CC BY
485
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Шумилова Л.В. УДК622.342.(575.1)
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД С ДИСПЕРСНЫМ ЗОЛОТОМ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УПОРНОСТИ
Масштабы промышленного использования и научных исследований в области обогащения полезных ископаемых непрерывно возрастают. В настоящее время потери ценных компонентов на стадии обогащения полезных ископаемых составляют 50-80% общих потерь в горно-металлургическом производстве. Комплекс процессов обогащения становится ключевым в решении важнейших горнотехнических проблем рационального использования минеральных ресурсов, создания малоотходных производств, разработки энергосберегающих технологий и др. Всё это приводит к необходимости искать новые пути интенсификации процессов извлечения ценных компонентов, в том числе золота из руд.
Развитие минерально-сырьевой базы золотодобывающей промышленности на современном этапе связано, главным образом, с масштабным вовлечением в разработку руд с рассеянными (дисперсными) формами нахождения золота в кристаллической решетке минералов-носителей.
Понятие «дисперсное золото» является одним из самых неопределенных в геологической и технологической теории и практике. Автор данной работы придерживается мнения большинства отечественных и зарубежных геологов и под «дисперсным золотом» понимает только его рассеянную в кристаллах минералов или в углистом (органическом) веществе форму выделения, не обнаруживаемую современными электронно - микроскопическими методами исследования (в связи с этим понятие «дисперсное золото» может быть определено как выделения золота с относительно широким диапазоном дискретности распределения в минералах-носителях - от отдельных атомов в составе микроминералов, природных сплавов, органических соедине-
ний до моноэлементных кластеров размерами порядка нанометров).
Из нанообъектов следует выделить кластеры — образования, содержащие до сотен тысяч атомов. Кластеры металлов занимают промежуточное положение между атомами и массивным металлом и представляют его особое состояние с измененными физико-химическими параметрами. Поэтому при геолого -технологическом исследовании руд необходимо учитывать в комплексе общий минеральный состав руд, определяющий связь дисперсного золота с конкретным носителем и проявление сорбционных свойств, влияющих на переосаждение растворенного при цианировании золота, содержание элементов-примесей, ассоциирующих с золотом, содержание элементов - потенциальных фиксаторов золота в матрице (мышьяк, теллур, селен, сурьма, углерод, железо, водород).
Чрезвычайное разнообразие вещественного состава сложных золотосодержащих руд, их широкая распространенность в природе, а также существующие требования максимально эффективного использования минеральных ресурсов вызывают необходимость выделения таких руд в отдельную категорию упорного золотосодержащего сырья.
Частицы тонкодисперсного золота распространены значительно более широко, чем видимые золотины. Они присутствуют во всех рудных месторождениях не только золота, но и многих других металлов, где видимое золото не встречается, а также рассеяны в больших массах гидротермально измененных пород. Вероятно, не будет преувеличением утверждать, что эта форма нахождения самородного золота в эндогенных месторождениях является универсально распространенной. Соответственно велики общие количества «распылённого» золота.
На основе проведенного анализа форм нахождения дисперсного золота в минеральном и органическом веществах творческой группой учёных Читинского филиала ИГД СО РАН Резником Ю.Н., Секисовым А.Г., Шумиловой Л.В., Конорёвой Т.Г., можно сделать вывод о том, что оно встречается в трех принципиально различных по характеру связей с ми-нералообразующими элементами: в форме простых и комбинированных соединений; комплексных соединений с несколькими элементами, образующими своеобразные лиган-ды.
Классификационная схема форм дисперсного золота в минеральном и органическом веществах (рис.1), основанная на этом признаке выделения, следующая:
1. Дисперсное золото в форме простых соединений с одним из элементов непосредственно, в том числе металлами: металлами-аналогами и металлами, имеющими более сложную структуру ядра атома, чем у золота; неметаллами; металлоидом - стибниты.
