CC BY
55
© М.А. Гурман, 2013
УЛК 622.7 М.А. Гурман
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ПИРИТ — АРСЕНОПИРИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
Представлены результаты исследования возможности применения сульфи-дируюшего и окислительного обжига при переработке золотосодержащих пирит-арсенопиритовых концентратов. Показано, что в оптимальном режиме ступенчатый обжиг позволяет перевести 92,14—95,6% мышьяка в газовую фазу, преимущественно, в виде сульфида Ав434, содержание Аз в возгонах составляет 65,82—69,53%. Экспериментально подтверждена эффективность щелочного выщелачивания огарков в присутствии перекиси водорода в качестве окислителя для вскрьттия золота, связанного с ар-сенатами железа РеАв04, Ре4Аз2011, Ре3(Ав04)2.
Ключевые слова: упорные руды, пирит-арсенопиритовые концентраты, сульфидируюший и окислительный обжиг, сульфид мышьяка, арсенаты железа, выщелачивание, пероксид водорода, извлечение золота.
Хабаровский край является одним из ведущих регионов России по добыче благородных металлов. Перспективы развития золотодобывающей промышленности края связаны 77,19 % в общей золотодобыче края [1].
Однако рост производства сопровождается постепенным истощением запасов богатых и легкообогатимых руд и необходимостью вовлечения в переработку сложных по составу, упорных руд низкого качества на месторождениях с небольшими запасами.
В настоящее время геологоразведочные работы в крае направлены на доразведку, доизучение и переоценку запасов и ресурсов на перспективных объектах с упорными рудами. Большинство таких руд характеризуется ультрадисперсной вкрапленностью золота в арсенопирите и пирите и содержит значительное количество мышьяка, осложняющего технологические процессы и создающего опасность загрязнения окружающей среды. Поэтому промышленное освоение таких месторождений во многом будет определяться наличием экологи-
чески безопасных технологий извлечения благородных металлов из руд.
Наиболее изученным из пирометаллургических способов вскрытия золота, ассоциированного с сульфидными минералами является окислительный обжиг [2], однако он не в полной мере отвечает современным требованиям по охране окружающей среды, вследствие того, что большая доля мышьяка извлекается в газовую фазу в виде высокотоксичного триоксида мышьяка.
Перспективным для вскрытия золота и удаления мышьяка из концентратов в сульфидной форме является окислительно-сульфидирующий обжиг. Данный метод отвечает требованиям экологии и производственной безопасности технологического процесса. Малотоксичный сульфид мышьяка можно получить в компактном виде, он обладает низкой растворимостью в воде, отличается длительностью хранения [3].
Целью исследований являлось изучение возможности применения термохимических методов для вскрытия тонковкрап-ленного золота и выведения мышьяка в малотоксичной форме из пирит-арсенопиритовых концентратов для их последующей гидрометаллургической переработки.
В качестве объекта исследований представлены флотационные концентраты, полученные нами в результате флотации первичных и частично окисленных золотомышьяковых руд Учаминского месторождения (Хабаровский край).
Флотационные концентраты отличаются сложностью вещественного состава, для них характерно значительное содержание мышьяка 20.27 и 14.58 %, из других компонентов, осложняющих технологию их переработки присутствуют медь — 0,32—0,22 %, свинец — 1,99—0,45 %, сурьма — 0,08—0,04 % [4]. Данные химического анализа концентратов подтверждаются результатами РФА и электронно-микроскопических исследований выделенных мономинеральных фракций. Согласно которым, в пирите, галените, сфалерите выявлены примеси серебра, мышьяка, сурьмы и меди; в арсенопирите содержатся примеси меди, сурьмы, свинца, серебра. Методом электронной микроскопии выявлены гнездовидные сгущения аморфного углистого вещества на поверхности лимо-нитизированного арсенопирита и углисто-глинистые прожилки в пирите.
