CC BY
193
I
I
УДК 622.342.1 © Коллектив авторов, 2017
К вопросу извлечения золота из лежалых хвостов золотоизвлекательной фабрики
А.К.КОЙЖАНОВА (АО «Институт металлургии и обогащения»; 050010, г. Алматы, Шевченко 29/133 угол Валиханова),
Г.В.СЕДЕЛЬНИКОВА (Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (ФГУП ЦНИГРИ); 117545, г. Москва, Варшавское шоссе, д. 129, к. 1),
Э.М.КАМАЛОВ, М.Б.ЕРДЕНОВА, Н.Н.АБДЫЛДАЕВ (АО «Институт металлургии и обогащения»; 050010, г. Алматы, Шевченко 29/133 угол Валиханова)
Изучен химический и минеральный состав лежалых хвостов золотоизвлекательной фабрики Казахстана. Показано, что золото находится в ассоциациях с кварцем и сульфидами и присутствует в основном в тонкодисперсном состоянии. Исследованы различные методы переработки хвостов: доизмельчение с последующим цианированием, предварительное окисление химическими реагентами и микроорганизмами. Установлена возможность переработки хвостов методом цианирования. Применение предварительного окисления и вскрытия упорного золота позволяет повысить извлечение золота в процессе цианирования остатка окисления. Наиболее экологически безопасным способом переработки является биоокисление. Ключевые слова: золото, лежалые хвосты, биоокисление, цианирование, гидрометаллургия.
Койжанова Айгуль Кайргельдыевна [email protected]
Седельникова Галина Васильевна [email protected]
Камалов Эмиль Максутович [email protected]
Ерденова Мария Бейсенбековна [email protected]
Абдылдаев Нургали Нурланович [email protected]
The question of gold extraction from the stale tails of the gold recovery plant
A.K.KOIZHANOVA (Institute of Metallurgy and Ore Benefication Joint-stock company), G.V.SEDELNIKOVA (Federal State Unitary Enterprise Central Research Institute of Geological Prospecting for Base and Precious Metals),
E.M.KAMALOV, M.B.ERDENOVA, N.N.ABDYLDAEV (Institute of Metallurgy and Ore Benefication Joint-stock company)
The chemical and mineral composition of the stale tails of the gold recovery plant in Kazakhstan has been studied. It is shown that gold is in association with quartz and sulphides, and is present mainly in the finely dispersed state. The cyanidation, as well as preliminary pre-grinding and oxidation of stale tails with chemical reagents and microorganisms are investigated. It is established that the use of oxidizing agents allows to increase the degree of gold recovery from technogenic wastes. The most environmentally sound method is biooxidation. Key words: gold, tails, biooxidation, cyanidation, hydrometallurgy.
Известно, что непрерывное увеличение объемов горного производства благородных металлов в течение десятков лет привело к образованию огромной массы горных отходов в виде отвалов и хвостохранилищ. В результате сформировались техногенные месторождения с промышленными запасами и содержанием в них полезных компонентов на уровне бедных и убогих руд, ныне вовлекаемых в переработку.
Как правило, в отходах горнопромышленного производства полезные компоненты, в том числе благородные и цветные металлы, находятся в основном в мелких классах крупности и трудноизвлекаемых
формах [5, 6, 10, 11, 16]. Вскрытие упорного золота, связанного с сульфидами, покрытого пленками и тонковкрапленного в кислоторастворимые минералы, является важнейшим технологическим фактором, способствующим доизвлечению металлов и вовлечению отходов в повторную переработку с применением современных методов [1, 13-15, 17, 19]. Кроме того, техногенные отходы экологически опасны, особенно их сульфид- и мышьяксодержащие составляющие. Одни из таких отходов - лежалые хвосты обогатительных фабрик от переработки золотосодержащих руд.
Разработка и освоение технологии извлечения золота из техногенных минеральных объектов, в первую очередь, лежалых хвостов золотоизвлекательных и обогатительных фабрик, является актуальной задачей. Наиболее перспективное направление переработки упорного золотосодержащего сырья - бактериальное окисление. Биоокисление золота и сопутствующих металлов из техногенного сырья в настоящее время рассматривается как наиболее простой, менее затратный и экологически безопасный метод [2-4, 7-9, 11, 12, 17, 18].
