CC BY
193
УДК 35.07 (075.3)
Секисов Артур Геннадьевич Artur Sekisov
Лавров Александр Юрьевич Alexandr Lavrov
Петухов Александр Александрович Alexandr Petuhov
Шевченко Юрий Степанович Iuri Schevchenko
Конарева Татьяна Геннадиевна Tatiana Konareva
Манзырев Дмитрий Владимирович Dmitri Manzirev
ГЕОТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО И «ТОНКОГО» ЗОЛОТА ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ
GEOTECHNOLOGY OF EXTRACTING DISPERSED AND «THIN» GOLD FROM INDUSTRIAL MINERALS OF ZABAIKALSKY KRAI
Рассмотрены комбинированные процессы фотоэлектрохимического выщелачивания «тонкого» и дисперсного золота из техногенных образований Забайкальского края. Определены перспективы использования для переработки лежалых и текущих хвостов флотации инновационных процессов фотоэлектрохимичес-кого синтеза окислителей в растворах, используемых при агломерации материала перед выщелачиванием, сочетания диффузионно-пенетрационного и фильтрационного режимов выщелачивания металлов из окисленной минеральной массы
Ключевые слова: фотоэлектрохимическое выщелачивание, «тонкое» и дисперсное золото, техногенные образования
Combined processes of photo-electrochemical fine-grained and dispersed gold leaching of technogenic formations of Zabaikalsky Krai are considered in the article. Innovation processes usage potential of photo-electrochemical oxidizing agents’ syntheses in solutions applied for mineral agglomeration before leaching, and combination of diffusion-percolation and filtration metals leaching modes for oxidized minerals are defined
Key words: photo-electrochemical leaching, fine-grained and disperse gold, technogenic formations
За более чем столетнюю историю освоения рудных и россыпных месторождений Забайкалья в крае накоплены значительные (более 100 млн т) количества техногенных образований-отвалов и хвостов обогащения, которые в настоящее время могут рассматриваться как источники промышленного получения золота [4; 9]. Основным условием их эффективного освоения при этом остается разработка технологий извлечения так называемого «тонкого» и дисперсного золота.
В целом можно выделить следующие разновидности форм нахождения золота в минеральном веществе техногенных образований [2; 5].
1. Свободное золото:
1.1) «тонкое» или мелкое золото размером частиц менее 0,2 мм, не извлеченное в результате малой абсолютной массы при гравитационном обогащении;
1.2) золото в «рубашке» (покрытое окислами и гидроокислами железа, марганца и сульфидами свинца, висмута, ртути) и «пористое» золото, не извлеченное вследствие меньшей плотности, а следовательно, слабой гравиконтрастности;
1.3) мелкочешуйчатое, «плавающее» золото, потерянное из-за высокой удельной поверхности при гравитационном разделении.
2. «Связанное» золото, включенное в кристаллическую решетку минералов-носителей:
2.1) тонкое (с размером порядка десятых долей микрона — первые микроны);
2.2) дисперсное золото (с размерами нанометры — десятки нанометров).
Включения дисперсного золота ввиду своей малой ( относительно размеров вмещающих кристаллов минералов-носителей) величины являются наиболее сложно извлекаемыми. Причем выбор технологии
подготовки содержащей его минеральной массы к выщелачиванию и собственно выщелачивания определяется не только его размерностью, но и элементным составом минералов-концентраторов. Для извлечения дисперсного золота из сульфидно-арсе-нидных, сульфосолевых (сульфосольных) матриц и магнетита необходимо осуществлять их предварительное окисление, для кварц-полевошпатовых и других алюмоси-ликатных матриц — повышение микротрещиноватости и пористости.
Для первого типа минеральных матриц с дисперсным золотом нами разработана технология выщелачивания, реализуемая в кучном, кюветном и скважинном вариантах, основанная на фотоэлектрохимическом синтезе в выщелачивающих растворах активных ион-радикальных кластеров [1; 6].
