CYANIDE-FREE LEACHING AND RECOVERY OF GOLD FROM ORE IN A GLYCINE MEDIUM

УДК 622.349.4+546.34

Аннотация

В статье представлены результаты исследования процесса бесцианидного извлечения золота из золотосодержащей руды в щелочной глициновой среде. Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки экологически безопасных технологий переработки минерального сырья, способных заменить традиционное цианидное выщелачивание, характеризующееся высокой токсичностью и значительными экологическими рисками. В качестве комплексообразующего реагента использован глицин, обладающий низкой токсичностью, биоразлагаемостью и возможностью многократного применения. Исследовано влияние основных технологических параметров процесса, включая значение pH, температуру и концентрацию глицина, на эффективность селективного выщелачивания золота. Экспериментальные исследования проводились в щелочной среде с использованием пероксида водорода в качестве окислителя при различных режимах ведения процесса. Установлено, что повышение pH до 11–12 и температуры до 75–80 °C способствует увеличению степени перехода золота в раствор вследствие ускорения комплексообразования и повышения скорости химических реакций. Показано, что увеличение концентрации глицина до 1,0–1,2 М интенсифицирует процесс растворения золота, тогда как дальнейший рост концентрации приводит к снижению эффективности выщелачивания вследствие ухудшения массообмена и пассивации поверхности минералов. Полученные результаты подтверждают перспективность применения щелочно-глициновых растворов в качестве экологически безопасной альтернативы цианидным технологиям и могут быть использованы при разработке современных технологий переработки золотосодержащего минерального сырья.

Abstract

The article presents the results of an experimental study on the cyanide-free leaching of gold from gold-bearing ore in an alkaline glycine medium. The relevance of the research is determined by the need to develop environmentally friendly technologies capable of replacing conventional cyanide leaching, which is associated with high toxicity and significant environmental risks. Glycine was selected as the complexing agent due to its low toxicity, biodegradability, and potential for repeated reuse. The study investigates the influence of the main technological parameters, including pH, temperature, and glycine concentration, on the efficiency of selective gold leaching. Experimental investigations were carried out in an alkaline medium using hydrogen peroxide as an oxidizing agent under various operating conditions. The results demonstrate that increasing the pH to 11–12 and the temperature to 75–80 °C significantly enhances gold dissolution by accelerating complex formation and reaction kinetics. It was also established that increasing the glycine concentration to 1.0–1.2 M improves gold extraction efficiency, whereas further concentration growth decreases the leaching rate because of reduced mass transfer and surface passivation effects. The obtained findings confirm the high potential of alkaline glycine solutions as an environmentally friendly alternative to conventional cyanide-based technologies. The proposed approach may contribute to the development of sustainable and efficient hydrometallurgical processes for the extraction of gold from mineral raw materials while reducing the environmental impact of precious metal production.

Ключевые слова: золото, глицин, щелочная среда, бесцианидное выщелачивание, гидрометаллургия, pH, температура.

Keywords: gold, glycine, alkaline medium, cyanide-free leaching, hydrometallurgy, pH, temperature.

Введение

Золото является драгоценным металлом, обладающим высокой экономической ценностью и широко применяемым в ювелирной промышленности, электронике, медицине и ряде других высокотехнологичных отраслей. В настоящее время основным промышленным методом извлечения золота из руд остается цианидное выщелачивание. Несмотря на высокую технологическую эффективность данного процесса, использование цианидных реагентов сопряжено с повышенной токсичностью и существенными экологическими рисками, что обусловливает необходимость разработки экологически безопасных альтернативных технологий [6, 10].

В последние годы значительное внимание исследователей уделяется применению глицина в качестве комплексообразующего реагента при бесцианидном выщелачивании золота. Глицин характеризуется низкой токсичностью, биоразлагаемостью, возможностью многократного использования и минимальным негативным воздействием на окружающую среду, что позволяет рассматривать его как перспективную альтернативу традиционным цианидным технологиям [7, 8].

В настоящей работе исследован процесс извлечения золота из золотосодержащей руды в бесцианидной глициновой среде. Особое внимание уделено оценке влияния основных технологических параметров, включая значение pH, температуру процесса и концентрацию глицина, на эффективность выщелачивания и степень извлечения золота в раствор.

В последние годы опубликован ряд экспериментальных исследований, посвящённых изучению процесса селективного выщелачивания золота в щелочной глициновой среде в присутствии пероксида водорода в качестве окислителя [1–2]. Полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности глицина как экологически безопасного комплексообразующего реагента, обеспечивающего эффективное извлечение золота без применения высокотоксичных цианидных соединений.

Материалы и методы исследования

Настоящее исследование выполнено в щелочно-глициновой среде при значениях pH 10–11 и температуре процесса 60 °C. Экспериментальные исследования проводились с целью оценки влияния основных технологических параметров на кинетику и степень извлечения золота из золотосодержащей руды.