Экспериментальные методы и результаты. В процессе исследований в качестве исходного сырья использовали лежалые хвосты золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) «Алтынтау Кокшетау» от переработки руды месторождения Васильковское (Казахстан). Изучен химический, гранулометрический и минеральный состав лежалых хвостов.
Согласно химическому анализу, состав исходного сырья следующий (в %): Fe - 16,7; S - 10,1; Си - 0,11; РЬ - 0,0001; гп - 0,001; Bi - 0,0006; As - 0,14; MgO - 1,100; А1203 - 14,60; SiO2 - 66,98; СаО - 3,765; Аи - 0,43 г/т.
По гранулометрическому составу хвосты содержат 68% класса -0,1 мм, в том числе незначительное количество класса -0,074 мм, всего 14,6%, то есть являются недостаточно тонко измельченным материалом для гидрометаллургической переработки.
По данным минералогического анализа рудная часть лежалых хвостов представлена следующими сульфидами: пирит, арсенопирит, халькопирит, весьма редко встречается марказит и висмутин, а также оксидами и гидроксидами железа: магнетит, в незначительных количествах присутствуют гематит, гетит/гидрогетит. В табл. 1 приведен перечень и размер рудных минералов. В хвостах обнаружены частицы тонкодисперсного золота размером 1,2-8,2 микрон. Породообразующие минералы - альбит, микроклин, кварц, алюмосиликаты кальция и магния, клинохлор, христобалит и др.
В работе исследованы различные методы переработки лежалых хвостов: прямое и сорбционное цианиро-
вание доизмельченных хвостов, цианирование с предварительной обработкой химическими окислителями (перекись водорода, гипохлорит кальция), биоокисление исходных и доизмельченных хвостов с последующим цианированием.
Дополнительное измельчение хвостов проводили на шаровой мельнице до крупности 90-92% класса -0,044 мм. Условия прямого цианирования доизмель-ченных хвостов следующие: масса пробы 100 г, концентрация цианида 0,1%, рН=10, продолжительность 24 ч, Т:Ж=1:3. Результаты прямого цианирования доиз-мельченных хвостов приведены в табл. 2 (контрольный опыт). Извлечение золота из хвостов составило 69,76%.
В ФГУП ЦНИГРИ проведены опыты по сорбцион-ному цианированию пробы доизмельченных лежалых хвостов в следующем режиме: Т:Ж=1:2, концентрация цианида натрия 0,1%, рН=10,5-11,0; загрузка смолы АМ-2Б 5% по объему, температура 20-25°С, продолжительность 24 часа. Извлечение золота из лежалых хвостов методом сорбционного цианирования составило 67,3%, при содержании золота 0,12 г/т в хвостах цианирования и исходном содержании золота в исследуемой пробе лежалых хвостов 0,37 г/т (пробирно-гравиметрическое определение золота).
Как видно из приведенных данных двух лабораторий, получены сравнительно близкие результаты по извлечению золота методом прямого и сорбционного цианирования, соответственно 69,76 и 67,3%.
На следующем этапе работы изучено влияние на процесс цианирования доизмельченных хвостов предварительного воздействия химических окислителей: перекись водорода (опыт 1) и гипохлорит кальция (опыт 2), а также влияние предварительного бактериальное окисления с применением различных штаммов тионовых бактерий A.ferrooxidans, выделенных из исходной руды Васильковского месторождения -штамм 1 (опыт 3), отвалов кучного выщелачивания руды того же месторождения - штамм 2 (опыт 4) и ранее выделенный из другого месторождения лабораторный штамм 3 (опыт 5).
