CC BY
76
5. Spivakovsky A.O., Dyachkov V.K. Transporting machines. M.: Mechanical Engineering, 1983. 487 p.
6. Lagerev A., Tolkachev E., Lagerev I. The influence of distributing the conveyor suspensions with suspended belt and distributed drive on its main technical characteristics // International Review on Modelling and Simulations. 2018. ^ 11. № 3. C 176-186. https://doi.org/ 10.15866/iremos.v11i3.12796
7. Shakhmeister L.G., Dmitriev V.G. Theory and calculation of belt conveyors. M.: Mashinostroenie, 1978. 392 p.
8. Choosing the optimal belt width of a belt conveyor / V.A. Golutvin, V.Yu. Antsev, V.S. Salnikov, A.V. Antsev // Izvestiya Tula state University. Earth science. 2019. Vol. 2. Pp. 128-135.
9. Zenkov R.L., Ivashkov I.I., Kolobov L.N. Continuous vehicles. M.: Mechanical Engineering, 1987. 432 p.
10. Romakin N.E. Continuous vehicles. M.: Publishing Center "Academy", 2008.
432 p.
УДК 622.7.017:622.772
ПОВЫШЕНИЕ ПОЛНОТЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ ЛЕЖАЛЫХ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД
О.Е. Горлова, И.В. Шадрунова, В. А. Жилина, Т.В. Чекушина
Рассматриваются вопросы повышения полноты извлечения золота из техногенных образований - хвостохранилищ золотоизвлекательных фабрик за счет адаптации технологических решений к свойствам техногенного золота, закономерностям его концентрирования в техногенном массиве и к геологическим, горнотехническим, гидрогеологическим условиям залегания хвостов в старогоднем хвостохранилище. В соответствии с развиваемым общим методологическим подходом формирования ресурсосберегающих технологий переработки труднообогатимого техногенного сырья обоснованы параметры и разработаны технологии гравитационного обогащения лежалых хвостов обогащения золотосодержащих руд из участков пляжной зоны хво-стохранилища Семеновской золотоизвлекательной фабрики и скважинного хлоридного выщелачивания золота на месте залегания хвостов в центральной части техногенного массива.
Ключевые слова: золото, запасы, лежалые хвосты, хвостохранилище, золото-извлекательная фабрика, техногенное месторождение, концентрирование, извлечение, адаптация, выщелачивание.
Современный интерес к техногенным минеральным образованиям и, в частности, к техногенным образованиям золота как к вторичным концентраторам металла, очевиден, но очевидны и проблемы, трудности вовлечения техногенных ресурсов в промышленное освоение. Техногенные золотосодержащие объекты среди других видов отходов добычи и переработки минерального сырья являются наиболее ценными, востребованными, инвестиционно привлекательными и в наибольшей степени подготов-
ленными для вовлечения в повторную переработку. О том, что отходы золотодобычи первыми стали оцениваться именно как техногенные месторождения, говорит принятое в Классификации запасов золоторудных месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых [1] выделение в отдельную категорию по условиям образования техногенных месторождений золота и отнесение к ним спецотвалов забалансовых руд, золотосодержащих хвостов обогащения, шламов, отходов переработки золотосодержащих концентратов (огарки, кеки, золы) комплексных месторождений черных, цветных, благородных и других металлов.
Запасы золота в техногенных минеральных образованиях считаются важнейшим его резервом в общем балансе российской золотодобычи, хотя их однозначной количественной оценки нет. По данным Б.И. Беневольско-го [2], прогнозные ресурсы золота в техногенных россыпных образованиях оцениваются в 3260 т. Запасы золота в техногенных отвалах, по оценкам И.И. Ковлекова [3], составляют не менее 18 % от запасов россыпного золота. В техногенных образованиях Читинской области, по данным паспортизации, приводимым Ю.Ф. Харитоновым [4], содержится более 150 т золота, а в 149 техногенных россыпях Хабаровского края запасы золота оценены в 124,3 т. Отвалы перемытых песков россыпных месторождений Магаданской области составляют 1,5 млрд м3 и содержат около 500 т золота по сведениям Государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году» [5]. Запасы золота в техногенно-минеральных объектах только в Свердловской области составляют: 5,2 т - в отвалах некондиционных руд, вскрышных и вмещающих пород, 48,2 т - в хвостах и шламах обогащения, 19,2 т - в шламах и шлаках металлургических [6]. А всего в хвостах обогащения медноколче-данных и золоторудных месторождений на Урале запасы золота оцениваются в 74 т при его содержании 0,9...1,3 г/т [6].
