CC BY
85
Ю.Н. Резник
Yu. Reznik
С.Н. Тимащенков
S. T^shchenkov
УДК 622.349.5
Е.Т. Воронов
E. Voronov
ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗРАБОТКИ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ ЗОЛОТОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ НА БАЗЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХЛОРИДНОЙ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИИ
GEOTECHNOLOGICAL METHOD OF MINING OF DEEP SEATED GRAVELS BY USING CHLORIDE HYDROMETALLURGY
В статье дано гидродинамическое и физико-химическое обоснование возможности геотех-нологического метода разработки глубокозале-гающих золотоносных россыпей на базе использования гидрохлоридной металлургии. Приведена технологическая схема подземного выщелачивания на россыпи Данду-Хангарук. Приведены результаты полупромышленных испытаний технологии подземного выщелачивания золота в старательской артели «Бальджа»
The article contains physical-chemical grounds of geo-technological method of deep-deposit gold-bearing placers mining on basis of chloride hydrometallurgy use. There is technological outline of underground leaching in placer Dandu-Khongoruk. There are results of pilot tests of gold underground leaching technology in prospecting cooperative «Baldja»
Ключевые слова: россыпные месторождения; подзем- Key words: placer deposits, underground leaching, techno-ное выщелачивание; технологическая схема; коэффи- logical outline, filtration coefficient, chlorine циент фильтрации; хлор
Одним из перспективных методов разработки золота, в том числе и погребенных россыпей, является геотехноло-гический, заключающийся в подземном выщелачивании золота теми или иными реагентами. В данном случае отпадает необходимость ведения дорогостоящих горно-подготовительных,
добычных и сопутствующих работ. Кроме того, земля не обезображивается карьерами, шахтами, отвалами пустой породы, хвостохрани-лищами. В гораздо меньшей степени, по сравнению с традиционными методами, при технологии ПВ загрязняются воздушный бассейн, почвы, растительность, поверхностные воды.
Люди избавляются от опасного тяжёлого труда под землёй. Обслуживающий персонал имеет комфортные условия труда, отвечающие требованиям времени [1-3].
В 2003 г. артель старателей «Бальджа» впервые в Забайкалье и России выполнила технологические испытания подземного выщелачивания россыпного золота. Испытания проводились на глубоко залегающей части россыпи Данду-Хангарук в Кыринском районе Забайкальского края.
Сущность метода скважинного подземного выщелачивания (ПВ) золота заключается в том, что через золотосодержащие пески пропускается технологический раствор, содержащий активный выщелачивающий агент. В качестве выщелачивающего реагента могут быть использованы цианиды, хлор и другие вещества. С учетом фактора экологической безопасности водоносных горизонтов для приготовления выщелачивающих рабочих растворов был выбран хлор.
В химическом отношении хлор очень активен и по окислительной способности уступает лишь фтору. При взаимодействии с водой протекает обратимая реакция гидролиза хлора с образованием соляной и хлорноватистой кислот
С12 + Н2О « НС1 + НС10.
Получающаяся хлорноватистая кислота очень нестойкая и в водном растворе легко распадается на соляную кислоту и кислород. Однако по окислительной способности она является очень активной. Окислительный потенциал хлорноватистой кислоты 1,63 В, что в конечном итоге является причиной растворения золота в хлорных растворах.
Реакция взаимодействия золота с хлорноватистой кислотой имеет следующий вид:
2Аи + 8НС10 = 2НДыС!4 + 3 Н2О + 50.
В результате образуется тетрахлороау-рат водорода или золотохлористоводородная кислота.
Для устойчивого нахождения молекул золотохлористоводородной кислоты в водном растворе необходимо, чтобы окислительный
потенциал (ЕЙ) системы составлял не менее 1100 мВ, а значения рН не превышали 3,5.
