Активационное кюветное и кучное выщелачивание золота из труднообогатимых руд Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ

Резник Ю. Н., Шумилова Л. В.

УДК 622.342

АКТИВАЦИОННОЕ КЮВЕТНОЕ И КУЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ЗОЛОТА ИЗ ТРУДНООБОГАТИМЫХ РУД

Решение проблемы переработки ранее нерентабельных труднообогатимых руд возможно на основе повышения эффективности физико-химической технологии переработки минерального сырья по упрощенным вариантам и за счет наделения ее свойствами адаптации к изменяющимся горно-геологическим условиям месторождений с учетом рационального использования ресурсов и охраны окружающей среды.

Для большого разнообразия типов руд и природных рудообразующих систем, практически каждое месторождение является уникальным со своим минералого-геохимическим особенностям и не имеет полных аналогов. По этой причине технологическая схема извлечения золота универсальной быть не может, но гибкий подход при ее обосновании вполне осуществим.

Для извлечения золота из минерального сырья в настоящее время применяются технологии кюветного и кучного выщелачивания, которые не адаптированы к переработке упорных руд и концентратов и имеют ряд технологических недостатков. Недостатками кюветного выщелачивания являются:

1) низкая интенсивность массообменных процессов (по сравнению с чановым выщелачиванием) и как следствие недостаточно высокое извлечение и сорбционное переосаждение металлов из жидкой фазы пульпы на глинистые и слюдистые минералы и углисто-битумные включения в придонной части кюветы (траншеи);

2) необходимость мелкого дробления или измельчения рудной массы и как следствие значительные затраты на подготовку ее к выщелачиванию (по сравнению с кучным выщелачиванием);

3) сложность достижения эффективного соотношения контактной поверхности выщелачивающего раствора, глубины кюветы, поддержания его необходимой температуры, определяющих интенсивность массообменных процессов и баланс сорбции кислорода жидкой фазой из воздуха и его дегазации (потерей из раствора);

4) невысокое извлечение металла из-за ограниченного массообмена между реагентной средой и твердой фазой;

5) наличие практического опыта кюветного выщелачивания в районах с теплым климатом.

Недостатками кучного выщелачивания являются:

1) не достаточно полное проникновение раствора в минеральную матрицу, обусловленное относительно (измельченного материала) повышенной крупностью минеральных частиц и сложностью обеспечения соответствия скорости диффузии реагентов и скорости инфильтрационного прохождения его через штабель;

2) дегазация (потеря из раствора) кислорода, необходимого компонента для процесса цианирования золота;

3) необходимость во многих случаях агломерационной подготовки материала;

4) возможность проявления эффекта переосаждения золота, растворенного в верхней части штабеля сорбционно-активными шламовыми компонентами, постепенно накапливаемыми в его нижней части;

5) невозможность переработки ряда категорий руд: углистых, сульфид-, мышьяк-, сурьму-содержащих; руд с золотом в кварце и руд, содержащих повышенные концентрации меди, железа;

6) невысокое извлечение металла (на уровне 50-80 %) по сравнению с заводским методом, где оно составляет 85-95 %;

7) возникновение технических, технологических и организационных трудностей при отрицательных температурах воздуха;

8) наличие сегрегации кусков руды при отсыпке штабеля, неравномерной фильтрацией раствора по его сечению.

Однако, решение указанных выше проблем позволяет признать кучное и кюветное выщелачивание перспективными способами переработки упорных золотосодержащих руд. Автором разработана патентнозащищенная технологическая

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Рис. 1. Технологическая схема кюветно-кучного выщелачивания руд с дисперсными формами золота

схема активационного кюветного и кучного выщелачивания руд, которая представлена на рис. 1 (Патент № 2350665). Апробация технологической схемы (укрупненные лабораторные испытания) осуществлялась на шихте руд, составленной из 10 навесок проб различных типов руд месторождений Кокпатас и Даугызтау со средним содержанием золота 2,85 г/т.