Массовая доля золота составляет 20,27 и 33,23 г/т, серебра 199,8 и 207,8 г/т, соответственно, в концентратах первичной и частично окисленной руды. Основными концентраторами золота являются арсенопирит и пирит; золотом обогащены галенит, халькопирит, сфалерит. При вскрытии золотосодержащих сульфидов азотной кислотой, выявлено незначительное количество золота, крупность которого составила 55— 86 мкм. Большая же часть золота является ультрадисперсной вкрапленностью в сульфидных минералах и не обнаруживается электронно-микроскопическими методами.
В результате изучения вещественного состава сделан вывод о том, что концентраты являются упорными к цианированию и извлечение золота может осуществляться только после специальной химической подготовки, связанной с вскрытием золотосодержащих сульфидных минералов, а также удаления мышьяка из концентратов.
Особенностью полученных флотационных пирит-арсено-пиритовых концентратов, по данным минералогического анализа, является соотношение арсенопирита и пирита в их составе: 78 и 15% — в концентрате из первичной руды и 70 и 20% — в концентрате из частично окисленной руды, соответственно. Присутствие значительного количества пирита в концентратах может создавать дополнительные возможности сульфидирова-ния мышьяксодержащих соединений за счёт образования диоксида серы и элементарной серы в процессах высокотемпературного окисления арсенопирита и пирита. Проведенные ранее теоретические исследования протекания возможных химических реакций при обжиге пирит-арсенопиритового концентрата показали, что образование значительных количеств диоксида серы и элементарной серы способно обеспечить высокую вероятность вывода мышьяка в сульфидной форме.
Экспериментальные исследования выполнены на лабораторной установке для обжига в трубчатой печи, оснащенной трубками для подачи воздуха и вывода газообразных продуктов через гидрозатвор [5]. В результате исследований было установлено, что максимальное извлечение мышьяка в газовую фазу 89,1—87 % достигается в температурном интервале 500—550 °С при ограниченном расходе кислорода 0,12— 0,2 л/мин, соответственно, для первичной и частично окис-
ленной руды. Химический анализ возгонов после первой ступени обжига показал содержание Дэ — 65,82—69,53 %, что указывает на возгонку мышьяка преимущественно в виде тет-расульфида (теоретическое содержание Дэ в Дз4Б4 составляет 70,01 %).
Основным компонентом огарков, согласно данным минералогического анализа, является пирротин, установлено также присутствие зерен пироарсенопирита, частично сохраняющего форму кристаллов. Для пассивирования пирротина как активного поглотителя цианида и депрессора золота (при последующем цианировании), проведена вторая ступень обжига. При более высокой температуре 600—650 °С и избытке кислорода происходит окисление непрореагировавшего арсено-пирита и пирротина [6]. Проведение второй ступени обжига продолжительностью 2 часа при избыточном расходе кислорода приводит к дополнительному выводу в возгоны 6,5 и 5,14 % мышьяка. Таким образом, ступенчатый сульфидирующий и окислительный обжиг проведенный в оптимальных режимах позволяет перевести в возгоны 95,6 % и 92,14 % мышьяка из пирит-арсенопиритовых концентратов первичной и частично окисленной руды, соответственно.
Однако, в условиях обжига с избытком кислорода разложение зерен недоокислившегося арсенопирита сопровождается образованием некоторого количества нелетучей пятиокиси мышьяка Дэ205. При температурах 600—650 °С происходит взаимодействие оксидов мышьяка (V) с оксидами железа и образуются фазы РеДз04, Ре4Дз20п, Ре3(Дз04)2, что подтверждается данными рентгенофазового анализа (рис. 1).
Образование арсенатов железа в огарках является нежелательным для последующего извлечения золота гидрометаллургическими методами, поскольку они обладают плотной механической структурой [6], часть золота оказывается недоступной для цианистых растворов. Для вскрытия золота, связанного с окисленными формами мышьяка проведены эксперименты по щелочному выщелачиванию огарков в присутствии экологически безопасного окислителя пероксида водорода и в его отсутствии. Выщелачивание огарков в оптимальном режиме в щелочной среде в присутствии Н202 при продолжительности 100—120 минут позволяет перевести 95,12—89,58 % мышьяка в щелочной раствор и снизить его
450 400
100 -I-1--1-1--1-1-1-1
10 20 30 40 50 60 70 80
2И1е1а;град
Рис. 1. Рентгенофазовый анализ продуктов 2 ступени обжига:
■ — Ре203; ▲ — Ре3(Ав04)2; • — РвАв04 и Ре4Аз2Ои
содержание в огарках для их последующего цианирования — от 1,23—1,44 % до 0,06—0,15 % [7].
