CC BY
36
Оригинальная статья / Original article УДК: 669.21/23
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-7-171-182
РАЗРАБОТКА И АПРОБАЦИЯ НОВОЙ ЭКОЛОГОЗАЩИТНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ НА ЗОЛОТОРУДНОМ ПРЕДПРИЯТИИ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ
л
© Е.В. Филиппова1
Забайкальский государственный университет, 672010, Россия, г. Чита, ул. Петрозаводская, 30.
Резюме. Цель. В данной работе проведен анализ литературных источников по миграции золота и химически связанных с ним элементов, обобщен отечественный опыт, разработана новая экологозащитная технология и электросорбер для ее осуществления. Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для извлечения металлов из различных бедных растворов и пульп, в том числе жидких хвостов обогащения. Методы. Усовершенствован сорбционный процесс извлечения благородных металлов посредством разработанного электросорбера, где повышение эффективности процесса достигается изменением конструкции электросорбера, усовершенствованием расположения электродов, особым прохождением пульпы, ионообменного сорбента, повышением активности сорбции и осаждением благородных металлов на катодах. Результаты и их обсуждение. Способ извлечения благородных металлов из пульп отличается тем, что до подачи в электросорбер минеральные частицы пульпы подвергают доизмельчению для вскрытия дисперсного золота. Ионообменный сорбент вводят в электросорбер в форме CN" для довыщелачивания вскрытого дисперсного золота на начальных стадиях извлечения и в форме OH" для извлечения циановых комплексов золота и цианидов на последующих стадиях извлечения. Процесс довыщелачивания и сорбции осуществлялся стадийно. Выводы. Установлено, что данная технология способствует доизвлечению благородных металлов, оставшихся в минеральных частицах, из растворов и пульп, ведет к уменьшению накопления отходов горнорудной отрасли и воздействия на природные экосистемы и биосферу.
Ключевые слова: миграция золота, электросорбер, экологозащитная геотехнология, новая технология, техногенные отходы, золоторудный район.
Формат цитирования: Филиппова Е.В. Разработка и апробация новой экологозащитной геотехнологии на золоторудном предприятии Забайкальского края // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 7. С. 172-182. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-7-172-182
DEVELOPMENT AND TESTING OF A NEW ENVIRONMENTALLY PROTECTIVE GEOTECHNOLOGY AT A TRANS-BAIKAL GOLD MINING ENTERPRISE E.V. Filippova
Transbaikal State University,
30, Petrozavodskaya St., Chita, 672010, Russia.
Abstract. Purpose. The paper analyzes literature references on the migration of gold and chemically related elements, summarizes national experience, develops a new environmentally protective geotechnology and an electric adsorber for its implementation. The invention is in the field of hydrometallurgy of precious metals and can be used for metal extraction from various barren solutions and pulps including liquid concentration tailings. Methods. We have improved the adsorption process of precious metal recovery by means of the developed electric adsorber where the efficiency of the process is increased through the changes in electric adsorber's design involving the improved arrangement of electrodes, specific pulp flowing, ion-exchange sorbent, increased adsorption activity and deposition of precious metals on cathodes. Results and their discussion. The method of precious metals extraction from pulps differs in the fact that before being supplied to the electric adsorber pulp mineral particles are subjected to additional fine grinding for disperse gold opening. An ion-exchange sorbent is introduced in the electric adsorber in the form of CN" for supplementary leaching of the opened disperse gold at initial stages of extraction and in the form of OH" for the extraction of gold cyanic complexes and cyanides at the subsequent stages of extraction. The process of the supplementary leaching and sorption has been carried out stage-by-stage. Conclusions. It is found that presented technology contributes to additional extraction of precious metals remaining in the mineral particles, solutions and pulps. It decreases accumulation of mining industry waste as well as reduces the impact on natural ecosystems and the biosphere.
Keywords: gold migration, electric adsorber, environmentally protective geotechnology, new technology, technogenic waste, gold ore district
1Филиппова Елена Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности, e-mail: [email protected]
Filippova Elena, Candidate of Engineering, Associate Professor of the Department of Life Safety, e-mail: [email protected]
For citation: Filippova E.V. Development and testing of a new environmentally protective geotechnology at a TransBaikal gold mining enterprise. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, no 7, pp. 172-182 (in Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2016-7-172-182
Введение
Территория Забайкалья относится к климатической зоне с резко континентальным климатом, который характеризуется резкой сменой температуры, сильными вихревыми потоками, особенно в весенний период, создающими ветровую эрозию. За счет этого наблюдается усиление миграции тонкодисперсных частиц в зоне гипергене-за, а также отвалов и хвостохранилищ на большой территории. Золото в основном мигрирует в растворах в форме комплексных соединений или виде коллоидных частиц.
Низкие температуры способствуют физическому выветриванию минералов из вмещающих пород. Это может иметь значение, так как золото в породе с кварцем из-за низкого удельного веса представляет упорную форму для гравитационного обогащения. Интенсивность выдувания и разноса пыли зависит также и от конструкции хвостохранилищ, отвалов и степени их защищенности рельефом местности и растительностью.
Необходимо разрабатывать более щадящие для окружающей среды технологии, направленные на освоение этих техногенных образований. При этом следует учитывать, в каком состоянии находится золото и какова его крупность.