Теоретической основой этих технологий является модель активных ион-ради-кальных кластеров, суть которой заключается в рассмотрении гидратационных процессов как результата взаимодействия образующихся при диссоциации ионов водорода протонов и метастабильных анионов водорода (Н- в составе гидроксил-ионради-калов ОН*-, подвергающейся вторичной диссоциации ОН*- - О*+Н- ) с составными частями молекул реагента. Например, в растворе цианида натрия, насыщенного дополнительно кислородом, группа СМ и натрий при гидролизе образуют аквакомплекс с «затравочными» центрами — синильной кислотой и гидроксидом натрия — НСМ*Ма0Н*пН20*02. Внутри этого комплекса за счет образующихся при гидролитических процессах протонов и кислородсодержащих клатратов, а соответственно, метастабильных ион-радикалов ОН*- , формирующих при вторичной диссоциации метастабильные анионы водорода Н-, на
короткое время (порядка 10-12 с и менее ) могут возникать плазмообразные области, представленные метастабильной группой Н+*Н-О*пН20. Причем, благодаря окислительным свойствам кислорода, в таких областях происходит достаточно быстрая деионизация водорода с появлением мета-стабильных активных нейтральных атомов водорода и образование при взаимодействии их с атомом кислорода новой молекулы воды. Однако за время пребывания в плазмообразном состоянии такая активная область метастабильного комплекса интенсифицирует взаимодействия между входящими в его состав, а также пространственно и энергетически связанными с ним ионами и атомами других компонентов раствора и твердой фазы.
Видимо, благодаря такому сочетанию свойств атомов водорода и кислорода, вода является практически универсальным растворителем, а процессы гидратации, в соответствии с представлениями Д.И. Менделеева, можно рассматривать как химические взаимодействия. Чтобы существенно ускорить процесс растворения, в воде должны присутствовать также и такие элементы и их соединения, которые активно, но не «жестко» взаимодействуют с водородом (галогены, циановая, тиосульфатная группа и т.д.). В свою очередь активность ионов водорода можно повысить за счет наличия в воде сверхстехиометрического кислорода, особенно его активных форм-озона и атомарной.
Наиболее легко повысить энергию атомов кислорода, водорода, соответственно, других компонентов раствора, участвующих в процессе выщелачивания: цианидов щелочных металлов или галогенов (особенно хлора), применяя для этих целей электрообработку растворов, в частности, произвести их электролиз, облучение, например, ультрафиолетовым светом или ввести в раствор соединения, в которых кислород уже имеет достаточно высокий уровень энергии, полученной в ходе реакций их образования.
Экспериментальное подтверждение такого подхода к активации выщелачивающих растворов получено при геолого-
технологическом тестировании упорных руд и техногенного сырья многих объектов Забайкальского края. Наиболее сложным как по вещественному составу, так и по многообразию форм нахождения в них дисперсного золота являются руды и хвосты их флотационного обогащения Дарасунского рудного поля (в первую очередь Дарасунс-кого, Теремкинского и Талатуйского месторождений).
При сравнительно небольшой (до 170 тыс. т/год) мощности Дарасунской фабрикой за десятилетия эксплуатации накоплен огромный объем (около 2 млн м3) хвостов переработки сложных по минеральному и элементному составам руд, добываемых подземным, а в последние 5 лет открытым способом [7; 8 ].
В хвостах Дарасунской ОФ установлены относительно высокие содержания золота и серебра, меди, мышьяка, свинца и цинка, 0,36 и 1,18 г/т, 0,013, 0,07, 0,005 и 0,01 % соответственно (по нашим данным, полученным по результатам опробования минеральной массы верхней и срединной части хвостохранилища и учитывая характер распределения металлов в вертикальном разрезе, содержания золота и серебра являются более высокими — порядка соответственно 0,58 и 1,3 г/т ). Таким образом, принимая во внимание объем и остаточные содержания драгоценных металлов, высокий уровень цен на них, можно говорить
о том, что Дарасунское хвостохранилище является техногенным комплексным минеральным образованием.
Основная сложность переработки лежалых хвостов этого объекта заключается в: 1 ) их вещественном составе ( относительно высокие остаточные количества халькопирита, арсенопирита, пирита); 2) преимущественно дисперсных формах нахождении золота в матрицах этих минералах, а также кварцаж; 3) гипергенных преобразованиях минеральной массы и перераспределении золота под воздействием различных природно-климатических факторов. Поэтому для эффективного до-извлечения из Дарасунских хвостов золота и серебра необходимо использование
нестандартных технологических решений. На основе рассмотренной модели ион-ра-дикальных кластеров, формируемых в водном растворе реагентов при его комбинированной фотоэлектрохимической обработке [6], авторами разработана технология активационного кучно-кюветного выщелачивания.
Технология включает следующие процессы: агломерацию хвостов с использованием для их пропитки активного концентрированного раствора, полученного в фотоэлектрохимическом реакторе, выдерживание агломерированного материала в кювете ( траншее) с гидроизолированным днищем и бортами в течение 2...4 сут, подачу в кювету «накислороженной» или пробарботированной воздухом воды, до соотношения Ж: Т= 0.8:1, перемешивание полученной пульпы в течение 1 ч, ввод в пульпу ионообменной смолы или активированного угля, подготовленной в активном растворе (бифункциональный анионит типа А-100), и перекачка выщелоченной пульпы из кюветы в место вторичного хранения или для изготовления закладки с отделением насыщенной смолы (угля) на сетчатом барабанном грохоте.