Большинство техногенных месторождений золота со временем не только не утрачивают своей потенциальной ценности, а, напротив, представляют все больший интерес для повторной переработки как по запасам металла в них, так и по условиям расположения и одновременно в связи с появлением новых технологий и оборудования в золотодобыче. Это в первую очередь относится к техногенным россыпям, старогодним хвосто-хранилищам золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ). Вместе с тем закономерности формирования хвостохранилищ и концентрирования золота в них, преобразования минерального состава хвостов и технологических свойств техногенного золота в условиях долговременного нахождения в хвостохранилищах сложны, недостаточно изучены, имеют свою специфику в силу влияния большого количества природных и антропогенных факторов. Систематизация данных по условиям формирования техногенных золотосодержащих объектов в виде намывных россыпей и хвостохрани-лищ ЗИФ и закономерностей концентрирования золота в них показала, что
в технологических процессах механического и химического обогащения руд и россыпей происходит деформация зерен свободного золота, загрязнение золотин шламами, пассивирующими пленками, наклепом железа, уменьшение веса и гидравлической крупности золотин, увеличение доли пластинчатого металла, концентрирование золота в мелких и тонких фракциях и т.п. [3, 7, 8 - 11], что неизбежно будет приводить к уменьшению эффективности последующих разделительных процессов извлечения золота из хвостов. При гидравлическом складировании хвостов в соответствии с закономерностями гравитационной дифференциации наблюдаются повышение содержания золота в придонной части, образование локальных скоплений тяжелой фракции в области слива пульпы и равномерное уменьшение содержания золота от места слива пульпы к отстойной зоне. Существенные трансформации технологических свойств золота и минерального состава хвостов происходят на геолого-геохимическом этапе их долговременного хранения под влиянием ландшафтно-климатических и временных факторов и связаны они с механическим переносом в потоках технологической воды и атмосферных осадков, окислением, растворением золота, переходом его в коллоидное состояние, замещением, сорбцией, осаждением золота на геохимических барьерах, появлением наростов и новообразований на уже существующих частицах золота, разрушением амальгамных кайм и пр. [3, 9, 12, 13].
В результате технологические свойства техногенного золота будут иметь существенные отличия по сравнению со свойствами золота в коренных рудах и россыпях. Такие отличия, как возрастание доли свободного золота, увеличение доли золотин изометрично-таблитчатой, окатанной и полуокатанной форм, концентрирование металла в результате его переотложения из растворов на геохимических барьерах, а также повышенные содержания золота в локальных объемных участках хвостохранилища, будут благоприятными факторами для доизвлечения золота из лежалых хвостов. Но в совокупности технологические свойства техногенного золота предопределяют низкие показатели переработки лежалых хвостов с использованием традиционных гравитационных процессов, флотации, цианирования. Для повышения полноты извлечения золота из хвостохрани-лищ ЗИФ применяемые технологические процессы должны быть адаптированы к свойствам техногенного золота и к закономерностям его концентрирования в техногенном массиве, к геологическим, гидрогеологическим, топографическим условиям залегания хвостов [14].
В целях формирования системного научно-методологического подхода к выбору технологических решений, приемов и методов комплексной и глубокой переработки труднообогатимого техногенного сырья была разработана методология формирования ресурсосберегающих технологий (рис. 1), построенная по принципу последовательного решения промежуточных тактических задач и осуществления комплекса аналитических,
экспериментальных, технологических изыскании на соподчиненных информационно-аналитическом, инструментальном, адаптационном, технологическом и эколого-экономическом уровнях [15].
Рис. 1. Алгоритм разработки ресурсосберегающей технологии переработки техногенного металлсодержащего сырья
Адаптационный уровень методологии включает теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию наиболее селективного способа дезинтеграции техногенного сырья, поиску новых реагентных режимов, селективных растворителей, параметрической оптимизации конструкций аппаратов и т.п. [16]. Это позволяет обосновать рациональный комплекс методов разделения, последовательность процессов в технологической схеме и условия реализуемости, оптимальные параметры отдель-
ных операций для повышения технологической, экономической эффективности и экологической безопасности переработки техногенного сырья.
Практическая апробация методологии проведена при обосновании параметров и разработке технологических решений по доизвлечению золота из старогоднего хвостохранилища Семеновской ЗИФ в Республике Башкортостан с запасами золота 3,2 т со средним содержанием золота в лежалых хвостах 1,23 г/т. Хвостохранилище сформировано отходами переработки в течение нескольких десятков лет (с 1943 по 1987 гг.) золотосодержащих руд различных промышленных типов и золотосодержащих руд зон окисления некоторых медноколчеданных месторождений [17].
По результатам бурения скважин и петрографического описания кернов установлено, что в литологическом отношении пески представлены чередующимися линзами слабосвязанных алевритов и мелкозернистых песков, а также алевритоглин и глин мощностью от 0,5 до 1,0 м. Мощность техногенной залежи колеблется от 6 - 7 до 10 м в зависимости от рельефа дна хвостохранилища [17, 19]. Хвосты уложены на водонепроницаемом глинистом основании толщиной до 1,0 м.