2. Дисперсное золото в форме комбинированных соединений, в том числе: селениды; теллуриды; сурьмяные соединения; сурьмя-но-теллуридные соединения.
3. Дисперсное золото в форме комплексных соединений: на основе железа; на основе алюминия; с органическими лигандами; с серой и металлами - металлосернистые; с кремнием и кислородом — кремнекислородные соединения; сурьмяно-теллуридно-сернистые соединения.
На протяжении более семидесяти лет учёные стремятся создать единую классификацию золотосодержащих руд, которая бы увязывала вещественный состав руд с их технологическими свойствами.
Учитывая авторитетное мнение отечественных ученых - докторов технических наук В.В. Лодейщикова (Иргиредмет), Г.В. Седельнико-вой (ЦНИГРИ) и В.И. Зеленова, по вопросу классификации золотосодержащих руд по упорности, следует отметить, что эти работы имеют большое практическое значение при определенных условиях.
Так В.В. Лодейщиковым, в качестве главного разделительного критерия при технологической классификации золотых и серебряных руд по упорности, принимается коэффициент извлечения Аи и Ад на стадии цианистого выщелачивания , выражаемый через коэффициенты физической (ФД), химической деп-
рессии (ХД) и сорбционной активности руды (СА).
Указанные коэффициенты в совокупности характеризуют степень технологической упорности руды в цианистом процессе, а каждый из них в отдельности — причину упорности руды, связанную с особенностями вещественного состава исходного сырья и определяющую в конечном итоге выбор рациональной схемы извлечения золота.
Основываясь на данном принципе и опираясь в известной мере на имеющиеся результаты исследований других авторов, а также на существующую практику переработки рудного сырья, все золотые и серебряные руды В.В. Лодейщиковым рекомендуется подразделить на простые, т. е легкоцианируемые руды (технологический тип «А») и упорные (трудноциа-нируемые) руды, которые в свою очередь включают три технологических типа:
Б — руды с тонковкрапленным золотом и серебром (физическая депрессия золота в цианистом процессе);
В — руды, цианирование которых сопровождается химической депрессией золота минеральными компонентами — примесями, проявляющими восстановительные или «циа-нисидные» свойства;
Г — руды, характеризующиеся повышенной сорбционной активностью по отношению к растворенным в цианиде благородным металлам.
Легкоцианируемые руды (технологический тип «А») рекомендуется разделитель на три основные технологические разновидности: кварцевые (Л51), сульфидные А,^ и окисленные (Аок(Ре)) в зависимости от преобладания в них соответствующих минералов — носителей рудного золота: кварца (силикатных пород), сульфидов (пирит, арсенопирит) и оксидов железа (лимонит и др.).
Выделение технологических разновидностей из упорных руд («Б-Г») произведено исходя из того, какие компоненты являются конкретной причиной упорности этих руд в цианистом процессе.
Однако опыт отечественной и зарубежной золотодобывающей промышленности показывает, что в обработку часто вовлекаются руды, сочетающие в себе два или несколько признаков технологической упорности руд: ФД + ХД, ФД + СА, ФД + ХД + СА и т.д. В этом случае отнесение руды к определённой категории (тип, разновидность) производится, ис-
Простые соединения
Аи + Ме
Аи + Ме - аналог (Си, А§, платиноиды)
Аи + Ме
рь, во
Аи + неметаллы (Те, Бе)
Аи + металлоид (БЬ)
Возможные (по И. .Я. Некрасову) оксиды и гидроксиды Аи
Комбинированные соединения
Селениды Аи и Ag
Теллуриды Аи и А§, Аи и Си
— Сурьмянистые соединения Аи и Ag
— Сурьмяно-теллуридные соединения Аи
Комплексные соединения
На основе Бе
Бе + Аи+ Ав + Б Бе + Аи+ Си + Б Ре + Аи+ Н + О
Бе + Аи+ Ав + Н + О Ре + Аи + К + Б + О
На основе А1
А1 +Аи + 0 + Н+ Б А1 + Аи+ + + О + Н
Органические лиганды + Аи (углистые вещества, глинистые минералы)
Б + Ме + Аи
Б + Си + Аи Б + РЬ + Аи Б + Ъъ + Аи Б + ^ + Аи
Б + В1 + Аи
+ О + Аи
БЬ + Те + Б+Аи + РЬ
Рис.1. Классификационная схема форм дисперсного золота в минеральном и органическом веществах.
