CC BY
105
УДК 669.213.6:622.342.1
ПРИМЕНЕНИЕ БИОГЕОТЕХНОЛОГИИ ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ЗОЛОТА ИЗ СУЛЬФИДНЫХ УГЛИСТЫХ РУД
Л.Е. Шкетова, А.Н. Селезнев
ОАО «Иргиредмет»,
664025, г. Иркутск, б. Гагарина, 38, Lusish.56@mail.ru
Проведены исследования по кучному бактериальному окислению (КБО) упорной руды исследуемого месторождения.
Проведенные исследования показали принципиальную возможность использования технологии КБО при подготовке упорных руд к цианированию. Технология КБО позволила повысить извлечения золота с 13 до 65 %.
Исследования выявили существенную зависимость эффективности процесса КБО от степени дробления руды. В процессе бактериального окисления происходит разложение породы, и этот процесс в известной мере заменяет измельчение. Отмечено что в процессе бактериального окисления изменяются свойства углистого вещества, вероятно, происходит пассивация сорбци-онно-активной поверхности углерода. Ил.8. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: бактериальное окисление, упорность руд, углерод, извлечение, степень окисления, арсенопирит, пирит, сорбционное цианирование.
THE USE OF BIOGEOTECHNOLOGY DURING GOLD RECOVERY FROM SULPHIDE CARBONACEOUS ORES
L.E. Shketova, A.N. Seleznev
Irgiredmet JSC,
38 Gagarina blvd., Irkutsk, 664025, Russia, Lusish.56@mail.ru
The test work on heap biooxidation of refractory ore from a deposit researched was carried out. The test work conducted showed a principal possibility of heap biooxidation use for refractory ores preparation to cyanidation. Heap biooxidation allowed increasing gold recovery from 13, up to 65%. The ore crush size was found to have a significant impact on the efficiency of heap biooxidation. The rock decomposes during biooxidation so that can change ore grinding. It was found that the carbonaceous matter properties change during biooxidation; perhaps, the passivation of preg-robbing surface of carbon occurs. 8 figures. 2 tables. 8 sources.
Key words: biooxidation; ore refractoriness; carbon; recovery; the degree of oxidation; arsenopyrite; pyrite; CIL
В недрах находится огромное количество золоторудных месторождений, переработка которых традиционными способами экономически не оправдана ввиду небольших запасов или низкого содержания золота в руде. Суммарные запасы золота этих месторождений исчисляются тысячами тонн. Такие месторождения начали активно вовлекаться в переработку способом кучного выщелачивания, который характеризуется низкими капитальными и эксплуатационными затратами [1].
В то же время этот способ применим только для окисленных приповерхностных зон месторождений. Первичные (сульфидные) руды не пригодны для кучного выщелачивания, ввиду тесной ассоциации золота с сульфидами.
Прогрессивным способом подготовки упорного сырья к цианированию признано бактериальное выщелачивание (окисление). В мире уже действует около десятка промышленных предприятий, практикующих бактериальное выщелачивание [2,3]. Все предприятия используют чановое бактериальное выщелачивание концентратов или руд, капитальные затраты для которого весьма высоки и не оправданы для малых и средних месторождений.
Разработки в области кучного бактериального вскрытия упорного золотосодержащего сырья начаты фирмой «Ньюмонт Голд» на месторождении «Карлин». В решение данной проблемы включились и другие североамериканские компании: Оксидор Корпорейшен (OX-IDOR CORPOPATЮN) и ГеоБиотикс (GEOBI-OTICS) [4,5].
В настоящее время в «Иргиредмет» ведутся научно-исследовательские работы по биогидрометаллургической переработке упорных руд и концентратов на основе использования микроорганизмов [6,7,8].
В настоящей работе приведены результаты исследования кучного бактериального окисления (КБО) первичныой пиритно-арсенопиритной золотосодержащей руды ме-
сторождения Приморского края.
Исследуемая руда представлена обломками интенсивно карбонатизированных, сери-цитизированных, окварцованных полевых шпатов (микроклина и плагиоклаза) с неравномерной мелко- и тонкозернистой арсенопи-рит-пиритовой минерализацией. Доля карбонатов - около 5 %. Углерод в пробах руды присутствует в карбонатной и органической форме (1,4%).
