Development of chloride-based processing of free-milling and refractory gold ores and concentrates

Abstract

Cyanide leaching has dominated gold hydrometallurgical processing for over 100 years. Cyanide has many techno-economic advantages: relatively low cost, high gold extraction, and selectivity for gold. However, its toxicity and recent environmental accidents as well as the limited ability to treat complex raw materials have increased the interest towards cyanide-free gold processing. Halides are one of the most promising alternatives for cyanide, and gold chlorination was industrially used already in the 1800s for gold recovery. The advantages of chloride leaching using copper(II) or iron(III) as oxidant are fast leaching kinetics and the possibility to process more complex raw materials. In this dissertation, chloride and chloride-bromide based processing of free-milling gold ore as well as refractory and double refractory gold concentrates was investigated. The work aimed at examining leaching phenomena such as preg-robbing, as well as developing mild chloride leaching processes for free-milling ores. In addition, a direct chloride leaching route for refractory gold concentrates was studied without separate pre-oxidation.

Gold chloride-bromide leaching was found to have a relatively strong tendency for preg-robbing, with 0.1% carbon content decreasing gold extraction from 92% to 30%. Further, a 5% carbon content decreased gold extraction to below 10%. Gold recovery onto activated carbon in chloride-bromide leaching (CICl, carbon in chloride leach) was found to be an efficient method for preventing preg-robbing, evidenced by an increase in gold extraction from 0% to 80% when using CICl.

The development of milder chloride leaching showed that only minor amounts of dissolved natural oxidants, 59 mg/L of copper and 1.5 g/L of iron, allowed 87% gold extraction at a chloride concentration of 100 g/L. The redox potential was 460 – 580 mV vs. Ag/AgCl and gold extraction was supported by simultaneous CICl. At even lower chloride concentration, ([Cl]aq,0 = 20 g/L), but higher oxidant concentration ([Cu]aq,0 = 18 g/L), 72% gold extraction could be achieved. These findings suggest that gold leaching can be enabled by lower redox potentials than those suggested by the state-of-the-art literature, and even at chloride levels similar to sea water.

Another process development focused on investigating simultaneous sulfide oxidation and gold dissolution from refractory gold concentrate by aggressive chloride-bromide leaching. The results confirmed that direct chloride-bromide leaching of pyrite and arsenopyrite is possible, with high gold extraction. Gold extraction of 81% was possible with 67% sulfide oxidation from refractory concentrate, whereas 67% gold extraction was achieved with 81% sulfide oxidation from double refractory concentrate. In the future, this direct processing route may provide alternatives to the state-of-the-art pressure oxidation, roasting, and bio-oxidation processes.

Syanidiliuotus on dominoinut kullan hydrometallurgista prosessointia yli 100 vuotta. Syanidilla on useita teknistaloudellisia hyötyjä; se on suhteellisen halpa kemikaali ja mahdollistaa korkean kullan saannon sekä selektiivisyyden liuotuksessa. Syanidikemikaalin myrkyllisyys, sen aiheuttamat ympäristövahingot ja rajalliset mahdollisuudet kompleksisten raaka-aineiden käsittelyssä ovat lisänneet kiinnostusta syanidivapaita kultaprosesseja kohtaan. Halidiliuotus on yksi lupaavimmista vaihtoehdoista syanidiprosessille, käytettiinhän klooria jo 1800-luvulla kullan talteenotossa teollisessa mittakaavassa. Kloridiliuotuksessa liuenneiden kupari(II)- tai rauta(III)kloridien käyttö hapettimena mahdollistaa nopean liuotuskinetiikan lisäksi kompleksisten raaka-aineiden käsittelyn. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin vapaata kultaa sisältävän helposti käsiteltävän kultamalmin kloridipohjaista liuotusta. Lisäksi työssä tutkittiin kloridibromidipohjaista liuotusta kahdelle erityyppiselle refraktoriselle kultarikasteelle. Työn tarkoituksena oli tutkia liuotusilmiötä, kuten kullan takaisinpelkistymistä lähtömateriaaliin sekä kehittää laimea kloridiliuotusprosessi helposti käsiteltävälle kultamalmille. Lisäksi työssä tutkittiin suoraliuotusta refraktorisille kultarikasteille ilman erillistä esihapetusta.

Kullalla havaittiin olevan melko voimakas taipumus takaisinpelkistymiseen kloridibromidiliuotuksessa. 0,1%:n hiilipitoisuus laski kullan saannon 92%:sta 30%:iin ja edelleen 5%:n hiilipitoisuus alle 10%:iin. Kloridibromidiliuotuksessa kullan talteenoton aktiivihiileen (CICl) havaittiin olevan tehokas menetelmä kullan takaisinpelkistymisen vähentämiseksi, ja näin kullan saanto pystyttiin nostamaan 0%:sta 80%:iin.

Laimean kloridiliuotuksen kehitystyö osoitti, että pieni määrä kultaraaka-aineesta liuennutta hapetinta, kuparia 59 mg/L ja rautaa 1,5 g/L, mahdollisti 87%:n kullan saannon 100 g/L:n kloridipitoisuudella, kun kulta samanaikaista otettiiin talteen aktiivihiileen. Redox-potentiaali oli tuolloin 460 – 580 mV vs. Ag/AgCl. Jopa alhaisemmalla kloridipitoisuudella ([Cl]aq,0 = 20 g/L), mutta korkeammalla hapettimen pitoisuudella ([Cu]aq,0 = 18 g/L), saavutettiin 72%:n kullan saanto. Tutkimuksessa nähtiin, että kullan liuotus on mahdollista alhaisemmalla redox-potentiaalilla kuin kirjallisuudessa on esitetty, jopa merivettä vastaavalla kloridipitoisuudella.

Lisäksi väitöskirjatutkimus kohdistui refraktoristen kultarikasteiden suoraliuotukseen eli samanaikaiseen sulfidimineraalien hapetukseen ja kullan liuotukseen. Tulokset vahvistivat, että pyriitin ja arsenopyriitin suoraliuotus on mahdollista aggressiivisella kloridibromiliuotuksella. Refraktorisesta rikasteesta saatiin 81% kullan saanto, kun 67% sulfideista hapetettiin. Toisesta hiilipitoisesta refraktorisesta rikasteesta saatiin kullasta liuotettua 67%, kun 81% sulfideista hapetettiin. Tulevaisuudessa tämä refraktoristen kultarikasteiden suoraliuotus voi tarjota vaihtoehdon käytössä oleville paineliuotus-, pasutus- ja biohapetusprosesseille.