CC BY
105
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ
ши оо оо ©
|
Резник Ю.Н., Шумилова Л. В. УДК622.342.(575.1)
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УПОРНЫХ СУЛЬФИДНЫХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД К ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ_
Важная задача золотодобычи на современном этапе — рациональное использование бедных и упорных руд золота.
Основная масса золота в мире (80 % запасов) представлена собственно золотыми рудами коренных месторождений, 18 % приходится на золотосодержащие руды цветных металлов (золото в которых играет роль попутного ценного компонента) и 2 % - на руды россыпных месторождений (пески).
Главными направлениями развития фундаментальных знаний в области обогащения полезных ископаемых являются: изучение взаимосвязи структурного, вещественного и фазового состава природного и техногенного сырья с физическими, физико-химическими и технологическими свойствами минералов; сочетание методов физико-химического моделирования с экспериментальными исследованиями основных процессов разделения минералов, создание условий интергранулярного разрушения минеральных комплексов и механизма интенсивного вскрытия упорных руд. Одно из приоритетных направлений — создание новых экологически безопасных процессов комплексной переработки и вскрытия труднообогатимых руд и продуктов обогащения на основе комбинированных современных методов обогащения, пиро- и гидрометаллургии, использующих дополнительные энергетические воздействия.
Геохимико-технологические исследования, как научно-прикладное направление в обогащении и переработке полезных ископаемых, позволяет разрабатывать наиболее эффективные технологические схемы извлечения золота из упорных руд.
В технологическом отношении важнейшими признаками, определяющими характер золотосодержащих руд, являются:
- наличие в рудах наряду с золотом других полезных компонентов, имеющих промышленное содержание;
- содержание в рудах окисленных минералов по сравнению с сульфидными, т.е. степень окисления руд;
- наличие в рудах компонентов, существенно осложняющих технологию переработки;
- характер золота в рудах, в первую очередь, крупность частиц.
С технологических позиций для полного высвобождения ценного элемента или компонента из породы или руды необходимо выявление не только всех форм их нахождения, но и возможностей их извлечения, что определяется силой их связи с другими элементами и компонентами. Например, в пирит-арсе-нопиритовых рудах золото столь тесно связано с мышьяком в арсенопирите, что для их разделения требуется полное разложение этих минералов с последующим извлечением золота. В связи с тем, что устойчивость халько-фильных соединений золота в арсенопирите значительно слабее, чем их минералов-носителей, после получения коллективного сульфидного концентрата необходимо подвергать его прогреву при температуре не более 250-3000С. В результате основное количество соединений золота распадется с высвобождением металлов в самородные (атомарные, тонкодисперсные и др.) формы, которые должны укрупниться за счет объединения разрозненных частиц. Подобные эксперименты нередко проводят минералоги при изучении в шлифах тонкодисперсного золота. Таким простейшим способом можно резко увеличить в золотосодержащих упорных рудах количество свободного золота, для извлечения которого существует несколько методов, в частности, цианирование, хлорирование и др. В случае обжига золотоносных концентратов (обычно при температуре до 600-700°С) значительная часть золота переходит в газовую фазу вместе с теллуром, мышьяком, серой и селеном.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
В ближайшие годы будут происходить изменения в структуре добычи золота — повышение доли рудного и сокращение доли россыпного. Ускоренное освоение наиболее перспективных, с экономической точки зрения коренных месторождений определено как стратегическое направление развития золотодобывающей отрасли.
Однако вовлечение в переработку крупных коренных золотосодержащих месторождений сопряжено с преодолением технологических трудностей. Первичные коренные руды являются упорными, и к основным факторам, характеризующим «упорность» золотосодержащих руд и продуктов их обогащения, следует отнести наличие:
• дисперсного золота с относительно широким диапазоном дискретности распределения в минералах-носителях — от отдельных атомов в составе микроминералов, природных сплавов, органических соединений до моноэлементных кластеров размерами порядка нанометров;
• антимонита и теллуридов, растворимых в цианиде минералов, сорбцион-но — активного органического углерода и глинистых компонентов;
• первичных пленок гидротирован-ных оксидов железа на золотинах;
• повышенного содержания мышьяка (>2 %) в концентратах, что делает их непригодными к переработке плавкой на заводах цветной металлургии.