Сущность комбинированной технологии АККВ заключается в том, что после рудоподго-товки обработку минеральной массы раствором выщелачивающего реагента и выделение золота осуществляют в два этапа: предварительно минеральную массу размещают в кюветах с гидроизолированными стенками и днищем, вводят раствор исходного реагента и осуществляют локальную порционную активацию полученной пульпы (в данном случае, озонированным воздухом) с образованием вторичных реагентов при периодическом удалении активированной и введении неактивированной части пульпы в зону активации.

Активные гидратированные окислители и комплексообразователи первой стадии обработки синтезируются при малом значении напряжения на электродах (в интервале 5 -20 В, в зависимости от вида применяемых исходных реагентов).

При анодной поляризации продуцируется метастабильные синильная кислота, которая при последующей катодной поляризации в щелочной среде формирует активный СК-радикал, который совместно с метастабильной перекисью водорода образует вторичный комплексный метастабиль-ный радикал, обеспечивающий при взаимодействии с золотом формирование его связи с циановыми группами.

После завершения активации всего объема пульпы в траншее, вводится раствор цианида натрия до концентрации 500-750 мг/л. Затем осуществляется цикл порционной электроактивации с подачей в аэролифт обычного воздуха с периодичностью 15 минут. По достижении концентрации золота в растворе порядка 1-1,5 мг/л, пульпу с помощью насоса подают на гидроциклоны и производят разделение на фракции +3,0 мм (песко-вую) и -3,0 мм (шламовую). Причем первую пес-ковую фракцию подвергают обезвоживанию, а из пульпы с оставшейся шламовой фракцией извлекают выщелоченный металл с помощью сорбера, который установлен в одном из торцов траншеи. Извлечение металла из отделенного от песковой фракции раствора осуществляют в сорбционных колоннах.

СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ

Отработанную пульпу декантируют. Отделенную жидкую фазу пропускают через песчаные фильтры, насыщают активным кислородом, корректируют рН до 10,5, доукрепляют цианидом до концентрации 700-800 мг/л и подают в систему циркуляционного орошения зернистой фракции (+3,0 мм), которая размещена в штабелях на гидроизолированном основании.

Подача вторичного активного раствора, образованного в процессе выщелачивания шламово-глинистой фракции, на участок кучного выщелачивания металла (зернистой) фракций позволяет интенсифицировать процесс КВ, так как в нем имеется остаточное количество выщелоченного в кювете золота, за счет чего осуществляется активация золота, находящаяся в матрице зернистой фракции. Создается разность концентраций выщелачиваемого золота в плёночно-поровых водах и растворе реагента, что интенсифицирует процесс диффузии металла в раствор, а активно выщелачивающих и окисляющих компонентов - в твёрдую фазу. Таким образом, выщелачивание из штабеля золота осуществляется с большей полнотой и скоростью.

Экспериментально установлены граничные условия и режимные параметры технологии кю-ветно-кучного выщелачивания золота (крупность руды, отношение объема активированной пульпы к общему объему, время цикла активационного выщелачивания, оптимальная доля руды, поступающей на кучное выщелачивание).

Результаты укрупненных лабораторных испытаний представлены на рис. 2-5.

^ 100

£ 80 о § 60

го

а 40 Я

2а 20

-т1 и

ч 0

со

го 8

-20 мм -10 мм -3,5 мм -1,5 мм

1 2 3 4 5 6

Продолжительность выщелачивания золота, час

Де£, мг / г

1,5

0,5

1, 1,2 5^—« 5 1,1 7 1,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5Уа

V

Рис. 3. Зависимость прироста извлечения золота на смолу от отношения объема активированной пульпы к общему объему

ДС, мг / г

л - 15 3 1 З5 ,3 ,2 1,1

1, 05__-■'

