Aplicação de Carvão Ativado na Recuperação de Ouro

Na indústria de extração de ouro, o carvão ativado é um material essencial usado para adsorver e enriquecer ouro de baixa-concentração a partir de soluções de cianeto. Sua função principal é enriquecer seletivamente complexos de cianeto de ouro em sua estrutura de poros grandes por meio de adsorção física, alcançando um aumento mil- vezes maior na concentração de massa e estabelecendo as bases para uma recuperação subsequente eficiente.

 

I. Papel do Carvão Ativado na Recuperação de Ouro

 

Após a lixiviação do minério de ouro com cianeto, o ouro existe na solução como ânions de cianeto de ouro (Au(CN)₂⁻) em concentrações geralmente extremamente baixas. É economicamente desafiador recuperar ouro diretamente de tais soluções diluídas. O carvão ativado, com sua área superficial específica extremamente alta (aproximadamente 1.000 m²/g) e estrutura de poros específica, torna-se um meio ideal para enriquecer o ouro da solução.

Na produção industrial, utiliza-se principalmente carvão ativado com casca de coco. É produzido por ativação a vapor e tem dureza e resistência ao desgaste suficientes para resistir à abrasão no processo de celulose-de{2}}carbono.

 

II. Mecanismo de Adsorção de Ouro: Par de íons Os ânions cianeto de ouro têm carga negativa, enquanto a superfície do carvão ativado é eletricamente neutra, portanto a adsorção direta não é possível. A adsorção de ouro depende da formação de “pares iônicos”. Íons de cálcio (Ca²⁺, geralmente de cal adicionada) na solução combinam-se com dois ânions de cianeto de ouro para formar pares de íons de cianeto de ouro eletricamente neutros -cálcio: Ca[Au(CN)₂]₂. Esses pares de íons neutros são fisicamente adsorvidos nas superfícies dos poros do carvão ativado por meio de forças de van der Waals.

Este é um processo de equilíbrio dinâmico reversível. Existe uma relação correspondente entre a concentração de ouro na solução e a carga de ouro no carvão ativado. Para reduzir continuamente a concentração de ouro na solução e aumentar a carga de ouro no carbono, é adotado um método de contato em contracorrente: a polpa contendo ouro-flui sequencialmente através de uma série de tanques de adsorção, enquanto o carvão ativado se move na direção oposta. O carbono fresco é adicionado do último tanque e flui para o primeiro tanque com maior concentração de ouro; a polpa flui do primeiro tanque para o último tanque. Desta forma, a concentração de ouro nos rejeitos descarregados do último tanque pode ser reduzida a um nível extremamente baixo, enquanto o carbono-carregado de ouro retirado do primeiro tanque atinge uma alta capacidade de carga.

III. Principais Fatores que Afetam a Eficiência de Adsorção de Ouro A eficiência de adsorção de ouro é afetada por diversas condições operacionais e químicas.

 

1. Condições Físicas: A densidade da polpa precisa estar próxima da densidade úmida do carvão ativado (aproximadamente 1,3-1,5 t/m³) para garantir suspensão uniforme das partículas de carbono e evitar sedimentação ou flutuação. A agitação adequada pode reduzir a espessura da camada limite líquida na superfície das partículas de carbono e acelerar a transferência de massa e difusão do ouro nas partículas de carbono.

 

2. Propriedades do carvão ativado: O tamanho menor das partículas de carbono é benéfico para acelerar a cinética de adsorção, mas aumenta a dificuldade de triagem e recuperação. Industrialmente, a faixa de tamanho de partícula comumente usada é de 1 a 3 milímetros (por exemplo, malha 6×12 ou malha 8×16). A dureza do carbono é crucial, pois precisa resistir à abrasão durante os processos de agitação, bombeamento e regeneração. O carbono da casca de coco tem um desempenho excelente nesse aspecto.

 

3. Adsorção Competitiva e Venenos: Esta é uma questão fundamental que afeta a taxa de recuperação.

- Venenos Orgânicos: Substâncias orgânicas como reagentes de flotação (por exemplo, xantatos), óleos lubrificantes e ácidos húmicos competem com o ouro pelos locais de adsorção e podem até bloquear os poros. Certos reagentes de flotação podem reduzir a atividade de adsorção do carvão ativado em mais de 60%. Esses venenos orgânicos são removidos principalmente através de etapas subsequentes de regeneração térmica.

- Venenos Inorgânicos: Principalmente complexos de cianeto de outros metais (por exemplo, cobre, níquel, prata). Eles também podem formar pares de íons para serem adsorvidos, ocupando sítios ativos. Atenção especial deve ser dada ao impacto do cobre. Sua forma de cianeto na solução muda com o pH e é mais facilmente adsorvido quando o pH está abaixo de 10,5. A maioria dos venenos inorgânicos pode ser removida por lavagem ácida.

- Incrustação: durante o processo CIP, íons de cálcio e carbonato podem formar precipitados como carbonato de cálcio (CaCO₃) na superfície do carvão ativado. Essas camadas de escamas são principalmente depositadas e bloqueiam as entradas dos mesoporos e macroporos das partículas de carbono, dificultando a difusão do ouro nos microporos. A lavagem regular com ácido pode remover com eficácia essas camadas de incrustações.

