Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall aus mindestens einem Ausgangsmaterial. Weiterhin betrifft sie eine Vorrichtung mittels derer das Verfahren durchgeführt werden kann.

Stand der Technik

Gold, Silber und Platinmetalle sind essenzielle Rohstoffe. Unter Platinmetallen (platinum group metals; PGM) werden dabei die leichten Platinmetalle Ruthenium, Rhodium und Palladium, sowie die schweren Platinmetalle Osmium, Iridium und Platin verstanden. Die Gewinnung dieser Metalle aus Erzen oder ihre Rückgewinnung aus Altmetallen kann hydrometallurgisch erfolgen. Bei der hydrometallurgischen Gewinnung werden die zu gewinnenden Metalle durch Komplexbildung in eine wässrige Lösung gebracht.

Ein Beispiel für ein hydrometallurgisches Verfahren ist das alkalische Cyanidlaugen zur Goldgewinnung. Dieses Verfahren wird bei sehr hohen pH- Werten, also unter Verwendung aggressiver Laugen durchgeführt. Der verwendete Komplexbildner Cyanid ist sehr toxisch, sodass dieses Verfahren zu gefährlichen Emissionen führen kann.

Offenbarung der Erfindung

Das Verfahren zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall aus mindestens einem Ausgangsmaterial sieht vor, dass das Ausgangsmaterial in einer Lösung, welche mindestens ein Nitril enthält, mit mindestens einem Oxidationsmittel behandelt wird. Eine Einleitung des Oxidationsmittels in die Lösung erfolgt in Abhängigkeit von mindestens einer Konzentration eines zu gewinnenden Metalls oder seines Komplexes und/oder in Abhängigkeit von mindestens einer Konzentration von Cyanidionen und/oder in Abhängigkeit von mindestens einer Konzentration von Ammoniak und/oder Ammoniumionen in der Lösung. Dabei kann die Einleitung gesteuert oder geregelt werden.

Das Ausgangsmaterial kann beispielsweise ein Erz oder auch ein Altmetall sein. Die Lösung ist bevorzugt eine wässrige Lösung und besonderes bevorzugt eine wässrige Elektrolytlösung, die insbesondere Hydroxidionen als Elektrolyt enthalten kann. Diese können der Lösung beispielsweise in Form eines Alkalihydroxids, insbesondere von Natriumhydroxid, hinzugefügt werden, um die Auflösung des zu gewinnenden Metalls in der Lösung zu unterstützen.

Das Nitril, bei dem es sich insbesondere um Cyanessigsäure handelt, fungiert in dem Verfahren als Quelle von Cyanidionen. Diese werden durch Oxidation des Nitrils mittels des Oxidationsmittels erzeugt. Unter einem Oxidationsmittel wird daher ein Mittel verstanden, das geeignet ist, um das Nitril bei dem in der Lösung vorherrschenden pH-Wert zu oxidieren. Ein hierfür besonders gut geeignetes Oxidationsmittel ist Ozon, welches deshalb bevorzugt ist. Durch die Steuerung oder Regelung der Einleitung des Oxidationsmittels in die Lösung mittels des Verfahrens wird einerseits sichergestellt, dass stets ausreichend Oxidationsmittel bereitgestellt wird, um genügend Cyanidionen für eine schnelle Gewinnung des mindestens einen zu gewinnenden Metalls zur Verfügung zu stellen. Andererseits wird aber auch eine übermäßige Einleitung von Oxidationsmittel verhindert, die dazu führen könnte, dass Cyanidionen zu Cyanationen weiteroxidiert werden bevor diese im Verfahren das zu gewinnende Metall komplexieren können oder sogar Oxidationsmittel aus der Lösung ausgast, welches anschließend vernichtet werden muss, um seine Emissionen in die Umwelt zu verhindern.

