CC BY
123
ПЕРСПЕКТИВЫ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОДГОТОВКИ РУДЫ
Т.В. Чекушина
Институт проблем комплексного освоения недр РАН Крюковский туп., д. 4, Москва, Россия, 111020
Представлены технические и технико-экономические показатели применения интенсификации процессов кучного выщелачивания золота с предварительным разупрочнением (вскрытием) минеральной матрицы сульфидов электрохимическим воздействием.
Наиболее эффективным методом переработки золотосодержащих руд является гидрометаллургия, получившая теоретическое обоснование в работах член-корр. АН СССР И.Н. Плаксина, его учеников и последователей. Одной из составляющих гидрометаллургии является кучное выщелачивание, или физико-химическая геотехнология по классификации, разработанной научным советом РАН по проблемам горных наук.
Для эффективного освоения российской минерально-сырьевой базы золота необходимо адаптировать технологию кучного выщелачивания применительно к переработке упорных сульфидных руд с тонкодисперсной вкрапленностью золота. Существующие методы переработки упорных золотосодержащих руд — обжиг или автоклавное выщелачивание, — получившие распространение за рубежом, связаны со значительными расходами химических реагентов, энергозатратами, кроме того, обжиг небезопасен в экологическом плане. Это предопределяет необходимость создания новых способов вскрытия. Отечественные ученые и технологи в настоящее время активно ведут работу в этом направлении. В работе принимают участие такие известные коллективы как ВНИИХТ, ЦНИГРИ, ИПКОН РАН, МГГА, СКГТУ, Иргиредмет, УНИПРОмедь и др. Исследования школы академика РАН В.А.Чантурия в области электрохимии сульфидных минералов теоретически позволяют использовать электрохимическую обработку для разупрочнения вмещающих сульфидов и раскрытия вкрапленных золотин.
Были изучены фазовый и элементный состав, структура, состояние поверхности, полупроводниковые свойства, проницаемость, окисленность пиритов и ар-сенопиритов в условиях электрохимической поляризации и реагентной обработки, а также определены степень и характер влияния перечисленных воздействий на цианидное извлечение золота из флото- и гравитационных концентратов.
Процесс вскрытия (разупрочнения) упорных золотосодержащих сульфидов изучался c использованием коллекции минералов различных месторождений. Лабораторные эксперименты проведены на образцах Кургашинканского и Карабаш-ского пиритов, Чармитанского арсенопирита, различающихся по состоянию поверхности, окисленности и содержанию примесных элементов, а также на пирит-
мышьяковистых концентратах Воронцовского, Нежданинского и Бакырчикского месторождений.
Содержание золота в изучаемых пиритах по данным спектрального анализа составляло до 10 г/т, в арсенопирите — 100 г/т. Основные примесные элементы: кремний (до 5%), мышьяк (до 5%), медь (до 2%) и алюминий.
Электрохимическая обработка проводилась в аппаратах, снабженных горизонтально расположенными плоскопараллельными просечными электродами, выполненными из нержавеющей стали марки Х18Н10Т.
Исследование микроструктуры поверхности обработанных сульфидов показало образование пор и зон травления при всех типах воздействия. Однако процессы выщелачивания пиритов протекают по-разному. Было выделено три типа изменений: очистка поверхности (для образцов Кургашинканского пирита — при кислотной обработке, для образцов Карабашского — при электрохимической без-реагентной); слабое выщелачивание (для образцов Кургашинканского пирита — при безреагентной электрохимической обработке, для Карабашского — при кислотной); сильное выщелачивание (для образцов всех пиритов — при электрохимической обработке в кислой и щелочной средах).
На основе анализа дифрактограмм образцов установлено, что очистка поверхности и слабое выщелачивание практически не приводят к фазовым или структурным изменениям сульфидов.