Сульфиды представлены пиритом (2,2%) и арсенопиритом (1,2%). Примесь глинистого минерала составляет около 0,5%. Содержание золота - 2,0 г/т.
Результаты рационального анализа показали, что золото находится:
- в цианируемой форме 6,7%;
- ассоциированное с сульфидами 55%;
- с углистым веществом и тонковкрап-ленное в пирит и арсенопирит 15,8%;
- с породообразующими минералам 28,6%.
Для вскрытия упорной золотосодержащей руды был опробован метод бактериально-химического окисления, при котором в присутствии микроорганизмов, в частности, авто-трофных бактерий типа AcidithюbacШus fer-rooxilans и AcidithюbacШus thюoxidans, золотосодержащие сульфиды железа окисляются до конечных химических соединений (сульфат и арсенат железа, серная кислота) без применения высоких давлений и температур. Освобождающееся при этом золото становится доступным для выщелачивания цианистыми растворами. Формирование видовой особенности ассоциации микроорганизмов зависит от минералогического состава окисляемой руды. Одно из важнейших свойств микроорганизмов - их способность адаптироваться к условиям среды обитания.
В результате проведенных экспериментов по адаптации и наработке биомассы выделена культура бактерий, пригодная для окисления сульфидных руд данного месторождения. Наработанная биомасса использо-
валась для биоокисления сульфидных минералов с целью вскрытия связанного с ними золота в кучном варианте.
Лабораторные опыты по КБО проводили на руде, дробленой крупности минус 10, 5 и 2 мм. Так как дробленая руда имела низкую скорость фильтрации, перед загрузкой руду подвергали окомкованию с добавлением серной кислоты (20 кг/т). При взаимодействии серной кислоты и кальцита образуется гипс, который выполняет роль связующего агента.
Общий расход кислоты на закисление руды составил 50, 66 и 82 кг/т (дробленая руда до крупности минус 10, 5 и 2 мм соответственно).
Общая продолжительность кучного бактериального окисления составила 500 суток. Периодически из колонн отбирали пробы ру-
ды.
Наиболее эффективно процесс КБО протекал на руде, дробленной до класса минус 2 мм. Наглядно зависимость степени окисления пирита и арсенопирита от класса крупности дробленой руды и продолжительности процесса бактериального окисления показано на диаграммах (рис. 1).
Результаты рационального анализа исходной руды и руды после бактериального окисления показывают, что увеличивается доля цианируемого золота и уменьшается доля золота, связанного с сульфидами (рис. 2). Следует отметить, что в результате КБО существенно сокращается доля золота, связанного с породообразующими и сорбированного на углистое вещество. Так как с породой существенных изменений не происходит, то в
в) крупность минус 10 мм Рис. 1. Зависимость степени окисления сульфидов от продолжительности процесса
(□ - пирит; ■ - арсенопирит)
а - исходная руда;
б - продукт окисления руды, крупность - 2 мм; в - продукт окисления руды, крупность - 5 мм; г - продукт окисления руды, крупность -10 мм.
и - золото цианируемое; □ - связанное с карбонатами и гидроксидами железа; □ - связанное с сульфидами; И - тонковкрапленное в породе и сорбированое на углистое
вещество
Рис. 2. Результаты рационального анализа исходной руды и руды, окисленной бактериями
процессе бактериального окисления (БО), вероятно, изменяются свойства углистого вещества. Происходит пассивация сорбционно-активной поверхности углерода.
Для подтверждения полученных результатов измельченный продукт БО подверга-липрямому и сорбционному цианированию. В качестве сорбента использовали анионит АМ-2Б в количестве 5 % от массы твердого. С увеличением продолжительности биоокисления разница между извлечением золота при прямом и сорбционном цианировании снижается, что говорит об уменьшении сорбцион-ной активности материала в процессе КБО
(рис.3).
На исходной руде и продуктах бактериального окисления различных классов крупности проведены исследования по изменению минерального состава.
Изменения, происходящие при бактериальном окислении руды (рис.4), показали, что в исходной руде (а) поверхность зерен пирита блестящая и ровная, в то время как в продукте БО (б) поверхность пористая, неравномерная, изъеденная, с кавернами, покрыта хрупкими тонкозернистыми продуктами окисления.