Установлено, что введение окислителя Н202 способствует не только окислению Ре(11) в Ре(Ш), но и значительному сокращению времени растворения арсенатов железа. Разрушение кристаллической структуры РеЛз04 приводит к освобождению ассоциированного с ним золота, что подтверждается результатами электронно-микроскопических исследований кеков выщелачивания (рис. 2).
Рис. 2. Электронно-микроскопическое изображение кека выщелачивания с включениями золота: Спектр 1 — Ре45035д7Ли19Сио,431о,4Л1о,о3
Рис. 3. Показатели переработки мышьяксодержащих огарков методами:
— ИИ прямого цианирования и — НИ цианирования с предварительным щелочным выщелачиванием в присутствии Н202
Щелочное выщелачивание огарков в присутствии перокси-да водорода способствует повышению извлечения золота при последующем цианировании с 91—91,5 до 97,18—97,94 %, по сравнению с прямым цианированием огарков, не подвергнутых щелочной обработке (рис. 3).
Выводы
На основании проведенных исследований установлена возможность применения сульфидирующего и окислительного обжига при переработке золотосодержащих пирит-арсенопи-ритовых концентратов. В оптимальном режиме ступенчатый обжиг позволяет перевести 92,14—95,6 % мышьяка в газовую фазу, преимущественно, в виде сульфида А84Б4, содержание Дэ в возгонах составляет 65,82—69,53 %.
Экспериментально подтверждена эффективность щелочного выщелачивания огарков в присутствии пероксида водорода в качестве окислителя для вскрытия золота, связанного с арсе-натами железа РеДэ04, Ре4Дз2011, Ре3(Дз04)2. Предварительное выщелачивание способствует повышению извлечения золота при последующем цианировании с 91—91,5 % до 97,18— 97,94 %, по сравнению с прямым цианированием огарков, не подвергнутых щелочной обработке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основные результаты деятельности горнодобывающей отрасли Хабаровского края в 2012 году и задачи на 2013 год / Министерство природных ресурсов Хабаровского края. Интернет [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://mpr. khabkrai.ru/contents/15/,
2. Лодейщиков, В.В. Извлечение золота из упорных сульфидных и углисто-сульфидных руд: аналитический обзор / В.В. Лодейщиков. — Иркутск: Иргиредмет, 2007. — 183 с.
3. Исабаев, С.М. Физико-химические основы сульфидирования мышьяк-содержащих соединений / С.М. Исабаев, A.C. Пашинкин, Э.Г. Мильке, М.И. Жамбеков. — Алма-Ата: Наука, 1986. — 184 с.
4. Александрова, Т.Н. Проблемы извлечения золота из упорных руд юга Дальневосточного региона России и некоторые пути их решения / Т.Н. Александрова, М.А. Гурман, С.А. Кондратьев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2011. — № 5. — С. 124—135.
5. Россовский С.Н. Технологическая оценка упорных золотомышьяко-вых руд и концентратов. Методические рекомендации № 31 / С.Н. Рос-совский, И.Д. Фридман, А.И. Никулин, Г.В. Седельникова. — М.: ВИМС, 1986. — 73 с.
6. Лодейщиков, В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд / В.В. Лодейщиков. — Иркутск: Иргиредмет, 1999. — 758 с.
7. Гурман, М.А. Исследование щелочного выщелачивания золотосодержащих арсенатов железа (II) и (III) в присутствии пероксида водорода / М.А. Гурман // IX Конгресс обогатителей стран СНГ: сборник материалов. — М.: МИСиС, 2013. — Т. 1. — С. 207—210.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Гурман Маргарита Анатольевна — старший научный сотрудник, mgurman@yandex.ru, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск, adm@igd.khv.ru