 

4. Ambiente Químico da Solução:

- pH e concentração de cianeto: Industrialmente, o pH geralmente é mantido entre 10-11 para controlar a geração de gás HCN tóxico. A concentração suficiente de cianeto livre é uma condição necessária para garantir a dissolução e estabilidade eficazes do ouro.

- Temperatura: a adsorção de ouro é um processo exotérmico, portanto temperaturas mais baixas favorecem a adsorção. Muitas fábricas frequentemente alcançam taxas de recuperação mais altas nas estações frias. Em contraste, o processo de dessorção subsequente requer altas temperaturas.

- Força Iônica: A presença de íons de metais alcalino-terrosos, como cálcio e magnésio, é necessária para a formação de pares de íons de cianeto de ouro.

 

4. Dessorção: dessorção de ouro do carvão ativado O carbono-carregado de ouro adsorvido com ouro de alta-concentração precisa passar por tratamento de dessorção (eluição) para transferir o ouro de volta à solução para purificação eletrolítica.

 

O princípio básico da dessorção é criar condições desfavoráveis ​​à adsorção e reverter o processo de adsorção. Industrialmente, são adotados principalmente dois processos maduros: o método AARL e o método Zadra. Ambos são baseados nas seguintes etapas:

1. Em altas temperaturas, uma solução de alta-concentração de íons de sódio (a partir de hidróxido de sódio) é usada para substituir íons de cálcio nos pares de íons de cianeto de ouro por íons de sódio por meio de troca iônica, formando pares de íons de cianeto de ouro-de sódio menos estáveis.

2. A alta temperatura promove a decomposição de pares de íons instáveis ​​de sódio-cianeto de ouro, e ânions de cianeto de ouro são liberados de volta para a solução a partir da superfície do carvão ativado.

A principal diferença entre os dois está na combinação do processo: o método AARL é uma operação em lote, e a solução-rica em ouro dessorvida (solução grávida) é enviada para uma oficina de eletrólise independente; o método Zadra conecta a coluna de dessorção e a célula eletrolítica em série para formar um ciclo-fechado, realizando dessorção e eletrólise simultaneamente. Independentemente do método adotado, o objetivo é reduzir o teor de ouro do carbono pobre retornado ao circuito de adsorção para menos de aproximadamente 50 gramas por tonelada para restaurar sua capacidade de adsorção.

 

V. Principais fluxos de processo: CIP, CIL e Pumpcell

 

Existem três formas principais de processos de extração de ouro com carvão ativado:

Carbono na Polpa (CIP): O minério primeiro completa a maior parte da dissolução do ouro através de tanques independentes de lixiviação de cianeto e, em seguida, a polpa entra em uma série de tanques de adsorção para adsorção de ouro. A polpa flui para frente e o carvão ativado é transportado em contracorrente. Sua "proporção de enriquecimento" (proporção entre o teor de carbono carregado-de ouro e o teor de ouro da solução de alimentação) é geralmente de 1.000 a 1.200.

Carbono em Lixiviação (CIL): A lixiviação e a adsorção são combinadas e realizadas simultaneamente na mesma série de tanques. Este processo é particularmente adequado para minérios contendo substâncias que "roubam-ouro" (outras substâncias que podem adsorver ouro), porque o carvão ativado pode competir com eles para proteger o ouro dissolvido. No entanto, devido à baixa concentração de ouro na solução quando a lixiviação é incompleta, geralmente é necessário um estoque maior de carvão ativado, e a taxa de enriquecimento é geralmente de 800-1000.

 

Processo Pumpcell: adota um modo de operação semelhante a um "carrossel". O fluxo em contracorrente é obtido girando regularmente o ponto de alimentação da polpa e o ponto de descarga de rejeitos sem a necessidade de movimentação física da polpa de carbono. Este método reduz a retromistura, gerencia o carbono em lotes, pode atingir uma taxa de enriquecimento mais alta (1.500-2.500 ou superior) e possui um volume de equipamento mais compacto.

A seleção do processo depende de vários fatores, como propriedades do minério, escala de projeto, investimento e custos operacionais.

 

VI. Monitoramento e Equilíbrio de Processos A operação estável de uma planta CIP/CIL depende do monitoramento de parâmetros-chave, que é avaliado principalmente através de dois “aspectos”:

 

- Concentração de ouro na solução: monitore o conteúdo de ouro na solução na saída de cada tanque de adsorção, que deve mostrar uma tendência descendente-a{2}}passo significativa.

- Concentração de ouro em carbono carregado-de ouro: monitore a carga de ouro do carvão ativado em cada tanque de adsorção, que deve mostrar uma tendência descendente passo-a{3}}passo da frente para trás.

A análise regular desses aspectos, combinada com testes na taxa cinética de adsorção (atividade) do carvão ativado, pode ajudar a planta a identificar oportunamente problemas como acúmulo de veneno, redução da eficiência do equipamento ou desequilíbrio operacional, mantendo assim a taxa ideal de recuperação de ouro.

O carvão ativado desempenha um papel insubstituível na recuperação do ouro. Desde o princípio básico de adsorção de pares de íons de cianeto de ouro, até a abordagem dos desafios práticos de venenos e incrustações orgânicos e inorgânicos, até a recuperação de dessorção e seleção de processos, todo o processo constitui um sistema técnico complexo e eficiente. O-compreensão aprofundada e o controle preciso das propriedades do carvão ativado, das condições do processo e do equilíbrio do sistema são essenciais para alcançar uma recuperação de ouro eficiente e econômica.