CC BY
32
Резник Ю.Н., Шумилова Л .В. УДК 622.342
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРИЧИН ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УПОРНОСТИ ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ДИСПЕРСНОГО ЗОЛОТА ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Развитие минерально-сырьевой базы золотодобывающей промышленности на современном этапе связано, главным образом, с масштабным вовлечением в разработку руд с микроскопической-субмикроскопической формой, а также с рассеянными (дисперсными) формами нахождения золота в кристаллической решетке минералов-носителей.
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 дисперсного золота.
Некоторые формы дисперсного золота не только не полностью выявляются при проведении аналитических работ, но и сохраняют прочные связи с минеральной матрицей после проведения различных методов окисления перед выщелачиванием
Наличие в рудах дисперсного золота является одной из главных причин технологической упорности золоторудного сырья. При этом, естественно, имеется в виду, что минералы, являющиеся носителями дисперсного золота, должны обладать плотной механической структурой, абсолютно не проницаемой для цианистых растворов. Именно совокупность двух факторов: плотность структуры минеральных зерен плюс дисперсность заключенного в них золота и обуславливают технологическую упорность золотых руд и концентратов в гидрометаллургическом процессе.
Для эффективной переработки минерального сырья учёные на протяжении более семидесяти лет стремятся создать единую классификацию золотосодержащих руд, которая бы увязывала вещественный состав руд с их технологическими свойствами, в том числе с учетом причин упорности, влияющих на извлечение металла при цианировании и успешно это осуществили (А.М. Глотов, Е.И. Громов, В.И. Зеленов, К.Д. Игнатьева, В.М. Изоитко, Ф.В. Квистон, С.В. Королёв, А.Ф. Ли, В.В. Лодейщиков, В.Я. Мостович, Б.В. Невский, Н.В. Петровская, Г.В. Седельникова, И.К. Скобе-ев, М.И. Фазлуллин, В.В. Шумейкер и др.).
Однако, в настоящее время вовлекаются в переработку упорные золотосодержащие руды крупных близповерхностных месторождений с низким содержанием металла 0,5-2,0 г/т с присутствием дисперсного золота в сульфидах.
Отрабатываемые золотосодержащие руды в последние два десятилетия методом кучного выщелачивания, часто находятся рядом с карбонатно-глинистыми породами, обогащенными кремнеземом и органическим веществом.
Эти руды содержат дисперсные формы золота с преобладанием золотосульфидной пирит (пирротин) - арсенопиритной рудной ассоциацией (содержание сульфидов не превышает 3-5%, значительное количество глинистых минералов).
В России относительное количество таких месторождений (так называемый карлинский тип) 50%, в других странах 20 % (Россия - Нежданин-ское, Наталкинское, Советское, Олимпиадинское, Сухой Лог, Майское, Воронцовское, Светлинское, Куранахское, Вершино-Дарасунское; Узбекистан -Мурунтау, Кокпатас, Даугызтау; СевероКазахстанская рудная провинция; США - Гоулд-страйк, Джуно, Мазер Лод, Карлин, Гоулд Кворри, штат Невада, Боттл, Маунтин-Эурека, Гетчелл,
СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ
©
Твин Крикс и др. (всего 114 месторождений); Австралия - Бендиго, Балларат; КНР, Малайзия, Филиппины, Доминиканская Республика, Испания, Греция, бывшая Югославия).
Поэтому месторождения карлинского типа (золотое оруденение в углеродсодержащих слан-цево-карбонатных комплексах) с дисперсными формами золота, в настоящее время представляют научный и практический интерес.
Минерально-сырьевые объекты золоторудных месторождений, в которых органическая составляющая в основном представлена углеродистым веществом, включая черные сланцы и руды карлинского типа имеют высокий уровень развития и однотипность: известково-глинистый состав пород; слоистый характер рудных тел; прожилко-во-вкрапленное оруденение; сульфидный (в основном пирит-арсенопирит) состав руд с тонкодисперсным золотом в сульфидах; наличие низкотемпературной сурьмяно-мышьяково-ртутной минерализации.
В связи с тем, что цены на золото значительно возросли, а запасы богатых легкообогати-мых руд истощились, проблема переработки таких типов руд перешла из ранга незначительных в ранг актуальных.
В настоящее время существует ряд проблем анализа руд с дисперсными формами золота, его выщелачивания и сорбции, в том числе руд кар-линского типа.
