Термодинамическая оценка процесса одновременного выщелачивания золота и урана сернокислыми тиоцианатными растворами

Цель – термодинамическая оценка одновременного выщелачивания Au и U из комплексных окисленных золотоурановых руд сернокислыми тиоцианатными растворами при различных температурах, а также выявление физико-химических условий для последующего растворения пассивирующих пленок тиоцианата золота (I). Расчеты изменений энергий Гиббса реакций выщелачивания золота выполнены методом термодинамических циклов растворения и комплексообразования в интервале 298–358 К с применением констант устойчивости дитиоцианатоаурата золота (I) [Au(SCN)₂]^– тетратиоцианатоаурата золота (III) [Au(SCN)₄]^–, простого тиоцианата золота (I) AuSCN, а также всех координационных форм тиоцианатов Fe(III). Оценка поведения системы U(IV) и U(VI) рассчитана классическим методом по разности стандартных энергий образования Гиббса соединений и ионов при температуре 298 К. Термодинамическими расчетами доказано, что при тиоцианатном выщелачивании золото переходит в раствор преимущественно в виде термодинамически стабильного комплекса [Au(SCN)₄]^– . Показано, что комплексообразование, при котором золото окисляется, характеризуется наибольшей движущей силой при участии свободных ионов Fe(III) и монокомплекса [FeSCN]²⁺. Установлено, что при температуре выше 303–305 К происходит пассивация золота с образованием AuSCN. Термодинамически обоснован механизм растворения AuSCN за счет поддержания избытка SCN^–-ионов. При анализе урансодержащей системы установлено, что введение окислителя – ионов Fe(III) – повышает вероятность выщелачивания упорного UO₂ (изменение энергии Гиббса составляет –105,5 кДж). Термодинамическими расчетами доказано, что в условиях сернокислотно-тиоцианатного выщелачивания уран в растворе преобладает в форме уранил-сульфатов. Таким образом, в сернокислотно-тиоцианатной системе золото переходит в устойчивые комплексы [Au(SCN)₂]^– и [Au(SCN)₄]^–, а тиоцианат не расходуется на связывание с ураном. При этом образующиеся пленки AuSCN растворяются за счет избытка свободных SCN^–, ионов Fe(III) и тиоцианатов железа. Полученные результаты могут быть использованы для моделирования лабораторных исследований по совместному сульфатно-тиоцианатному выщелачиванию золота и урана.

1. Лодейщиков В.В. Комплексное использование золотоурановых руд // Золотодобыча. 2010. № 135. С. 6–10.

2. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд: в 2 т. Иркутск: ОАО «Иргиредмет», 1999. Т. 1. 342 с.

3. Молоков П.Б., Буйновский А.С., Макасеев Ю.Н., Арутюнян Д.Р. Разработка технологии совместного извлечения урана, золота и редкоземельных металлов из комплексных руд // Ядерная энергетика: технология, безопасность, экология, экономика, управление: сб. науч. тр. I Всерос. науч.-практ. конф. молодых атомщиков Сибири (г. Томск, 19–25 сентября 2010 г.). Томск: Томский политехнический университет, 2010. С. 47–48.

4. Шипнигов А.А., Собенников Р.М., Епифоров А.В., Мусин Е.Д. Кучное выщелачивание окисленных золотоурановых руд // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы XХVII Междунар. науч.-техн. конф., проводимой в рамках XX Уральской горнопромышленной декады (г. Екатеринбург, 7–8 апреля 2022 г.). Екатеринбург: ИП Русских А.В., 2022. С. 190–194. EDN: FGAJHQ.

5. Шипнигов А.А., Собенников Р.М., Епифоров А.В., Мусин Е.Д., Григорьев С.Г. Кучное выщелачивание золота и урана из окисленной золотоурановой руды // Рациональное освоение недр. 2022. № 2. С. 66–71. https://doi.org/10.26121/RON.2022.73.14.009. EDN: BDRHMA.

6. Aylmore M.G. Alternative lixiviants to cyanide for leaching gold ores // Gold Ore Processing. Project Development and Operations. 2016. Chapt. 27. P. 447–484. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63658-4.00027-X.

7. Епифоров А.В., Баликов С.В., Шипнигов А.А., Лукьянов А.А. Нецианидные реагенты для извлечения золота из продуктов автоклавного окисления сульфидных концентратов // Цветные металлы. 2021. № 7. С. 37–44. https://doi.org/10.17580/tsm.2021.07.04. EDN: OHYZBZ.

