CC BY
454
© М.И. Фазлуллин, В.А. Гуров, Г.И. Авдонин, Р.Н. Смирнова, В.И. Ступин, 2002
УДК 622.775
М.И. Фазлуллин, В.А. Гуров, Г.И. Авдонин,
Р.Н. Смирнова, В.И. Ступин
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА В РОССИИ
П
одземное выщелачивание (ПВ) металлов получило наибольшее развитие в мире в варианте скважинной системы отработки руд непосредственно на месте залегания. При ПВ подготовку, вскрытие и извлечение металлов осуществляют путем выщелачивания через скважины, пробуренные с поверхности. Подача выщелачивающего раствора производится в систему закачных скважин, затем раствор фильтруется через рудный массив, а продуктивные растворы через систему откачных скважин извлекаются на поверхность и транспортируются на установку переработки растворов.
При подземном выщелачивании важнейшим фактором является проницаемость продуктивного горизонта, которая может быть естественной или создаваться искусственно путем применения специальных методов (гидроразрыв, разрушение взрывом и др.). Кроме того, при ПВ важно наличие частичной или полной естественной обводненности руд, приуроченности рудной минерализации к порам и трещинам, обеспечивающим проницаемость руды и др.
Метод ПВ получил широкое промышленное распространение в мире для добычи урана и меди.
В настоящее время в России в опытно-промышленном масштабе ведется и подземное выщелачивание золота.
Предприятие по разработке золотосодержащего объекта методом ПВ состоит из добычного комплекса, системы транспортирования выщелачивающих и продуктивных растворов, установки по переработке продуктивных растворов (см. рисунок).
Добычной комплекс предназначен для подготовки и эксплуатации объекта посредством подачи в золотосодержащие интервалы объекта выщелачивающих растворов, перевода полезных компонентов в жидкую фазу и выдачи на поверхность продуктивных растворов.
Комплекс для разработки объектов включает в себя технологические скважины, средства подачи выщелачивающих и откачки продуктивных растворов из них.
Система транспортирования растворов является связующим звеном между добычным и технологическим комплексами и служит для разводки по скважинам выщелачивающих растворов, сбора и перекачки продуктивных растворов с участков выщелачивания на технологический узел.
В ее состав входят центральная и участковые насосные станции и трубопроводы для выщелачивающих, продуктивных и бедных растворов. Если для откачки растворов из скважин используют эрлифты, то в систему входят также трубопроводы сжатого воздуха и компрессорные станции.
Кроме основных сооружений, предприятия ПВ имеют и вспомогательные объекты, например, ремонтномеханические мастерские (РММ) или завод (РМЗ), складские помещения, гаражи, а также здания управления, бытового обслуживания и др.
В качестве выщелачивающих реагентов в настоящем докладе рассматриваются хлор-, йод- и бромсодержащие реагенты, более безопасные в экологическом отношении по сравнению с цианидными реагентами.
Хлоридное выщелачивание золота
Система хлоридного выщелачивания золотосодержащих материалов обычно состоит либо из насыщенной газообразным хлором воды, либо из кислоты (соляной или серной), соли (хлорид натрия) и окислителя (гипохлорит калия или натрия, перманганат калия, диоксид марганца). Активным началом при растворении золота является образующийся в процессе реакции в указанной системе элементарный хлор. В кислом гипохлоритном растворе хлорид является ком-плексообразователем, хлор и НОС1 - окисляющими агентами. Золото растворяется по уравнению:
2Аи + 3С12 + 2СГ = 2АиС1,Т.
В последние годы исследования по фильтрационному выщелачиванию золота хлорной водой были выполнены во ВНИИХТе. Основным потребителем хлора в золотосодержащем материале являются сульфиды, представленные в основном пиритом. При этом протекают реакции:
2FeS2+ 15С12 + 16Н2О = 2Feaз + 4H2SO4 +24НС1.
С целью экономии хлора предложено предварительно выработать сульфиды оборотными растворами сульфата трехвалентного железа с регенерацией последнего кислородом воздуха на поверхности.