Для приготовления рабочих растворов использовали деионизированную воду и глицин высокой степени чистоты. Состав исследуемых растворов и условия проведения экспериментов представлены в таблице 1.

2Au + 4 NH₂CH₂COOH + 2NaOH + H₂O₂ = 2Na[Au(NH₂CH₂COO)₂] + 4H₂O

Для регулирования щелочности среды и поддержания требуемого значения pH использовали гидроксид натрия. Непосредственно перед началом процесса выщелачивания в реакционную систему вводили пероксид водорода, выполняющий функцию окислителя и обеспечивающий благоприятные условия для взаимодействия золота с глицинсодержащим раствором.

Таблица 1. Состав исследуемых растворов и параметры экспериментальных образцов, использованных в процессе выщелачивания при различных значениях температуры, pH, а также концентрациях глицина и H₂O₂.

В ходе исследования с целью оценки влияния pH среды, температуры и концентрации глицина на процесс извлечения золота были исследованы девять образцов водных растворов глицина (табл. 1). Все образцы готовили в стаканах, установленных на нагревательной плите с магнитной мешалкой. Перемешивание проводили не менее одного часа до получения прозрачного и однородного раствора. До достижения стабильных условий регулярно контролировали температуру и значение pH.

Рисунок 1. Влияние pH среды, температуры и концентрации глицина на процесс извлечения золота

Результаты и обсуждения

Сравнение результатов, полученных для образцов 1 и 3, показало, что повышение значения pH способствует увеличению скорости селективного выщелачивания золота. Рисунок 2 показывает что, для процесса извлечения золота с использованием щелочного раствора глицина среда со значением pH выше 11 является более эффективной.

Рисунок 2. Увеличение скорости селективного выщелачивания золота с повышением значения pH.

Влияние температуры

Для образцов 6 и 7 при pH 12 и температуре 75±2 °C степень растворения золота значительно возросла. Установлено, что максимальная растворимость золота наблюдается при температуре 80 °C. Сравнение результатов образцов 3 и 9 показывает, что, несмотря на различие температуры (60 и 75 °C соответственно) и концентрации глицина (1 и 0,5 М), показатели извлечения золота были близкими.

Кроме того, сравнение результатов образцов 3 и 6 показало, что повышение температуры с 60 до 75 °C приводит к существенному увеличению эффективности извлечения золота.

Рисунок 3. Влияние температуры на степень растворения золота при pH = 12.

Влияние концентрации глицина

Результаты экспериментов показали, что увеличение концентрации глицина способствует повышению скорости растворения золота. Однако чрезмерно высокая концентрация глицина может оказывать отрицательное влияние, поскольку его полимеризация затрудняет движение жидкой фазы. Кроме того, пассивация поверхности также может снижать скорость растворения золота [3, 9].

Следует отметить, что повышение температуры улучшает растворимость глицина в воде. Увеличение концентрации глицина до 1,2 М способствовало интенсификации процесса растворения золота для образцов 6, 7, 8 и 9 при температуре 75 °C.

Рисунок 4. Влияние концентрации глицина на степень растворения золота при температуре 75 °C

Сравнительный анализ результатов, полученных для образцов №1 и №3, показал, что с увеличением значения pH процесс перехода золота в раствор значительно ускоряется. Это объясняется тем, что в щелочной среде возрастает способность глицина образовывать комплексные соединения с золотом. В связи с этим среда с pH выше 11 является более эффективной для извлечения золота.

Результаты, полученные для образцов №6 и №7, свидетельствуют о существенном увеличении степени растворения золота при условиях pH = 12 и температуре 75±2 °C. При этом максимальная растворимость золота наблюдалась приблизительно при температуре 80 °C. Повышение температуры способствует увеличению растворимости глицина в воде и ускоряет скорость протекания химической реакции.

При сравнении результатов образцов №3 и №9 установлено, что, несмотря на различия в температуре и концентрации глицина, показатели извлечения золота оказались близкими друг к другу. Это свидетельствует о значительном влиянии температуры на эффективность процесса.

Кроме того, сопоставление результатов образцов №3 и №6 показало, что повышение температуры с 60 °C до 75 °C приводит к существенному увеличению эффективности извлечения золота.

Увеличение концентрации глицина до 1,2 М при температуре 75 °C способствовало интенсификации процесса растворения золота для образцов №6, №7, №8 и №9. Однако дальнейшее повышение концентрации глицина может привести к снижению эффективности процесса. Это связано с замедлением массообмена в системе, что, в свою очередь, приводит к уменьшению скорости растворения золота [4–5].