—е-

-0,5 0 0,5 1

Кюветное выщелачивание

1,5 2 2,5 3 3,5 4

ТА, час

Рис. 4. Зависимость доизвлечения (прироста) золота от времени цикла активного выщелачивания

ДеГ, мг / г

1,1 8 1,21

■

ъ.,0,76

\0,52

>•^0,24

1 п

1 0

Кюве0тн

тно-кучн выщелачивание

ое2

0,4

0,6

0,8

1 Qку ч Qобщ

Рис. 5. Зависимость доизвлечения (прироста) золота от доли руды, поступающей на кучное выщелачивание

Рис. 2. Зависимость извлечения золота в цианидный раствор от продолжительности выщелачивания: сульфидная руда после окисления: 1 - фракция крупности - 20 мм; 2 -фракция крупности - 10 мм; 3 - фракция крупности - 3,0 мм.; 4 - фракция крупности - 1,5 мм

Снизить затраты технологии можно за счет того, что перерабатывать не руды, а флотоконцен-трат.

Кучное выщелачивание «песковой» фракции хвостов первичной переработки (в траншеях) осуществляется по одному из представленных пяти вариантов в зависимости от обрабатываемой минеральной массы (рис. 6) и предполагается преимущественно производить в межсезонье, т.е. в периоды неэкстремальных летних и зимних температур.

0

0

1

Рис. 6. Варианты кучного выщелачивания золота по комбинированной технологии

При комбинировании кучного и кюветного выщелачивания, разделенный на фракции по крупности материал обрабатывается реагентами соответственно в инфильтрационном варианте и в составе пульпы.

Выщелачивание ведут в режиме циркуляции растворов до роста концентрации в них золота порядка 1 мг/л. После чего растворы начинают пропускать через электросорбер. По окончании выщелачивания производят нейтрализацию остаточных цианидных растворов гипохлоритом натрия.

К особенностям технологии кюветно-кучного выщелачивания следует отнести:

1. Периодическое порционное локальное (в торцевой части кюветы) перемешивание пульпы и насыщение ее кислородом и/или проведение предварительного окисления соответствующих компонентов материала, обеспечивающее полноценное проникновение реагентов в минеральную матрицу относительно крупных частиц и интенсивное выщелачивание золота из тонкой фракции.

2. Отсутствие необходимости дробления материала менее чем до 3,0 мм (среднее) для обеспечения возможности доизвлечения золота из крупных частиц, пропитанных активным выщелачи-

вающим раствором и/или прошедшим полноценное предокисление.

3. Существенное снижение эффекта переосаждения растворенного золота на сорбционно-активные мелкие частицы глин, слюд, углистого вещества.

Результаты исследований позволили доказать, что технология активационного кюветного и кучного выщелачивания со сменными активацион-ными блоками позволила повысить эффективность извлечения дисперсного золота из руд за счет сокращения времени последующего бактериального доокисления до 2-х суток (вместо 4-х) и получить извлечение золота 92 %, что на 25 % выше по сравнению с классическим способом кучного выщелачивания.

В зависимости от вещественного состава руды применяют различные полиреагентные комплексы, которые образуются в процессе пероксид-но-цианидной и хлоридно-пироксидной подготовке минеральной массы перед цианированием (см. табл. 1).

Идеология технологии ККВ золота из минеральной массы также применима для эффективно-

го комбинированного окисления сульфидных и сульфидно-сульфосолевых руд со сменными акти-вационными блоками выщелачивания по ранее представленным вариантам. При переработке данных типов руд после активации всего объёма пульпы соответствующими полиреагентными комплексами в кювете, добавляют на шламовом носителе бактерии и осуществляют в реакторе биоокисления.

Таким образом доказано, что технология ак-тивационного кюветного и кучного выщелачивания золота со сменными активационными блоками адаптируется к типу руды и её технологической упорности.

Разработанная технология АККВ имеет большие перспективы применения на золотодобывающих предприятиях России и, в частности, Забайкалья. В Забайкалье открыто и в различной степени изучено более 1000 месторождений и ру-допроявлений коренного и россыпного золота. Причем доля коренного золота составляет около 90%.