8. Venter R., Boylett M. The evaluation of various oxidants used in acid leaching of uranium // Hydrometallurgy Conference 2009 (Gauteng, 24–26 February 2009). Gauteng: The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2009. P. 445–455.

9. Ahmed S.H., Sheta M.E., Saleh G.M., Mahfouz M.G., Mohammed S.A., Abdel Aal M.M. Sulphuric acid leaching of uranium ore using MnO2 as an oxidizing agent // Chemical Technology аn Indian Journal. 2015. Vol. 10. Iss. 2. Р. 60–68.

10. Fleming C.A. A process for the simultaneous recovery of gold and uranium from South African ores // Gold 100. Vol. 2. Extractive Metallurgy of Gold. Johannesburg: The South African Institute of Mining and Metallurgy. 1986. P. 301–319.

11. Barbosa F.O., Monhemius A.J. Thermochemistry of thiocyanate systems for leaching gold and silver ores // Precious Metals ‘89 / eds. М.С. Jha, S.D. Hill. 1988. P. 307–339.

12. Жучков И.А., Минеев Г.Г., Аксенов А.В. Серосодержащие растворители благородных металлов в геохимических и металлургических процессах: монография. Иркутск: ИрГТУ, 2010. 388 с. EDN: TOGLHH.

13. Li Jinshan, Safarzadeh M.S., Moats M.S., Miller J.D., LeVier K.M., Dietrich M., et al. Thiocyanate hydrometallurgy for the recovery of gold. Part I: Chemical and thermodynamic considerations // Hydrometallurgy. 2012. Vol. 113– 114. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.11.005.

14. Broadhurst J.L., du Preez J.G.H. A thermodynamic study of the dissolution of gold in an acidic aqueous thiocyanate medium using iron (III) sulphate as an oxidant // Hydrometallurgy. 1993. Vol. 32. P. 317–344.

15. Ширяева В.В. Разработка технологического режима извлечения золота из комплексных золотоурановых руд с использованием роданидных растворов методом кучного выщелачивания // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 12. С. 403–412.

16. Шипнигов А.А., Епифоров А.В., Собенников Р.М., Мусин Е.Д., Баликов С.В. Кучное сернокислотно-тиоцианатное выщелачивание золота и урана // iPolytech Journal. 2023. Т. 27. № 4. С. 821–828. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2023-4-821-828. EDN: KDVAMS.

17. Кононова О.Н., Холмогоров А.Г., Кононов Ю.С. Сорбционное извлечение золота из растворов и пульп. Химизм процесса, селективность, технология. Красноярск: СФУ, 2011. 197 с. EDN: PZWTKX.

18. Azizitorghabeh A., Wang J., Ramsay J.A., Ghahreman A. A review of thiocyanate gold leaching – сhemistry, thermodynamics, kinetics and processing // Minerals Engineering. 2021. Vol. 160. Р. 106689. https://doi.org/19.1016/j.mining.2020.106689.

19. Литвиненко В.Г., Шелудченко В.Г., Филоненко В.С. Совершенствование процесса агитационного выщелачивания урановых руд // Горный журнал. 2018. № 7. Р. 69–72. https://doi.org/10.17580/gzh.2018.07.13. EDN: XVMDRB.

20. Sole K.C., Cole P.M., Feather A.M., Kotze M.H. Solvent extraction and ion exchange applications in Africa’s resurging uranium industry: a review // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2011. Vol. 29. Iss. 5-6. P. 868–899. https://doi.org/10.1080/07366299.2011.581101.

21. Cohen E.R., Cvitaš T., Frey J.G., Holmström B., Kuchitsu K., Marquardt R., et al. Quantities, units and symbols in physical chemistry. 3rd ed. Cambridge: RSC Publishing, 2007. 234 p.

22. Grenthe I., Fuger J., Konings R.J.M., Lemire R.J., Muller A.B., Nguyen-Trung C., et al. Chemical thermodynamics of uranium / eds. H. Wanner, I. Forest. Paris: OECD, 2004. 735 p.

23. Lemire R.J., Berner U., Musikas C., Palmer D.A., Taylor P., Tochiyama O. Chemical thermodynamics of iron. Issyles-Moulineaux: OECD Nuclear Energy Agency, 2013. Vol. 13a. Part 1. 1126 p.