ходя из преобладающей формы технологической упорности в цианистом процессе, определяемой абсолютными значениями коэффициентов физической и химической депрессии, а также сорбционной активности.
Весьма дифференцированная технологическая типизация золотосодержащих руд предложена В.И.Зеленовым. Выделение основных типов руд в данном случае рекомендуется производить исходя из наличия в них, кроме золота, других ценных компонентов, необходимость извлечения которых, по мнению автора этой системы, является главным фактором, определяющим выбор технологической схемы обработки руды.
В соответствии с указанным принципом, все золотосодержащие руды подразделены на восемь основных типов: I - золотые; II - золо-то-пиритные; III - золото-медные; IV - золото-мышьяковые; V - золото-сурьмяные; VI -золото-урановые; VII - золото-ураново-пирит-ные; VIII - золото-полиметаллические. Каждый тип руды включает подтипы, различающиеся по степени окисленности минералов; в каждом подтипе, в свою очередь, выделены технологические разновидности руд, характеризующиеся различной крупностью золота и наличием компонентов-примесей, осложняющих технологию извлечения золота.
Разработанная В.И.Зеленовым классификация является своего рода обобщением ранее выполненных в этом направлении исследований других авторов и представляет собой попытку объединить в единую систему все характерные признаки золотосодержащих руд, определяющие возможности их обогащения, независимо от того, какие процессы и схемы должны лечь при этом в основу технологии переработки указанных руд. Следствием такого подхода явилась громоздкость предлагаемой системы технологической типизации золотосодержащих руд. В общей сложности В.И. Зе-леновым выделено 25 технологических разновидностей руд,. Эта цифра может возрасти по крайней мере вдвое за счет других типов золотосодержащих руд, не нашедших отражения в рекомендуемой классификации (например, золото-серебряные, золото-висмутовые, золото-вольфрамовые и др.), а также выделения внутри каждого типа дополнительных подтипов и технологических разновидностей руд в зависимости от степени их окисления и крупности золота.
В научных публикациях Г.В. Седельни-кой, технология переработки руд рассматривается применительно к их технологическим типам. Приводятся шесть основных технологических типов золотосодержащих руд, которые выделены с учетом промышленной значимости полезных компонентов, форм нахождения и крупности золота, степени окисленнос-ти минералов, наличия осложняющих примесей и отличаются различными технологиями переработки руд.
К этим технологическим типам руд относятся: золотой (золото-кварцевый, золото-сульфидный) со свободным и цианируемым золотом; золотой (золото-мышьяковый) с тон-ковкрапленным золотом в сульфиды и другие минералы; золотосеребряный; золотополиметал-лический (золото-медный, золото-свинцовоцин-ковый и др.); золото-сурьмяный; золотоносные коры химического выветривания, окисленные руды.
По отношению к основному способу извлечения золота из руд - цианированию золотосодержащие руды подразделяются на лег-кообогатимые (со свободным золотом и в сростках - цианируются хорошо), среднеобо-гатимые (со сложными минеральными формами металлов - цианируются не полностью) и труднообогатимые или упорные (с тонковкрап-ленными металлами и вредными примесями -цианируются плохо).
Детальные исследования «упорности» карлинских руд (США), проведенные Hausen, Robinson, Bucknam, Casparini и др., позволили установить, что существует две группы причин низкого извлечения дисперсного золота при цианировании — условно «физическая» и «химическая».