На рис. 5 и 6 видны изменения поверхности сульфидов, где выщелоченные зерна
Рис. 3. Зависимость извлечения золота от продолжительности биоокисления
>
а) б)
Рис. 4. Внешний вид исходной сульфидной фракции (а) и после биоокисления (б)
б)
а) Мелкие ксеноморфные зерна и агрегаты пирита (1), рядом с периферии тонкие идио-морфные вкрапленники арсенопирита (2). Сульфиды не окислены б) Изъеденные зерна сульфидов Края неровные, изрезанные,
с заливами
Рис. 5. Аншлифы исходной руды (а) и после биоокисления (б)
а - исходная руда. Прозрачные шлифы. Единичные зерна и агрегаты идиоморфных выделений сульфидов в метасоматитах; б - сульфиды после бактериального окисления. Структура зерна неоднородная, пористая,
края изрезаны. Прозрачный шлиф Рис.6. Прозрачные шлифы исходной руды и после биоокисления
имеют пористую, скелетную структуру, поверхность неровная, изъеденная, кавернозная. В прозрачных и полированных шлифах видно, что пирит и арсенопирит под действием активной среды коррозирует с периферии, по трещинам, зонам роста, поверхностям, соприкасающимся с бактериальными раствора-
ми. При этом корочек лимонита вокруг зерен пирита и арсенопирита не выявлено.
Проведенные минералогические исследования руды после кучного бактериального окисления показали, что состав породообразующих минералов (кварц, плагиоклазы) не изменился, частично подверглись растворе
90 ^ 80
£ 70 о
§ 60 (О
ш 50
г
£ 40 | 30 £ 20 10 о
0 5 10 15
Продолжительность КБО, мес.
—крупность -2 мм —■— крупность -5 ММ —к— крупность -10 мм
Рис. 7. Зависимость извлечения золота цианированием (в агитационном режиме) от продолжительности КБО
нию гидрослюдистые минералы и плагиоклазы, доля карбонатов в продуктах БО резко сократилась, пирит выщелачивается частично, а арсенопирит выщелачивается почти полностью. Основная масса окисленного железа находится в сульфатной форме. Массовая доля лимонита в пробах около 0,3-0,5 %.
В результате кучного бактериального окисления образовались новые минералы группы алунита (ярозит, натроярозит и карфо-сидерит) и гипс - продукты разложения первичных минералов. При этом высвобождается заключенное в сульфидах золото, что способствовало увеличению его извлечения при последующем цианировании.
Степень вскрытия «упорного» золота в процессе бактериального окисления оценивали по результатам цианирования. Цианирование продуктов БО проводили в агитационном режиме при загрузке цианида натрия 2 кг/т, загрузке СаО 2 кг/т, отношении Ж : Т = 2 : 1, в течение 24 часов. Расход цианида в среднем составил 4,3-6,5 кг/т, СаО - 5,2-6,0 кг/т.
Зависимость извлечения золота при агитационном цианировании измельченных продуктов кучного бактериального окисления от продолжительности КБО представлена на рис. 7.
С целью уточнения результатов лабораторных исследований проводились полупромышленные испытания технологии КБО в колонне диаметром 0,6 и высотой 6 метров, фо-
то которой представлено на рис. 8.
Для проведения полупромышленных испытаний было окомковано 2510 кг руды крупностью минус 10 мм. Крупность дробления руды для испытаний была выбрана, исходя из технических возможностей стандартной схемы дробления в трех стадиях. Необходимый температурный режим (28-35оС) поддерживался за счет обогрева колонны, напорной и приемной емкостей. В колонну, напорную и приемную емкости подавался сжатый воздух с расходом 2-5 л/мин в каждую точку. Расход кислоты на окомкование составил 19 кг/т, общий расход - 86 кг/т.
При пофракционном фазовом анализе окисленной руды было установлено, что в классе крупности минус 10 + 2 мм (61 %) ар-сенопирит окислен на 35%, в классе минус 2 + 0,4 мм (18%) на 89% и в классе минус 2 мм (21%) на 98%. Степень окисления пирита по классам крупности близка: 51-60 %.
Результаты степени окисления сульфидов верхней, средней и нижней частей колонны представлены в табл. 1.