Электрохимическая обработка (ЭХО) в кислой среде приводит к образованию новых фаз, отнесенных по значениям межплоскостного расстояния к магнетиту и гематиту; в щелочной среде, наряду с фазовыми изменениями, происходит преобразование кубической структуры минерала в триклинную. Данные рентгено-фазового анализа подтверждают образование новых фаз: кроме магнетита и гематита были обнаружены такие техногенные соединения как люцонит и скородит (табл. 1).
Таблица 1
Результаты рентгено-фазового анализа исходных и обработанных образцов минералов
Тип обработки* Карабашский пирит Кургашинканский пирит Чармитанский арсенопирит
Основные фазы
Без обработки пирит ^е82), кварц (8Ю2), алюмосиликаты пирит ^е82), кварц (8ІЮ2), халькопирит (Сі^ев2) арсенопирит ^еАэ8), кварц (8ІЮ2), халькопирит (Сі^ев2)
Новые фазы, обнаруженные после вскрытия минерала
3% н28ю4 + ЭХО гематит ^е2Ю3), магнетит ^е3Ю4) гематит ^3) гидрогетит ^еЮЮН), люцонит (Си3Аэ84)
3% ЫаЮН + ЭХО магнетит ^е3Ю4), гидрогетит ^еЮЮН) гидрогетит ^еЮЮН) гидрогетит ^еЮЮН), скородит ^еАэЮ4)
* ЭХО — электрохимическая обработка; режим обработки: Т : Ж = 1:2, 1 = 30 мин., ¡]/ = 8 А/л (при ЭХО)
Процесс вскрытия упорного сырья сопровождается изменением удельного сопротивления и содержания элементной серы на поверхности сульфидов (табл. 2).
Таблица 2
Результаты обработки сульфидов различными реагентами
Минерал Тип обработки* Содержание элементной серы (моль/г), п-10-5 Удельное сопротивление (Ом-м)
Кургашинканский пирит без обработки 0,34 0,116
3% н2бо4 0,64 0,180
3% н2бо4 + ЭХО 0,035 0,200
3% ЫаОН + ЭХО 0,53 3,233
ЭХО без реагентов 0,10 0,127
Карабашский пирит без обработки 1,02 0,083
3% н2бо4 0,10 0,056
3% н2бо4 + ЭХО 0,26 0,267
3% ЫаОН + ЭХО 0,18 10,50
ЭХО без реагентов 0,14 0,107
Чармитанский арсенопирит без обработки 0,10 0,011
3% н2бо4 0,28 0,005
3% н2бо4 + ЭХО 0,42 0,005
3% ЫаОН + ЭХО 0,10 0,030
ЭХО без реагентов 0,30 0,018
* ЭХО — электрохимическая обработка; режим обработки: Т : Ж = 1 : 2, Г = 30 мин., ¡]/ = 8 А/л (при ЭХО)
Экспериментально установлено, что удельное сопротивление наиболее активно повышается при электрохимической обработке в щелочной среде. Увеличение удельного сопротивления образца с 0,1166 до 3,233 Ом-м привело к изменению фазовых и структурных характеристик Кургашинканского пирита при электрохимической обработке в среде едкого натра. Аналогичный эффект отмечен и на образце Карабашского пирита: удельное сопротивление после электрохимических воздействий в растворе 3% №ОН возросло с 0,083 до 10,5 Ом-м, что свидетельствует как о структурных изменениях, так и об образовании на поверхности и в объеме пористой окисленной формы гидрогетита.
Содержание серы на поверхности минералов меняется в соответствии с видом обработки. Кислотная обработка Кургашинканского пирита сопровождается увеличением содержания элементной серы с 0,34 -10-5 до 0,64 -10-5 моль/г. Комбинированная обработка по-разному влияет на окисленность поверхности минерала: если электрохимическое воздействие в кислой среде практически полностью очищает образец (до 0,035-10-5 моль/г элементной серы), то использование щелочи повышает содержание элементной серы до 0,53-10-5 моль/г.