Проблемы низкого извлечения золота из упорных руд обусловлены следующими природными факторами:
Первая группа «причин физической упорности» включает следующие случаи:
а) золото покрыто оболочкой, состоящей из непроницаемых для циановых растворов минералов;
б) золото находится в виде сплавов;
в) золото покрыто (изначально или в процессе обработки) пленками, блокирующими доступ к нему цианидов;
г) руда содержит сорбционноактивный для золота компонент - глинистые минералы или углистое вещество, поглощающие его из раствора, быстрее, чем технологические со-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
рбенты (активированный уголь или ионообменные смолы).
Вторая «химическая» группа причин упорности:
а) руда содержит нерастворимые в циановых растворах теллуриды;
б) руда включает минералы и органические соединения, активно взаимодействующие с компонентами технологического раствора и золото-циановым комплексом - сульфидные минералы, продуцирующие роданиды и поглощающие растворенный кислород, гуминовые кислоты, функциональные группы которых взаимодействуют с золотосодержащими соединениями.
Рассмотренная классификация причин упорности руд с дисперсным золотом, предложенная американскими геологами, безусловно, является научно обоснованной и практически применимой. Вместе с тем учитывая все многообразие генетических типов месторождений руд, содержащих дисперсное золото в различных формах, использование многоступенчатых технологических схем их переработки, необходимо ориентируясь на выделенные причины упорности, проводить геолого-технологическую оценку руд исходя из конкретных условий.
Приведенные выше примеры наглядно показывает, что разработка единой (универсальной) классификации золотосодержащих руд, в одинаковой степени удовлетворяющей специалистов различного профиля, является весьма сложной задачей, к решению которой можно подходить с самых различных позиций.
Следует отметить, что при разработке систем классификации золотосодержащих руд, есть причины упорности, которые часто не учитываются:
1) в процессе цианирования при кучном выщелачивании идут конкурирующие процессы сорбции кислорода каплями реагента при эммитерном (капельном) орошении и его дегазации при фильтрации раствора в материале кучи;
2) наличие покровных плёнок («рубашек», «наклёпок» и т.п., которые сорбируют реагент и останавливают процесс диффузии его в минеральной матрице).
Анализ результатов, проведенных исследований, сопоставление их с промышленным опытом извлечения золота из руд сложного вещественного состава, практически всех известных в мире разновидностей золоторудно-
го сырья, привели автора к выводу о целесообразности выделения упорных золотосодержащих руд с дисперсным золотом в отдельную категорию минерального сырья и выработки научно-обоснованных критериев для выбора рациональной технологии их переработки.
В соответствии с целевой направленностью научной работы автора, основными объектами рассмотрения в разработанной классификации, являются сульфидные золотосодержащие руды или продукты их переработки. Технология обработки указанных минеральных объектов характеризуется рядом общих признаков. Главным из них является использование цианистого способа извлечения золота. Исходя из этого, разработан вариант технологической классификации золотосодержащих руд с дисперсным золотом по технологической упорности руд, основанный на отношении этих руд к процессу цианирования.
В классификации технологические типы выделяются по уровню извлечения при использовании стандартных схем сорбционного цианирования, а подтипы — по химической активности и концентрации, используемых при технологическом тестировании окислителей перед цианированием (от гипохлорита натрия до перекисно-щелочной сети) — Рис.2.
Все золотосодержащие и комплексные руды с дисперсным золотом в зависимости от показателя извлечения в них металла при стандартном цианировании более или менее 80% делятся соответственно на простые (П) — легкоцианируемые (не упорные или легко- и среднеобогатимые) и упорные (У) — трудно-цианируемые (труднообогатимые).