Заключение

Результаты исследования показали, что на процесс селективного выщелачивания золота в щелочной глициновой среде существенное влияние оказывают значение pH, температура и концентрация глицина. Установлено, что повышение значения pH и температуры способствует увеличению степени перехода золота в раствор. Повышение концентрации глицина до 1,0–1,2 М улучшает эффективность процесса, тогда как при более высоких концентрациях скорость растворения золота снижается вследствие полимеризации глицина и пассивации поверхности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что оптимальными условиями извлечения золота в щелочной глициновой среде являются pH 11–12, температура 75–80 °C и концентрация глицина 1,0–1,2 М.

Список литературы:

1. Eksteen J.J., Oraby E.A. Glycine as a lixiviant for the leaching of low-grade copper–gold ores // Hydrometallurgy. – 2015. – Vol. 157. – P. 18–32.
2. Oraby E.A., Eksteen J.J. The leaching of gold, silver and their alloys in alkaline glycine–peroxide solutions // Hydrometallurgy. – 2015. – Vol. 152. – P. 199–203.
3. Tanda B.C., Eksteen J.J., Oraby E.A., O’Connor G.M. The recovery of gold from copper-bearing ores using glycine leaching technology // Minerals Engineering. – 2017. – Vol. 110. – P. 44–56.
4. Акбаров А.А., Юлдашев Э.Т. Технологии гидрометаллургической переработки золотосодержащих руд. – Ташкент: Издательство «Фан», 2018. – 185 с.
5. Эргашев Ш.Э., Рахимов Х.Р. Минералогические особенности золотосодержащих руд месторождения Маржанбулак и методы их переработки // Вестник горного дела Узбекистана. – 2020. – № 3. – С. 45–51.
6. Комогорцев Б. В., Вареничев А. А. Проблемы переработки бедных и упорных золотосодержащих руд //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2016. – №. 2. – С. 204-218.
7. Шумилова Л. В. Влияние форм дисперсного золота в минеральном и органическом веществах на технологическую упорность руд //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2009. – №. 6. – С. 184-194.
8. Шумилова Л. В. Анализ причин упорности руд с дисперсным золотом при цианировании //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2009. – №. 6. – С. 195-202.
9. Коваленко Н. Л., Чупров В. В., Пашков Г. Л. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗОЛОТА (III) АММИАКОМ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ПРИ 150 о С //Журнал неорганической химии. – 2004. – Т. 49. – №. 11. – С. 1876-1881.
10. Ефимов С. А. и др. Термопрограммируемое восстановление и окисление в исследовании наночастиц серебра и золота //Успехи в химии и химической технологии. – 2023. – Т. 37. – №. 9 (271). – С. 108-111.

References:

1. Akbarov A.A., Yuldashev E.T. [Hydrometallurgical processing technologies of gold-bearing ores] . – Tashkent: Izdatel'stvo «Fan», 2018. – 185 s (In Russian).
2. Efimov S.A. i dr. [Temperature-programmed reduction and oxidation in the study of silver and gold nanoparticles] // Uspekhi v khimii i khimicheskoj tekhnologii. – 2023. – T. 37. – S. 108⁠–⁠111 (In Russian).
3. Kovalenko N.L., Chuprov V.V., Pashkov G.L. [Reduction of gold (III) with ammonia from aqueous solutions at 150°C] // Zhurnal neorganicheskoj khimii. – 2004. – T. 49. – S. 1876⁠–⁠1881 (In Russian).
4. Komogortsev B.V., Varenichev A.A. [Problems of processing low-grade and refractory gold-bearing ores] // Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten' (nauchno-tekhnicheskij zhurnal). – 2016. – S. 204⁠–⁠218 (In Russian).
5. Shumilova L.V. [Effect of forms of dispersed gold in mineral and organic matter on the technological refractoriness of ores] // Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten' (nauchno-tekhnicheskij zhurnal). – 2009. – S. 184⁠–⁠194 (In Russian).
6. Shumilova L.V. [Analysis of reasons for ore refractoriness with dispersed gold during cyanidation] // Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten' (nauchno-tekhnicheskij zhurnal). – 2009. – S. 195⁠–⁠202 (In Russian).
7. Ergashev Sh.E., Rakhimov Kh.R. [Mineralogical characteristics of gold-bearing ores of the Marzhanbulak deposit and methods of their processing] // Vestnik gornogo dela Uzbekistana. – 2020. – № 3. – S. 45⁠–⁠51 (In Russian).
8. Eksteen J.J., Oraby E.A. Glycine as a lixiviant for the leaching of low-grade copper–gold ores // Hydrometallurgy. – 2015. – P. 18⁠–⁠32.
9. Oraby E.A., Eksteen J.J. The leaching of gold, silver and their alloys in alkaline glycine–peroxide solutions // Hydrometallurgy. – 2015. – P. 199⁠–⁠203.
10. Tanda B.C., Eksteen J.J., Oraby E.A. O’Connor G.M. The recovery of gold from copper-bearing ores using glycine leaching technology // Minerals Engineering. – 2017. – P. 44⁠–⁠56.