По результатам геологоразведочных, поисково-оценочных работ на хвостохранилище было изучено распределение золота по простиранию и по глубине, составлена объемная модель (рис. 2) и установлены наиболее характерные закономерности распределения золота в техногенном массиве [18, 19]. При гидравлическом складировании и хранении хвостов тонкое золото весьма равномерно распределялось по телу хвостохранилища со средним содержанием 0,7.. .1 г/т, а локальные участки с повышенными концентрациями (свыше 1,4 г/т) наблюдаются в северной, восточной и юго-восточной частях и приурочены к глубоким участкам, к понижениям местности, а также к местам сосредоточенного сброса пульпы. Невысокие концентрации золота 0,7.0,9 г/т наблюдаются в южной части хвостохра-нилища в придамбовой зоне при толщине песков 3 - 4 м. Тенденция повышения содержания золота с глубиной характерна не для всего массива, а наблюдается в основном в восточной глубокой части на глубинах 6 - 10 м. Содержание золота на этих участках достигает 1,6.2,4 г/т. Это позволяет сделать вывод о механической миграции золота и после заполнения емкости, обусловленной особенностями рельефа дна хвостохранилища. Невысокие концентрации золота (0,6.0,8 г/т) установлены в хвостах пляжной зоны с толщиной техногенной залежи 3 - 5 м в западной и северо-западной частях хвостохранилища, противоположных месту сосредоточенного сброса пульпы, и в хвостах из придамбовой зоны в юго-восточной части хво-стохранилища (0,7.0,9 г/т) при толщине песков 3 - 4 м.
По минеральному составу хвосты представлены песками кварц-полевошпатового состава (70.85 %) с присутствием глинистых минералов (5.10 %), вторичных образований в виде лимонита и других оксидов и гидроксидов железа, скородита, церуссита (6.9 %) и небольшим коли-
чеством сульфидов (1.2 %). Достаточно высокие содержания сульфатов, гидрокарбонатов в химическом составе хвостов (табл. 1) говорят о протекавших в теле хвостохранилища гипергенных процессах окисления сульфидов, преобразования нерудных составляющих.
Рис. 2. Объемная модель распределения золота в хвостохранилище: а - участки с содержанием золота более 1,4 г/т; б - участки с содержанием золота 0,5...0,7г/т (синие) и с содержанием золота 0,7...1 г/т (зеленые)
По результатам фазового анализа 57,1 % золота свободное и в сростках (цианируемое), 17,5 % золота заключено в сульфидах и в минералах, растворимых в соляной кислоте, и под пленками окисленных минералов железа (трудно цианируемое золото), остальное количество золота -25,4 % - находится в породообразующих минералах (кварце, полевом шпате и др.).
Таблица 1
Химический состав лежалых хвостов
Компонент Содержание компонента, % масс., г/т Компонент Содержание компонента, % масс.
Аи 1,2 Щ 8,3 10-4
Ая 14,8 А8 0,051
Си 0,073 8е 0,045
РЬ 0,086 8Ь 0,0045
са 2,110-4 Хлориды 0,012
гп 0,091 Гидрокарбонаты 0,0292
Сг 16,8-10-4 Сульфаты 0,047
Пробы лежалых хвостов, отобранные из различных наиболее типичных геолого-минералогических зон, сформировавшихся в толще техно-
генного массива, отличались по минеральному, гранулометрическому составу, распределению золота по классам крупности, имели разные коэффициенты фильтрации. Проба лежалых хвостов из пляжной осушенной зоны, отобранная в юго-западной части хвостохранилища на глубине ~2 м (проба 1), представляла собой зернистый материал серого цвета крупностью менее 3 мм. Основными минералами пробы являлись кварц (~70 %), полевые шпаты, хлорит, биотит, серицит. Основное количество материала - свыше 76 % сосредоточено в крупных (-3,0+0,5 мм) и средних (0,5+0,25 мм) классах и только 18 % приходится на класс менее 0,074 мм. Коэффициент фильтрации пробы песков пляжной зоны составлял
1.7 м/сут. Проба, отобранная в восточной части хвостохранилища на глубине 2 м (проба 2), была представлена песчано-глинистым материалом желтовато-бурого цвета. Основную массу пробы (60.70 %) составляли глинистые и слюдистые минералы. Глинистые минералы - каолинит сравнительно чистый и с признаками гидроксидов железа, монтмориллонит бурой окраски в виде плотных землистых агрегатов, слюдоподобные - серицит. Остальная часть пробы - желтовато-серые и бурые зерна кварца и полевого шпата. Проба мелкозернистая, на 26 % представлена классом 0,074 мм и имела коэффициент фильтрации 0,89 м/сут. Проба, обобранная на глубине 7 м, также в восточной, наиболее глубокой части хвостохрани-лища (проба 3), была существенно глинистой, в виде светлой желтовато-бурой псаммито-пелитовой массы, на 56 % представленной классом менее 0,074 мм, из которых 45 % приходится на частицы менее 0,040 мм. Нерудные минералы - кварц, серицит, частично хлорит. Наблюдались вторичные образования - лимонит, скородит, монтмориллонит. Проба характеризовалась низким коэффициентом фильтрации 0,15 м/сут.
Несмотря на наличие глинистых минералов в пробах хвостов, они ведут себя как несвязный материал, то есть не обладают пластичностью, имеют незначительную гигроскопичность, не набухают и обладают незначительным сцеплением. Это объясняется тем, что количественное содержание глинистых минералов не очень велико, а преобладают кварц и полевые шпаты. Таким образом, лежалые хвосты ближе по своим свойствам к несвязным грунтам, чем к глинам.
