CC BY
65
© Ю.Н. Резник, Л.В. Шумилова, 2008
УДК 622.7
Ю.Н. Резник, Л.В. Шумилова
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ УПОРНЫХ РУЛ НА ОСНОВЕ ГЕОХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Семинар № 25
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.
Важная задача золотодобычи на современном этапе, которую необходимо решить - рациональное использование бедных и упорных руд золота и серебра. Среди 30 золоторудных месторождений Читинской области, 16 - комплексных (золото в полиметаллических, медных и висмутовых рудах). При добыче золота из разведанных золоторудных месторождений в настоящее
время возникает ряд проблем: около 30 % представлено бедными и мышьяковистыми (сложными по технологии переработки) рудами, а также большая часть руд относится к упорным с тон-ковкрапленным золотом, около 30 % запасов разведано недостаточно, на месторождениях требуется дополнительная разведка.
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 отличие от технологической геохимии, которая должна учитывать все разнообразие и изменчивость химических свойств конкретного элемента в технологическом цикле переработки полезных ископаемых, геохимико-тех-нологические исследования рассматривают каждый элемент с присущими ему свойствами и формами нахождения не обособленно, а в естественном сочетании с комплексом сопутствующих ему элементов, нередко существенно влияющих на возможности его извлечения. В этом случае основой исследования являются задачи технологические, а не только собственно геохимические. Естественно, что если технологическая геохимия является одним из разделов геохимии, то геохимико-технологичес-
кие исследования должны стать важнейшей составной частью разработки технологии комплексного использования минерального сырья. Эти отличия примерно такие же, как между минералогической геохимией и геохимической минералогией, где в первом случае геохимия каждого химического элемента изучается по всем минералам (от самых ранних до поздних), в которых зафиксирован изучаемый элемент, а во втором - исследуются все элементы, участвующие в образовании минералов, содержащих данный элемент.
Основой геохимико-технологичес-ких исследований является комплексное изучение всех ценных элементов, присутствующих в породах или рудах, с учетом геохимических особенностей каждого из них как в отдельности, так и в различных качественно-количественных сочетаниях с другими элементами. При этом обязательно учитываются изменчивость их форм нахождения в различных физических состояниях и возможности их изменений в технологическом цикле переработки руд от недр до конечного продукта.
Характерно, что если по технологической минералогии за последние 1520 лет опубликовано несколько тысяч научных статей, тезисов и монографий [1], то по технологической геохимии за это же время опубликовано не более 10-15 работ [2], а геохимико-техно-логические исследования пока еще не оформлены теоретически и технологами практически не применяются. Сложность использования новых направлений технологических исследований заключается в большом разнообразии природных рудообразующих систем, в которых формируются промышленные концентрации как главных рудных элементов, так и всего комплекса редких и рассеянных элементов. Практически каждое месторождение является уникальным по своим минералого-
геохимическим особенностям и не имеет полных аналогов. По этой причине для каждого месторождения следует разрабатывать свои технологические схемы добычи, предварительной обработки и переработки вплоть до получения рафинированного (для благородных металлов) конечного продукта.
Перспективной технологией извлечения золота из руд с тонкой вскрап-ленностью ценного компонента является цианистый процесс, посредством которого добывается до 90 % золота и значительное количество серебра. Существует, однако, категория так называемых упорных руд, цианирование которых либо вообще невозможно, либо характеризуется низкими показателями извлечения металлов. Такие примеры достаточно характерны для золотодобывающей промышленности практически всех стран, являющихся основными производителями золота и серебра из рудного сырья, в том числе и для России, а также других республик бывшего СССР (Узбекистан, Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан, Армения). Таким образом, проблема рационального использования упорных руд золота и серебра не знает территориальных границ и значимость ее с каждым годом постоянно возрастает.