Es ist bevorzugt, dass neben der Steuerung oder Regelung der Einleitung des Oxidationsmittels auch eine Steuerung oder Regelung einer Einleitung mindestens eines Elektrolyts und mindestens eines Nitrils in die Lösung erfolgt. Dieser Elektrolyt ist insbesondere identisch mit einem Elektrolyt, der bereits zu Beginn des Verfahrens in der Lösung gelöst ist und das Nitril ist insbesondere mit dem zu Beginn des Verfahrens in der Lösung vorhandenen Nitril identisch. Das Steuern oder Regeln der Einleitung des mindestens einen Elektrolyts und des mindestens einen Nitrils erfolgt dabei in einer Ausführungsform des Verfahrens in Abhängigkeit von der mindestens einen Konzentration des zu gewinnenden Metalls oder seines Komplexes. In einer anderen Ausführungsform erfolgt es in Abhängigkeit von der mindestens einen Konzentration von Ammoniak und/oder Ammoniumionen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Gewinnung durch eine zu niedrige Elektrolytkonzentration zum Stillstand kommt, bevor das gesamte zu gewinnende Metall aus dem Ausgangsmaterial herausgelöst wurde. Außerdem kann auf diese Weise kann verhindert werden, dass durch einen vorzeitigen vollständigen Verbrauch des Nitrils keine Cyanidionen mehr erzeugt werden können.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das mindestens eine Oxidationsmittel, das bei der Behandlung verwendet wird, im Verlauf des Verfahrens gewechselt wird. Die unterschiedlichen verwendeten Oxidationsmittel weisen dabei unterschiedliche Redoxspannungen auf. Diese können insbesondere gemäß der Norm DIN 38404-6 ermittelt werden. Insbesondere kann ein Wechsel zwischen Ozon oder einem Ozon/Sauerstoff-Gemisch, wie es beispielsweise von einem Ozonisator erzeugt wird, als erstem Oxidationsmittel und Sauerstoff als zweitem Oxidationsmittel erfolgen. Die Redoxspannungen des ersten Oxidationsmittels oder Oxidationsmittelgemischs und des zweiten Oxidationsmittels oder Oxidationsmittelgemischs unterscheiden sich insbesondere so, dass nur ein Wert der Redoxspannungen ausreicht, um in der Lösung das Nitril unter Bildung von Cyanidionen zu oxidieren, während aber beide Oxidationsmittel dazu in der Lage sind, das zu gewinnende Metall zu oxidieren. Auf diese Weise kann vorübergehend die Bildung von Cyanidionen unterbrochen werden, wobei aber gleichzeitig oxidierende Bedingungen in der Lösung aufrechterhalten werden, um eine oxidative Auflösung des mindestens einen zu gewinnenden Metalls zu ermöglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Wechsel in Abhängigkeit von der mindestens einen Konzentration von Cyanidionen, um diese stets bedarfsgerecht einstellen zu können. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt jeweils nach einem vorgebbaren Zeitraum ein Wechsel des bei der Behandlung verwendeten mindestens einen Oxidationsmittels. Der Zeitraum liegt insbesondere im Bereich von 1 Minute bis 10 Minuten. Dies ermöglicht die Durchführung des Verfahrens auch dann, wenn keine Möglichkeit zur Messung der Cyanidionenkonzentration besteht.

Die Vorrichtung zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall aus mindestens einem Ausgangsmaterial weist einen Behälter auf, der zur Aufnahme des Ausgangsmaterials und einer Lösung eingerichtet ist. Weiterhin weist er mehrere Einlässe und mindestens ein UV/Vis-Spektrometer auf. Durch die mehreren Einlässe können neben einem oder mehreren unterschiedlichen Oxidationsmitteln auch ein Elektrolyt und ein Nitril in den Behälter eingeleitet werden.