Целью нашей работы являлась разработка эффективной комплексной геотехнологии доизвлечения золота из техногенных образований и восстановление экосистем в зоне действительных горнодобывающих предприятий с учетом специфики объектов.
Идея работы заключалась в комплексности и эффективности доизвлечения техногенного золота за счет разработки новой геотехнологии.
Для достижения данной цели изучалась миграция золота и связанных с ним химических элементов, формы золота.
Миграция золота совместно с химически связанными элементами
Для геохимического анализа необходимо в первую очередь ориентироваться на элементный состав основных рудообра-зующих минералов и производить его по генетически связанному с ними ассоциирующему ряду и его ближайшему окружению в периодической системе Д.И. Менделеева. Для промышленной оценки запасов золота важно выявить, помимо формы золота, наличие примесей в минерале, что определит его физические свойства, миграционные особенности и повлияет на порядок технологического процесса.
В состав минералов может входить самородное и дисперсное золото, с которым взаимодействуют легкие элементы на минеральном уровне или могут быть с ним связаны на уровне первичного ореола рассеяния. При этом особенно дисперсное золото проявляется с ограниченным количеством элементов, образующих минеральные ассоциации (медь, мышьяк, сурьма, теллур, висмут и свинец).
На месторождениях Забайкальского края все обнаруживаемые с золотом ассоциации элементов сгруппированы А.Г. Се-кисовым, Н.В. Зыковым, В.С. Королевым следующим образом: Au-Cu-As-Sb-Pb-Zn, Au-Cu-Te-Bi, Au-As-Sb, Au-Mo, Au-Mo-W, Au-B-Cu-Mo [1].
Золото имеет низкую химическую активность, но в присутствии окислителей легко переходит в раствор с образованием комплексов золота с валентностью (I) или (III). В некоторых случаях образуется комплексный ион [Au(SH)2]" за счет гидротермального переноса золота. Химическая активность наблюдается при высокой температуре, когда золото взаимодействует с теллуром и образуется AuTe2. Реагирует со всеми галогенами, лучше всего с бромом, образуя Au2Br6 [2]. Половина золотосодержащих руд характеризуется повышенным содержанием органических соединений, т.е. наличием углистых веществ и
технологически вредных примесей, таких как мышьяк, медь и сурьма. В гумидных ландшафтно-геохимических условиях золото встречается в виде металлорганических комплексов, а в аридных условиях - неорганических.
Отмечается, что миграция мышьяка, сурьмы происходит за счет образования комплексов. Эта способность возрастает с увеличением порядкового номера элемента. Поэтому активность сурьмы выше, чем у мышьяка [3].
Растворенные формы мышьяка и сурьмы обладают значительной способностью к миграции как в кислых, так и в щелочных растворах (в отличие от тяжелых металлов). К примеру, в хвостохранилище Комсомольской ЗИФ эти вещества находятся в количествах, превышающих ПДК в 4-70 раз. Ситуация меняется на границе взаимодействия жидкой и твердой фаз: в поровых водах резко возрастают концентрации мышьяка, а свинца - падают, что приводит к изменению соотношений в поверхностных и поровых водах.
Арсениты обладают гораздо более токсичными свойствами по сравнению с арсенатами, подобные высокие концентрации мышьяка в поверхностных водах отвалов, содержащих арсенопирит, были также обнаружены на руднике Nova Scotia (Canada). Такие избыточные концентрации мышьяка объясняются растворимостью ме-тастабильного As2O3. Скорость окисления As (III) до As (V), по экспериментальным данным J.A. Cherry, в природных водах такова, что требуются годы, чтобы достигнуть равновесных значений с парой О2-Н2О. Это означает, что поверхностные воды, омывающие, например, Берикульские кеки и стекающие непосредственно в реку, могут содержать в значительных количествах мышьяк (III) в наиболее токсичной форме.
О.Л. Гаськовой, Е.П. Бортниковой, К.Г. Моргуновым и другими исследователями (1996 г.) установлены закономерности перераспределения между окисляющим раствором и вторичными продуктами окисления таких элементов, как Pt и Pd; на основе модельных расчетов, выполненных с
использованием развернутых баз термодинамических и кинетических данных, оценено поведение микрокомпонентов (Ад, As, Sb) в зоне окисления сульфид-содержащих объектов; получена обобщенная зависимость концентраций главных компонентов формирующихся дренажных вод от ряда принципиальных характеристик системы жидкой и твердой фаз; проведено экспериментальное сопоставление кинетики растворения широкого ряда золотосодержащих сульфидов (пирит, пирротин, сфалерит, галенит, халькопирит, арсенопирит).
Загрязняющие вещества, попадая в поверхностные воды (к примеру, в г. Кара-баше), несут чрезвычайно высокие концентрации тяжелых металлов вследствие хаотичного складирования отходов добычи, обогащения и металлургии. Так, шахтные воды содержат меди в количестве 228 ПДК, никеля - 16 ПДК, марганца - 245 ПДК. Вода в р. Сак-Элга содержит медь (97 ПДК), цинк (182 ПДК), железо (1110 ПДК), марганец (73 ПДК), никель (790 ПДК). Техногенное загрязнение вод отвечает зоне экологического бедствия.