На основе экспериментально определенных значений рН, окислительновосстановительного потенциала (ОВП) и концентрации растворимого железа в жидкой фазе пульпы (табл. 3) с использованием диаграмм состояния системы «сульфид-вода» проведен анализ конечных продуктов, образующихся при реа-гентном, электрохимическом и комбинированном вскрытии.
Сернокислотная обработка всех исследованных продуктов сопровождается изменением рН (1,29-------2,1) и увеличением ОВП (483—850 мВ).
Таблица 3
Физико-химические характеристики рудных суспензий при вскрытии упорных золотосодержащих продуктов
Условия обработки*, реагенты Показатели
рН | ОВП | CFe, мг/л
Воронцовского месторождения
Химическая 3% н2бо4 -1,80 -2,10 +710 +850 180,0
3% ЫаОН 12,0 11,7 -120 -130 1,30
Электро- химическая (ЭХО) без реагентов 6,7 8,4 +80 -97 11,5
3% н2бо4 -1,9 -1,0 +660 +570 340,0
3% ЫаОН 12,8 13,4 -120 -265 2,70
Нежданинского месторождения
Химическая 3% н2бо4 1,29 1,28 +483 +488 89,5
3% ЫаОН 12,3 11,8 -129 -130 2,1
Электро- химическая (ЭХО) без реагентов 6,7 8,4 0 7 СОЇ +- 11,5
3% н2бо4 -1,9 -1,0 +660 +570 340,0
3% ЫаОН 11,8 12,4 -171 -193 3,20
* Режим обработки: Т : Ж = 1 : 2, ї = 30 мин., ¡]/ = 8 А/л (при ЭХО)
В этих условиях происходит окисление пирита с образованием гематита по уравнению
2Бе82 + 19Н20 = 4Ш04- + Бе203 + 34Н+ + 30е.
Окисление арсенопирита сопровождается образованием ионов железа (II) и (III), а также Н3А804.
При щелочной обработке (рН = 12,3—11,7; ОВП = -120---------130 мВ) окисле-
ние пирита сопровождается образованием устойчивой фазы гематита, а арсено-
2—
пирита — гидроксидов железа (III) и гидроарсенат-ионов НА804 .
Безреагентное электрохимическое воздействие на сульфиды характеризовалось значением рН = 6,5—8,7, изменением ОВП в пределах +110-----------90 мВ.
Пирит окисляется с образованием стабильной фазы гематита по уравнению
2Бе82 + 19Н2О = Бе203 + 4Б042- + 38Н+ + 30е.
Для арсенопирита конечными продуктами окисления являются БеА804,
2— —
Бе(0Н)3, мышьяковистая кислота, а также НЛ804 и Н2А804 .
Комбинирование электрохимических воздействий с кислотной обработкой приводит к снижению рН, усилению окислительных свойств и активизирует растворение промежуточной фазы гематита, образующейся при окислении пирита. Окисление арсенопирита в этих условиях протекает с преобладающим, по срав-
3+
нению с реагентной обработкой, образованием Бе и меньшим — Н3А804.
Применение электрохимической обработки в щелочной среде приводит к образованию устойчивой фазы гематита на пирите, изменение последнего происходит с образованием магнетита по уравнению
3Бе82 + 28Н2О = Бе304 + 6Б042- + 56Н+ + 44е.
Характерные для данного типа обработки величины ОВП лежат на границе возможного образования обеих фаз. Окисление арсенопирита в этих условиях может сопровождаться образованием как Бе(0Н)3, так и Бе(0Н)2.
Общая тенденция вскрытия сульфидных руд подтверждается результатами изменений ОВП, рН и концентрации железа в жидкой фазе пульпы при химической и электрохимической обработках пирит-мышьяковистого концентрата.