Das UV/Vis-Spektrometer ermöglicht die Ermittlung der Konzentration des zu gewinnenden Metalls. Es hat den Vorteil, dass es eine schnelle Untersuchung einer flüssigen Probe wie der im Verfahren verwendeten Lösung ermöglicht und gleichzeitig bei Gewinnung mehrerer unterschiedlicher Metalle dazu in der Lage ist, Konzentrationen der unterschiedlichen Metalle zeitgleich zu ermitteln. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Zirkulationsleitung mit einer Einleitung und einer Ableitung auf. Die Einleitung und die Ableitung sind jeweils am Behälter angeordnet. Das UV/Vis-Spektrometer ist in der Zirkulationsleitung angeordnet. Eine Zirkulation der Lösung durch die Zirkulationsleitung bewirkt zum einen eine Durchmischung des Behälterinhalts und führt zum anderen stets frisch behandelte Lösung an eine Messzelle des UV/Vis- Spektrometers heran, um den Reaktionsfortschritt auf diese Weise überwachen zu können, ohne dass hierbei Diffusionsbarrieren überwunden werden müssten. Wenn die Vorrichtung eine Zirkulationsleitung aufweist, dann können die Einlässe sowohl im Behälter als auch in der Zirkulationsleitung stromabwärts des UV/Vis-Spektrometers angeordnet sein.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Cyanid-Sensor und/oder mindestens einen Ammoniak/Ammonium-Sensor auf. Jeder dieser Sensoren ist vorzugsweise im Behälter angeordnet und ermöglicht eine Steuerung oder Regelung einer Eindosierung unterschiedlicher Substanzen in den Behälter. Schließlich weist die Vorrichtung vorzugsweise ein elektronisches Steuergerät auf, welches eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Sie weist einen Behälter 10 auf. Dieser ist über eine Einleitung 11 und eine Ableitung 12 mit einer Zirkulationsleitung 13 verbunden. Eine Lösung 21, die in dem Behälter 10 bevorratet ist, wird kontinuierlich durch die Einleitung 11 aus dem Behälter 10 entnommen, durch die Zirkulationsleitung 13 geleitet und durch die Ableitung 12 wieder in den Behälter 10 zurückgeführt. Dabei passiert sie ein UV/Vis-Spektrometer 14, welches in der Zirkulationsleitung 13 angeordnet ist und wird dort durch eine Messzelle geleitet. Die Lösung 21 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine wässrige Lösung, die 0,6 mol/l Natriumhydroxid als Elektrolyt und 0,1 mol/l Cyanessigsäure enthält. Neben der Lösung 21 ist ein Ausgangsmaterial 22 in dem Behälter 10 bevorratet. Dieses liegt in Form von goldhaltigen Erzbrocken vor. Das Gold soll gewonnen werden.

Am Boden des Behälters 10 ist ein erster Einlass 31 angeordnet, der mit einem Ozonisator 32 verbunden ist. Je nachdem ob der Ozonisator 32 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, kann aus diesem reiner Sauerstoff oder ein Gemisch aus Sauerstoff und Ozon in den Behälter 10 eingeleitet werden. Ein weiterer Einlass 33, der am Boden des Behälters 10 angeordnet ist, ist über ein Dreiwegeventil 34 mit einer Elektrolytquelle 35 verbunden, die eine wässrige Natriumhydroxidlösung bereitstellt und mit einer Nitril-Quelle 36 verbunden, die eine wässrige Lösung von Cyanessigsäure bereitstellt.

Ein Cyanid-Sensor 15 und ein Ammoniak/Ammonium-Sensor 16, die jeweils in dem Behälter 10 angeordnet sind, senden Daten an ein elektronisches Steuergerät 40, welches auch Daten des UV/Vis-Spektrometers 14 empfängt. Das elektronische Steuergerät 40 steuert den Ozonisator 32 und das Dreiwegeventil 34.

Gemäß Formel 1 werden beim Einleiten des Ozons aus der Cyanessigsäure oxidativ Cyanidionen und Essigsäure erzeugt:

CNCH ₂ COOH + 0 ₃ + OH“ - > CN“ + CH ₃ COOH + 2 0 ₂ (Formel 1)

Metallisches Gold wird gemäß Formel 2 in Gegenwart von Cyanidionen vom Ozon zu Gold(l)-Kationen oxidiert und als Dicyanoaurat (I) komplexiert:

2 Au + 0 ₃ + 4 CN“ + H ₂ 0 - > 2 [Au(CN) ₂ ]“ + 0 ₂ + 2 OH“ (Formel 2)

In einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, das in Figur 2 dargestellt ist, erfolgt ein Einleiten 51 eines Gemischs aus Ozon und Sauerstoff durch die erste Einleitung 31 in den Behälter 10. Es erfolgt ein Messen 52 der Konzentration CAu(t) von Gold in der Lösung 21, das in Form von Dicyanoaurat(l) in Lösung gegangen ist. Anschließend erfolgt ein Vergleichen 53 dieses Messwert CAu(t) mit einem zu einem vorherhergehenden Zeitpunkt gemessenen Konzentrationswert CAu(t-l). Ist die Konzentration des Dicyanoaurats(l) gestiegen, so erfolgt ein weiteres Eindosieren 51 des Ozon-/Sauerstoffgemischs. Wenn jedoch erkannt wird, dass kein weiterer Anstieg der Konzentration erfolgt ist, die beiden Konzentrationen CAu(t), CAu(t-l), also gleich sind, so erfolgt eine Einleitung 54 von Natronlauge und von Cyanessigsäure durch einen zweiten Einlass 33 in den Behälter 10 und anschließend erfolgt eine weitere Eindosierung 51 von Ozon und Sauerstoff. Gleichzeitig erfolgt eine Prüfung 55, ob die aktuell gemessene Konzentration CAu(t) den vorletzten Wert CAu(t-2) der Konzentration des Dicyanoaurats(l) überschreitet. Ist dies der Fall so erfolgt ein Rücksprung zum Verfahrensschritt 51. Sollten jedoch auch diese beiden Konzentrationen CAu(t), CAu(t-2) gleich sein, so wird das Verfahren beendet 56.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden nach seinem Start 50 zwei parallel ablaufende Verfahrenspfade gestartet. Zum einen erfolgt ein Eindosieren 51 des Ozon-/Sauerstoffgemischs in den Behälter 10. Anschließend wird mittels des Cyanid-Sensors 15 eine Messung der Cyanidionenkonzentration CCNW in der Lösung 21 durchgeführt. Wenn ein Vergleich 62 dieser gemessenen Cyanidionenkonzentration CCNW mit einem im elektronischen Steuergerät 40 hinterlegten Maximalwert ccN(max), welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,01 Gew.-% beträgt, ergibt, dass sie noch unter dem Maximalwert ccN(max) liegt, so wird die Eindosierung von Ozon und Sauerstoff im Schritt 51 fortgesetzt. Anderenfalls wird in einem Schritt 63 der Ozonisator 32 vom elektronischen Steuergerät 40 so angesteuert, dass die Erzeugung von Ozon gestoppt wird und durch den ersten Einlass 31 nur noch Sauerstoff in den Behälter 10 eingeleitet wird. Nach einer erneuten Messung 61 der Cyanidionenkonzentration cci\i(t+l) zum nächsten Zeitpunkt erfolgt eine Prüfung 64, ob der Quotient der Cyanidionenkonzentration cci\i(t+l) zum Zeitpunkt t+1 geteilt durch die Cyanidionenkonzentration CCNW zum Zeitpunkt t einen im elektronischen Steuergerät 40 hinterlegten Quotientenschwellenwert Q, der vorliegend 0,9 beträgt, überschreitet. Ist dies der Fall, so wird die Eindosierung 63 von reinem Sauerstoff fortgesetzt. Anderenfalls erfolgt ein Rücksprung in den Schritt 51 und der Ozonisator 32 wird so angesteuert, dass er nun wieder ein Gemisch aus Ozon und Sauerstoff in den Behälter 10 einleitet. Während kein Ozon, sondern nur Sauerstoff eingeleitet wird, erfolgt die Oxidation von metallischem Gold nicht gemäß Formel 2, sondern gemäß Formel 3:

4 Au + 0 ₂ + 8 CN“ + 2 H ₂ 0 - > 4 [Au(CN) ₂ ]“ + 4 OH“ (Formel 3)

Im zweiten Verfahrenspfad erfolgt ein Messen 52 der Konzentration CAu(t) des Dicyanoaurats(l) in der Lösung 21. Dies wird so oft wiederholt bis eine Prüfung 53 ergibt, dass der aktuelle Wert CAu(t) der Konzentration des Dicyanoaurats(l) gleich dem unmittelbar zuvor gemessenen Wert CAu(t-l) ist. Tritt dieses Ereignis ein, so wird der weitere Verfahrensablauf in diesem Verfahrenspfad für einen im elektronischem Steuergerät 40 hinterlegten Zeitraum, der vorliegend eine Minute beträgt, unterbrochen 57. Dann erfolgt eine Messung 52 eines neuen Wertes der Konzentration CAu(t+l) der Konzentration des Dicyanoaurats(l). Ergibt eine weitere Prüfung 53, dass diese Konzentration CAu(t+l) dem vorletzten Konzentrationswert CAu(t-l) entspricht, so wird das Verfahren beendet 56.

In einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, dessen Ablauf in Figur 4 dargestellt ist, ist ein ähnlicher Verfahrensablauf wie im zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Nach dem Start 50 des Verfahrens erfolgt der Ablauf im zweiten Verfahrenspfad mit den aufeinanderfolgenden Schritten 52, 53, 57, 52, 53, 56, wie im zweiten Ausführungsbeispiel. Im ersten Verfahrenspfad 51 wird wie im zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Einleiten 51 eines Gemischs aus Ozon und Sauerstoff begonnen. Nachdem ein im elektronischen Steuergerät 40 hinterlegter Zeitraum von vorliegend fünf Minuten abgelaufen ist 65, erfolgt das Umschalten des Ozonisators 32 auf ein Einleiten reinen Sauerstoffs 63.

Dann wird derselbe Zeitraum abgewartet 65 bis wieder auf die Produktion eines Ozon-/Sauerstoffgemischs umgeschaltet wird 51.

Cyanidionen werden als Nebenreaktion von Ozon gemäß Formel 4 zu Cyanationen oxidiert:

CN“ + 0 ₃ - > CNO“ + 0 ₂ (Formel 4)

Diese reagieren mit Ozon gemäß Formel 5 zu Ammoniak: CNO“ + O ₃ + 2 H ₂ O - > NH ₃ + HCO ₃ + O ₂ (Formel 5)

Das Ammoniak steht in einem vom pH-Wert der Lösung 21 abhängigen Gleichgewicht mit durch Protonierung entstanden Ammoniumionen.

In einem vierten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, das in Figur 5 dargestellt ist, erfolgt nach der ersten Einleitung 51 eines Gemischs von Ozon und Sauerstoff in den Behälter 10, eine Messung 71 der Konzentration CNHS+NFUW von Ammoniak und Ammoniumionen in der Lösung 21 mittels des Ammoniak/Ammonium-Sensors 16. Wenn eine Prüfung 72 ergibt, dass diese größer ist als ein im elektronischen Steuergerät 40 hinterlegter Minimalwert CNH3+NH4(min), der vorliegend 0 beträgt so wird das Verfahren mit einer weiteren Einleitung 51 fortgesetzt. Anderenfalls erfolgt ein Einleiten 54 von Natronlauge und von Cyanessigsäure aus der Nitril-Quelle 36 in den Behälter 10. Nach einem Warten 73 für einen im elektronischen Steuergerät 40 hinterlegten Zeitraum, der vorliegend eine Minute beträgt, erfolgt ein Messen 71 des nächsten Werts der Ammoniak- und Ammoniumionenkonzentration CNH3+NH4(t+l). Ergibt ein weiterer Vergleich 74, dass dieser neue Messwert CNH3+NH4(t+l) größer als der Minimalwert CNH3+NH4(min) ist, so erfolgt ein Rücksprung zum Verfahrensschritt 51. Anderenfalls wird das Verfahren beendet.

Das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel des Verfahrens können auch in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung durchgeführt werden, welche sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass sie keinen Cyanid-Sensor 15 aufweist.