Распределение золота по классам крупности в пробах лежалых хвостов (рис. 3) свидетельствует, что в песках пляжной зоны (проба 1) свыше половины золота (54,18 %) находится в классе -0,5+0,125 мм и только
2.8 % золота - в тонком классе -0,040 мм. В пробе 2 золото также преобладало в классе -0,5+0,125 мм (41,01 %), но и в самом тонком классе -0,044+0 мм (30,24 %). В пробе 3 из самой глубокой части хвостохранили-ща содержание золота выше, чем в пробах песков из приповерхностной зоны, и сосредоточено оно в тонких классах менее 0,074 и 0,044 мм.
Рис. 3. Распределение золота по классам крупности в пробах лежалых
хвостов
Таким образом, на старогоднем хвостохранилище переслаивание несвязных искусственных грунтов, близких к алевритам, и глиноподобных грунтов привело к формированию литолого-фильтрационной неоднородности техногенного массива золотосодержащих песков и отличию фильтрационных свойств отдельных слоев и участков, а также к сосредоточению золота преимущественно в крупных и средних классах в песках пляжной осушенной зоны и преимущественному нахождению его в мелких и тонких классах в песках глубокой обводненной центральной части хво-стохранилища [14, 18, 19]. Целесообразно применение разных методов обогащения для доизвлечения золота из различных геолого-минералогических зон хвостохранилища для максимально полного освоения запасов данного техногенного месторождения и обеспечения рентабельности повторной переработки [20].
Для переработки золотосодержащих песков из осушенных, небольшой мощности участков пляжной зоны хвостохранилища была разработана наиболее простая, экологичная, быстро окупаемая схема гравитационного обогащения и обоснованы ее параметры. Схема гравитационного обогащения включала две стадии доизмельчения лежалых хвостов до
75...80 % класса 0,074 мм, основную, контрольную и перечистную сепарации на центробежных концентраторах, обезвоживание концентрата перечистки фильтрованием на ленточном вакуум-фильтре до влажности 10.12 %, затаривание гравитационного концентрата для дальнейшей отправки на металлургический передел.
Повышение качественных и количественных показателей гравитационной переработки песков пляжной зоны было обеспечено проведенной параметрической оптимизацией конструкции центробежного сепаратора с диаметром чаши 750 мм. Для повышения улавливания мелкого и тонкого золота в межрифлевом пространстве в типовой конструкции чаши концентратора был максимально уменьшен шаг рифлей, уменьшена высота чаши, увеличена длина рабочих полок рифлей, уменьшен угол наклона рифлей (рис. 4). При уменьшении угла конусности уменьшается действие составляющей центробежной силы в направлении несущего потока и увеличивается - в направлении движения к пазу. При послойном анализе тяжелого продукта, накопленного в межрифлевом пространстве модернизированного сепаратора, было установлено повышение содержания золота во всех слоях в сравнении с типовой конструкцией чаши концентратора: во внутренней части концентрата (слой 3 на рис. 4) содержание золота повысилось с 13 до 14 г/т, в среднем слое 2 - с 6,5 до 9,5 г/т, во внешнем слое 1 - с 3,3 до 8,0 г/т.
Рис. 4. Параметрическая оптимизация конструкции чаши центробежного концентратора: а — типовая конструкция чаши; б — профиль рифлей типовой конструкции; в — профиль рифлей модернизированной конструкции
Были установлены оптимальные параметры работы центробежного концентратора: скорость вращения чаши 210 об/мин, продолжительность накопления концентрата 16 мин; продолжительность промывки концентрата 6 мин; продолжительность разгрузки концентрата 2 мин; расход промывной воды 45.65 дм3/мин; содержание твердого в пульпе 32 %. Производительность концентратора по твердому при этих параметрах была достаточно высокой 15.18 т/ч. При проведении опытно-промышленных ис-
а
б
в
пытаний технологии с использованием модифицированных центробежных концентраторов при переработке песков пляжной зоны с содержанием золота 1,5 г/т было достигнуто извлечение золота в гравитационный концентрат 65 % при содержании золота 45,6 г/т.
Для извлечения мелкого и тонкого золота из основной преимущественно обводненной части хвостохранилища был адаптирован способ скважинного подземного выщелачивания применительно к поверхностному залеганию золотосодержащих песков в виде техногенной залежи на водонепроницаемом глинистом основании. Выщелачивание целесообразно проводить по месту складирования хвостов по аналогии с наиболее экономичным способом переработки бедных золотосодержащих руд и других отвальных продуктов - кучным выщелачиванием. В качестве альтернативного нецианидного растворителя золота были испытаны растворы газообразного хлора в воде (хлорная вода). Активным началом растворения золота является элементарный хлор, образующийся в процессе гидролиза хлора. Реакция протекает очень активно и в разбавленных растворах (10-2 - 10-3 моль/дм3) степень гидролиза хлора достигает 90.99,8 % [21]: €¡2 + Н2О = Н+ + С1- + НОС1.
Растворение золота протекает в присутствии свободного хлора, который является окислителем золота, и хлорид-иона, являющегося ком-плексообразователем:
2Аи + 3С12 + 2С1- = 2ЛыО-4.