К категории упорных рекомендуется относить руды и концентраты, трудно поддающиеся обработке методом цианирования. В качестве главного критерия, характеризующего степень упорности руд, предлагается принять коэффициент извлечения золота или серебра в растворы на стадии выщелачивания- КЕ, представляемый в виде следующего общего выражения [3]
Ке = [1-(Кф Кх Кс )],
где Кф - коэффициент физической депрессии (ФД) золота, отражающий долю металла, ассоциированного с плотными и нерастворимыми в ЫаСЫ мине-
ралами (сульфидами, оксидами, силикатами) и по этой причине изолированного от контакта с растворителем; Кх -коэффициент химической депрессии (ХД), характеризующий отрицательное влияние некоторых рудных компонентов (минералы сурьмы, меди, пирротин др.) на скорость и полноту перехода золота и серебра в цианистые растворы. К числу химических депрессоров также отнесены сера, сурьма, теллур, входящие в состав собственных минералов золота и серебра (аргентит, акантит, пираргирит, прустит, ауро-стибит, гессит, калаверит и др.); Кс -коэффициент, отражающий процесс сорбции растворенного в цианидах золота (серебра) рудными компонентами (активным углеродом; тонкоизмельчен-ными сульфидами и кремнекислотой, гидроксидами железа и марганца, некоторыми разновидностями глин и т.д.).
В отличие от Кф, значения коэффициентов Кх и Кс существенно зависят от условий цианирования (концентрация ЫаСЫ, pH среды, число стадий и общая продолжительность выщелачивания, введение в пульпу различных реагентов, ионообменных смол, активированных углей) и для одной и той же руды могут колебаться в довольно широких пределах.
С учетом вышесказанного, рекомендуется подразделять золотые и серебряные руды на простые, т.е. легкоциа-нируемые (технологический тип «А»), и упорные, которые, в свою очередь, включают 3 технологических типа:
- руды с тонковкрапленным золотом и серебром (преобладает физическая депрессия) - технологический тип «Б»;
- руды, содержащие химические депрессоры золота, - технологический тип «В»;
- руды, характеризующиеся повышенной сорбционной активностью (СА) в цианистом процессе, - технологический тип «Г».
Внутри каждого из последних трех типов (Б-Г) выделены технологические разновидности руд, в зависимости от того, какие компоненты являются конкретной причиной депрессии благородных металлов при цианировании.
Возможны два принципиальных подхода к решению проблемы извлечения золота и серебра из упорных руд. Первый из них предполагает сохранение цианистого процесса в качестве основного метода получения товарной продукции. Обеспечение приемлемых показателей извлечения металлов в данном случае может быть достигнуто за счет включения в технологическую схему дополнительных операций или использования специальных приемов цианирования, целью которых является снижение до минимума значений коэффициентов Кф, Кх и Кс в гидрометаллургическом цикле. Альтернативой данному подходу может служить замена цианирования другими металлургическими процессами, по отношению к которым технологическая упорность руды проявляется в меньшей степени (различные варианты плавки, низко- и высокотемпературное хлорирование, тио-карбамидное выщелачивание и др.).
Анализ современного состояния и тенденций развития золотодобывающей промышленности, а также результаты многочисленных научно-исследовательских работ позволяют сделать вывод, что первый из указанных выше путей, представляется более рациональным, хотя для отдельных разновидностей упорных золотых и, особенно, серебряных руд (концентратов) могут быть эффективно использованы и нецианистые методы металлургической обработки [4].