1. Перечень и размеры основных рудных минералов
Минерал Химическая формула минерала Размеры компонентов, мкм
Арсенопирит, Ars FeAsS 5-15 (единичные 45)
Магнетит, Mgt FeFe2O4 8-10 (единичные 40)
Халькопирит, Ср CuFeS2 10-30
Пирит, Py FeS2 5-20
Марказит FeS2 10-17
Гематит, Hem aFe2O3 18-27
Гетит/гидрогетит/Fe HFeO2/ HFeO2ag 30-40
Висмутин Bi2S3 2-5
Золото, Au Au 1,2-8,2
2. Результаты цианирования остатков химического и бактериального окисления лежалых хвостов
Наименование показателей Контрольный опыт Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 Опыт 3 а Опыт 4 Опыт 5
Содержание золота в исходной пробе, г/т 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43
Количество твердой фазы пробы, кг 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Объем жидкой фазы пульпы, л 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Концентрация % 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Содержание золота в кеке цианирования, г/т 0,13 0,12 0,11 0,109 0,12 0,14 0,265
Извлечение золота по твердому остатку (кек), % 69,7 72,1 74,4 74,6 72,1 67,4 38,3
Для сравнения влияния крупности доизмельчения хвостов на показатели биоокисления и последующего цианирования был поставлен опыт 3а - по биоокислению хвостов исходной крупности с применением штамма 1.
Условия предварительного химического окисления хвостов перекисью водорода (опыт 1): масса пробы 100 г (крупность 90-92% класса -0,044 мм), время 10 ч, Т:Ж=1:3, пероксид водорода - 10 г/л (в присутствии 5% серной кислоты, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) - 305 мВ, рН=1,85. Твердая фаза после промывки и нейтрализации до рН=10 направлялась на цианирование в условиях, одинаковых с контрольным опытом. Извлечение золота из хвостов составило 72,1% (см. табл. 2, опыт 1).
Предварительное окисление хвостов с использованием гипохлорита кальция (опыт 2), последующая промывка и цианирование кека проводились в условиях, аналогичных опыту 1. Концентрация гипохлорита кальция составляла 10 г/л (в присутствии серной кислоты 5%), ОВП - 310 мВ, рН=1,8. Извлечение золота из хвостов достигало 74,4% (см. табл. 2, опыт 2).
В процессе биоокисления лежалых хвостов использовали штаммы 1-3, предварительно культивированные на среде 9К (Сильвермана и Люндгрена). Были изучены биологические свойства используемых штаммов, определены их активность, рН среды, плотность клеток, ОВП, концентрация Fe2+ и Fe3+ и др.
Биологическое окисление доизмельчённых хвостов (опыт 3-5) и хвостов исходной крупности (опыт 3 а) проводили с применением штаммов в следующих одинаковых условиях: масса пробы 100 г, крупность материала 90-92% класса -0,044 мм, предварительная кислотная обработка для растворения примесей меди и железа (Т:Ж=1:4; Н^04 - 1-2%; температура 25°С; время агитации - 2 ч). Бактериальное окисление промытого кека (Т:Ж=1:5; рН=1,8-2,5; Fe3+ - 8,5 г/дм3); концентрация бактериальных клеток А. ferrooxidans -106 кл/мл; продолжительность биоокисления - 10 суток с непрерывным перемешиванием на шейкере при
скорости 230 об./мин. После биоокисления полученный кек нейтрализовали щелочным раствором до значения рН=10.
Цианидное выщелачивание остатков биоокисления опытов 3, 3а, 4 и 5 осуществляли в условиях, аналогичных контрольному опыту. Извлечение золота цианированием остатков биоокисления с помощью разных штаммов значительно отличалось и составило следующие величины: штамм 1 (опыт 3) - 74,6%, штамм 1 (опыт 3а) - 72,1%, штамм 2 (опыт 4) - 67,4%, штамм 3 (опыт 5) - 38,3% (см. табл. 2).
Сводные показатели по извлечению золота из лежалых хвостов с применением исследованных способов переработки лежалых хвостов приведены на рис. 1. Наибольшее извлечение золота 74,6% при цианировании остатка биоокисления обеспечивает применение метода биоокисления тонкоизмельченных лежалых хвостов с использованием штамма 1 тионовых
Изалечен ие золота, %
80
А Б В Г Д Е Ж
Рис. 1. Извлечение золота из лежалых хвостов с использованием различных способов переработки:
А - измельчение - цианирование; Б - измельчение - окисление пероксидом водорода - цианирование; В - измельчение - окисление гипохлоритом кальция - цианирование; Г - измельчение - биоокисление штаммом 1 - цианирование; Д - биоокисление штаммом 1 - цианирование; Е - измельчение - биоокисление штаммом 2 - цианирование; Ж - измельчение - биоокисление штаммом 3 - цианирование
■
Рис. 2. Концентрация Fe2+ (А) и Fe3+ (Б) в процессе биоокисления лежалых хвостов штаммами бактерий A.ferrooxidans:
1 - штамм 1, 2 - штамм 2 и 3 - штамм 3
бактерий A.ferrooxidans, выделенных из руды Василь-ковского месторождения. Близкие показатели по извлечению золота - 74,4% получены в процессе цианирования с предварительным химическим окислением хвостов гипохлоритом кальция. По экологическим соображениям способ биоокисления является наиболее предпочтительным.