В соответствии с разработанной классификацией руды, у которых извлечение золота в жидкую фазу при использовании атомно-аб-сорбционного метода анализа составило менее 80%, отнесены к упорным рудам. В свою очередь упорные руды в зависимости от химической активности и концентрации, используемых при технологическом тестировании окислителей перед цианировании, делятся на три группы: руды с физическими причинами упорности, руды с физико-химическими причинами упорности и руды с химическими причинами упорности. Каждая из выше указанных групп подразделяется на ряд типов.
Руды с физическими причинами упорности (ФУ) классифицируются на четыре технологических типа:
- технологический тип 1ФУ — золото покрыто оболочкой, состоящей из непроницаемых для цианистых растворов минералов;
- технологический тип 2ФУ— золото находится в виде сплавов;
- технологический тип 3ФУ — золото покрыто (изначительно или в процессе обработки) пленками, блокирующими доступ к нему цианидов;
- технологический тип 4ФУ — золото находится в минеральной матрице в форме наночастиц (п'10"9м-ш-10"8м) и окточастиц
К рудам с физико-химическими причинами упорности (ФХУ) относится технологический тип 1ФХУ, т.е. руды, которые содержат флотоактивные и сорбционно-активные компоненты - глинистые минералы или углистые вещества, усложняющие получение флото-концентрата золотосодержащих минералов и/или поглощающие золото из раствора, быстрее, чем технологические сорбенты (активированный уголь или ионообменные смолы).
Руды с химическими причинами упорности (ХУ) подразделяются на два технологических типа:
- технологический тип 1ХУТ^
руды
содержат нерастворимые в цианистом растворе теллуриды;
- технологический тип 2ХУ — руды включают минералы и органические соединения, активно взаимодействующие с компонентами технологического раствора и золото-циановым комплексом-сульфидные минералы, продуцирующие роданиды и поглощающие растворенный кислород, гуминовые кислоты, функциональные группы которых взаимодействуют с золотосодержащими соединениями.
Для выбора оптимального варианта переработки золотосодержащего минерального сырья внутри каждого технологического типа выделяются промышленные сорта руды по упорности в зависимости от содержания золота — богатые, рядовые, бедные и по уровню дисперсности ценного компонента.
В настоящее время в России 80 % коренного золота добывается из месторождений с легкообогатимыми рудами (не упорными -легкоцианируемыми), к которым относятся руды зоны окисления и золото-кварцевой формации (см. Рис.2).
На их долю приходится более половины запасов золота. Месторождения с богатыми рудами (среднее содержание золота 10-40 г/т) и запасами 10-50 т, которые эффективно обогащаются по простой технологии (гравитация или гравитация + цианирование) с извлечением золота 92-98 %, представляют наибольший интерес для инвестирования.
К среднеобогатимым рудам, в соответствии с разработанной классификацией, относятся смешанные (окислено-сульфидные) и сульфидные. Наличие в золотосодержащих рудах сложных минеральных форм серебра, примесей, а также комплексный характер руд усложняют технологию их переработки. Для обогащения золототеллуридных руд применяют комбинированные схемы, основанные на сочетании процессов гравитации, флотации и цианирования. Концентраты плавят или обжигают, а затем цианируют.
Многокомпонентность золотосодержащих руд обусловливает необходимость применения довольно сложных технологических схем обогащения и переработки концентратов, включающих процессы тонкого измельчения и многостадиальной классификации, гравитации, флотации, иногда цианирования хвостов флотации, плавки полученных концентратов. Это удорожает стоимость переработки руд и ставит задачу создания новых эффективных технологий на основе использования фотометрической и рентгенорадиометри-ческой сортировки, колонной флотации, биохимического, автоклавного и электрохимического окислений, новых селективных флотореагентов и растворителей.
Второе место по запасам и третье по прогнозным ресурсам после легкообогатимых занимают упорные руды (трудноцианируемые -труднообогатимые): сульфидно-сульфосоле-вые, сульфидно-углистые, сульфидно-солевые с углистыми и органическими веществами. Эти руды в настоящее время практически не вовлекаются в переработку и являются основным резервом увеличения добычи золота в России.