В России 1973 -1979 гг. Иргиредметом (В.В. Лодейщиков, К.Д. Игнатьева) разработали систему технологической типизации золотосодержащих руд, основанную на отношении руд к процессу цианирования. В данной классификации золотых руд по характеру и степени технологической упорности предложено выделить технологический тип упорных (трудноцианируемых) руд: Б - руды с тонковкрапленным золотом и серебром (физическая депрессия золота в цианистом процессе); В -руды, цианирование которых сопровождается хи-мичексой депрессией золота минеральными компонентами - примесями, проявляющими восстановительные или «цианисидные» свойства; Г -руды, характеризующиеся повышенной сорбцион-ной активностью по отношению к растворенным в цианиде благородных металлов.
Предложенная этими учеными классификация золотосодержащих руд и рекомендованная к практическому использованию, была большим прогрессивным шагом вперед в решении проблемы переработки упорного минерального сырья.
В зарубежной практике обогащения руд в 1981 г. 'Т. Оиау предложен очень простой и ин-
формативный метод оценки упорности руд карлинского типа. Характерной особенностью руд карлинского и аналогичных типов является наличие «невидимого» золота. Сущность этого метода заключается в том, что «упорность» руд определяется только показателями извлечения золота по атомно-абсорбционному методу анализа при стандартном цианировании без выделения различных форм дисперсного золота.
В соответствии с этой методикой золотосодержащие руды по технологической упорности делятся на два типа: 1) неупорные (цианируемые) - извлечение металла 80 % и более); 2) упорные -извлечение металла менее 80 %.
При более детальном исследовании месторождений золота в частично метаморфизованных осадочных карбонатно-алюмосиликатных породах с концентрированием его как в сульфидах, так и в углистом веществе с преобладающим размером выделений золота менее 5 мкм, проведенном Hausen, Robinson, Bucknam, Casparini и др., выделено ряд причин низкого извлечения дисперсного золота при цианировании, которые условно разделены на две группы - «физические» и «химические».
Причины химической упорности: 1) руды содержат нерастворимые теллуриды золота; 2) компоненты - минералы и органические соединения, присутствующие в руде (цианопоглотители, поглотители кислорода, осадители золота).
Причины физической упорности: 1) руды содержат золото в виде вкраплений или включений (углерод, пирит, арсенопирит, кремнистая матрица); 2) сплавы золота (Sb и Pb) и природные амальгамы; 3) золото, покрытое пленками (оксидами Fe, хлоридом Ag, соединениями Sb, Mn, Pb); 4) руда содержит сорбционно-активный для золота компонент (глины, углистые соединения).
Классификация причин упорности руд с дисперсным золотом, предложенная американскими геологами, безусловно, является научно обоснованной и практически применимой для руд карлинского типа. В связи с тем, что существует большое разнообразие генетических типов место -рождений руд, содержащих дисперсное золото в различных формах, требуется проведение геолого-технологической оценки руд, исходя из конкретных условий.
Вместе с тем необходимо отметить, что есть причины упорности, которые часто не учитываются:
1) в процессе цианирования при кучном выщелачивании идут конкурирующие процессы сорбции кислорода каплями реагента при эмми-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
терном (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).
Субмикроскопические частицы золота крупностью (n10-7 м) и окточастицы (n-10-8 м) надежно выявляются электронной и лазерной микроскопией и при отсутствии рассмотренных выше причин упорности руд не представляют большой проблемы для извлечения металла, так как достаточно частичного окисления мелкодробленой руд (концентрата) в кучном варианте.
Диапазон вкрапленности золота в различных типах сульфидных руд достаточно широк: от атомарного (рассеянного) до нановключений. Поэтому осложняющим фактором при переработке сульфидных руд является то, что золото находится в минеральной матрице в форме наночастиц (n-10-9 м).
Вследствие тесной ассоциации золота с сульфидными минералами руда является высокоупорной и не позволяет добиться удовлетворительного извлечения золота.
Кауэс в 1911 году впервые определил, что потери золота с хвостами цианирования на Вайхи-Паэрола (Новая Зеландия) обусловлены наличием в руде природного углерода (цит. по: Miller J., Wan R., DiazX. //Advances in gold ore processing. / Ed. M. Adams. — Elsevier. Amsterdam, 2005. P. 937). Немного позже было установлено, что природное углеродное вещество может существенно снизить извлечение золота («паразитная» сорбция) при наличие всего 0,1% органического углерода в составе руды.
При переработке сульфидно-углистых, сульфидно-сульфосолевых руд с углистыми органическими включениями наиболее активными естественными сорбентами золота являются углистые сланцы.
Органо-металлические формы дисперсного золота представляют сложность при его извлечении стандартным цианированием и требуют использования процессов окисления матрицы перед или в процессе выщелачивания. Кроме графита (и некоторых других углесодержащих минералов) в качестве сорбентов золота в цианистом процессе могут выступать и другие компоненты руды. К их числу могут быть отнесены: глинистые минералы, например, пирофиллит.