Минеральные объекты золотодобычи имеют различный вещественный состав и представлены 41 месторождением, из которых 22 собственно золоторудных и 19 комплексных с доминированием пирита, галенита, сфалерита, золота в упорной форме.

Первоочередными объектами освоения являются месторождений Бугдаинского, Култумин-ского, Лугоканского, Акатуевского, Аленгуйского, Гурулевского, Право-Зоргольского, Погромного, рудопроявлений Горы Бугдаи, Бильбичанского, Корокандинского, Ново-Ируновского и др.

Но в связи с тем, что проблема переработки сульфидных руд, в том числе с упорными формами золота до настоящего времени в промышленной реализации не решена, поэтому можно считать, что все золоторудные месторождения являются объектами АККВ.

Кроме того, для АККВ могут быть использованы техногенные отходы, представленные отвалами бедных и забалансовых руд, техногенными хвостами. Автором подсчитаны потенциальные запасы золота из бедных руд и техногенных отходов на основании опубликованных материалов и установлено, что по 19 техногенным золотосодержащим объектам общей массой 234 млн т запасы золота для АККВ составляют 147 т при предельных их содержаниях 0,189-6,2 г/т и среднем значении - 0,63 г/т.

Для эффективной переработки упорного минерального сырья различного вещественного состава как текущей добычи, так и техногенных отходов с большим периодом консервации, материалы складируются на спец.площадках и классифицируются на промышленные типы и сорта в соответствии с разработанной классификацией (рис. 3, 4) и отрабатываются по гибкой перестраивающейся технологии.

Следует подчеркнуть, что по экологическим параметрам (содержание токсичных реагентов и тяжелых металлов в жидкой фазе хвостов и их миграционная активность), предлагаемая схема АККВ является более предпочтительной и эколо-гощадящей по сравнению с классическими методами кюветного и кучного выщелачивания.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Пат. 2283879. Способ кучного выщелачивания руд / А. В. Рашкин, П. Б. Авдеев, Ю. Н. Резник, Л. В. Шумилова, И. А. Яшкин ; заявка № 2004133306 ; опубл. 20.09.2006, приоритет 15.11.2004, Бюл. № 26.

2. Пат. 2283883. Способ рудоподготовки техногенных отходов к кучному выщелачиванию золота / Л. В. Шумилова, Ю. Н. Резник, Ю. И. Рубцов ; заявка № 2005106006 ; опубл.

20.09.2006, приоритет 03.03.2005, Бюл. № 26.

3. Пат. 2361937. Способ подготовки упорных сульфидных руд и концентратов к выщелачиванию / А. Г. Секисов, Ю. Н. Резник, Л. В. Шумилова, Н. В. Зыков, А. Ю. Лавров, В. С. Королев, Т. Г. Конарева ; заявка № 2007145306/02 (049635), приоритет 06.12.2007.

4. Пат. 2350665. Способ кюветно-кучного выщелачивания металлов из минеральной массы / А. Г. Секисов, Ю. Н. Резник, Н. В. Зыков, Л. В. Шумилова, А. Ю. Лавров, Д. В. Манзырев., С. С. Климов, В. С. Королев, Т. Г. Конарева ; заявка № 2007118333/03 (019956), приоритет

16.05.2007.

5. Пат. 2351664. Способ кучного выщелачивания руд / И. А. Яшкин, А. В. Рашкин, Л. В. Шумилова ; заявка № 2007121403/02 (023300), приоритет от 07.06.2007.

6. Заявка на пат. № 2007145307/03 (049636). Способ кучного выщелачивания золота из окисленных и смешанных руд / Шумилова Л. В., Резник Ю. Н., Зыков Н. В., Добромыслов Ю. П., Конарева Т. Г. Приоритет от 06.12.2007