Перед цианированием осуществляли рассев по классам крупности проб, отобранных из верхней, средней и нижней частей колонны. Изначально обогащенный по золоту мелкий класс руды в процессе бактериального окисления дополнительно обогащается с 2,7 г/т до 5,33 г/т. Высвобождающиеся в процессе окисления сульфидов тонкодисперсные
Рис. 8. Внешний вид полупромышленной установки кучного бактериального выщелачивания
Результаты анализа продуктов окисления (24 месяц
Таблица 1
Наименование материала Массовая доля,% Степень окисления, %
Железо Мышьяк Сера
общее сульфид общий сульфид общая сульфид Арсенопирита Пирита
Исходная руда 4,50 2,60 0,68 0,60 1,91 1,80 - -
Проба с верхней 4,32 0,61 0,50 0,08 2,78 0,74 87 75
части колонны
Проба со средней 5,21 0,83 0,45 0,10 2,87 0,95 83 67
части колонны
Проба с нижней 5,30 0,98 0,31 0,16 3,15 1,14 73 59
части колонны
а КБО)
Таблица 2
Сводные данные пофракционного извлечения золота из продуктов КБО
Класс крупности, мм Извлечение золота из проду ^ктов КБО, %
Исходная проба 4 месяца КБО 9 месяцев КБО 18 месяцев КБО 24 месяца КБО
Верх колонны Верхняя часть Средняя часть Нижняя часть
-10 + 2 14 19 25 42 46 41 47
-2 + 0,4 11 61 38 44 44 77 73
-0,4 + 0 18 69 86 89 85 87 80
-10 + 0 (по балансу) 13 38 56 63 62 65 58
золотины переходят в мелкий класс.
Более высокая степень вскрытия золота мелких классов приводит к более высокому его извлечению (табл. 2). Наиболее интенсивное вскрытие происходит в первый год. Максимальное извлечение золота из мелких классов достигается за 9 месяцев.
Полупромышленными испытаниями подтверждены результаты, полученные при лабораторных и укрупненно-лабораторных исследованиях. Технология КБО позволяет повысить извлечение золота с 13 до 65 %. Наиболее интенсивное окисление руды происходит в первый год биоокисления.
Лабораторные опыты и полупромышленные испытания показали принципиальную возможность реализации технологии КБО на этой руде и выявили существенную зависимость эффективности процесса от степени дробления руды.
Таким образом, проведенные лабораторные исследования и полупромышленные испытания показали возможность применения кучного бактериального окисления для снижения упорности сульфидных руд, что приводит к значительному приросту извлечения золота.
1. Johnson D.B. Biodiversity and ecology of acidophilic microorganisms // FEMS Microbiol Ecol. 1998. № 27. P. 307-317.
2. Санакулов К.С., Шеметов П.А. Извлечение золота из трудноперерабатываемых сульфидных руд технологией BIOX // Горный Журнал. 2010. № 12. С. 22-26.
3. Ян ванн Никерк. Новейшие разработки технологии BIOX : конф. по гидрометаллургии, 2009. Южноафриканский Институт горного дела и металлургии. Р. 17-28.
4. Седельникова Г.В. Нетрадиционные методы переработки руд благородных и цветных металлов: материалы Международного совещания «Плаксинские чтения-2010». Казань 13-18 сентября 2010 г. М., 2010. С. 17-19.
СИЙ СПИСОК
5. Laboratory and Demonstration-Scale Operation of the Caraiba Heap Leach using GEOCOAT: Presented at Hydroprocess / M. Gunn [et al]. 2008. Tucson, Arizona, 14-16 May 2008. Р. 121-125.
6. Биогидрометаллургическая переработка сульфидных руд / Шкетова Л.Е. [и др.] // Журнал «Цветные металлы». Издательский дом «Руда и металлы», Москва. 2004. № 8. - С. 47-48.
7. Гудков С.С., Шкетова Л.Е., Михайлова А.И. Бактериальное выщелачивание упорных руд и концентратов // Горный журнал. Издательский дом «Руда и Металлы». Москва. 2011. № 4. - С. 27-29.
8. Кучное бактериальное выщелачивание золотосодержащих руд / Шкетова Л.Е. [и др.] // Горный журнал. Издательский дом «Руда и Металлы». Москва. 2012. № 8. - С. 108-111.
Поступило в редакцию 11 марта 2014 г.