Роль естественных сорбентов золота из цианистых растворов могут также играть некоторые силикаты, алюмосиликаты, тонкоизмельченный кварц и другие рудные компоненты.
На результаты предварительного обогащения руд с дисперсным золотом флотационным методом большое значение оказывают следующие параметры:
1) размер вкрапленности сульфидных и сульфосолевых минералов и их типоморфные признаки;
2) соотношение сульфидных и сульфосоле-вых минералов;
3) наличие технологически активных жильных минералов, обладающих по отношению к ним абразивными (кварц, турмалины, гранаты) или близкими к ним поверхностно-активными свойствами (минералы глин, гидрослюды).
Особенность флотации как метода извлечения золота - это возможность извлечь в концентрат не только свободное золото, но и золото, находящееся в тесной ассоциации с сульфидами.
Очевидно, что переработка полученного флотационного концентрата с целью извлечения из него золота значительно проще и дешевле, чем аналогичная переработка всей массы руды, так как иногда большая часть золота в полученном концентрате относится к категории упорного и требует специальных дорогостоящих приемов извлечения.
Несмотря на то, что в отдельных случаях флотационное обогащение не позволяет сконцентрировать все золото в золотосодержащем концентрате, но оно позволяет перевести в концентрат наиболее упорную часть золота. Целесообразность данного технологического приема заключается в том, что полученный флотоконцентрат подвергают специальной переработке, что значительно дешевле, чем перерабатывать, таким образом, всю массу руды, как правило, доизвлекают золото из хвостов флотации цианированием.
Во флотационной пульпе нередко присутствуют такие реагенты, как цианид, сернистый натрий, щелочи, медный купорос, которые в большей или меньшей степени подавляют флотацию золота.
Подавляющие действия цианида связано с его способностью растворять ксантогенат золота и сорбироваться на свободной или ранее занятых собирателем участка поверхности золота
Флотируемость золота зависит также от содержания в пульпе таких минералов, как пирит, пирротин, арсенопирит и халькопирит, которые ухудшают флотацию золота. Более всего подавляют флотацию золота соли железа, особенно сернокислая соль закисного железа.
Отрицательное влияние на последующее извлечение золота в процессе сорбционного циани-
СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ
©
рования оказывает повышенное содержание угле-родосодержащих сланцев и глинистых минералов в руде, с содержанием в руде углистого вещества. Глинистые минералы проявляют сорбционные свойства, что проявляется в снижении эффективности ионообменной сорбции. Для сульфидных руд прослеживается четкая связь извлечения золота от содержания углерода. Углистые вещества содержат органические компоненты, способные образовывать альтернативные цианидному комплексу с ионами золота, так как наряду с растворением золота наблюдается сорбция золота жидкой фазы углеродсодержащей частью руды («паразитная» сорбция). Это приводит к высокому содержанию золота в твердой фазе в «голове» процесса и смещению растворения в сторону хвостового цианирования.
Анализ результатов, проведенных исследований, сопоставление их с промышленным опытом извлечения золота из руд сложного вещественного состава, практически всех известных в мире разновидностей золоторудного сырья, привели автора к выводу о целесообразности выделения упорных золотосодержащих руд с дисперсными формами золота в отдельную категорию минерального сырья и о необходимости выработки научно-обоснованных критериев для выбора рациональной технологии их переработки.
Классификация золотосодержащих руд с дисперсными формами золота по технологической упорности руд, основанная на отношении этих руд к процессу цианирования, разработанная американскими геологами, авторами дополнена. В предложенной классификации технологические типы выделяются по уровню извлечения золота при использовании стандартных схем сорбционного цианирования.
Руды с физическими причинами упорности, в отличие от классификации упорности карлин-ских руд вместо четырех разновидностей классифицируются на пять категорий. Дополнительно вводится категория упорных руд, в которых золото находится в минеральной матрице в форме на-ночастиц и окточастиц (п10-9т-м 10-8м). Такое разделение необходимо, особенно когда руды месторождения содержат как видимое, так и дисперсное золото. Руды с химическими причинами упорности по аналогии с американской классификацией подразделяются на две категории.
Поэтому возникает необходимость использования нового разделительного признака, определяющего эффективность:
1) флотация при концентрировании сульфидов и сульфосолей, содержащих золото;
2) сорбции растворенного золота.
В классификации золотосодержащих руд с дисперсными формами золота по технологической упорности авторы предлагают выделить в отдельную категорию руды с физико-химическими причинами упорности при цианировании. К такой категории относятся руды, которые содержат флото-активные и сорбционно-активные компоненты -глинистые минералы или углистые вещества, усложняющие получение флотоконцентрата золотосодержащих минералов и/или поглощающие золото из раствора, быстрее, чем технологические сорбенты (активированный уголь или ионообменные смолы). Кроме того, физико-химическая упорность руд определяется и наличием нано- и окточастиц золота, имеющих химическую связь с органическими элементами, образующими сульфид-но-сульфосолевую матрицу.