Окисление пирита сульфатом трехвалентного железа протекает по реакции:
FeS2+ 7Fe2(SO4)з + 8Н2О = 15FeSO4+
8H2SO4.
Образующаяся серная кислота нейтрализуется горнорудной массой. При эрлифтной откачке выходных растворов двухвалентное железо будет легко окисляться до основных сульфатов трехвалентного железа с образованием соответствующих осадков по реакции:
4FeSО4+ О2 + 2Н2О = 4Fe(OН)SO4 I.
Последующее подкисление оборотного раствора приведет к растворению основных сульфатов железа (Ш) по реакции:
2Fe(OН)SO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)з +
2Н2О.
По мере выработки сульфидов в оборотный раствор начинает подаваться хлор, что способствует существенному сокращению его расхода.
Преимущества хлоридной системы выщелачивания золота состоят в следующем:
- высокая окислительная активность, более глубокая переработка золотосодержащих материалов, что обеспечивает более высокое извлечение золота;
- доступность реагентов и сравнительно низкая их стоимость;
- возможность получения реагентов на месте производства работ.
Недостатки:
- необходимость использования коррозионностойкой аппаратуры по всей схеме;
- повышенный расход реагента на вмещающие породы;
- сложность переработки и утилизации растворов.
Йод - йодидная система выщелачивания золота
В йод-йодидной системе йод необходим как окислитель, йодид - как комплексообразователь, образующий с золотом прочный комплекс. Йод - йодидная система имеет ряд преимуществ, таких как низкая токсичность, высокая стабильность растворенных комплексов и более низкий окислительновосстановительный потенциал по сравнению с другими нециа-нидными системами выщелачивания золота. Химическая реакция растворения выражается уравнением:
Аи0 + 1/2 12 + I' = АиЬ'.
Кинетика процесса выщелачивания золота в йод-йодидных системах выше, чем при цианидном выщелачивании, возможно выщелачивание золота из сульфидных минералов (марказит, халькопирит, ковеллин, пирит). Взаимодействие йода с этими минералами идет по реакции:
FeS2+ 712 + 8Н2О = 2Fe2+ + 2SO42■ + 16Н+ +141-.
Ряд исследователей полагают, что процесс выщелачивания золота в йод-йодидной системе является одной из перспективных схем, альтернативных процессу цианирования.
Бромидное выщелачивание
Способность бромидов растворять золото известна с 1891 г. Широкое распространение цианидной технологии в начале XX в прервало все работы по исследованию бромид-ной системы для извлечения золота из золотосодержащих материалов. В связи с возросшим вниманием к охране окружающей среды и использованием повсеместно токсичного цианидного метода извлечения золота вновь на новом уровне рассматривается вопрос применения брома как растворителя.
В январе 1987 г. корпорация «Грейт Лейкс Кемикал» получила патент США на процесс извлечения благородных металлов из исходных материалов с помощью соединения брома, получившего наименование «гидантион». При использовании только гидантиона или в комбинации с ионом бромида гидантионовые продукты могут окислять золото до растворимых солей. Эта система оказалась весьма эффективной для извлечения золота из золотосодержащих материалов (руд, скрапов).
Дибромдиметилгидантион в воде диссоциирует с получением бромноватистой кислоты и диметилгидантиона (ДМН):
ВГ2 (ДМН)+ 2ОН- ^ 2НОВг + ДМН.
Бромноватистая кислота в растворе окисляет золото до трибромида золота:
2Аи0 + ЗНОВг + 3Вг “ ^ 2АиВгз + ЗОН-.
Трибромид золота в дальнейшем комплексуется с бромид-ионом с образованием тетрабромида золота:
АиВгз + Вг - ^ АиВг/.
Диметилгидантион - нетоксичная, биологически разлагающаяся молекула, которая представляет небольшую опасность или не оказывает вреда окружающей среде. Бромид -ион по токсичности подобен хлориду натрия.