Обычно содержание золота в хвостах невысокое - не более 100 мг/м3. Большой процент тонкого золота (до 70% от всего количества золота) выносится в техногенные отходы вместе с пульпой. Фракция менее 0,2 мм является плавучей, что усложняет применение гравитационного обогащения [4]. При гравитационном обогащении уменьшается контрастность крупности, на которой основан этот метод, что и приводит к потерям мелкой фракции. Кроме того, золото, имеющее пластинчатую форму и пористую структуру, чаще выносится в отвалы. Просматривается зависимость морфологии золота от его крупности. Увеличение скорости осаждения обусловлено более высокими степенями изо-метричности (чешуйчатое ^ таблитчатое ^ изометричное). Их масса на увеличение скорости влияет незначительно, хотя отмечается, что если масса минерала составляет менее 2-3 мг, то скорость резко снижается [5].
В зоне окисления и выветривания
М.А. Солодухина [6] выделяет чрезвычайно устойчивые формы мышьяка, входящие в скородит и миметит, в этом виде он далеко не мигрирует и остается в коре выветривания. Поведение мышьяка и железа в профиле четко различается в зависимости от минеральных форм этих химических элементов. Когда оба элемента связаны в скородите или арсенопирите (мышьяк в скородите, а железо в гидроксидах), то связь прямая, а в зоне миграции одного из них и концентрирования другого - обратная. Мышьяк накапливается и выносится совместно с другими химическими соединениями, а в зоне окисления образует устойчивые комплексные соединения в виде арсе-ната. В почвах и верхних частях коры выветривания вследствие недостатка подвижных катионов, таких как свинец и медь, связанных в карбонатах (церуссит, малахит и азурит), цинк и магний, интенсивно выносимых сульфатными водами и отлагаемых на испарительных геохимических барьерах на дневной поверхности, а также двухвалентное железо и марганец, переходящих в трехвалентную форму и осаждающихся в виде гидроксидов, дефицит положительных зарядов компенсируется вхождением протона в состав арсенатов.
Автором исследовалась зона гипер-генеза Шерловогорского горнопромышленного узла, где наблюдалась миграция мышьяка в условиях присутствия или отсутствия хлора, который создает кислую реакцию среды. При его отсутствии арсенопи-рит непосредственно переходит в скородит, замещающий его. В присутствии хлора мышьяк мигрирует и, в случае появления в системе свинца, образует с ним миметит. Мышьяк в зоне гипергенеза характеризуется слабой миграцией. Присутствие железа и свинца способствует образованию скородита или миметита, являющихся главнейшими продуктами гипергенеза. Оба эти минерала геохимически устойчивы, что ограничивает подвижность мышьяка в зоне ги-пергенеза и в почвах и уменьшает его экологическую опасность за пределами территорий выхода на поверхность обогащенных им рудно-магматических систем.
Аккумуляции As в почвах способствуют Мп, который входит в состав соединений Fe. Это подтверждается и другими авторами [7, 8]. На рекультивированных участках было выявлено превышение ПДК в техногенных отвалах и хвостах промывки: для As - в 3,7-9,3 раза, а для V - 1,1-1,5 раза.
В золоторудных месторождениях карлинского, эпитермального и «черно-сланцевого» типов были выявлены микро-и наночастицы благородных металлов с сопутствующими элементами в другом сочетании [9]. В пиритах месторождений кар-линского типа обнаружены микрочастицы самородного золота и теллуридов, а в ар-сенопиритах отмечено золото с мышьяком в присутствии Sb, Нд и Та. Встречаются включения серебра, прилегающего к нано-частицам золота.
Н.В. Моисеенко, П.П. Сафронов [10] обнаружили в Николаевской зоне самородное золото с фазовыми срастаниями с блеклыми рудами и сульфосолями, находящимися в виде микро- и наночастиц, а также в виде необычных пластинчатых, столбчатых, клиновидных, пленочно-плоскостных форм. Такое наличие разновидностей способствует увеличению зоны рассеяния.
Наблюдается растворение золота в водных растворах, содержащих лиганды и окислитель [11], но в отдельности с каждым из них золото не реагирует. Состав комплексных соединений в подземных водах зависит от наличия и количества анионов лигандов. Существование сульфидно-мышьякового лиганда объясняется А.Г. Се-кисовым и другими [1] совместным нахождением золота с мышьяком и серой.
Полученные соединения также находятся между собой в термодинамическом равновесии, сдвинутом к конечным членам ряда, а первые члены ряда становятся наиболее устойчивыми.
Меп + ^ МеАЧ ^ МеА2п"2 ^ МеА3л"3 ^ ^ МеА4п"4 и т.д.
Золото может перемещаться в ато-
марном виде или может входить во взаимодействие с почвенными кислотами и формировать фульватные и гуматные комплексы. В зоне окисления при попадании в водные почвенные растворы формируются коллоидные растворы и механические взвеси.
В.И. Радомская, С.М. Радомский, В.Г. Моисеенко [12] изучали миграцию золота, находящегося в среде гидрокарбонатных кальциевых вод в виде коллоидных и взвешенных частиц. В качестве главных форм переноса золота выявлены комплексы с фульвокислотами, которые увеличивают его миграционную активность в два раза. Золото, находящееся в коллоидно-дисперсном состоянии, способно сорбировать кислород и переходить в окисленную форму с образованием фульватных комплексов. Кроме того, наблюдается перенос металла органо-минеральными комплексами и гуминовыми кислотами.