На рисунках 2 и 3 приведены результаты исследований, обосновывающие выбор наиболее активных
штаммов для предварительного окисления лежалых хвостов. Одним из показателей, определяющих активность бактерий, является скорость их окисления Fe2+до Fe3+ ^е2+образуется в процессе бактериального окисления сульфидов). На рис. 1 приведены результаты изменения концентрации Fe2+ и Fe3+ в бактериальном растворе в зависимости от продолжительности процесса биоокисления лежалых хвостов штаммами 1-3 бактерий A.ferrooxidans.
■
Рис. 3. Изменение рН среды (А) и концентрации клеток (Б) в процессе биоокисления хвостов:
1 - штамм 1, 2 - штамм 2 и 3 - штамм 3
Из рисунка 2 видно, что окислительные свойства исследуемых штаммов отличаются между собой. Наиболее активным является штамм 1. Окисление двухвалентного железа до трехвалентного состояния этим штаммом наблюдается с первых суток и практически полностью завершается на 10-е сутки. Остаточная концентрация двухвалентного железа по истечении 10 суток составила 0,05 г/дм3. Для остальных штаммов этот показатель был равен: штамм 2 - 0,3 г/дм3 и штамм 3 -1,9 г/дм3. Соответственно для штамма 1 отмечается наиболее высокая концентрация Fe3+ в растворе - 7,8 г/дм3.
Известно [19], что в результате биоокисления сульфидных минералов образуется серная кислота и происходит снижение рН бактериального раствора. В процессе окисления сульфидов выделяется энергия, которую бактерии используют в цикле их жизнедеятельности. Рост численности клеток свидетельствует об эффективности протекания процесса биоокисления. На рис. 3 приведены данные по изменению рН и численности клеток штаммов бактерий A.ferrooxidans в процессе биоокисления лежалых хвостов.
Данные рис. 3 показывают, что наибольшее снижение рН от исходного значения 2,0-2,2 до 1,7 происходит в конце процесса биоокисления хвостов с использованием штамма 1. Применительно к штамму 3 идет самое медленное снижение с 2,15 до 2,0. И, соответственно, для наиболее активного штамма 1 отмечается наибольшей рост клеток, концентрация которых составляла 0,48-106 клеток в мл раствора на 7-е сутки биоокисления хвостов.
Таким образом, в результате проведенных опытов по биоокислению установлено, что наиболее активным среди исследованных культур является штамм 1, выделенный из руды Васильковского месторождения, который показал быструю адаптацию и окислительную способность к исследуемому объекту.
С применением рентгенофазового анализа изучен состав остатка биоокисления в сравнении с исходным материалом хвостов и показано, что в результате бактериального выщелачивания наблюдается снижение содержания основных сульфидов - арсенопирита и пирита, а также некоторых растворимых породообразующих минералов.
На рис. 4 приведены результаты исследования образцов исходных хвостов и твердых остатков биоокисления хвостов с помощью растровой электронной микроскопии. На поверхности образца, подвергшегося биоокислению, видны следы окисления - поры, щели и каверны.
Таким образом, выполненные исследования различных способов переработки лежалых хвостов золотоиз-влекательной фабрики показали возможность извлечения 67-69% золота методами прямого и сорбционного цианирования, а также химического и бактериального окисления с последующим цианированием остатка, применение которых позволяет повысить извлечение золота соответственно до 74,4-74,6%. Наибольшее извлечение золота и экологическую безопасность обеспечивает использование способа переработки лежалых хвостов на основе их предварительного биоокисления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глубокое извлечение золота из хвостов обогащения месторождения Акбакай культурой АaditюbacШusferюoxidans / А.Т.Канаев, З.К.Канаева, И.А.Мырзаханова и др. // Успехи современного естествознания. 2013. № 6. С. 115-120.