Подкисление растворов увеличивает скорость растворения золота более чем на два порядка: при концентрации хлора 2,75 10-3 моль/дм3 при добавке 0,2 моль/дм3 соляной кислоты скорость растворения увеличивается в 365 раз [22].
Наряду с такими технологическими преимуществами растворения золота в хлоридных системах, как высокая окислительная активность хло-ридных систем и высокая скорость растворения золота при большой концентрации окислителя - молекулярного хлора в растворе, исключение образование пассивирующих пленок на золоте, меньшая чувствительность к некоторым примесям, осложняющим процесс цианирования (медь, сурьма и др.), основное значение имело повышение экологической безопасности технологии по сравнению с цианированием ввиду меньшей токсичности выщелачивающих агентов (ПДК по активному хлору в водах 0,5 мг/л, по цианидам - 0,035 мг/л), быстрого разложения активного хлора до нетоксичного хлорид-иона при взаимодействии с золотосодержащим материалом и вмещающими породами [21, 23].
В лабораторных геотехнологических исследованиях была показана возможность выщелачивании золота из лежалых хвостов слабыми растворами газообразного хлора с получением продуктивных растворов с концентрацией золота до 0,45 мг/дм3 (табл. 2).
Таблица 2
Влияние продолжительности выщелачивания и предварительной кислотной обработки хвостов на показатели процесса
Номер пробы Концентрация активного хлора в растворе, г/дм3 Без кислотной обработки С предварительной кислотной обработкой
Концентрация золота в растворе, мг/дм3, при времени контакта, ч Уд. расход хлора, кг/т Концентрация золота в растворе, мг/дм3, при времени контакта, ч Уд. расход хлора, кг/т
1 24 42 20 24
2 2,0 0,13 0,17 0,18 3,7 0,25 0,16 3,3
3 2,0 0,16 0,42 0,13 4,3 0,32 0,45 3,6
Принципиальная возможность и эффективность разработки техногенного месторождения геотехнологическим методом зависят от целого ряда параметров такого объекта, а неблагоприятность некоторых из них может исключить саму возможность применения физико-химической геотехнологии. Была проведена оценка пригодности хвостохранилища ЗИФ к отработке методом скважинного выщелачивания хлорсодержащими растворителями. Анализ горнотехнических, технологических, гидрогеологических факторов на изучаемом хвостохранилище золотоизвлекательной фабрики и сопоставление их с оценочными факторами показал, что по большинству параметров объект пригоден для организации выщелачивания лежалых хвостов на месте их залегания с подачей выщелачивающих растворов через скважины с поверхности.
Возможность выщелачивания на месте залегания хвостов была подтверждена при проведении натурных испытаний на опытной геотехнологической ячейке выщелачивания, которая была сооружена в северовосточной глубокой части хвостохранилища (~9 м) и состояла из двух за-качных, одной откачной и семи наблюдательных скважин. Глубина скважин составляла в среднем 8 - 9 м, статический уровень воды в скважинах находился на глубине 3,9 - 4,1 м. По данным замеров в скважинах на опытной ячейке был рассчитан коэффициент фильтрации по формуле Дюпюи, который составил для мелко- и среднезернистых песков 7.11 м/сут, для глинистых песков или в песков с прослоями суглинков -0,3.1,5 м/сут. Исходя из закона Дарси, приемлемыми для подземного выщелачивания являются пески с Кф от 0,2 м/сут и выше. Таким образом, большая часть лежалых золотосодержащих песков относится к умеренно проницаемым и может обеспечить фильтрационный режим движения выщелачивающих растворов со скоростями 0,5.1,0 м/сут, что предопределило возможность применения метода скважинного выщелачивания для доизвлечения золота на месте складирования хвостов. Также был произведен расчет стороны квадратной технологической ячейки выщелачивания,
которая составила 5,5 м для основной глубокой части хвостохранилища при мощности прорабатываемых песков 8 м и 6,9 м - для участков юго-западной части с меньшей (5 м) мощностью хвостовых отложений. Для равномерной и интенсивной проработки техногенного массива лежалых хвостов рекомендуется прямоугольная ячейка с соотношением сторон 1:1,5-2,0.
На основании проведенных лабораторных исследований и натурных опытно-промышленных испытаний разработана ресурсосберегающая инновационная технология скважинного выщелачивания золота в хлор-хлоридных системах (рис. 5), адаптированная к условиям залегания лежалых хвостов на месте их складирования в хвостохранилище, и определены ее оптимальные параметры.
Лежалые хвосты на месте залегания
Технологические скважины
I
Закисление
I
Выщелачивание
I
Продуктивный Au-содержащий раствор 1
Осветление
Дехлорирование
Хлорсодержащий воздух
1
Осадок на захоронение
Сорбция золота
1
Газообразный хлор
Маточники сорбции Ж!