Проблема при переработке хвостовых растворов в процессах с использованием гидантиона и бромида заключается в отделении тяжелых металлов, содержащихся в растворах. Простое осаждение известью - все, что требуется для очистки растворов в этих схемах.
Достоинствами йодидных и бромидных систем являются:
- высокая кинетика растворения золота, увеличение ее при осуществлении процесса в кислых средах;
- повышенная степень извлечения золота;
- нетоксичность растворов при используемых для выщелачивания концентрациях.
Недостатки:
- коррозионная активность при использовании кислых сред для выщелачивания;
- повышенный расход на вмещающие породы;
- высокая стоимость растворителя.
При использовании дорогостоящих йодидного и бро-мидного способов необходима регенерация йода и брома. Это вызывает необходимость подбора недефицитных окислителей, что является непростой задачей. Тем не менее ис-
пользование йода и брома для подземного выщелачивания золота может оказаться весьма привлекательным в связи с возможностью их полной регенерации. При решении проблемы разработки промышленной технологии извлечения йода и брома из растворов перспектива их использования становится реальной.
Сопоставление хлор-хлоридного способа с другими галогенными системами показывает преимущества первого.
Проводя исследования по выбору реагентов, в каждом конкретном случае следует оценивать их эффективность как в автономном, так и в смешанном вариантах. Критериями должны служить доступность реагента в необходимом количестве, эффективность извлечения золота, возможность регенерации и экологические последствия.
Для объектов, выдвигаемых под подземное выщлачива-ние, необходимо выполнить следующие стадии исследований:
• лабораторные исследования;
• укрупненные лабораторные исследования;
• опытные работы на представительном участке месторождения;
• опытно-промышленные работы, которые постепенно переходят в планомерные эксплуатационные работы.
На стадии лабораторных исследований определяются минеральный, химический, гранулометрический составы пробы. Затем проводятся технологические исследования.
На первом этапе технологических исследований для ускорения опытов и экономии рудного материала выполняется серия опытов по статическому (агитационному) выщелачиванию изучаемой пробы. Такие опыты позволяют на небольшом объеме рудного материала установить близкий к оптимальному состав выщелачивающего раствора и установить максимально достигаемую степень извлечения металла из конкретной руды. Как правило, время, достаточное для достижения равновесных концентраций реагирующих веществ, не превышает одних суток. Для контроля хода процесса из всех или части сосудов целесообразно отбирать пробы раствора объемом 5-10 мл через 2,4,8,24 и 48 ч и определять в них содержание золота. В конце опытов для всех растворов вычисляется извлечение металла из руды. Характеристика расхода реагентов по данным статических опытов устанавливается только ориентировочно. Тем не менее для качественного контроля конечного содержания растворителей в растворах целесообразно выполнение этих опытов. Результаты статического выщелачивания являются ориентиром для выбора растворителей и диапазона их концентраций, с которыми далее проводят испытания руд при фильтрационном режиме выщелачивания. Сущность фильтрационного выщелачивания (второй этап) заключается в фильтрации растворителя через пробу золотосодержащего материала и фиксации динамики выноса из него полезного компонента и выхода растворителя в фильтрующемся растворе, т.е. в получении так называемых «выходных кривых».
С помощью лабораторных испытаний определяют следующие показатели геотехнологических свойств золотосодержащего материала:
1) коэффициент фильтрации;
2) степень извлечения металла из руды;
3) отношение Ж:Т, необходимое для максимально возможного извлечения металла;
4) характеристики затрат растворителя (в кг на 1 г извлеченного металла, в кг на 1 т отрабатываемой горнорудной массы);
5) среднюю концентрацию металла в продуктивных растворах, мг/л.
По результатам лабораторных исследований выдаются исходные данные для проекта опытного участка ПВ золота.