Ключевым процессом технологии является агломерация (окомкование) хвостов с использованием для их пропитки активного концентрированного раствора, содержащего полиреагентный комплекс, обеспечивающий окисление сульфидно-арсенидных матриц, формирование квазижидких участков в кварц-халцедоновых матрицах и, соответственно, возможность интенсивного проникновения в них комплексообразова-теля, т.е. выщелачивания в диффузионном режиме заключенных в них «тонких» включений и дисперсных форм драгоценных металлов на первом этапе. Раствор готовится в фотоэлектрохимическом реакторе ( рис. 1) , в котором реализуется комплекс электрохимических процессов, приводящих к появлению в водной фазе двухатомарного кислорода и водорода, метастабильной перекиси водорода ионов натрия и некоторых других элементов и их соединений, а также последующих фотохимических и фотоэлек-
трохимических процессов, в ходе которых синтезируется озон, перекись водорода, фомируются гидроксил радикалы и активные ион-радикальные комплексы. После этого в раствор добавляется цианид натрия.
Эксперименты по выщелачиванию этими растворами золота и серебра проведены совместно с Ю.И. Рубцовым на пробах хвостов обогащения, отобранных на Дарасунском хвостохранилище.
В три навески хвостов обогащения Дарасунской ОФ, массой по 3 кг добавлялись по 3 г СаО (негашеной извести), по 15 г портладцемента и по 3,6 г МаСМ. После этого данные пробы подвергались агломерации (окомкованию) при смешивании их с активированными цианидными растворами. Затем пробы засыпались в специальные пластиковые колонны и выдерживались в них в течение нескольких суток. При этом в агломерированной минеральной массе осуществлялось выщелачивание в диффузионном режиме в течение 48.96 ч. При этом для контрольной пробы в качестве добавки использовалась накислороженная вода (Н2О+О2, 250 мл, рН = 7,0), для второй и третьей — активные растворы, полученные в фотоэлектрохимическом реакторе с добавлением соответственно недорогостоящих компонентов № 2 и № 3.
После выстаивания ( первоначально в течение 2 сут) агломерированного материала осуществлялся выпуск раствора из колонн посредством добавления в них на-кислороженной воды каждые последующие сутки. Жидкие пробы передавались в лаборатории ЗабНИИ и ЛИЦИМС для проведения анализа их на содержание золота (см. рис. 1).
По окончании 2 сут из каждой колонны взяты пробы по 100 мл полученного раствора-концентрата для анализа на содержание золота (табл. 1).
После этого в колонны каждые последующие сутки добавлялась накислорожен-ная вода, для прослеживания динамики изменения насыщенности растворов. Отбираемые жидкие и твердые пробы передавались на анализ в ОАО Лицимс.
Рис. 1. Фотоэлектрохимический реактор
Таблица 1
Результаты количественного анализа технологических растворов опытных проб первого выпуска
Номер пробы и ее характеристика Аи, мг/л
1 - навеска + накислороженная вода 0,03
2 - навеска + активированный цианидный раствор № 2 0,07
3 - навеска + активированный цианидный раствор № 3 22,69
Примечание. Атомно-абсорбционный анализ, ОАО Лабораторно-исследовательский центр по изучению минерального сырья (ОАО «ЗабНИИ»)
Технические этапы эксперимента включали: 1 — подготовку трех навесок руды по 3 кг; 2 — ввод последовательно 3 г CaO (негашёной извести), 15 г портландцемента и 3,6 г NaCN (натрия цианид); 3 — добавление в I пробу смеси 250 мл накисло-роженной воды (H2O + О2) (pH-7,0) (по
Ю.И. Рубцову), окомкование и загрузка в
I колонну; 4 — во II и III пробы ввод по 250 мл приготовленных в фотоэлектрохими-ческом реакторе растворов № 2 и № 3 ( с рН-7,0) — (запатентовано в США и РФ). Далее процесс проходил согласно табл. 2.