Изменения ОВП и рН от начального до конечного контакта реагента с рудой происходят более интенсивно при использовании электрохимической обработки, что свидетельствует об усилении процессов окисления и выщелачивания рудных составляющих при наложении электрохимических воздействий на пульпу. В случае выщелачивания руды растворами только Н2Б04 концентрация ионов железа в жидкой фазе составляла 150 мг/л, а при электрохимическом воздействии в среде Н2Б04 такой же концентрации — 260 мг/л. Подобная степень растворения при химическом выщелачивании требует в 2,5 раза большей концентрации серной кислоты, чем при электрохимическом.
Расчет оптимальных режимов обработки проводился с использованием метода факторного планирования по Боксу—Уилсону. С помощью этого метода была установлена взаимосвязь различных воздействий на вмещающий золото минеральный агрегат: концентрации реагента (С ) и объемной плотности тока ('„) с условиями их применения, т.е. с продолжительностью обработки () и соотношением твердой и жидкой фаз (Т : Ж). Оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии показала, что определяющими факторами являются объемная плотность тока и расход кислоты.
В результате анализа эмпирического уравнения были определены оптимальные параметры процесса растворения пиритов и арсенопиритов для лабораторной установки: C = 2—3%, ^ = 8А/л, t = 30 мин., Т : Ж = 1 : 2.
Процесс вскрытия характеризуется интенсивностью выщелачивания мышьяка и железа. Установлено, что в растворах №0Н при одинаковых значениях потенциалов мышьяк выщелачивается более интенсивно, чем железо. Максимальное растворение мышьяка и железа приходится на значения потенциала 0,3—0,55 В, после чего отмечается спад выхода металлов в раствор, что объясняется их пассивацией образующейся элементной серой.
Разупрочнение минеральной матрицы при химическом и электрохимическом вскрытии облегчает доступ цианидного раствора к поверхности золотин, тем самым, интенсифицируя процессы извлечения золота в раствор. Результаты последующего за вскрытием цианирования показывают, что предварительное вскрытие различными методами позволяет повысить извлечение золота до 67,3— 84,7%, причем максимальный эффект получен при комбинированной химикоэлектрохимической обработке (табл. 4).
Таблица 4
Влияние типа и параметров электрохимических воздействий на цианидное извлечение золота из Нежданинского концентрата
Тип вскрытия Условия обработки* Извлечение золота (%)
Без вскрытия 50,5-55,2
Химический в растворе 2% Н2Б04 76,2
в растворе 3% Н2Б04 78,2
в растворе 3% ЫаОН 67,3
Электро- химический без реагентов (в воде); = 8 А/л; и = 17 В 81,8
в растворе 2% Н2Б04; = 8 А/л; и = 5 В 82,6
в растворе 3% Н2Б04; ¡у = 8 А/л; и = 4 В 84,7
в растворе 2% ЫаОН; = 8 А/л; и = 6 В 79,6
в растворе 3% ЫаОН; ¡у = 8 А/л; и = 5 В 84,1
* Для всех видов вскрытия Т : Ж = 1 : 2, время обработки Г = 30 мин.
Извлечение золота при кислотной электрохимической обработке составляет 84,7%, а интенсификация процесса цианирования предварительным электрохимическим вскрытием в среде 3% №0Н позволяет получить выход по золоту 84,1%. Несмотря на некоторое снижение извлечения золота (по сравнению с электрохимической кислотной обработкой), электрохимическая обработка в щелочной среде более предпочтительна по экологическому критерию, так как происходит образование в кеках нерастворимого мышьяковистого осадка — скородита.
В ходе опытно-полупромышленных испытаний были получены данные по за-кислению золотосодержащей горной массы месторождения Бакырчик. Подобное закисление необходимо осуществлять для подавления депрессантов, прежде всего органического вещества.
Зависимость закисления имеет практически линейный характер. Соотношение Т : Ж, время процесса и расход кислоты определяются преимущественно кис-лотоемкостью руд.
Переработку упорной золотосодержащей руды (общей загрузкой 500 кг) осуществляли в четырех перколяторах, изготовленных из полиэтиленовых труб, снабженных графитовыми электродами.