В рамках подготовки полупромышленных испытаний были проведены лабораторные опыты по извлечению золота из пород россыпи Данду-Хангарук методом хлоридного выщелачивания. С этой целью была отобрана технологическая проба массой 234 кг из технологической скважины. Исследования велись как в статическом, так и в динамическом режиме (модельная фильтрация технологических растворов через фильтрационные колонны с исследуемым материалом). Породы, испытываемые в процессе опытов, прошли определенную подготовку: высушивание, измельчение и фракционирование на ситах. В лаборатории испытано 3 режима выщелачивания: прямое выщелачивание, выщелачивание с окислителем (соляная, серная или азотная кислота) и выщелачивание с комплексообра-зователем. По комплексу результатов (степень извлечения золота, скорость растворения, стоимость реагентов) для технологических испытаний была выбрана технология подкисле-ния соляной кислотой. Лабораторные исследования завершены опытами по сорбции золота из растворов. В качестве сорбента выбран уголь АГ-3. Уголь подвергался озолению, а зола - плавке на сплав Доре.
В процессе лабораторных исследований установлено, что степень перевода золота в раствор достигает 78 %, степень извлечения золота из раствора на сорбент 98 %. Положительные результаты лабораторных опытов послужили основанием по продолжению исследований и подготовке производственных технологических испытаний.
Основной задачей опытно-промышленных испытаний являлась отработка технологии подземного выщелачивания золота в условиях Забайкалья и разработка технологического регламента для его внедрения на других перспективных месторождениях.
Технологический процесс извлечения золота на основе ПВ включает следующие операции:
- закисление продуктивного горизонта; - осветление продуктивных растворов от
- приготовление и подача выщелачива- механических примесей;
ющего раствора в продуктивную зону; - извлечение золота из продуктивных
- управление движением раствора в не- растворов.
драх; Принципиальная технологическая схема
- подъем продуктивных растворов на ПВ представлена на рис. 1. поверхность;
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема подземного выщелачивания на россыпи Данду-Хангарук
На стадии проектирования для опытных работ на россыпи Данду-Хангарук была выбрана и обоснована скважинная рядная система отработки опытного блока площадью 5000 м2. На первом этапе исследования все испытания проводились на опытной ячейке, состоящей из пяти технологических и 21-й наблюдательной скважины.
Принципиальная схема размещения технологических скважин представлена на рис.
2.
Технологические скважины располагались в виде квадрата, конвертом, с откачной скважиной в центре технологической ячейки и закачными по углам. Такое расположение технологических скважин позволяет максимально
полно извлекать продуктивный раствор из горных пород, не допуская его растекания за пределы ячейки. При этом объем закачки и откачки растворов регулируется так, чтобы производительность откачной скважины на несколько процентов превышала суммарную производительность закачных скважин или была им равной. Данное обстоятельство диктуется требованиями экологической безопасности, не допускающими растекания растворов за пределы ячейки, а также исключает потерю продуктивных растворов, содержащих полезные компоненты.
Опытный полигон был представлен водонасыщенными отвалами дражных отработок (пески и супеси с гравием и галькой), содержащих в непромышленных концентрациях золото. Техногенный слой подстилается суглинками мощностью 3...4 м. Нижняя (продуктивная) часть разреза (9,5.14,5 м) представлена золотоносными песками (супеси, местами суг-
линки со щебнем и гравием) с содержанием россыпного золота 1.8 г/т. Максимальные содержания золота характерны для приплоти-ковой части и плотика. Продуктивный горизонт подстилается элювиальным щебнем с суглинистым заполнителем и трещиноватыми кристаллическими сланцами, залегающими с глубины 14.14,5 м и содержащими напорные воды. Все технологические и наблюдательные скважины в интервале продуктивного горизонта обустроены трубчатыми щелевыми фильтрами с гравийной обсыпкой в интервале 9,5.14 м. Расстояние между скважинами, образующими технологическую ячейку - около 3 м.
Специальные гидрогеологические исследования позволили определить все необходимые параметры управления движением растворов в продуктивной зоне, обеспечивающие оптимальные условия работы опытной ячейки.
. --депрессионная кривая
Рис. 2. Схема технологической ячейки подземного выщелачивания
россыпного золота
По результатам лабораторно-технологических исследований укрупненной пробы было установлено, что предварительное за-кисление продуктивного горизонта позволяет уменьшить затраты хлора на выщелачивание и уменьшает потери золота за счет уменьшения концентрации металлов восстановителей и концентрации сульфид ионов, осаждающих золото в виде металла, а также увеличивает степень извлечения и снижает Ж/Т периода активного выщелачивания на 20.25 %. Понижение рН среды также способствует увеличению окислительной способности выщелачивающего раствора хлора, что позволяет при меньших концентрациях последнего увеличить скорость растворения золота в хлорной воде.