Таблица 2
Технический регламент эксперимента
Дата I колонна (пробы за № 1) II колонна (пробы за № 2) III колонна (пробы за № 3)
12.05.2011 г. Загрузка в 16 ч 30 мин Выстаивание в течение 2 сут - -
14.05.2011 г. Отбор пробы. Добавление 250 мл накислороженной воды. Нет сопровождающих признаков - -
15.05.2011 г. Добавление 250 мл накислороженной воды. Нет сопр. признаков Загрузка в 16 ч 30 мин (замечен эффект гидрофобизации) Загрузка в 17 ч 00 мин (замечен эффект гидрофобизации)
16.05.2011 г. Добавление 250 мл накисло-роженной воды. Вода уходит очень медленно. Внешних эффектов нет Ввод 250 мл фэ раствора (рН-7,0). Р-р впитывается быстро Добавление 250 мл приготовленного раствора (рН-7,0). Вода уходит очень быстро
17.05.2011 г. Появление в отстойнике примерно 100 мл жидкости. (рН-10) Цвет - жёлтый. Добавление 250 мл накислороженной воды. Вода также уходит очень медленно В отстойнике р-ра нет. Ввод 250 мл приготовленного раствора (рН-7,0). Р-р уходит очень быстро Появление в отстойнике примерно 50 мл жидкости (рН-10). Цвет - прозрачный. Добавление 250 мл приготовленного раствора (рН-7,0). Вода уходит очень быстро
18.05.2011 г. В отстойнике примерно 370 мл жидкости (рН-10). Цвет -жёлтый. 100 мл жидкости на анализ. Добавление 250 мл накислороженной воды В отстойнике примерно 220 мл жидкости (рН-10). Цвет - прозрачный. Отбор 100 мл жидкости на анализ. Ввод 250 мл накислороженной воды В отстойнике примерно 280 мл жидкости (рН-10). Цвет -прозрачный. 100 мл жидкости на анализ. Добавление 250 мл накислороженной воды
19.05.2011 г. В отстойнике примерно 230 мл жидкости (рН-10). Цвет - светло-жёлтый. Добавление 250 мл накислороженной воды В отстойнике примерно 220 мл жидкости (рН-10). Цвет -прозрачный. Добавление 250 мл накислороженной воды В отстойнике примерно 240 мл жидкости (рН-10). Цвет - прозрачный. Добавление 250 мл на-кислороженной воды
Предлагаемая технологическая схема обеспечивает достаточно высокие показатели извлечения золота (табл. 3).
Таблица 3
Результаты количественного анализа экспериментальных проб, мг/л
№ п/п Номер проб Au Ag
1 1-19.05.11 <0,20 <0,05
2 2-19.05.11 0,36 <0,05
3 3-19.05.11 5,10 0,77
4 1-20.05.11 <0,20 <0,05
Окончание табл. 3
№ п/п Номер проб Аи Ад
5 2-20.05.11 <0,20 <0,05
6 3-20.05.11 0,71 0,08
7 1-23.05.11 <0,20 <0,05
8 2-23.05.11 <0,20 <0,05
9 3-23.05.11 0,20 <0,05
Примечание. Пробы № 1 контрольные (накислороженный цианидный раствор после выпуска из колонны): № 2 — пробы рабочих растворов с компонентом № 2, № 3 — с компонентом № 3 после выпуска из колонны
При переработке методом кюветного или чанового выщелачивания пульп, содержащих значительное количество глинистых минералов и углистое вещество, характерны процессы сорбционного переосаждения на них растворенных металлов, что обуславливает не только потери последних, но и загрязнение ими окружающей среды. Авторами предлагается осуществлять десорбцию металлов с природных минералов-сорбентов и переосаждение их на иониты в электрических полях соответствующих параметров. В первом случае в межэлек-тродном пространстве, во втором — в зоне катодной поляризации.
Данная идея первоначально апробирована в лабораторных условиях в двухкамерном аппарате емкостью 30 л. В первой камере электросорбера осуществлялась электродесорбция комплексных циансодержащих анионов ряда благородных и цветных металлов с поверхности минералов сорбентов. Во второй камере происходила электросорбция этих металлосодержащих анионных комплексов на анионит типа АМ-2Б в прикатодных зонах. Извлечение металлов из хвостовых пульп составило до 70 %.
В техногенных образованиях Забайкалья, сформированных при разработке
россыпных месторождений, мелкое и плавающее золото в основном теряется при промывке с хвостами основного обогащения песков, в то время как золото в «рубашке» и дисперсное золото теряются при доводке гравиконцентратов на ШОУ [3; 10]. Поэтому производить разделение материала эфельных отвалов необходимо не только по абсолютному содержанию золота, но и по соотношению его форм, определяющему выбор схем обогащения.
Часть мелкого золота (размерами
0,2.0,3 мм) может быть доизвлечена за счет известных методов формирования «постели» из магнетита на шлюзах, оборудованных магнитами, и использованием элек-тродов-завихрителей, устанавливаемых на поверхности рифлей и в межрифельном пространстве (на рис. 2 представлен данный шлюз). Тонкое золото (0,02...0,05 мм) за счет сил адгезии или сорбционного эффекта (при дозированном впрыске реагентов-собирателей) притормаживается на поверхности пузырьков электролитического водорода и оседает в области гидравлической тени или, наоборот, всплывает вместе с пузырьком в восходящих вихревых потоках.