Для дополнительного вскрытия золотосодержащих сульфидов вели 14-часовую электрохимическую обработку при объемной плотности тока ^ = 0,9— 1,5 А/л. Затем в течение 96 часов производили цианирование (при концентрации цианида натрия 0,15%) с последующим осаждением металла на активированном угле.
В результате использования дополнительного электрохимического вскрытия извлечение золота увеличилось с 60,8% (при использовании процесса химического выщелачивания) до 78,2%.
На основе исследования методов электрохимического вскрытия упорных руд и опытно-полупромышленных испытаний разработаны принципиальная технологическая схема кучного электрохимического выщелачивания.
Возможность использования технологии кучного электрохимического выщелачивания и ее конкурентоспособность определялись по разработанной и апробированной методике сравнительной экономико-математической оценки различных геотехнологий. Проанализированы геотехнологические способы освоения многолетнемерзлой глубоко погребенной россыпи: подземная отработка с извлечением золота на обогатительной фабрике методом флотационного разделения минеральной массы с последующей плавкой «золотой головки»; ее отработка методами кучного выщелачивания, шахтного подземного выщелачивания, скважинного подземного выщелачивания и рассчитаны основные показатели по технологии кучного электрохимического выщелачивания [5].
Методика позволяет произвести сопоставление всех существующих технологий на основе определения синтезирующего показателя, включающего в себя групповой технологический показатель (извлечение золота, полнота отработки запасов, производство золота в год) и стоимостную оценку (себестоимость получения 1 г металла). Для чего определяются пороговые значения и весомость технологических параметров и рассчитываются коэффициенты их использования. По итоговым показателям можно выбрать оптимальную для конкретного предприятия технологию получения металла. Наибольший синтезирующий показатель определен для технологии кучного электрохимического выщелачивания.
Проведены расчеты и маркетинговые исследования по использованию технологии кучного электрохимического выщелачивания упорных золотосодержащих руд, которые позволили разработать новые способы электрохимического получения золота [1; 2; 3; 4] и стали основой для утверждения перспективности данного метода.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Бубнов В.К., Чантурия В.А., Воробьев А.Е., Чекушина Т.В., Шибаев А.П. Способ кучного электрохимического выщелачивания руд: Патент 2062869 РФ, МПК6 Е 21 В 43/28, БИ № 18, 1996.
[2] Воробьев А.Е., Забельский В.К., Сазонов А.Г., Рыскильдин К.Я., Чернецов Б.С., Чекушина Т.В. Способ кучного электрохимического выщелачивания металлов: Патент 2087696 РФ, МПК6 Е 21 С 41/26, БИ № 23, 1997.
[3] Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Электрохимическое кучное выщелачивание золота из упорных руд //Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 1999. — № 1. — С. 63.
[4] Чантурия В.А., Воробьев А.Е., Чекушина Т.В., Федоров А.А. Способ кучного электрохимического выщелачивания руд: Патент 2110681 РФ, МПК6 Е 21 В 43/28, БИ № 13, 1998.
[5] Электрохимическое выщелачивание металлов: Учебное пособие. Ч. 1, 2 / Воробьев А.Е. Лобанов Д.П., Малухин Н.Г., Чекушина Т.В. — М.: МГГА, 1997.
PROSPECTS OF COMPACT DESALINATION GOLD WITH APPLICATION OF ELECTROCHEMICAL METHODS OF PREPARATION OF ORE
T.V. Chekushina
Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklay str, 6, Moscow, Russia, 117198
Technical and technical-economical parameters of application of an intensification of processes compact desalination of gold with preliminary softening (opening) of a mineral matrix of sulfides by electrochemical influence are presented.
Чекушина Т.В., кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института проблем комплексного освоения недр РАН. Автор более 250 публикаций в области добычи и переработки полезных ископаемых, геоэкологии и экономики