Закисление продуктивного горизонта проводилось раствором соляной кислоты. Рабочий раствор готовили разбавлением соляной кислоты (ГОСТ 857-88, марка Б, плотность
- 1,19 г/см3, массовая доля основного вещества 36 %). Закисление продуктивного горизонта осуществлялось с наращиванием концентрации кислоты в рабочих растворах 0,5 г/л .1,5 г/л до понижения значений рН в откачных растворах менее 3,2.
Основные химические реакции взаимодействия растворов разбавленной соляной кислоты с минералами вмещающих пород имеют следующий вид:
1) реакция взаимодействия с минералами железа - магнетитом и гематитом
Ре2С>3 + 6НС1 = 2РеС!3 + 3Н20
РеО + 2НС! = РеС!2 + Н2О;
2) реакция взаимодействия с карбонатами кальция и магния
СаСОэ + 2НС! = СаС!2 + Н2О + СО2
МдСОэ + 2НС! = МдС!2 + Н2О + СО2;
3) реакция взаимодействия с оксидом алюминия
Д!2Оэ + 6НС! = 2 А! С!э + 3Н2О.
Реакции взаимодействия с сульфидными минералами: арсенопиритом, пиритом, галенитом, сфалеритом и киноварью
РЬБ + 2НС! = РЬС!2 +
ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S
HgS + 2HCl = HgCl2 + H2S.
На этапе закисления рабочий режим технологической ячейки был установлен с учетом сохранения нулевого баланса закачных и откачных растворов.
Дозирование соляной кислоты в закач-ные растворы осуществлялось объемным методом. Смешивание оборотных растворов с соляной кислотой происходило в отстойнике маточных растворов в среднем каждые четыре часа. При этом для приготовления растворов с концентрацией HCl 0,5 г/л на каждые 2 м3 откачных растворов доливалось 2334 мл HCl. Закачные растворы имели следующие показатели: концентрация HCl - 0,5 г/л; рН -1,80.2,10. Подземные воды в откачной скважине в исходном состоянии имели значение рН = 7,77.
Откачка растворов из скважин производилась при помощи эрлифта, диаметр водоподъемных труб - 40 мм, диаметр воздухоподающих труб - 18 мм. Глубина установки эрлифта - 15,30 м, начальный статический уровень подземных вод в скважине 1,52 м (с учетом высоты оголовка 0,3 м), средний динамический уровень 8,70.8,80 м. Для выработки сжатого воздуха использовался компрессор типа СО-7Б с номинальным давлением 0,6 МПа и производительностью 30 м3 воздуха в час. Среднее рабочее давление при откачке из скважин составляло 0,12 МПа. После откачки растворы поступали в отстойник продуктивных растворов, где происходило их накопление. По мере расходования закачных растворов в маточном отстойнике продуктивные растворы насосом подавались в маточный отстойник, где происходило доукрепление их соляной кислотой.
На этапе активного выщелачивания золота применялся рабочий раствор хлора. Активный хлор (Cl2) подавался в скважины в виде водного раствора в концентрации 1.2 г/л. Учитывая высокую агрессивную способность хлора, все фильтровые скважины, технологи-
ческие трубопроводы изготавливались из полиэтилена, технологические насосы, запорное оборудование - из пластмассы или нержавеющей стали.
На этапе активного выщелачивания рабочий режим технологической ячейки был установлен с учетом сохранения нулевого баланса закачных и откачных растворов. Общий дебит откачных скважин составлял 450.520 л/ч, расход растворов в закачные скважины установлен в среднем 80.110 л/ч на каждую скважину.
В процессе фильтрации технологических растворов установлен перевод золота в раствор, что доказано соответствующими анализами. Продуктивные растворы подавались на сорбционные колонны СК-1 и СК-2, загруженные активированным углем общей массой 59,4 кг. Необходимость применения двух колонн обусловлена тем, что производительность и сорбционная емкость угля в ней в процессе испытаний уменьшилась за счет частичной кольматации, вызванной сравнительно высоким содержанием взвешенных частиц в растворе, наличием посторонних примесей (медь, цинк, железо, алюминий, кобальт, мышьяк и т.д).
