金鉱山からの金抽出プロセスの最適化と革新

一  CILおよびCIPプロセスにおける差別化された設計と技術の選択

CIL（炭素浸出）プロセスとCIP（炭素吸着）プロセスはどちらも活性炭吸着による金抽出プロセスですが、プロセス設計、操作ロジック、適用可能なシナリオにおいて大きな違いがあります。 

差別化メカニズム：CILは、浸出と吸着を通じて液中の金濃度を同時に減らし、シアン化反応の速度論を促進します。CIPは、不純物の干渉を段階的に減らすために浸出と吸着の条件を最適化しますが、プロセスはより複雑です。

二  金回収における活性炭吸着速度論の主な影響

金シアン化物錯体（Au(CN)₂⁻）に対する活性炭の吸着効率は、細孔構造と化学修飾の両方によって決定されます。主なパラメータは次のとおりです。

1. 吸着速度論モデル

• 拡散制御段階：Au(CN)₂⁻は、細孔（<2 nm) and mesopores (2-50 nm). The diffusion rate is positively correlated with the pore distribution (BET surface area>1000 m²/g）を通って吸着サイトに移動します。
• 化学吸着段階：活性炭表面の酸素含有官能基（カルボキシル基やフェノール性水酸基など）がAu(CN)₂⁻と配位し、見かけの活性化エネルギーは15〜18 kJ/mol（実験室測定値）です。

2. 最適化されたパラメータ

• 細孔構造：細孔比が70%を超えるココナッツ殻炭は、6〜8 kg Au/t炭の金吸着容量を持ちます。細孔比が50%未満の果実殻炭は、3〜4 kg Au/t炭の容量しかありません。
• 化学修飾：硝酸酸化はフェノール性水酸基の含有量を30%〜50%増加させ、金吸着速度を40%向上させます（実験データ：金回収率が90%から99.1%に増加）。
• 操作パラメータ：スラリー濃度40%〜45%および撹拌強度200〜400 rpmでは、吸着平衡時間は8〜12時間に短縮されます。

3. 産業指標：

活性炭吸着係数（K値）は、鉱石品位と一致する必要があります。高品位鉱石（Au >5 g/t）には、K値が30以上の修飾ココナッツ殻炭が推奨されます。残渣中の金濃度は0.05〜0.1 mg/Lに制御できます。

三  ヒ素含有金鉱石の前処理技術と効率向上メカニズム

金をカプセル化するヒ素化合物（FeAsSなど）が、低い浸出収率の主な原因です。前処理技術は、鉱物解離を通じて金を放出します。

1. 焙焼酸化法

• プロセスパラメータ：二段階焙焼（第一段階650℃でヒ素を除去しAs₂O₃ガスを生成、第二段階800℃で硫黄を除去し多孔質Fe₂O₃焙焼砂を生成）。
• 検証：高ヒ素鉱石（ヒ素含有量12%）を焙焼した後、金浸出率は41%から90.5%に増加しましたが、排ガス浄化システム（As₂O₃捕集効率>99%）が必要でした。

2. 加圧酸化法

• 酸性酸化：190℃および2.0 MPaの条件下で、黄鉄鉱はFe³⁺およびSO₄²⁻に分解し、ヒ素をH₃AsO₃に変換し、金浸出率を88%〜95%に増加させます。
• 制限事項：チタン反応器は10,000トンの生産能力あたり3,000万ドルの費用がかかるため、大規模鉱山にのみ適しています。

3. 生物酸化法

• 微生物作用：Acidithiobacillus ferrooxidansはFe²⁺をFe³⁺に変換し、黄鉄鉱のコーティングを溶解し、ヒ素除去率>90%を達成します。
• 効率向上：難処理金鉱石（2.5 g/t Au、8% As）の生物酸化により、シアン化物浸出率が25%から92%に増加し、酸化サイクルは7日間に最適化されました（Fe³⁺触媒の添加あり）。

四  生物酸化前処理の大規模適用と技術的ブレークスルー

環境上の利点があるため、生物酸化技術は特定のシナリオで商業的応用を達成しています。

1. 適用限界

• 鉱石タイプ：硫化物でカプセル化された金鉱石（As 1%〜15%）、鉱物解離度30%未満。
• 環境要件：pH 1.0〜1.5、温度35〜45℃、スラリー濃度10%〜15%（過剰な濃度は細菌の活性を阻害します）。

2. 典型的なケーススタディ

• 中国遼寧省の金鉱山：15%のヒ素を含む濃縮物の二段階生物酸化処理により、金浸出率92%およびヒ素固化率>99%を達成（スコロダイトFeAsO₄・2H₂Oを生成）。
• ペルーの大規模鉱山：1日あたり2,000トンの20%のヒ素を含む鉱石を処理し、スラグシアン化物回収率>90%を達成し、焙焼と比較して全体的なコストを30%削減。

3. 技術的ボトルネックとブレークスルー

• 細菌の馴化：ヒ素耐性株（Leptospirillum ferriphilumなど）は、As³⁺濃度15 g/Lで生存でき、酸化速度を25%向上させます。
•  プロセスカップリング：生物酸化+ CILプロセスを組み合わせることで、超低品位鉱石（Au 0.8 g/t）を処理し、全体的な回収率を85%以上にすることができます。