Сырьевая база для подземного выщелачивания золота в России практически является неизученной. Объекты, требующие изучения для выдвижения под отработку способом подземного выщелачивания, для традиционных методов являются забалансовыми. Существуют две группы объектов, перспективных для отработки методом скважинного подземного выщелачивания: техногенные и природные. К техногенным объектам относятся эфели переработки россыпных месторождений, в которых сосредоточены сотни миллионов тонн золотосодержащих песков, и хвостохранилища золото-извлекательных фабрик с запасами от первых до десятков тонн золота. К природным объектам относятся глубоко погребенные аллювиальные и аллювиально-пролюви-альные россыпи с мелким и тонким золотом, которые существующими методами отрабатывать экономически нецелесообразно, и месторождения золота в корах химического выветривания с содержанием золота в руде от 1 до 3 г/т.
Месторождения в аллювиально-пролювиальных толщах с мелким и тонким золотом, хотя и занимают всего 5 % от всех учтенных запасов золота, но большая часть из них не разведана и не принята на баланс из-за больших глубин залегания и низкого извлечения золота из них традиционными методами. Применение способа ПВ позволит вовлечь эти объекты в отработку и существенно расширит минерально сырьевую базу золота в России.
По оценкам специалистов, в одном Ленском районе в дражных эфельных отвалах сосредоточено около 500 т золота с содержанием 0,5-1,0 г/м3. При вовлечении в эксплуатацию одновременно нескольких объектов ежегодная добыча золота может достигать 1-2 т. В хвостохранилище ЗИФ-1 Балейского месторождения, по данным австралийской компании «Балголд», подсчитаны запасы золота по категориям Ci+C2 в количестве 15030 кг при среднем содержании золота в материале хвостов, равном 1,1 г/т.
В 2000 г. во ВНИИ химической технологии проведены исследования материала хвостов Балейской ЗИФ-1. По результатам опытов определен коэффициент фильтрации, равный 0,24 м/сут. При таких фильтрационных свойствах с учетом технических решений можно получить дебиты от-качных скважин около 2 м3/ч. Проведены исследования пробы применительно к методу подземного выщелачивания хлорной водой. Получены благоприятные предпосылки по выщелачиванию с предварительной выработкой сульфидов оборотными растворами сульфата трехвалентного железа и регенерацией последнего кислородом воздуха на поверхности. По мере выработки сульфидов в оборотный раствор начинается подача хлора, и при его минимальном расходе будет извлекаться золото. Выщелачивание золота при этой схеме может быть весьма эффективным и экономически выгодным. Верхняя часть Гагарского золоторудного месторождения, приуроченная к коре выветривания, с 1994 г. отрабатывается методом подземного выщелачивания хлорсодержащими растворами. Накопленный опыт свидетельствует о перспективности метода для отработки окисленных золотосодержащих руд.
Приведенные данные говорят о больших перспективах добычи золота методом подземного выщелачивания из забалансовых для современной технологии объектов.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Vol.26 - №2. - P.165-177.
6. Tran T., Davis A., Song J. Extraction of Gold in Halloide Media //Metallurgy Gold and Base Metals - Melbourne, 1992.
7. Патент США № 4637865, январь 1987.
8. Патент США № 257723, 1991.
1. Подземное выщелачивание полиэле-ментных руд /Под ред. Н.П. Лаверова. - М.: изд. Академии горных наук, 1998. - 446 с.
2. Кучное выщелачивание благородных металлов /Под ред. М.И. Фазлуллина. - М.: изд. Академии горных наук, 2001. - 647 с.
3. Россыпные месторождения России и других стран СНГ /Под ред. Н.П. Лаверова и Н.Г. Патык-Кары. - М.: Научный мир,
1997. - 479 c.
4. Jacobson R.N., Myzphy IN. Precious and Rare Metall Technology Processes: Symp. Precious and Rare Metalls. - Albuquerque, apr.6-8, 1988, Amsterdam ect. 1989, - p.157-174.
5. Davis A., Tran T. Gold dissolution in iodide electrolytes //Hydrometallurgy - 1991. -
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Фазлуллин М.И., Гуров В.А., Авдонин Г.И., Смирнова Р.Н. - ГУП BHИИ химической технологии Минатома РФ. Ступин В.И. - ООО ШИП «ГЕОТЭП»».