Доукрепление
I
Рабочий раствор
_I
Насыщенный золото^ уголь
Озоление
I
Плавка
I
Лигатурное золото
Рис. 5. Геотехнологическая схема выщелачивания лежалых хвостов
Геотехнологическая схема переработки золотосодержащего сырья включает вскрытие запасов, для чего сооружается сеть технологических и наблюдательных скважин, магистральных трубопроводов и других коммуникаций. Закисление участка производится слабым раствором соляной кислоты (0,02.0,03 % HCl) до понижения рН в откачиваемых растворах до уровня < 4.
Подготовка выщелачивающих растворов производится растворением газообразного хлора в оборотных растворах, так называемых маточниках сорбции, до концентрации активного хлора максимально 1000.1200 мг/дм3, pH=2,1-2,2, Eh=1000.1120 мВ, которые затем принудительно через систему закачных скважин подаются в массив. Поток выщелачивающих растворов, формирующихся в системе «закачная скважина - откачная скважина», по пути фильтрации последовательно растворяет и переносит золото. Гидродинамическая система «закачка - откачка» с определенными дебитами скважин обеспечивает поддержание постоянных контуров отработки в заданных объемах. Подъем продуктивных растворов на поверхность осуществляется через систему откачных скважин эрлифтом. Химический состав продуктивных растворов изменяется во времени, начиная от появления следов золота, затем концентрация его возрастает, а далее снижается до промышленно не извлекаемых. Продуктивные растворы, полученные при проведении опытно-промышленных испытаний на геотехнологической ячейке, характеризовались средними концентрациями золота 0,1.0,25 мг/дм3, pH в интервале 4,0.2,4; Eh - 700.1200 мВ, остаточной концентрацией активного хлора 100.120 мг/дм3. По объемам продуктивных растворов выщелачивания и концентрации золота в них было рассчитано извлечение золота из техногенного массива в растворы, которое составило 75 %.
Переработка продуктивных растворов осуществлялась сорбцией на активированном угле в сорбционных напорных колоннах. Извлечение золота в операции сорбции составило 95 %. Насыщенный угольный концентрат с содержанием золота до 5 кг/т направляется на специализированные производства с получением сплава Доре, а обеззолоченный раствор (маточник сорбции) поступает на хлорирование газообразным хлором, до-укрепление соляной кислотой и снова закачивается в скважины.
Технологический процесс скважинного выщелачивания золота на месте залегания с сорбционной переработкой продуктивных растворов характеризуется наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами; быстрым вводом в эксплуатацию и получением товарной продукции; замкнутым циклом циркуляции растворов, без образования отходов вторичной переработки; экологически щадящей технологией без нарушения сплошности техногенного массива.
Таким образом, техногенные месторождения золота в виде хвосто-хранилищ золотоизвлекательных фабрик формируются под влиянием тех-
ногенного и последующего гипергенного воздействий и большого количества природных и антропогенных факторов, что приводит к специфическим особенностям их геологического строения, вещественного состава и технологических свойств золотосодержащего материала в них. Установленные закономерности накопления, перераспределения, формирования зон концентрации золота в хвостохранилищах, преобразования минерального состава и технологических свойств золота и минеральных ассоциаций являются основаниями для адаптации существующих технологических процессов и аппаратов к свойствам техногенного сырья. Комбинирование процессов гравитационного обогащения и геотехнологической переработки лежалых хвостов на месте их залегания по типам геолого-минералогических зон, формирующихся в хвостохранилище, обеспечивает повышение полноты извлечения золота из лежалых отходов золотосодержащих руд и рентабельность повторной переработки.
Список литературы
1. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Золото рудное. Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007 г. № 37-р. Москва, 2007. 49 с.
2. Беневольский Б.И., Шевцов Т.П. О потенциале техногенных россыпей золота Российской Федерации // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2000. №1. С. 14-18.
3. Ковлеков И.И. Техногенное золото Якутии. М.: МГГУ, 2002.
303 с.
4. Харитонов Ю.Ф. Расширение сырьевой базы действующих золоторудных предприятий Забайкалья // Недропользование - XXI век. 2006. №1. С. 43-47.
5. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». М.: Минприроды России; НИА-Природа, 2016. 639 с.
6. Техногенные месторождения Среднего Урала и оценка их воздействия на окружающую среду /под ред. Ю.А. Боровкова. М.: НИИ-Природа, 2002. 206 с.
7. Макаров В.А. Благородные металлы техногенных минеральных объектов Сибирского региона: Ресурсы и проблемы геолого-технологической оценки // Сб. докл. Первого междунар. конгресса «Цветные металлы Сибири-2009». Красноярск, 2009. С. 37-45.
8. Макаров В.А. Геолого-технологические основы ревизии техногенного минерального сырья на золото. Красноярск: КНИИГиМС, 2001. 132 с.
9. Наумов В.А., Наумова О.Б. Преобразование золота в техногенных россыпях // Современные проблемы науки и образования. 2013. №5. С.531.
10. Уманец В.Н. Опыт геолого-технологической оценки техногенных образований золота на некоторых месторождениях Казахстана // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2013. №4. С.87-93.
11. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н. Комплексное освоение техногенных месторождений // Горный журнал. 1992. №1. С.12-16.
