный на основе волноводной технологий и обеспечивающий надежные
измерения уровня жидкостей и взвесей в сложных условиях эксплуатаций.
Исполнение по взрывозащите «искробезопасная электрическая сеть» (Ex,Bn).
Достоинства:
- точность измерения не
зависит от диэлектрической проницаемости, плотности, температуры, давления.
-надежное измерение
сыпучих веществ
-простота установки
-возможность
одновременного измерения уровня внешней поверхности раздела двух жидкостей.
Для измерения плотности
применили резонаторный плотномер проточного типа. Датчик соответствует
требованиям нормативных документов:
ГОСТ Р 51330, 0-99(МЭК
60079-0-99)
ГОСТ Р 51330,10-99(МЭК
60079-11-99).
Маркировка взрывозащиты 0ExiaЦВТ4.
Достоинства:
-точность измерения
-возможность измерения
агрессивных сред
Для измерения
концентрации использовали pH-метр
типа pH-98103. Прибор выполнен в компактном
исполнении и чрезвычайно удобен для измерения.
Изготавливается в
соответствии с ГОСТ 22261-94 и техническими условиями ТУ
4215-012-35918409-2002.
Достоинства:
- позволяют
проводить измерения в широком диапазоне pH;- могут заменять электроды
ЭСЛ-63-07, ЭСП-01-14;- преимущественная область применения - измерение pH
в сильнощелочных растворах с высоким содержанием ионов натрия (Na+).
Специальная обработка
чувствительной мембраны электродов обеспечивает быстрое установление
электродного потенциала и, следовательно, позволяет уменьшить время,
затрачиваемое на проведение измерений.
4.Таблица параметров контроля.
Наим
ен
ование
парам
етра.
|
Ед.
Изме
рения
|
Аппа
рат
|
Номин
альные
значе
ния
|
Допуст
имые
отклон
ения
или К.Т.
лы изм
ерения
|
Пока
зания
|
Зап
ись
|
Сум
ми
рова
ние
|
Сиг
на
лиза
ция
|
Регу
лиро
вание
|
Блоки
ровка
|
Арх
ивир
ован
ие
|
Расход
|
м3/ч
|
Трубопровод к пачукам
цианирования
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность
|
т/м3
|
Трубопровод к пачукам цианирования
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Единовременная загрузка
|
|
Трубопровод к сорбционной
колонне
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход
|
кг/т
|
Трубопровод к сорбционной
колонне
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрация
|
мг/л
|
Емкость для приготовления
раствора NaCN
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрация
|
ph
|
Емкость для приготовления
раствора CaO
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход
|
м3/ч
|
Трубопровод к пачуку
цианирования
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход
|
м3/ч
|
Трубопровод к сорбционной
колонне
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уровень
|
м
|
Сорбционные колонны
|
|
6. Спецификация.
Позиция
|
Наименование и техническая
характеристика
|
Тип, марка оборудования.
|
Завод -
изготовитель
|
Единица измерения
|
Кол – во
|
1-1,
4-1
|
Измерение расхода воздуха на сорбцию и цианирование, потока
пульпы, потока сорбента.
Расходомер переменного перепада давления. предел измерения 0…
50000 м3/час
(по воде)
класс точности -
1,5
|
Метран-350 Р
|
ЗАО ПГ
«Метран»
г.Челябинск
|
шт.
|
4
|
6-1,
11-1
|
Измерение уровня в сорбционных колоннах. Волновой
уровнемер. пределы измерения от 0.1-23.5м., исполнение взрывозащищенное,
вых.сигнал 4-20мА, класс точности 1.5,
|
3300
|
ЗАО ПГ
«Метран»
г.Челябинск
|
шт.
|
6
|
12-1
|
Измерение плотности пульпы в трубопроводе к пачукам
цианирования. Вибрационный плотномер. Пределы измерения от 0 до 100 кг/м3.
|
DC-500
|
АО «Lemis Baltik»
г.Рига
|
шт.
|
1
|
13-1,
14-1
|
Измерение концентрации в емкостях для приготовления
растворов NaCN и CaO.pH-метр.Диапазон
измерения pH 0ч12.
|
pH-98103
|
«ЭкоЮнит»
г.Новосибирск
|
шт.
|
2
|
Используемая литература
1.
Леонов С. Б.,
Минеев Г.Г., Жучков И.А. Гидрометаллургия. Ч.ΙΙ. Выделение металлов
из растворов и вопросы экологии: Учебник.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ.- 2000.- 492
с., ил.
2.
В.В. Барченков.
Технология гидрометаллургической переработки золотосодержащих флотоконцентратов
с применением активных углей.- Чита: Поиск, 2004.-242 с., ил.
3.
Кулаков М.В.
Технологические измерения и приборы для химических производств: Учебник для
вузов по специальности « Автоматизация и комплексная механизация
химико-технологических процессов».-3е изд.. перераб. И доп.- М.:
Машиностроение, 1983.-424 с.. ил.
4.
Группа компаний
«Метран», номенклатура, католог,2003г.