В конечном итоге, технологическая упорность золотых руд или продуктов обогащения указывает на слабую способность их к цианированию, результатом чего является очень низкое извлечение золота в продуктивный раствор.
В зарубежной практике подобные руды перерабатывают по гравитационно-флотационным схемам с последующим извлечением золота и серебра одним из трех методов:
• окислительный обжиг-цианирование;
• автоклавное выщелачивание-цианирование;
• бактериальное окисление-цианирование.
Однако все описанные раннее технологии энергоемки и требуют больших затрат на дезинтеграцию и вскрытие руд. Назрела необходимость изыскания новых экологически бе-
зопасных и энергосберегающих методов вскрытия золотосодержащих сульфидов.
Извлечение дисперсных форм золота требует предварительного изменения микроструктуры их минералов-носителей (в первую очередь, повышения пористости и формирования сети микротрещин) и микроагрегации атомов элементов-примесей.
Для этого используются различные методы физического воздействия на кристаллическую решетку минералов, наиболее эффективными из которых являются электроразрядные и электроимпульсный (разработка ИПКОН и ИРЭ РАН).
Значительный прогресс в гидрометаллургии, повышение ее эффективности достигнут в последние десятилетия, главным образом, за счет разработки и внедрения новых методов выделения металлов из растворов и пульп, основанных на применение ионообменной сорбции и жидкостной экстракции. В то же время, в целом, экономика гидрометаллургического производства определяется прежде всего наиболее высокими затратами, приходящимися на выполнение по существу подготовленных операций извлечения металловскры-тия и выщелачивания ценного компонента. В конечном счете, именно они и определяют извлечение последних в товарную продукцию.
Относительная доля затрат на эти операции еще более увеличилась с внедрением новых эффективных методов сорбции металлов из растворов. Поэтому для дальнейшего повышения экономической эффективности гидрометаллургической переработки руд и концентратов, необходимо, в первую очередь, повышать эффективность головных операций. Путь решения этих задач — интенсификация процессов вскрытия и выщелачивания. И задача эта становится одной из главных для последующего развития гидрометаллургических процессов. В большинстве случаев пути интенсификации выщелачивания исходного сырья определяются характером кинетики процесса скорости выщелачивания, которая может контролироваться внешней, внутренней диффузией или скоростью химического взаимодействия растворителя с реагирующей поверхностью. Поэтому в каждом конкретном случае направления интенсификации выщелачивания определяются контролирующей стадией процесса.
Развитие исследований по интенсификации гидрометаллургических процессов в на-
стоящее время идет в нескольких направлениях. В области интенсификации выщелачивания наиболее широкое распространение в последние годы получили следующие методы: выщелачивание в кипящем слое; вибрационное воздействие; пульсационное воздействие; ультразвуковое воздействие; воздействие упругих колебаний звукового диапазона; воздействие импульсами электрической энергии; электрохимическое воздействие; сорбцион-ное выщелачивание; механохимическое воздействие; бактериальное выщелачивание и др.
Подавляющее большинство методов, касающихся области преодоления внутри- и внешнедиффузионных осложнений процесса выщелачивания золота, относится к числу новых методов. Быстрейшее внедрение их в практику цианирования способствовало бы значительному росту интенсификации этого процесса.
Одним из главных путей повышения эффективности процесса выщелачивания золота
— интенсификация собственно химического воздействия золота с цианистыми растворами представлен всего лишь двумя методами. К тому же автоклавный способ до настоящего времени не нашел еще применения в данной области интенсификации процесса. Причина
— необходимость применения сложной, дорогостоящей аппаратуры, трудность осуществления процесса в непрерывных условиях и высокая стоимость использования известного способа. Заметные преимущества перед ним имеет, в этом плане, электрохимический метод: незначительные капитальные затраты, высокая управляемость процессом, относительно невысокие эксплуатационные затраты.
