Сорбция активными углями

     Реакция (170) обратима, поэтому с повышением равновесной концентрации золота в растворе Сд_и величина равновесной обменной емкости ионита по золоту Е_Аа растет. Зависимость Е_Аи =/(Сд_и ), т.е. изотерма сорбции, является важнейшей характеристикой ионита и используется для оценки эффективности его применения в сорбционном процессе.

     Кроме золота, на анионите в заметных количествах сорбируются анионы CN^-:

     ROH + CNT 2 RCN + ОН^-,

     а также многочисленные примеси, присутствующие в рабочих цианистых растворах:

      В результате протекания этих побочных реакций часть активных групп ионита оказывается занятой анионами примесей, что снижает емкость смолы по золоту. Поэтому при сорбции из технологических цианистых растворов,

     Рис. 85. Изотермы сорбции золота аииоиитом АМ-2Б из чистого U) и технологического (2) золотосодержащих растворов

     Рис. 86. Зависимость емкости £_Дц анионита АМ-2Б по золоту от цианистых комплексов железа, меди, никеля и цинка - соответственно кривые сверху вниз, первая, вторая, третья, четвертая по данным Б. Н. Ласкорина с сотр., 1978 г.) 

     концентрация примесей в которых может в десятки и даже в сотни раз превосходить концентрацию золота, изотерма сорбции всегда расположена ниже, чем при сорбции из чистых (искусственных) золотосодержащих растворов (рис. 85)^

     ПрисуТствующие в цианистых растворах анионы проявляют различное сродство к анионитам, т. е. сорбируются ими в различной степени. Как показали многочисленные исследования, для большинства анионитов наблюдается следующий порядок сорбции комплексных анионов металлов: [Au (CN)₂]~>[Zn (CN)₄]²~>[№ (CN)₄]²~>[Ag(CN)₂]-> >[Cu(CN)₃]²->[Fe(CN)₆]⁴-.

     B соответствии с современными воззрениями основным фактором, определяющим место аниона в этом ряду, является величина энергии гидратации иона: с ее уменьшением сродство аниона к аниониту возрастает. Энергия гидратации анионов определяется, прежде всего, их зарядом и радиусом. При уменьшении заряда и увеличении радиуса она уменьшается. Этим объясняется повышенная селективность анионитов к крупным однозарядным комплексам золота по сравнению с двухзарядными комплексами цинка и никеля и особенно с четырехзарядными комплексами железа.

     Комплексные анионы серебра и меди занимают в этом ряду место, не соответствующее их заряду. Это объясняется, по-видимому, тем, что в фазе ионита серебро и медь образуют комплексы с более высоким, чем в растворе, координационным числом, например, [Ag(CN)s]²~ и [Cu(CN)₄]^3-(В. Е. Дементьев, А. А. Пунишко и др., 1980 г.). Образованию таких комплексов способствует то, что в фазе смолы концентрация сорбированных ионов CN~ значительно выше, чем в растворе. С учетом формы нахождения анионов в фазе ионита ряд сродства можно представить в следующем   виде:   [Au(CN)₂]~ > [Zn(CN)₄]²~ > [Ni(CN)₄]²- >

     >[Ag(CN)₃]²->[Cu(CN)4]³->[Fe(CN)₆]⁴- что, в общем, соответствует отмеченным выше закономерностям изменения энергии гидратации анионов с изменением их заряда.

     На рис. 86 показано влияние концентрации примесей (С_пр) — цианистых комплексов железа, меди, никеля и цинка на равновесную обменную емкость Е_Аи анионита AM — 2Б по золоту при сорбции из раствора, содержащего 2,5 мг/л золота. Видно, что депрессирующее действие примесей возрастает с увеличением их концентрации и зависит от положения примеси в ряду сродства к аниониту: чем выше сродство, тем сильнее понижение емкости, обусловленное присутствием этой примеси.

     Анионы хлора, сульфата, тиосульфата и т. д., также всегда присутствующие в рабочих цианистых растворах, имеют значительно меньшее сродство к анионитам и потому не столь сильно снижают их емкость по золоту.

     Физико-химические свойства некоторых анионитов, пригодных для сорбции золота, приведены в табл. 14.