В подземных и почвенных водах химические элементы могут растворяться полностью или находиться в виде коллоидных растворов и взвесей. Те, что находятся в виде взвесей, не имеют особого геохимического значения. Коллоиды могут образовывать только некоторые элементы Al, Fe (III), которые подвергаются гидролизу с образованием малорастворимых соединений и в результате полимеризации образуют крупные коллоидные макромолекулы, например [Fe(OH)3]n, с последующим образованием лимонита HFe02nH20. Реакция диссоциации веществ на отдельные ионы в подземных водах обычно обратимая. Чем больше концентрация веществ в подземных водах, тем чаще возникают комплексные соединения и быстро достигается термодинамическое равновесие [11, с. 75].
AlFn3_n, Al(0H)n3_n , Al(S04)3_2n PbHC03 +, PbC03 0, PbS04 0, Pb(S04)2 2", PbCl+, PbCl2 0, PbHS+
Мигрировать, конечно, способно не
только золото, но и другие элементы, имеющие относительно слабые связи.
Катионные формы меди (0и2+, СиОН+, 0и(0Н)22+), например, накапливаясь в ходе миграции, существенно опаснее своих нейтральных или отрицательно заряженных анионных форм. Токсичность ме-таллорганических форм свинца и ртути также значительно сильнее, чем неорганических. Взаимодействие кадмия, меди, свинца и ртути с фульво- и гуминовыми кислотами влияет благоприятно и резко понижает их негативное воздействие.
Необходимо отметить, что золото встречается не только в атомарном состоянии. Оно может быть химически взаимосвязано с другими элементами. Это могут быть сульфиды железа, меди, свинца, висмута, сульфосоли, мышьяк, селен, теллур, сурьма. Такое многообразие его связей с минералообразующими элементами осложняет доизвлечение из техногенных образований.
Большое значение для технологии извлечения золота из руд и россыпей, в том числе из пульп и растворов, имеет форма золота. Как показали исследования, золото в полиметаллических рудах обычно находится в дисперсном состоянии в сульфидных минералах, чаще в пирите и халькопирите, реже - в галените и сфалерите. Значительное количество кластерного золота не вскрывается в таких минералах, а следовательно, не извлекается даже при сверхтонком измельчении (порядка 10-20 мкм) породообразующих минералов.
В хвостах обогащения Дарасунской ЗИФ обнаруживается дисперсное золото. Причем такое золото не извлекается методом сорбционного выщелачивания простым или «накислороженным» цианидным раствором и обычной подготовкой ионообменного сорбента. Низкие (1,1-1,3 г/т) содержания золота в хвостах обогащения руд этого месторождения исключают применение для их переработки известных гидрометаллургических методов - биоокисления, автоклавов, обжига.
Извлечение дисперсного золота из таких соединений может быть осуществимо
с разработкой новых методов доизвлече-ния в несколько этапов, включающих предварительное концентрирование и окисление перед довыщелачиванием из отходов горнодобывающего производства. На первом этапе устанавливаются конкретные формы нахождения дисперсного золота, которое представлено коллоидными частицами или комплексами, и мигрирует совместно, в том числе в ионной форме. Для довыщелачивания золота, которое не вскрывается при сверхтонком измельчении и остается в сбросных пульпах в такой форме, разработана новая технология.
Результаты исследования и их обсуждение
Наше изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для извлечения металлов из различных бедных растворов и пульп, в том числе жидких хвостов обогащения.
Известный способ [13] и электро-сорбер для извлечения благородных металлов из растворов и пульп обладает недостаточным контактом электродов с пульпой, содержащей в своем составе остаточные минеральные частицы с глубокорасположенными частицами благородных металлов, в том числе дисперсными. Пульпа с ионообменным сорбентом довольно быстро перетекает в зону свободного течения сквозь электроды, за счет чего уменьшается время воздействия и снижается эффективность извлечения металлов.
Перед нами стояла задача усовер-
шенствовать сорбционный процесс извлечения благородных металлов посредством разработанного электросорбера, где повышение эффективности процесса достигается изменением конструкции электросорбе-ра, усовершенствованием расположения электродов, особым прохождением пульпы, ионообменного сорбента, повышением активности сорбции и осаждением благородных металлов на катодах. Техническим результатом нашей работы является повышение эффективности извлечения благородных металлов (рисунок).
Результат достигается тем, что до подачи в электросорбер минеральные частицы пульпы подвергают доизмельчению для вскрытия дисперсного золота. Ионообменный сорбент вводят в электросорбер в форме С^ для довыщелачивания вскрытого дисперсного золота на начальных стадиях извлечения и в форме ОН" для извлечения циановых комплексов золота и цианидов на последующих стадиях извлечения. Процесс довыщелачивания и сорбции осуществляют стадийно.