Применение электрохимического способа цианирования, также как и использование сорбционного метода, способствует более быстрому отводу продуктов химической реакции растворения золота, интенсифицирует и эту лимитирующую область процесса выщелачивания.
Таким образом, в области интенсификации собственно химической реакции растворения золота в цианистых растворах электрохимическим способом цианирования является наиболее перспективным, требует дальнейшего изучения и совершенствования.
Преимущества электрохимического метода цианирования заложены и в самой сущ-
ности его осуществления: совмещение в одном аппарате получения окислителей и самой операции растворения золота. Получаемые этим способом окислители обладают к тому же повышенной реакционной способностью. Несомненно, что эффективность этого метода может быть повышена совмещением его применения с другими интенсифицирующими методами самой гидрометаллургической стадии процесса. В первую очередь это касается его совместного применения с новыми методами интенсификации перемешивания, направленными на значительное снижение внешнедиффузионных сопротивлений протеканию процесса растворения золота.
Также широкие возможности и преимущества применения электрохимического метода заложены в основу использования его в области подготовки процессов для вскрытия золота в сульфидах путем электрохимического окисления их в щелочных растворах. Исследования этого направления является самостоятельной областью изучения развиваемой в Читинском филиале ИГД СО РАН.
В последние годы в ИПКОН РАН проводят исследования по использованию энергетических воздействий для интенсификации вскрытия золотосодержащих сульфидных руд (электрохимические, энергия ускоренных электронов и СВЧ-нагрев).
Если ранее эти методы казались экзотическими, то в настоящее время в связи с промышленным выпуском электрохимических кондиционеров, линейных ускорителей и СВЧ-плазмотронов появилась возможность реализации новых технологий в промышленности. Упомянутые методы могут успешно сочетаться с кучным выщелачиванием благородных металлов, вследствие этого повышается экономическая эффективность КВ.
Физические и химические методы элек-троактивационного выщелачивания, в частности электроразрядного и электроимпульсного, проводились во ВНИИХТ под руководством акад. А.Н. СССР Б.Н. Ласкорина, работы, выполненные Л.И. Юткиным, в бывшем Средназгипроцветмете в лаборатории Г.П. Федотова, в ИГД Казахстана.
Хорошие результаты в данном направлении получены при проведении исследований в ИПКОН РАН совместно с институтом радиоэлектроники (В.А. Чантурия, И.Ж. Бунин, В.Д. Лунин) и компании в Санкт-Петербурге (Н.И.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Глинин и др.), а также несколькими частыми компаниями в США.
Бактериально-химическое вскрытие упорных золотосодержащих руд и концентратов, как метод подготовки их к цианированию, относится к числу наиболее «молодых» технологических разработок в золотодобывающей промышленности. Метод основан на использовании давно установленного факта, что в присутствии микроорганизмов, в частности, автотрофных бактерий типа «Тиобациллус феррооксиденс» [ТЫЬасШ^ ferrooxidans, Т.!".] золотосодержащие сульфиды железа окисляются до конечных химических соединений (сульфат или арсенат железа, серная кислота) без применения высоких давлений и температур. Освобождающееся при этом золото становится доступным для выщелачивания цианистыми растворами. Основным разработчиком биогидрометаллургической технологии переработки пиритных и мышьякопи-ритных руд (концентратов) за рубежом является корпорация «Дженкор», ЮАР.
В 1986-1992 гг. построены и введены в эксплуатацию первые промышленные и опытно-промышленные биогидрометаллургичес-кие установки по переработке мышьяксодер-жащих золотых концентратов и руд в шести странах (ЮАР, США, Канада, Австралия, Бразилия, Зимбабве), относящихся к числу основных производителей золота в мире.