Месторождения упорных руд представлены объектами среднего и крупного масштаба. Почти все они расположены в районах с неблагоприятными географо-экономическими условиями: Нежданинское, Кючюсское в Республике Саха (Якутия), Майское на Чукотке, Олимпиадинское в Красноярском крае, Ита-кинское, Дельмачик, Быстринско-Ширин-
ское, Культуминское, Дыбыксинское, Тала-туйское, Ниже-Ключевское и др. в Забайкальском крае.
Одной из главных причин, по которым сдерживается освоение этих месторождений, называют отсутствие эффективной и экологически безопасной технологии переработки.
Однако за рубежом месторождения упорных золотосодержащих руд успешно эксплуатируются. Для "вскрытия" и извлечения тонкодисперсного золота применяют в основном три способа: обжиг, автоклавное и биохимическое окисление с последующим цианированием в присутствии активированного угля (процесс "уголь в пульпе").
С целью ускорения вовлечения в эксплуатацию крупных месторождений упорных зо-лотомышьяковых руд с дисперсным золотом, необходимо довести до промышленного внедрения наиболее экономически рентабельный и экологически безопасный способ переработки. Такой способ - кюветно-кучное выщелачивание золотосодержащего минерального сырья, который разработан в Читинском филиале ИГД СО РАН совместно с РГГРУ.
Технология кюветно-кучного выщелачивания золота со сменными активационными блоками адаптирован к типу руды и её технологической упорности, и позволяет увеличивать извлечение дисперсного золота более, чем на 20% и повысить эффективность и интенсивность процесса выщелачивания, что в свою очередь решает важную задачу золотодобычи на современном этапе — рациональное использование бедных и упорных руд.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Лодейщиков В. В. Основы технологии извлечения золота и серебра из упорных руд: Дис. д-ра техн.наук Иркутск. 1987.- 457 с.
2. Седельникова Г.В. Опыт применения кучного выщелачивания золота // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 1996, № 5. - С.21-25.
3. Секисов А.Г. Дисперсное золото. Геологические и технологические аспекты. /А.Г.Секисов. Н.В.Зыков. В.С.Ко-ролёв.-Чита:ЧитГУ,2007.-С. 104.
Засядко А.А., Насников Д.Н.
УДК 621.317
НАБЛЮДАЕМОСТЬ И УПРАВЛЯЕМОСТЬ В ЗАДАЧАХ АКТИВНОЙ ВИБРОЗАЩИТЫ
При создании мехатронных систем различного назначения, в том числе и для задач виброзащиты и виброизоляции, можно отметить, что действие любого из элементов системы (гасителя или амортизатора, к примеру) чаще всего сводится к формированию дополнительных динамических воздействий, обеспечивающих необходимое изменение вибрационного состояния [1]. В этом смысле, задача виброзащиты может рассматриваться как задача управления движением защищаемого объекта (или системы), а динамическое воздействие, вызывающее соответствующее изменение параметров — как «управление».
Динамические воздействия, формируемые виброзащитными устройствами и рассматриваемые как силовые или кинематические, в свою очередь, приводятся к общей схе-
ме внешнего возмущения, что рассмотрено, в частности, в работе [2].
В задачах оценки динамического состояния обычных систем защиты от вибраций и ударов, используются п-мерные цепные (или приводимые к ним) линеаризованные модели, которые описываются матрично-векторными уравнениями второго порядка вида
9ф + Бф + Оф = РЩ, (1)
где ф — п-мерный вектор обобщенных координат; 9, Б, С — симметрические (п х п) матрицы, соответственно инерционная, диссипа-тивная и упругая; ^(£) — п-мерная вектор-функция внешних воздействий.
Динамические системы многих машин и агрегатов, например, силовые передачи, могут рассматриваться как системы с малой диссипацией [3,4].