С технологических позиций для полного высвобождения ценного элемента или компонента из породы или руды необходимо выявление не только всех форм их нахождения, но и воз-
■ 3
10%
можностей их извлечения, что определяется силой их связи с другими элементами и компонентами. Например, в пирит-арсенопиритовых рудах золото столь тесно связано с мышьяком в арсенопирите, а серебро с серой в пирите, что для их разделения требуется полное разложение этих минералов с последующим извлечением золота и серебра. В связи с тем, что устойчивость халькофильных соединений серебра в пирите и, особенно, золота в арсенопирите значительно слабее, чем их минералов-носителей, после получения коллективного сульфидного концентрата необходимо подвергать его прогреву при температуре не более 250300 0С. В результате основное количество соединений золота и серебра 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 0С) значительная часть золота переходит в газо-
Схема комплекса химических элементов, сопровождающих концентрации золота в месторождениях: 1 - параэлементы; 2 - вероятные параэлементы; 3 - вероятные неминеральные соединения; 4 - элементы, часто сопровождающие золото
вую фазу вместе с теллуром, мышьяком, серой и селеном.
Весь комплекс элементов, активно участвующих в геохимии золота, можно подразделить на четыре группы (рисунок): 1) параэлементы, то есть образующие минеральные соединения - 16: теллур, свинец, ртуть, серебро, медь, сурьма, висмут, сера, железо, платина, палладий, родий, иридий, селен, никель, кислород; 2) вероятные параэлементы - 9: цинк, талий, германий, ванадий, молибден, рений, кадмий, вольфрам, мышьяк; 3) элементы, образующие иные формы связей - 6: хлор, бром, йод, углерод орг. (ОН), азот (СЫ); 4) элементы, очень часто сопровождающие золото в их концентрациях (их более 30: мышьяк, молибден, ванадий, уран, редкие земли, кремний, алюминий, бор, фосфор, магний, кальций, натрий, калий, литий, хром, марганец, вольфрам, барий;...).
Несомненно, что приведенные данные постоянно претерпевают изменения, что связано с использованием новейших методов исследования, позволяющих не только устанавливать наличие самих элементов с очень вы-сокой точностью, но и, что не менее важно, выявлять формы их связей между собой. Определение новых форм нахождения золота и серебра, особенно в условиях их значительной концентрации, должно приводить к разработке более совершенных технологических методов их извлечения из природного сырья независимо от его физического состоя-
ния. Следует учитывать также возможности различных сочетаний элементов и компонентов между собой, что обусловливает наличие труднообогатимых руд и руд, комплексное использование которых вызывает серьезные экологические проблемы.
Современная золотодобывающая промышленность располагает весьма широким набором технологических процессов и вариантов извлечения Аи и Ад из упорных руд практически любого вещественного состава. Для того, чтобы ими можно было эффективно воспользоваться, необходимо знать, к какой технологической категории относится исследуемая руда.
Так как для минерально-сырьевой базы золотодобычи Читинской области характерны упорные руды с тонков-крапленным золотом и серебром (технологический тип «Б»), рассмотрим возможные технологические варианты извлечения золота и серебра из этих
руд:
1) Аи и Ад в кварце (Ба) - цианирование после тонкого (сверхтонкого) измельчения или отправка на пирометал-лургические заводы цветной металлургии в качестве золотосодержащих кварцевых флюсов.
2) В пирите и арсенопирите Бэы -
гравитационно-флотационное обогащение (панированием промпродуктов. Отправка концентратов на соответствующие заводы цветной металлургии или переработка их на региональных (централизованных) заводах пироме-таллургическим способом: плавкой на медный, свинцовый или сурьмяный коллектор. Для руд и концентратов, содержащих золото тонковкрапленное в антимоните (Бэеы), - сульфидно-
щелочное выщелачивание с последующим цианированием остатка. Для полиметаллических руд (концентратов -высоко-температур-ное хлорирование (хлоридовозгонка).
3) В сульфидах цветных металлов (Бэре)) - гравитационно-флотационное обогащение. Цианирование концентратов после предварительного механического (тонкое извлечение), химического (выщелачивание), биохимического или термохимического (обжиг) вскрытия золота, ассоциированного с сульфидами железа. При наличии благоприятных условий - аккумулирующая плавка концентратов (огарков) с соответствующим коллектором. Попутное извлечение серы и мышьяка из обжиговых газов.