Предложенный электросорбер выполнен в виде двух секций, расположенных горизонтально. Каждая секция снабжена выпускной сеткой, размер ячейки сетки менее размера гранул ионообменного сорбента. Электроды выполнены в виде анодов, расположенных в первой по ходу пульпы секции, и катодов и анодов, расположенных во второй секции, при этом электроды установлены вертикально. Днище второй секции снабжено патрубком вывода
Схема электросорбера: 1 - корпус реактора; 2 - пульпопровод; 3 - завихрители; 4 - анод; 5 - катод; 6 - сетка; 7 - сетка; 8 - патрубок вывода сорбента; 9 - сливной патрубок; 10 - труба для отвода газов; 11,12 - запорная арматура Electric adsorber schematic: 1 - reactor body; 2 - pulp line; 3 - swirlers; 4 - anode; 5 - cathode; 6 - mesh screen; 7 - mesh screen; 8 - sorbent discharge pipe; 9 - drain pipe; 10 - fume extraction tube;
11,12 - shut-off valves
сорбента.
Представленный способ позволяет увеличить время контактирования в элек-тросорбере пульпы с ионообменным сорбентом при воздействии электрическим полем, увеличить прямой контакт пульпы и ионообменного сорбента с электродами, увеличить эффективность довыщелачива-ния и сорбции. В качестве ионообменного сорбента используют анионообменные синтетические сорбенты, воздействие электрическим полем осуществляют во внешнем цилиндре, причем пульпу пропускают через внешнюю секцию реактора с ионообменным сорбентом, в которой установлена система анодов-катодов с разностью потенциалов, достаточной для десорбции ионов с поверхностью минеральных частиц и активации ионного обмена в упомянутом сорбенте.
Ионообменный сорбент используют на начальных стадиях в форме С^ для до-выщелачивания вскрытого дисперсного золота, на последующих стадиях - в форме ОН" для извлечения циановых комплексов золота Аи (СМ)2- и самих цианидов.
В основе функционирования способа и электросорбера лежит следующий механизм. Гранулы ионообменного сорбента подаются предварительно в корпус реактора 1 до входа пульпы. Используют ионообменный сорбент, например марки А-100, в размере 10% от объема. Данный сорбент селективный и износостойкий.
Пульпа проходит по пульпопроводу 2 через завихрители 3, расположенные в расширенной части пульпопровода, для дополнительного измельчения минеральных частиц, что позволяет снизить износ электродов. Завихрители установлены для достижения эффекта доизмельчения минеральных частиц и вскрытия дисперсного золота. Попадая в реактор в непрерывном потоке, частицы, соударяясь между собой и с анодами 4, в первой секции доизмельча-ются, и происходит довыщелачивание вскрываемого золота. Смешиваясь с пульпой в первой секции, подготовленный ионообменный сорбент в форме С^ взаимодействует с поверхностью минеральных
частиц, находящихся в ней, растворяя вскрытые частицы золота и насыщаясь им.
Далее поток попадает во вторую секцию реактора через сетку 6. Сетка задерживает ионообменный сорбент в форме С^, а пульпа перетекает во вторую секцию с ионообменным сорбентом, подготовленным в форме ОН" для доизвлечения циановых комплексов золота и самих цианидов. Проходя через систему катодов-анодов 5, где поддерживается постоянное напряжение, дестабилизированные ионы начинают переходить на ионообменный сорбент за счет эффекта электродиализа. Кислород расходуется в первую очередь в приграничном слое раствора, непосредственно прилегающем к ионам золота. Дальнейшее успешное растворение золота возможно при пополнении пограничного слоя ионообменным сорбентом и кислородом из всего объема раствора путем диффузии, и чем больше будет скорость диффузии ионов, тем выше будет скорость растворения. Дополнительно на аноде появляется кислород, что способствует активному довыщелачиванию золота и сорбции его на ионообменный сорбент. Образовавшиеся газы отводятся через патрубок 10.
Как указывалось выше при описании механизмов, лежащих в основе способа, катионы движутся к катоду, вступая во взаимодействие с новыми частицами ионообменного сорбента, образуют комплексные анионы золота и задерживаются ионообменным сорбентом. И наоборот, анионы перемещаются к аноду, где происходит довыщелачивание золота. За счет сочетания эффектов электроосмоса и электроактивации процесса ионного обмена происходит переход ионов металлов в гелевую фазу ионообменного сорбента. Кроме того, этому способствуют локальные ионные токи и возникающие при этом магнитные микрополя, которые за счет ряда сопутствующих эффектов дополнительно интенсифицируют процесс ионообменной сорбции. За счет роста локальных концентраций ионов часть ионов золота при проявлении эффекта поляризации в области электрического слоя
осаждается на катодах 5.
Отделение гранул ионообменного сорбента в форме ОН" от пульпы проходит через перфорацию 7. Пульпа после электроактивации и электроосаждения во второй секции свободно проходит через перфорацию 7 и выводится из реактора через сливной патрубок 9.
Пульпа проходит через секцию со скоростью, обеспечивающей заданную степень извлечения. По мере насыщения ионообменный сорбент выгружают из элек-тросорбера и направляют на десорбцию, осуществляемую известным путем.
Питание электродов может осуществляться от одного или нескольких источников как в постоянном, так и импульсном режиме. Использование импульсного режима питания электродов позволяет дополнительно интенсифицировать процесс вынужденной направленной диффузии ионов от поверхности минеральных частиц к поверхности ионообменного сорбента и катодам, уменьшить процессы поляризации электродов.