Рис. 2. Испытания опытного шлюза
«Плавающее» золото может быть извлечено при отделении пенного продукта или при использовании контрольной фильтрации слива гидроциклона через фильтры с тонкозернистым наполнителем и последующей обработке фильтрующей среды выщелачивающим раствором.
Таким образом, предлагаемая конс трукция шлюза может обеспечить доизвле чение всех форм потерянного ранее «сво бодного» золота.
Литература
1. Патент 2350665 РФ, МПК С 22 В 3/18. Способ кюветно-кучного выщелачивания металлов из минеральной массы / А.Г. Секисов и др. Патентообладатель Заб горн. Колледж. — № 2007118333/03; заявл. 16.05.2007, опубл. 27.03.2009. Бюлл. № 9. — 4 с.
2. Петровская Н.В. Самородное золото. — М.: Наука, 1973. — 347 с.
3. Рыбакова О.И., Шевченко Ю.С. Извлечение тонкого золота из россыпей и отвальных продуктов. — Чита: ЧитГТУ, 2003. — 188 с.
4. Секисов Г.В. Техногенные месторождения полезных ископаемых и основные аспекты их формирования. — М.: ИПКОН, 1988.
5. Секисов А.Г., Зыков Н.В., Королев В.С. Дисперсное золото. Геологический и технологический аспекты. — Чита: ЧитГУ, 2007. — 270 с.
6. Секисов А.Г., Трубачев А.И., Салихов В.С., Лавров А.Ю., Манзырев Д.В., Шеченко Ю.С. Геолого-технологическая оценка и новые геотехнологии освоения природного и техногенного зо-
лотосодержащего сырья Восточного Забайкалья. — Чита: ЗабГУ, 2011.
7. Тимофеевский Д.А. Геология и минералогия Дарасунского золоторудного района. — М.: Недра, 1972. — 260 с.
8. Харитонов Ю.Ф., Васильков В.Г. Создать кадастр скоплений горнорудных предприятий Читинской области. Отчет по теме № 256 за 1996-1998 гг. Кн. 5. — Чита: ЗабНИИ, 1998. — 218 с.
9. Шевченко Ю.С., Рыбакова О.И., Сарванов А.А. Золотодобывающая промышленность Забайкальского края: состояние и ближайшие перспективы развития // ГИАБ. — 2010. — № 4. — С. 51-55.
10. Шевченко Ю.С. Технологическое опробование драг и промприборов АО «Прииск Ксеньев-ский» // Отчет о НИР. — Чита: ЧитПИ, 1995. — 80 с.
Коротко об авторах____________________________________________Briefly about the authors
Секисов А.Г., д-р техн. наук, зам. директора ИГД СО РАН по научной работе
Научные интересы: геотехнологии эксплуатации минерального сырья
Лавров А.Ю., канд. техн. наук, доцент, декан факультета экономики и управления, Забайкальский государственный университет (ЗабГУ)
Научные интересы: проблемы выщелачивания руд
Шевченко Ю. С., канд. техн. наук, доцент, Забайкальский государственный университет (ЗабГУ)
Научные интересы: геология, добыча и переработка минерального сырья
Манзырев Д.В., канд. геол.-мин. наук, зав. Геологическим научным центром ЗабГУ
Научные интересы: геология Забайкалья
Петухов А.А., аспирант, Забайкальский государственный университет (ЗабГУ)
Научные интересы: обогащение золота
Конарева Т. Г., аспирантка, Забайкальский государственный университет (ЗабГУ)
Научные интересы: выделение золота из упорных руд
A. Sekisov, doctor of technical sciences., deputy director Institute of mining Siberian department of Academy Sciences of Russia
Scientific interests: geo-technologies of mining materials exploitation
A. Lavrov, candidate of technical sciences, assistant professor, dean of Economy and Management department, Zabaikalsky State University Scientific interests: problems of ores leaching
I. Schevchenko, candidate of technical sciences, assistant professor, Zabaikalsky State University Scientific interests: geology, mining and processing of mineral raw materials
D. Manzirev, candidate of geological and mathematical sciences, head of Geology science centre, Zabaikal-sky State University
Scientific interests: geology of Zabaikalie
A. Petuhov, postgraduate student, Zabaikalsky State University
Scientific interests: gold concentration
T. Konareva, postgraduate student, Zabaikalsky State University
Scientific interests: isolation gold from stubborn ore