2. Голик В.И., Логачев А.В., Лузин Б.С. Техногенные ресурсы золота Республики Казахстан // Междун. научно-практическая конференция «Повышение качества образования и научных исследований». - Экибастуз, 2009. С. 342-347.
3. Извлечение золота из хвостов золотоизвлекательной фабрики от переработки упорных руд смешанного типа / К.К.Турин, Т.В.Башлыкова, П.П.Ананьев и др. // Цветные металлы. 2013. № 5. С. 39-43.
4. Кармазин В.В. Перспективы увеличения добычи золота при разработке техногенных месторождений // Горный журнал. 1997. № 7. С. 56-57.
5. Морозов Ю.П. Теоретическое обоснование и разработка новых методов и аппаратов извлечения тонкодисперсных благородных металлов из руд и техногенного сырья // Автореф. дис. д-ра. техн. наук. - Екатеринбург, 2001.
6. Новые процессы извлечения мелкого золота из отвальных продуктов / В.В.Кармазин, О.И.Рыбакова, В.А.Из-малков, С.Б.Татауров // Горный журнал. 2002. № 2. С. 76-82.
7. Переработка отвальных хвостов фабрик и нетрадиционного сырья с применением эффективных обогатительных процессов // И.А.Енбаев, Б.П.Руднев, А.А.Шамин, А.П.Качевский. - М., 1998.
8. Рациональное использование недр: проблемы и пути решения. Л.З.Быховский, Г.А.Машковцев, Б.Г.Самсонов, Е.М.Эпштейн // Геологические методы поисков, разведки и оценки месторождений твердых полезных ископаемых. Обзор. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1997.
9. Руднев Б.П. Обоснование и разработка эффективных методов обогащения текущих и лежалых хвостов
обогащения руд цветных, благородных и редких металлов // Дис. ... д-ра тех. наук. - М., 2004.
10. Рыбакова О.И. Основные принципы построения комбинированных технологических схем доизвлечения тонкого золота из отвальных продуктов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. № 10. С. 75-79.
11. Современные проблемы металлургии и материаловедения благородных металлов. Учебное пособие // С.И.Ло-лейт, М.А.Меретуков, Л.С.Стрижко, К.К.Гурин. - М.: Издат. дом МИСиС, 2012.
12. Технологии переработки золотосодержащих руд / Л.С.Стрижко, Б.А.Бобохонов, Б.Р.Рабиев, И.Р.Бобоев // Горный журнал. 2012. № 7. С. 45-50.
13. Технологические, экономические и экологические аспекты переработки техногенного сырья горно-металлургических предприятий / Г.Н.Рудой, Н.А.Волкова, И.В.Ша-друнова, И.В.Зелинская // Мат-лы междунар. совещания «Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья» (Плаксинские чтения - 2011, 19-24 сентября). - Верхняя Пышма, 2011. С. 6-12.
14. Бочаров 3.В., ИгнаткинаВ.А., Абрютин Д.В. Технология переработки золотосодержащего сырья. - М.: Издат. дом МИСиС, 2011.
15. Холматов М.М., Калинин В.П. Проблемы переработки техногенных отходов // Горный вестник Узбекистана. 2003. № 4. С. 10-11.
16. Чантурия В.А. Основные направления комплексной переработки минерального сырья // Горный журнал. 1995. № 1. С. 50-54.
17. Чантурия В.А., Краснов Г. Д. Комплексная переработка минерального сырья (Плаксинские чтения, 9-11 октября 1990 г.). - М.: Наука, 1992.
18. Knipe S.W., Chryssoulis S.L., Clements B. Flaky Gold: Problems with Recovery and Mineralogical Quantification // JOM. 2004. № 7. Pp. 58-62.
19. Tuovinen O.H., Kelly D.P. Biology of Th. Ferrooxidans in relation to the microbiological leaching of sulfide ores // Z. Allg. Micribiol. 1972. Vol. 12. № 4. Pp. 311-396.