Апробация новой экологозащитной геотехнологии на золоторудном предприятии Забайкальского края
Экологозащитная геотехнология апробировалась на бедных растворах и пульпах золоторудного предприятия Забайкальского края. Разрабатываемое месторождение относится к золото-сульфидно-кварцевой формации жильного морфоструктурного типа. Руды содержат большое количество тонковкрапленных минералов с дисперсным золотом (халькопирит, арсенопирит, сульфосоли, кварц, турмалин) и относятся к упорным [14]. Имеют сложный минеральный состав (табл. 1), содержат 6-10% сульфидов, среди которых преобладают минералы железа: пирит, арсенопирит, халькопирит и пирротин. В меньших количествах отмечаются галенит и сфалерит. Встречаются ассоциации золота с минералами висмута и теллура. Золото в рудах представлено в самородной форме и распространено неравномерно. Основное его количество концентрируется
в рудных жилах, и лишь небольшая часть находится в зонах гидротермальных мета-соматитов. В рудах нижних горизонтов месторождения свободного золота и в сростках с чистой поверхностью - 70%. Это золото легкообогатимо, и лишь около 9% его связано с сульфидами и силикатами. Дисперсная форма золота наблюдается в антимоните, сульфоантимоните свинца и других минералах. Среди жильных преобладает кварц, карбонаты (анкерит, кальцит), серицит и на некоторых участках - турмалин. По результатам наших исследований под руководством доктора технических наук А.Г. Секисова, доля дисперсного золота в рудах исследуемого месторождения существенно выше. По размеру отмечалось самородное золото - весьма мелкое (до 0,1 мм), мелкое (0,1-0,9 мм) и средней крупности (1-1,2 мм). Выделены частицы золота по формам: комковидные и прожилковид-ные. Золото наблюдалось свободное и в сростках кварц-сульфидного состава с ярким блеском бледно-желтого цвета.
Сульфидные минералы руд месторождения содержат благородные, редкие и рассеянные металлы. Распределение субмикронного самородного и дисперсного золота по рудообразующим минералам представлено в табл. 2.
Экологозащитная геотехнология опробовалась на данном месторождении, что заключалось в следующем.
Сбросная хвостовая пульпа направлялась в зону расширения трубопровода, где установлены завихрители со спиральной (рифленой) поверхностью из износостойкой стали внешним диаметром 50 мм. Затем пульпа поступала в электросорбер, где взаимодействовала с ионообменным сорбентом, подготовленным в форме С^. Сорбент заранее был размещен в верхних 3-х секциях реактора для довыщелачива-ния вскрытого дисперсного золота. Подготовка ионообменного сорбента проводилась раствором 3% цианида натрия путем смешения его с раствором в чанах. При такой обработке ионы С^ закрепляются на активных участках поверхности сорбента.
Таблица 1
Количественный минералогический анализ руды, %
Table 1
Quantitative mineralogical analysis of ore, %_
Минерал / Mineral Содержание/ Content Минерал / Mineral Содержание/ Content
Пирит, марказит / Pyrite, marcasite 3,8 Кварц / Quartz 14,9
Арсенопирит/ Arsenopyrite 1,72 Полевые шпаты / Fieldspars 17,57
Халькопирит/ Chalcopyrite 0,79 Амфиболы / Amphiboles 43,76
Пирротин/ Pyrrhotite 0,05 Эпидот/ Epidote 2,75
Сфалерит / Sphalerite 0,18 Биотит, хлорит / Biotite. chlorite 3,16
Галенит/ Galenite 0,06 Кальцит, анкерит / Calcite, ankerite 3,47
Блеклая руда / Fahlite 0,01 Турмалин / Tourmaline 4,69
Магнетит / Magnetite 0,26 Каолинит/ Kaolinite 2,82
Таблица 2
Содержание золота в главных рудообразующих минералах, г/т
Table 2
_Gold content in major ore-forming minerals, g/T_
Минерал / Mineral Содержание / Content
Пирит/ Pyrite 55,5
Арсенопирит / Arsenopyrite 65,5
Халькопирит / Chalcopyrite 193,0
Сульфосоли / Sulphosalts 139,0
Галенит / Galenite 19,4
На начальных стадиях в электро-сорбере продолжается довыщелачивание. На последующих стадиях в 2-х нижних секциях электросорбера используется ионообменный сорбент в форме ОН" для извлечения циановых комплексов золота и самих цианидов.
Подготовка сорбента проводилась аналогично, только применялся 4% раствор щелочи. Такая обработка улучшает показатели процесса сорбционного цианирования. Ионы ОН" нейтрализуют на поверхности сорбента активные группы основного характера и ионизируют кислые поверхностные группы сорбента. Благодаря этому сорбент приобретает в целом отрицательный заряд, который вследствие проводни-
ковых свойств сорбента распространяется на всю его матрицу. Гидроксил-ионы энергично обмениваются на цианид-ионы и зо-лотоцианистые комплексы [Аи(С^2]".
Напряжение на электродах подавалось равным 8 В, при этом сила тока составляла 3 А. Используемый в электросор-бере ионообменный сорбент обладает способностью повторного использования, для чего применялась традиционная технологическая схема регенерации.