Эффективным технологическим решением можно считать флотационное отделение углистого вещества, накопление его, активация и последующее использование для сорбции золота из хвостовой пульпы.
Золотосодержащие сульфидные руды, в состав которых входит углерод, целесообразно перерабатывать методом флотации с получением отвальных хвостов по золоту. Флотация графита и других углеродсодержащих минералов в данном случае должна играть роль вспомогательной операции для получения концентрата достаточно высокого качества.
Представляет интерес технологическая схема с последовательной флотацией углерода и сульфидов с тщательным подбором режима флотационного обогащения на каждой стадии отработки руды при условии получения неотвального золотосодержащего угольного концентрата, который может быть объединен с сульфидами для совместной обработки. Назначение угольной флотации в данном случае состоит в уменьшении суммарного выхода концентратов.
В связи с тем, что при отработке различных рудных тел, в пределах одного месторождения и горнодобывающего предприятия, по горизонтали и вертикали в добытом минеральном сырье в широких диапазонах колеблется содержание, уровени и формы дисперсного золота, как в зонах окисления, так и в зонах сульфидизации с параметрами в целом ряде случаев сопоставимыми с крупнейшими геологическими телами, возникла необходимость в разработке геолого-технологической классификации золотосодержащих руд по макро- и микропризнакам для экспрессной технологической оценки типа руды, в том числе с учетом фи-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
зико-химических причин упорности, и выбора оп- 2. тимального варианты переработки по гибкой перестраивающейся технологии.
БИБЛИОГРАФИЯ 3.
1. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд.- Иркутск: Ир-гиредмет, 1999. - Т.1. - 120 с.
Секисов А.Г. Дисперсное золото. Геологические и технологические аспекты. / А.Г. Секисов. Н.В. Зыков. В.С. Королев. - Чита: ЧитГУ, 2007.-С. 269.
Меретуков М.А. Золото и природное углистое вещество. - М: Издательский дом «Руда и Металлы», 2007. - 109 с.
Шумилова Л.В. УДК 622.342
МЕТОДЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОДГОТОВКИ К ЦИАНИРОВАНИЮ УПОРНЫХ СУЛЬФИДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ
Забайкальский край обладает значительными запасами рудного и россыпного золота, природные и техногенные источники которого характеризуются рядом минералого-геохимических особенностей. Последние определяют необходимость использования новых эффективных технологий извлечения металла.
В первую очередь такими особенностями являются комплексный характер и сложный вещественный состав руд, содержащих золото и его преимущественно дисперсная форма нахождения.
В последние годы в России и за рубежом интенсивно развиваются новые перспективные направления в области переработки руд, содержащих дисперсное золото, на основе использования процессов бактериального (био) окисления сульфидных и сульфидно-солевых минералов, окисления высокоактивными кислород- и хлор- содержащими реагентами руд с органическими и битумно-углистыми включениями, а также электрохимическая, электроимпульсная и плазмохимическая активация процессов выщелачивания, активированная сорбция в локальных электрических и магнитных полях.
Перспективной технологией переработки упорных и сульфидно-солевых руд с дисперсными формами золота, по мнению автора, является биотехнология.
Биотехнология требует незначительных капитальных и эксплуатационных затрат, ее досто-
инства заключаются в простоте технологической схемы, аппаратурного оформления и высокой экономичности. Технология отличается экологической чистотой, так как вынос железа происходит при температуре и давлении окружающей среды, без применения таксичных реагентов и под воздействием микроорганизмов. Технологии, заимствованные у самой природы, наиболее экологически безопасны.
Впервые работы в области био- и геотехнологии золота в СССР были начаты в институте «Иргиредмет» в начале 70-х годов по инициативе и под руководством А.С. Черняка. В последующее время это новое направление получило дальнейшее развитие в ряде НИИ (ЦНИГРИ, ИПКОН РАН) и ВУЗов (МИСИС, РГГРУ, ЧитГУ) страны под руководством его учеников.
Изучением причин, вызывающих осаждение золота из цианистых растворов углесодержащими компонентами, занимались многие исследователи. Наиболее значительные работы в этом, направлении проведены (в порядке хронологической последовательности) Филипом, Эдмансом, Фельдт-маном, Гроссом и Скоттом, И. Н. Плаксиным и Н. А. Журловым, В.И. Максимовым, С. М. Ясюкеви-чем, Н. И. Ванеевым и др.
Наиболее успешными из современных работ в этом направлении являются исследования, которые проводятся в ИПКОН РАН совместно с институтом радиоэлектроники. (В. А. Чантурия, И.Ж. Бу-