4) В гидрооксидах (Бокре)) - низкотемпературный обжиг (прокалка) руды, цианирование огарка. Прямое цианирование руды после тонкого измельчения.
5) В гидроарсенатах (Бок(А5)) - цианирование после тонкого измельчения или щелочного (ЫаОН) выщелачивания.
6) В оксидах марганца (Бок(мп)) - сернистокислое (ЭО2) или сульфатное (РеБО4 + Н2ЭО4) выщелачивание пиролюзита, цианирование остатка, извлечение марганца из растворов в виде попутного товарного продукта. Хлорирующий (ЫаС1) или восстановительный (генераторный газ, коксующиеся угли, древесные опилки) обжиг, цианирование огарка. Тиокарбамидное выщелачивание с комплексным извлечением серебра, золота и марганца.
Существующая на металлургических заводах схема извлечения золота из концентратов является крайне неэффективной из-за высоких затрат на переработку, транспортировку концентратов, а также из-за сложности и долговременности взаиморасчетов между золотоизвлекательными и перерабатывающими предприятиями (медеплавильный, медь-электролитный, аффинажный заводы).
Более эффективны технологические схемы, предусматривающие полное или частичное извлечение золота из кон-
центратов на месте их производства в виде слитков лигатуры с их отправкой на аффинажный завод.
Одним из вариантов такого подхода является гравитационное извлечение свободного и ассоциированного с сульфидами золота из флото-концентратов в богатый вторичный гравиоконцен-трат, из которого золото может быть эффективно извлечено, например, цианированием с получением товарной продукции в виде слитков. Хвосты гравитации и кеки цианирования вторичного гравиоконцентрата могут быть направлены на специализированное предприятие для дальнейшей переработки (медеплавильный завод, гидрометаллургический цех Забайкальского ГОКа и др.). Данный технологический прием наиболее эффективен при переработке концентратов, содержащих свободное золото (флото-концентраты Дарасунской ЗИФ).
Актуальность проблемы рационального использования упорных руд с тон-ковкрапленным золотом и серебром связана не только с ухудшением качества рудного сырья, перерабатываемого
1. Технологическая минералогия: Библ. указ. СПб.: Наука, 2000, 152 с.
2. Бадалов С. Т. Важнейшие научные направления минералогии и геохимии // Узб. геол. журн. 1979. № 4. С. 33-37
3. Лодейщиков В.В. Извлечение золота из упорных руд и концентратов. - М.: Недра, 1968. - 202 с.
или планируемого к переработке на предприятиях отрасли, но также и с резко возросшими в последние годы требованиями к комплексности использования сырья и охране окружающей среды от воздействия токсичных отходов промышленного производства. Эти требования приобретают особую остроту в случае переработки именно упорных руд, характеризующихся, как правило, сложным вещественным составом.
Таким образом, геохимико-техно-логические исследования должны стать одним из важнейших направлений технологических исследований XXI века. Без учета геохимических особенностей полезных ископаемых и выявления в них всех ценных элементов и компонентов, а также их форм нахождения независимо от физического состояния технологические исследования не могут быть признаны рациональными. Геохи-мико-техноло-гические исследования будут способствовать резкому снижению общих потерь при опробовании, предварительной обработки и переработке руд, вплоть до получения конечных продуктов производства.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Baum W, Sanhueza O., Smith E.H., Tufar W. (1989) использование технологической минералогии для оптимизации установки на фабрике извлечения золота, серебра и меди El Indio (Чили). - Erzmetall, Том 42, № 9, С. 373-378. ЕЕЕ
— Коротко об авторах------------------------------------------------------------------
Резник Ю.Н. - доктор технических наук, профессор, ректор Читинского государственного университета.
Шумилова Л.В. - кандидат технических наук, докторант Читинского государственного университета, заместитель директора ФГОУ СПО Забайкальского горного колледжа.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 25 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. А.А. Абрамов.