Для элюации золота с ионообменного сорбента использовался цианистый натрий в виде 1% раствора. Его пропускали при температуре 150°С и давлении 10 Атм. Процесс элюации золота заканчивался при этом через 1-2 часа. При добавлении в
раствор элюента 1% едкого натра процесс элюации ускорялся.
Выводы
Доизвлечение золота из хвостов обогащения упорной руды исследуемого месторождения составило 57,5%.
В результате данная технология способствует доизвлечению благородных металлов, оставшихся в минеральных частицах, из растворов и пульп, что ведет к уменьшению накопления отходов горнорудной отрасли и воздействия на природные экосистемы и биосферу в целом. Кроме того, снижается негативное влияние цианидов на природную среду за счет использования в электросорбере двух видов
ионообменного сорбента, что является преимуществом перед известными технологиями извлечения благородных металлов из отходов. В нижних секциях реактора гидроксил-ионы обмениваются на цианид-ионы и золотоцианистые комплексы [Аи(С^2]", т.е. происходит извлечение не только циановых комплексов, но и самих цианидов при помощи ионообменного сорбента в форме ОН".
Таким образом, зафиксировано до-извлечение как благородных металлов, так и полютантов и предотвращена их дальнейшая миграция через хвостохранилище в природные экосистемы, чем достигнут экологический эффект.
Библиографический список
1. Секисов А.Г., Зыков Н.В., Королев В.С. Дисперсное золото: геологический и технологический аспекты. Москва: Горная книга, 2012. 224 с.
2. Воробьев А.Е. Решение проблемы воспроизводства минеральных ресурсов литосферы на основе использования биофероулучшающих технологий // Вестник РУДН. Инженерные исследования. 2003. № 2. С. 140-148.
3. Барабашева Е.Е. Биогеохимическая модель ру-дообразования Дарасунского рудного узла // Вестник ЗабГУ. 2012. № 10 (89). С. 17- 23.
4. Шило Н.А. Основы учения о россыпях. М.: Наука, 1981. 384 с.
5. Ковлеков И.И. Техногенное золото Якутии. М.: МГГУ, 2002. 303 с.
6. Солодухина М.А. Мышьяк в зоне гипергенеза Шерловогорского горнопромышленного района // Вестник ЧитГУ. 2011. № 10 (77). С. 117-123.
7. Александрова О.А., Скорнякова Е.С. Данные по составу органического вещества железомарганце-вых конкреций // Геохимия. 1994. № 1. С. 134-143.
8. Кошелева Н.Е., Власов Д.В., Хайбрахманов Т.С. Факторы накопления мышьяка и сурьмы в почвах Восточного округа Москвы // Материалы 6-й Между-нар. науч. конф. «Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон». СПб.: Изд-во РГГМУ, 2012. С. 172-174.
9. Марченко Л.Г., Комашко Л.В. О распределении микро- и наночастиц благородных металлов в сульфидах и углеродистом веществе // Рудообразующие процессы: от генетических концепций к прогнозу и открытию новых рудных провинций и месторожде-
ний: материалы Всерос. конф., посвященной 100-летию со дня рождения акад. Н.А. Шило. М.: ИГЕМ РАН, 2013. С.148.
10. Моисеенко Н.В., Сафронов П.П. Особенности сурьмяной минерализации золоторудного месторождения Пионер // Рудообразующие процессы: от генетических концепций к прогнозу и открытию новых рудных провинций и месторождений: материалы Всерос. конф., посвященной 100-летию со дня рождения акад. Н.А. Шило. М.: ИГЕМ РАН, 2013. С. 92.
11. Крайнов С.Р., Швец В.М. Гидрохимия. М.: Недра, 1992. 463 с.
12. Радомская В.И., Радомский С.М., Моисеенко В.Г. Особенности аккумуляции благородных металлов растениями ландшафтов Верхнего Приамурья // Литосфера. 2008. № 3. С. 102-111.
13. Пат. № 2251582, РФ, МПК7 С22В 11/00, 3/02, Способ извлечения благородных металлов из растворов и пульп и реактор для его осуществления / А.Г. Секисов, С.А. Мазуркевич; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Интегра Груп. Ру» ^и); заявл. 07.10.2003; опубл. 10.05.2005. 5 с.
14. Юргенсон Г.А., Чечеткин В.С., Асосков В.М. Геологические исследования и горно-промышленный комплекс Забайкалья: История, современное состояние, проблемы, перспективы развития. К 300-летию основания Приказа рудокопных дел. Новосибирск: Наука; Сибирская издательская фирма РАН, 1999. 574 с.
References
1. Sekisov A.G., Zykov N.V., Korolev V.S. Dispersnoe 2. Vorob'ev A.E. Reshenie problemy vosproizvodstva
zoloto: geologicheskii i tekhnologicheskii aspekty [Dis- mineral'nykh resursov litosfery na osnove ispol'zovaniya
persed gold: geological and technological aspects]. bioferouluchshayushchikh tekhnologii [Solving the prob-
Moscow, Gornaya kniga Publ., 2012, 224 p. (in Rus- lem of lithospheric mineral resources reproduction
sian). through the use of biosphere improving technologies].
Vestnik RUDN. Inzhenernye issledovaniya. [RUDN University Bulletin. Engineering Researches]. 2003, no. 2, pp. 140-148 (in Russian).