Основные результаты исследований Иргиредмета по биогидрометаллургическому вскрытию и выщелачиванию упорных золотосодержащих минералов, концентратов и руд, выполнены институтом в рамках проекта «Биогеотехнология золота и серебра» государственной научно-технической программы «Новейшие методы биоинженерии» в период 1988-1993 г.г. Биохимическое вскрытие золотосодержащих сульфидов (пирит, арсенопи-рит и др.) с использованием автотрофных серу- и железоокисляющих бактерий типа ТЫЬасШ^ ferrooxidans (Т^ !егг.) в настоящее время рассматривается в качестве одного из наиболее эффективных способов подготовки упорных золотых руд и концентратов к последующей гидрометаллургической переработке цианированием. Эффективность данного процесса подтверждена опытом работы некоторых предприятий ЮАР, США, Бразилии и других стран. Безусловный интерес технология бактериальное выщелачивание (БВ) — цианирование представляет и для отечественной зо-
лотодобывающей промышленности в связи с большим объемом переработки упорного золоторудного сырья. В этом плане выполненные в Иргиредмете и Читинском филиале ИГД СО РАН работы по проблеме биогидрометал-лургического извлечения золота и серебра из упорных руд имеют определенное научное и практическое значение.
Для обеспечения активной деятельности бактерий, особенно в начальный период биоокислительного процесса, в выщелачивающую среду вводят серную кислоту, питательные добавки и кислород (воздух). Пионером в части использования барботирования воздуха при осуществлении процесса БВ золотосодержащих концентратов является рудник Фейрвью, применяющий данную технологию уже более 10 лет.
В последние годы исследования по биохимическому вскрытию упорных золото- и серебросодержащих руд (концентратов) интенсивно проводятся кроме «Иргиредмета» в институтах ЦНИГРИ и других научно-исследовательских центрах России и стран СНГ.
Обобщая выше сказанное, можно сделать общее заключение, что бактериальное и физико-химическое окисление золотосодержащих минералов, руд и концентратов должно в целом оказывать благоприятное воздействие на упорные золоторудные материалы.
Основными проблемами извлечения дисперсного золота из руд и техногенных отходов при использовании химических способов обогащения являются: обеспечение к нему доступа выщелачивающего раствора за счет формирования в кристаллах минералов-носителей достаточно развитой системы подводящих микротрещин и пор; выбор эффективной системы окислителей и комплексообразователей, нарушающих первичные химические связи между атомами золота и минералообразую-щими атомами, а также формирующих с ним более устойчивые связи в сравнении с теми элементами, с которыми оно связано изначально в минеральной матрице; решение вопросов с последовательным и продолжительным выходом золота в жидкую фазу, обусловленным различными формами его нахождения, а соответственно различными условиями его растворения и переосаждением части растворенного в первые минуты металла на минералы- сорбенты.
Для повышения эффективности извлечения дисперсного золота необходимо обеспе-
чить реализацию комплекса взаимосвязанных процессов, направленных на решение отмеченных выше проблем, а именно: процессов окислительной подготовки пульпы, локального (пленочнофазного) цианирования, предварительной сорбции примесей золота и основной сорбции золота.
Для решения поставленных задач творческая группа ученых Читинского филиала ИГД СО РАН объединила технологии кювет-ного и кучного выщелачивания с использованием различных процессов активации. На основании проведенных исследований авторами: Секисовым А.Г., Резником Ю.Н., Шумиловой Л.В., Королевым В.С., Коноревой Т.Г., была разработана аппаратурно-технологичес-кая схема опытно-промышленной установки кюветно-кучного выщелачивания металла с комбинированными методами окисления сульфидных золотосодержащих руд с дисперсными формами золота.
Фрагмент технологической схемы кювет-но-кучного выщелачивания руд с дисперсными формами золота представлен на рис. 1.
Переработка различных типов сульфидных золотосодержащих руд со сменными блоками двойного окисления осуществляется по следующим вариантам: сложносульфидных пирит-халькопиритовых и сульфидно-солевых руд с непродуктивными включениями углистого вещества — фотоэлектрохимическое и биоокисление; сульфидно-суль-фосолевых (блеклые руды) — физико-химическое и биоокисление и сульфидно-сульфо-солевых с включениями золотосодержащего углистого вещества — фотохимическое и электрохимическое окисление (рис. 2).