Производственные испытания проводились в течение 18 суток, общий объем переработанных растворов составил 120380 л. Среднее содержание золота в отстойнике технологических растворов составило 0,070 г/л. При этом среднее содержание золота в угле достигало 84,38 г/т.
На основании выполненных лабораторных и производственных исследований можно сделать следующие предварительные выводы.
1. Благоприятными участками для ПВ являются погребенные россыпи, представленные водоносными песками и залегающие на непроницаемых или слабопроницаемых коренных породах горных долин. Сравнительно благоприятными являются геолого-гидрогеоло-гические условия, характерные для долин низ-когорья с комплексом сравнительно высоко проницаемых пород в днищах.
Условно благоприятными являются низ-
когорные, равнинные и слабохолмистые участки, с развитием в днищах долин преимущественно глинистых пород. Тем не менее, несмотря на сравнительно невысокие фильтрационные свойства вмещающих золотоносных пород, организация фильтрации выщелачивающих растворов в них возможна, однако при сравнительно высоких градиентах давления.
2. Для интенсификации фильтрации технологических растворов необходим высокий перепад давлений между закачными и откач-ными скважинами. Для этого участка при расстоянии между скважинами в 3 м и необходимых градиентах давления около 5.6 перепад уровней между закачными и откачными скважинами должен составлять не менее 15 м. В ряде случаев необходимо искусственное создание давлений в закачных скважинах.
3. Следующим необходимым условием является исключение фильтрации рабочих растворов в коренные трещиноватые породы и их потери. Это возможно за счет тампонирования коренных пород. Однако отсутствие нижнего водоупора все же требует весьма тщательных наблюдений по режимной сети за возможной потерей технологических растворов.
Оценивая в целом перспективы внедрения метода подземного выщелачивания россыпного золота, отметим, что данная геотехнология может найти практическое применение на россыпных месторождениях с низким содержанием глины в продуктивных песках (т.е. с высокими фильтрационными свойствами) и низкой трещиноватостью подстилающих коренных пород.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аренс В.Ж. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых / В.Ж. Аренс. - М.: Недра, 1975. - 303 с.
2. Резник Ю.Н. Современные тенденции в переработке золотосодержащих руд и техногенных отходов / Ю.Н. Резник, Л.В. Шумилова, Ю.И. Рубцов. - Чита: ЧитГУ, 2007. - 280 с.
3. Овсейчук В.А. Геотехнологические методы добычи и переработки урановых и золото-
содержащих руд / В.А. Овсейчук, Ю.Н. Резник, В.П. Мязин. - Чита: ЧитГУ, 2005. - 315 с.
Коротко об авторах______________________________________________________________________Briefly about authors
Резник Юрий Николаевич, Заслуженный деятель науки, д-р техн. н., профессор, ректор Читинского государственного университета (ЧитГУ), bondar@chitau.ru
Научные интересы: минеральная подготовка при горнопромышленном освоении месторождений полезных ископаемых
Тимащенков Сергей Николаевич, главный инженер с/а «Бальджа», Timoos@yandex.ru
Научные интересы: изучение геологических условий залегания и разработка золотоносных россыпей в условиях южного Забайкалья
Воронов Евгений Тимофеевич, Заслуженный деятель науки, д-р техн. н., профессор, зав. кафедрой БЖД, Читинский государственный университет (ЧитГУ), bondar@chitau.ru
Научные интересы: повышение уровня промышленной и экологической безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых
Reznik Yury Nikolayevich, Honoured scientific worker, D. E., professor, Head of Chita State university, bondar@chitgu.ru
Scientific interests: mineral preparation during industrial and mining exploration of mineral deposits
Timashchenkov Sergey Nikolayevich, chief engineer of prospecting cooperative «Baldja», Timoos@yandex.ru
Scientific interests: studying of geological terms of bedding and mining of gold placers in conditions of south Transbaikalia
Voronov Eugeny Timopheyevich, Honoured scientific worker, D. E., professor, Head of Accident Prevention Department of ChitSU, bondar@chitgu.ru
Scientific interests: increasing of industrial and ecological safety during mineral deposits extraction