     Как правило, сорбции осуществляется из пульп, жидкая фаза которых имеет низкую концентрацию золота (обычно 2—10 мг/л). При этом содержание золота в растворе отвальной пульпы не должно превышать 0,02—0,03 мг/л. Применяемый анионит должен иметь достаточно высокую емкость при всех  концентрациях золота — от начальной до сбросной.

     На рис. 87 представлены изотермы сорбции золота различными анионитами из пульпы, жидкая фаза которой содержала, мг/л: 0,6 Au; 1,1 Fe; 1,5 Си; 1,2 №; 0,6 Zn; 200 CN—, рН 10,6. Видно, что во всем интервале концентраций золота бифункциональные аниониты AM— 2Б, АП—ЗХ8п и АП—2Х Х12п превосходят по емкости сильноосновной анионит AM—П. Наибольшую емкость имеет анионит AM— 2Б, изотерма сорбции которого расположена выше изотерм сорбции всех других ионитов.

      Важной характеристикой анионита является его селективность по отношению к золотоцианистому комплексу. Селективность ионита зависит от его природы. Многочисленные исследования показывают, что аниониты смешанной основности значительно превосходят по селективности сильноосновные аниониты. При этом в большинстве случаев между селективностью ионита и его емкостью по золоту существует связь: чем селективнее сорбент, тем выше его емкость. Эта связь отражает конкурентный характер сорбции золота и примесей. В табл. 15 приведены значения равновесных обменных емкостей и селективности анионитов различных типов, насыщенных из пульпы того же состава, что и в предыдущем примере. Селективность оценивалась как отношение емкости смолы по золоту Е&к _и суммарной емкости по металлам-примесям 2-Еприм. Видно, что 0,5 0,6 бифункциональные аниониты с„_а,нг/лШ — 2Б, АП —2Х12п и АП — ЗХ8п значительно превосходят сильноосновной анионит АП — п как в отношении селективности, так и в отношении емкости по золоту. Из бифункциональных анионитов наибольшую емкость и селективность проявляет анионит AM—2Б. 
 
 

     Таблица 15. Емкость и селективность, анионитов (по данным Б. Н. Ласкорина с сотрудниками, 1974 г.) 

     Механизм ионообменного процесса включает три стадии: 1) диффузию поглощаемых противоионов из раствора к поверхности зерна; 2) диффузию поглощаемых ионов в объеме смолы от поверхности в глубь зерна ионита и вытесняемых ионов — во встречном направлении; 3) диффузию вытесняемых ионов от поверхности ионита в объем раствора.

     Исследования показывают, что скорость всего процесса сорбции определяется либо скоростью диффузии в зерне ионита (гелевая диффузия), либо скоростью диффузии через пленку раствора, прилегающую к поверхности ионита (пленочная диффузия). В первый период контакта ионита с раствором процесс обычно лимитируется пленочной диффузией, а затем — гелевой.

     В реальных условиях скорость сорбции невелика, продолжительность контакта, необходимая для установления равновесия между смолой и золотосодержащим раствором

     (пульпой), составляет несколько десятков часов. В первую очередь сорбируются анионы, обладающие малым сродством к иониту (железо, медь, серебро). Однако при увеличении длительности контакта эти анионы постепенно вытесняются анионами с повышенным сродством к смоле (золото, цинк, никель). Поэтому при насыщении ионита из поли-ко'мпоне'нтных растворов его емкость по золоту, цинку и никелю постепенно возрастает, а по железу, меди и серебру проходит через максимум (рис. 88).

     ₂и 'fS 

     Рис. 88. Кинетика насыщения анионита AM—2Б металлами из полнкомпонентного раствора

     При сорбционном выщелачивании зерна ионита подвергаются абразивному воздействию пульпы, претерпевают многочисленные   столкновения со стенками   аппаратуры, дренажными сетками и т. д. Это приводит к частичному разрушению смолы. Мелкие осколки ионита проходят сквозь сетки дренажных устройств и вместе с пульпой уходят в отвал. В результате повышается расход сорбента. Во избежание этого смола должна иметь высокую механическую прочность.