В зависимости от вещественного состава руды кюветно-активационное выщелачивание с двойным окислением и сорбцией осуществляется с применением различных полиреаген-тных комплексов.
Одним из путей повышения извлечения дисперсного золота является использование сочетания поэтапной активационной обработки пульп, сущность которой заключается в следующем.
На первом этапе за счет использования электрохимической обработки с малым значением напряжения на электродах (в интервале 5-20 В, в зависимости от вида применяемых исходных реагентов) и облучения прианодной зоны ультрафиолетовым светом формируют комплексы активных ион-радикальных соединений кислорода и водорода.
При этом в прианодной части, естественно, будут преобладать протолизированные (кислотные) комплексы, а в прикатодной части - гидроксильные (щелочные).На втором этапе осуществляется объединение порций пульпы, прошедших анодную и катодную обработку или сформированную на базе соответственно анолита и католита.
В зоне объединения пульпы подвергаются мягкому, тлеющему электроразряду, который интенсифицирует реакции между протолизи-рованными и гидроксильными комплексами.
Интенсификация этих реакций в основном объеме пульпы обеспечивается световым и ультрафиолетовым излучением, исходящим от разрядных каналов.
Поскольку протоны (ионы водорода) являются носителями положительных электрических зарядов, а гидроксил-ионы - отрица-
I
Руда забойной крупности класс -300 мм
3-х стадиальное дробление
I
Дробленая руда класс -3 мм -70%
Кюветное активизационное выщелачивание (со сменными активиаационными блоками)
т
Электросорбция
Смола (насыщенный уголь),
Хвосты первичной переработки
На гидроциклонирование (фракционирование) На элюиерование
Рис. 1. Фрагмент технологической схемы кюветно-кучного выщелачивания руд с дисперсными формами золота.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис. 2. Модель переработки различных типов сульфидных золотосодержащих руд с комбинированными методами окисления.
тельных, то при химическом взаимодействии содержащих их комплексов будут возникать локальные двухзарядные микротоки, а соответственно сложные по структуре силовых линий переменные магнитные микрополя. Находящиеся в жидкой фазе гидратированные реа-гентные комплексы по существу являются модуляторами для таких полей, а, следовательно, оказывают воздействие на атомы элементов-примесей в кристаллической решетке, аналогичное по своей природе ядерно-магнитному резонансу. В результате атомы благородных металлов, находящиеся в кристаллической решетке, будут изменять частоту колебаний, соответственно повышается вероятность разрыва их связей с атомами кристаллической решетки и твердофазной диффузии. При наличии достаточно развитой системы пор и микротрещин, а также соотношения площади и объема самого минерального зерна, обеспечивается возможность накопления атомов примесей у внешних и внутренних поверхностей раздела фаз (структура Шоттки). Следовательно, в итоге повышается и вероятность взаимодействия атомов благородных металлов с реагентным комплексом и их переход в жидкую фазу. При этом существенно снижается эффект переосаждения раство-
ренного золота на сорбционно-активные мелкие частицы глин, слюд, углистого вещества.
Таким образом, технология кюветно-куч-ного выщелачивания золота со сменными ак-тивационными блоками адаптирована к типу руды и её технологической упорности и позволяет повысить эффективность и извлечение золота при переработке различных типов судьфидных руд более чем на 20 %.
Разработанная технология кюветно-куч-ного выщелачивания имеет большие перспективы при переработке упорных золотосодержащих руд.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Description of biotechnology expertise used in the treatment of refractory gold ores //Gencor metallurgical engineering department. — 1988, Febr.- 33 р.
2. Van Aswegen P.S.; Marais M.J., Haines А. К. Design and operation of a commercial bacterial oxidation plant at Fairview.- 12 p.
3. Natarajan K.A, Biotechnology in gold processing// Bull. Mater. Sci. .-1993.-16, №6.-P.501-508.
4. Меретуков М.А., Орлов А.М. Металлургия благородных металлов (зарубежный опыт). — М.: Металлургия, 1990.-416 с.