12. Бочаров В.А., Игнаткина В.А., Абрютин Д.В. Технология переработки золотосодержащего сырья: учеб. пособие для вузов. М.: Издательский Дом МИСиС, 2011. 328 с.
13. Морфологические разновидности золота в рудном и техногенном сырье коры выветривания / Н.Ф. Усманова, В.И. Брагин, А.М. Жижа-ев, Е.Н. Меркулова, Ю.Ю. Фисенко // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015. №2. С. 130-136.
14. Шадрунова И.В., Горлова О.Е., Провалов С.А. Адаптивные методы доизвлечения золота из хвостохранилищ золотоизвлекательных фабрик // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. №9. С. 180-185.
15. Shadrunova I.V., Gorlova O. E., Zhilina V.A. The new paradigm of an environmentally-oriented resource-saving technologies for processing of mining // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 687. 2019. 066048 doi:10.1088/1757-899X/687/6/066048.
16. Чантурия В.А., Шадрунова И.В., Горлова О.Е. Адаптация разделительных процессов обогащения полезных ископаемых к техногенному сырью: проблемы и решения // Обогащение руд. 2012. №5. С. 43-49.
17. Адаптация методов обогащения для доизвлечения золота из лежалых хвостов золотоизвлекательных фабрик: монография / И.В. Шадрунова, С.А. Провалов, О.Е. Горлова, Н.В. Фадеева. М.: УРАН ИПКОН РАН, 2009. 206 с.
18. Шадрунова И.В., Горлова О.Е., Провалов С.А. Выбор и обоснование технологических приемов глубокой и полной переработки лежалых хвостов золотоизвлекательных фабрик // Труды Конгресса с международным участием и элементами школы молодых ученых «Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований». Екатеринбург: УрО РАН, 2014. С. 119-124.
19. Forming Conditions of Technogenic Gold-bearing Objects and Technological Properties of Gold from Gold Extraction Plant Tailings /I. Shadrunova, O. Gorlova, N. Orekhova, V. Zilina // International Journal of Applied Engineering Reserch. 2018. T.13. V. 2. Р. 6340-6347.
20. Gorlova O.E., Shadrunova I.V., Zhilina V.A. Development of deep and comprehensive processing processes of technogenicmineral raw materials in
a viev of sustainable development strategy // ХХ1Х IMPC 2018: Congress Proceedings. 2018. P. 3279-3287.
21. Котляр Ю.А., Меретуков М.А., Стрижко Л.С. Металлургия благородных металлов: учебник: в 2 кн. Кн. 1. М.: МИСиС, ИД «Руда и металлы», 2005. 432 с.
22. Каковский И.А., Губайловский В.В. Кинетика растворения золота в водных растворах, содержащих хлор // Известия АН СССР. Металлы. 1973. №6. С. 106-111.
23. Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов в 2 т. Т.2: Золото / под ред. М.И. Фазлуллина. М.: Издательский Дом «Руда и металлы», 2005. 328 с.
Горлова Ольга Евгеньевна, канд. техн. наук, доц., gorlova_o_e@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Шадрунова Ирина Владимировна, д-р техн. наук, проф., зав. отделом shadrunova_@,mail.ru, Россия, Москва, Институт комплексного освоения недр имени академика Н.В. Мельникова РАН,
Жилина Вера Анатольевна, д-р филос. наук, проф., зав. кафедрой, vera-zhilina@yandex.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Чекушина Татьяна Владимировна, канд. техн. наук, вед. науч. сотр., council-ras@,bk.ru, Россия, Москва, Институт комплексного освоения недр имени академика Н.В. Мельникова РАН
INCREASING THE COMPLETENESS OF GOLD RECOVERY FROM STALE WASTE PROCESSING OF GOLD-CONTAINING ORE
O.E. Gorlova, I.V. Shadrunova, V.A. Zhilina, T.V. Chekushina
This article presents and briefly discusses the completeness increasment of gold extraction from artificial formations and tailings gold processing plants by adapting technological solutions to the properties of artificial gold, the mechanism of its concentration in the artificial massif and geological, mining, hydro-geological conditions of tailings in the tailing dam failure. According with the general methodological approach development of resource-saving processing technologies of hard-to-reach technogenic raw materials, the parameters are substantiated and have been developed technologies for gravitational enrichment of stale tailings for with gold-bearing ores from sections of the beach area of the tailings of the Se-menov gold recovery plant and in-situ chloride leaching of gold at tailings location in the central part of the technological array.
Key words: gold, reserves, stale tails, tailing dump, gold mining factory, technogenic deposit, concentration, extraction, adaptation, leaching.
Gorlova Olga Evgenievna, candidate of technical sciences, docent, gorlo-va_o_e@mail.ru, Russia, Magnitogorsk, NosovMagnitogorsk State Technical University,
Shadrunova Irina Vladimirovna, doctor of technical sciences, professor, shadruno-va_@mail.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Science,
Zhilina Vera Anatolyevna, doctor of philosophical sciences, professor, head of chair, vera-zhilina@yandex.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,
Chekushina Tatiana Vladimirovna, candidate of technical sciences, leading researcher, council-ras@,bk.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences
Reference
1. Methodological recommendations for the application of Classification of reserves of deposits and forecast resources of solid minerals. Ore gold. Approved by the order of the MPR of Russia dated 05.06.2007, No. 37-R. Moscow, 2007. 49 PP.