3. Barabasheva E.E. Biogeokhimicheskaya model' rudoobrazovaniya Darasunskogo rudnogo uzla [Bioge-ochemical model of ore formation in Darasunsky ore knot]. Vestnik ZabGU. [Transbaikal State University Journal]. 2012, no. 10 (89), pp. 17-23 (in Russian).
4. Shilo N.A. Osnovy ucheniya o rossypyakh [Fundamentals of placers]. Moscow, Nauka Publ., 1981, 384 p.
5. Kovlekov I.I. Tekhnogennoe zoloto Yakutii [Yakutian technogenic gold]. Moscow, MGGU Publ., 2002, 303 p.
6. Solodukhina M.A. Mysh'yak v zone gipergeneza Sherlovogorskogo gorno-promyshlennogo raiona [Arsenic in the hypergenesis zone of Sherlovogorsky mining region]. Vestnik ChitGU. [Chita State University Journal]. 2011, no. 10 (77), pp. 117-123 (in Russian).
7. Aleksandrova O.A., Skornyakova E.S. Dannye po sostavu organicheskogo veshchestva zhelezomar-gantsevykh konkretsii [Data on the composition of fer-romanganese nodule organic matter]. Geokhimiya. [Geochemistry]. 1994, no. 1, pp. 134-143 (in Russian).
8. Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Khaibrakhmanov T.S. Faktory nakopleniya my-sh'yaka i sur'my v pochvakh Vostochnogo okruga Moskvy [Factors of arsenic and antimony accumulation in the soils of the Eastern District of Moscow]. Materialy 6-i Mezhdunarodnoi nauch-noi konferentsii "Ekologicheskie i gidrometeoro-logicheskie pro-blemy bol'shikh gorodov i promyshlen-nykh zon" [Materials of the 6th International scientific conference "Environmental and hydro-meteorological problems of big cities and industrial zones"]. Saint Petersburg, RGGMU Publ, 2012, pp. 172-174 (in Russian).
9. Marchenko L.G., Komashko L.V. O raspredelenii mikro- i nanochastits bla-gorodnykh metallov v sul'fidakh i uglerodistom veshchestve [On the distribution of micro- and nanoparticles of precious metals in sulfides and carboniferous matter]. Materialy Vseros. konf., posvyashchennoi 100-letiyu so dnya rozhdeniya akad. N.A. Shilo "Rudoobrazuyushchie protsessy: ot geneticheskikh kontseptsii k prognozu i otkrytiyu novykh rudnykh provintsii i mestorozhdenii" [Materials of the All-
Критерии авторства
Филиппова Е.В. полностью подготовила статью к публикации и несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 14.04.2016 г.
Russian conference devoted to the 100th birth anniversary of the Academician N.A. Shilo "Ore-forming processes: from genetic concepts to forecast and discovery of new ore provinces and deposits]. Moscow, IGEM RAN Publ., 2013, pp. 148 (in Russian).
10. Moiseenko N.V., Safronov P.P. Osobennosti sur'myanoi mineralizatsii zolotorudnogo mestorozhdeni-ya Pioner [Features of antimony mineralization of Pioner gold ore deposit]. Materialy Vseros. konf., posvyashchennoi 100-letiyu so dnya rozhdeniya akad. N.A. Shilo "Rudoobrazuyushchie protsessy: ot genet-iche-skikh kontseptsii k prognozu i otkrytiyu novykh rudnykh provintsii i mestorozhdenii" [Materials of the All-Russian conference devoted to the 100th birth anniversary of the Academician N.A. Shilo "Ore-forming processes: from genetic concepts to forecast and discovery of new ore provinces and deposits]. Moscow, IGEM RAN Publ., 2013, pp. 92 (in Russian).
11. Krainov S.R., Shvets V.M. Gidrokhimiya [Hydro-chemistry]. Moscow, Nedra Publ., 1992, 463 p. (in Russian).
12. Radomskaya V.I., Radomskii S.M., Moiseenko V.G. Osobennosti akkumulya-tsii blagorodnykh metallov ras-teniyami landshaftov Verkhnego Priamur'ya [Accumulation features of precious metals in the plants of the Upper Amur region]. Litosfera. [Lithosphere]. 2008, no. 3, pp. 102-111 (in Russian).
13. Sekisov A.G., Mazurkevich S.A. Sposob izvlecheni-ya blagorodnykh metallov iz rastvorov i pul'p i reaktor dlya ego osushchestvleniya [Method of precious metals recovery from solutions and pulps, and a reactor for its implementation]. Patent RF, no. 2251582, 2005.
14. Yurgenson G.A., Chechetkin V.S., Asoskov V.M. Geologicheskie issledo-vaniya i gorno-promyshlennyi kompleks Zabaikal'ya: Istoriya, sovremennoe so-stoyanie, problemy, perspektivy razvitiya. K 300-letiyu osnovaniya Prikaza rudokopnykh del [Geological researches and Trans-Baikal mining and industrial complex: history, current status, problems, development prospects. To the 300th anniversary of the Chamber of mines foundation]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1999, 574 p (in Russian).
Authorship criteria
Filippova E.V. is the sole author of the article and bears the reponsibility for avoiding the plagiarism.
Conflict of interest
The author declares that there is no conflict of interests regarding the pulication of this article.
The article was received on 14 April 2016