2. Benevolsky B. I., Shevtsov T. P. on the potential of technogenic placers of gold in the Russian Federation // Mineral resources of Russia. Economics and management. 2000. No. 1. Pp. 14-18.
3. Koulakov I. I. man-made gold of Yakutia. Moscow: Moscow state University, 2002. 303 PP.
4. Kharitonov Yu. F. Expansion of the raw material base of the existing mining enterprises of Transbaikalia // subsoil Use-XXI century. 2006. No. 1. Pp. 43-47.
5. State report "on the state and protection of the environment of the Russian Federation in 2015". Moscow: Ministry of natural resources of Russia; NIA-Nature, 2016. 639 PP.
6. Technogenic deposits of the Middle Urals and assessment of their impact on the environment / ed. Borovkova Yu. a. M.: research Institute-Nature, 2002. 206 PP.
7. Makarov V. A. Noble metals of technogenic mineral objects of the Siberian region: Resources and problems of geological and technological assessment. first international. Congress "non-Ferrous metals of Siberia-2009". Krasnoyarsk, 2009. Pp. 37-45.
8. Makarov V. A. Geological and technological bases for the conversion of technogenic mineral raw materials to gold. Krasnoyarsk: Knierim, 2001. 132 PP.
9. Naumov V. A., Naumova O. B. Transformation of gold in technogenic placers / / Modern problems of science and education. 2013. No. 5. Pp. 531.
10. Umanets V. N. Experience of geological and technological assessment of tech-nogenic formations of gold in some fields of Kazakhstan. Mineral resources of Russia. Economics and management. 2013. No. 4. Pp. 87-93.
11. Trubetskoy K. N., Umanets V. N. Complex development of technogenic deposits // Gorny Zhurnal. 1992. No. 1. Pp. 12-16.
12. Bocharov V. A., Ignatkina V. A., Abryutin D. V. Technology of processing of gold-containing raw materials: studies. the manual for high schools. Moscow: Ed. MISiS House, 2011. 328 PP.
13. Morphological varieties of gold in ore and technogenic raw materials of weathering crust / N. F. Usmanova, V. I. Bragin, A. M. Zhizhaev, E. N. Merkulova, Yu. Yu. Fisen-ko // Physical and technical problems of mineral development. 2015. No. 2. Pp. 130-136.
14. Shadrunova I. V., Gorlova O. E., Provalov S. A. Adaptive methods of gold recovery from tailings of gold recovery factories // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2011. No. 9. Pp. 180-185.
15. Shadrunova I. V., Gorlova O. E., Zhilina V. A. The new paradigm of an environmentally-oriented resource-saving technologies for processing of mining // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 687. 2019. 066048 doi: 10.1088/1757-899X/687/6/066048.
16. Chanturia V. A., Shadrunova I. V., Gorlova O. E. Adaptation of separation processes of mineral enrichment to technogenic raw materials: problems and solutions. 2012. No. 5. Pp. 43-49.
17. Adaptation of enrichment methods for additional extraction of gold from stale tails of gold recovery factories: monograph / I. V. Shadrunov, S. A. Provalov, O. E. Gorlova, N. V. Fadeeva. Moscow: URAN ipcon RAS, 2009. 206 PP.
18. Shadrunova I. V., Gorlova O. E., Provalov S. A. Selection and justification of technological methods for deep and complete processing of stale tailings of gold-extracting factories // Proceedings of the Congress with international participation and elements of the school of young scientists "Fundamental research and applied development of processes for processing and utilization of technogenic formations". Ekaterinburg: Ural branch of RAS, 2014. Pp. 119-124.
19. Forming Conditions of Technogenic Gold-bearing Objects and Technological Properties of Gold from Gold Extraction Plant Tailings /I. Shadrunova, O. Gorlova, N. Ore-khova, V. Zilina // International Journal of Applied Engineering Research. 2018. T. 13. V. 2. P. 6340-6347.
20. Gorlova O. E., Shadrunova I. V., Zhilina V. A. Development of deep and comprehensive processing processes of technogenicmineral raw materials in a viev of sustainable development strategy // XXIX IMPC 2018: Congress Proceedings. "Ore and Metals" Publishing house, 2018. P. 3279-3287.
21. Kotlyar Y. A., meretukov M. A., Strizhko L. S. metallurgy of noble metals: tutorial. In 2 kN. kN. 1. M.: MISIS, the publishing house "Ore and metals", 2005. 432 PP.
22. Kakovsky I. A., Gubalowskie V. V. Kinetics of dissolution of gold in aqueous solutions containing chlorine // Izvestiya an SSSR. Metals. 1973. No. 6. Pp. 106-111.
23. Underground and heap leaching of uranium, gold and other metals in 2 volumes vol. 2: Gold / under the editorship of M. I. Fazlullin. Moscow: Ed. House "Ore and metals", 2005. 328 PP.
