Особенности технологии извлечения золота из упорных руд

Вид материалаАнализ
Подобный материал:
Особенности технологии извлечения золота из упорных руд


Из научно-технических проблем, стоящих перед современной золотодобывающей промышленностью, проблема извлечения золота из технологически упорного сырья, без преувеличения, может быть отнесена к числу наиболее важных.

По оценке экспертов, именно за счет более широкого вовлечения в эксплуатацию упорных золотых и комплексных золотосодержащих руд в текущем столетии планируется обеспечить основной прирост добычи золота в мире. Большинство научных разработок и публикаций последних лет в области обогащения и металлургической переработки руд благородных металлов так или иначе связаны с проблемами извлечения упорного золота. В их решении принимают участие научно-исследовательские организации, предприятия и фирмы всех стран, являющихся основными (или просто крупными) производителями этого металла из рудного сырья.


В Российской Федерации наибольший объем работ по упорным золотым (а также серебряным) рудам выполнен в институте «Иргиредмет», длительные годы выполнявшем функции головной научно-исследовательской организации золотодобывающей промышленности в системе цветной металлургии СССР.

Анализ результатов исследований Иргиредмета, которыми охвачены практически все известные в настоящее время технологические разновидности золото- и серебросодержащих руд, изучение опыта мировой золотодобывающей промышленности, а также других научных центров страны (ЦНИГРИ, ВНИИИХТ, МИСиС, ИПКОН РАН и др.) позволили сформировать четкое представление об упорных рудах золота и серебра как особой категории минерального сырья и выработать научно обоснованный подход к выбору рациональных способов их переработки.

Эти концепции обобщены в монографических изданиях института [1, 2] и нашли соответствующее отражение в докладе на Международном совещании «Современные методы оценки технологических свойств труднообогатимого и нетрадиционного минерального сырья благородных металлов и алмазов и прогрессивные технологии их переработки» (Плаксинские чтения – 2004, Иркутск, 13-17 сентября 2004 г.).


В данной статье рассмотрены некоторые методологические и технологические аспекты проблемы извлечения золота и серебра из упорных руд, представляющиеся, по мнению автора, наиболее важными в современных условиях развития мировой, в том числе и российской, золотодобывающей промышленности.


Прежде всего, следует уточнить само понятие «упорные золотые руды».

В общем виде под этим, как правило, подразумеваются труднообогатимые руды золота, переработка которых с приемлемыми технологическими показателями не может быть осуществлена по обычным (стандартным) технологиям. Однако данный вопрос требует соответствующего уточнения и конкретизации. Дело в том, что одна и та же золотая руда, проходя через ряд последовательных технологических операций, составляющих в совокупности схему ее переработки, совершенно по-разному проявляет свои свойства. Так, например, руда, содержащая золото в тесной ассоциации с сульфидами (пиритом, арсенопиритом и др.), в принципе довольно легко подвергается флотационному обогащению. Однако та же руда или получаемые из нее концентраты, в случае обработки их цианированием или плавкой могут оказаться чрезвычайно упорными в технологическом отношении. Точно так же руда может быть легко цианируемой, но трудно поддающейся флотации или гравитационному обогащению, легко флотируемой, но трудно измельчаемой и т.д.

Учитывая вышесказанное, нами предлагается оценивать технологическую упорность золотых руд по поведению этих руд в каком-то одном наиболее важном (базовом) технологическом переделе, определяющем итоговые показатели извлечения металла в конечную товарную продукцию и общую экономическую эффективность обогатительно-металлургического цикла.

Данный подход, в принципе, не является новым и достаточно широко используется в других отраслях и подотраслях металлургической промышленности, в частности при оценке руд новых месторождений и геолого-технологическом картировании. Для железных руд, например, таким «базовым» переделом является магнитная сепарация, для оловянных руд и золотосодержаших песков  гравитационное обогащение, для подавляющего большинства руд цветных металлов  флотация.

Что касается золотых руд коренных месторождений, то для них роль базового технологического процесса, бесспорно, принадлежит цианированию, с применением которого перерабатывается основная масса руд и добывается более 80 % металла в мире.

Поэтому, если говорить о технологической упорности золотых руд, то под ней следует подразумевать, прежде всего, упорность этих руд в цианистом процессе.


Показателем упорности в данном случае является коэффициент извлечения золота в растворы на стадии выщелачивания руды  . Если золото переведено в раствор, то последующее извлечение его в конечную товарную продукцию не составляет проблемы и может быть осуществлено самыми различными способами: цементацией на цинк, сорбцией на активных углях или ионообменных смолах, электролизом и т.д.

К категории легкоцианируемых рекомендуется относить руды, для которых коэффициент извлечения золота в растворы в определенном (стандартном) режиме выщелачивания составляет более 0,9 (ц(с) более 90%), а содержание Au в твердой фазе хвостов цианирования  менее 0,5 г/т.

Приведенные величины и достаточно близко соответствуют фактическим показателям извлечения золота на фабриках (в среднем) и, следовательно, являются достаточно обоснованными.

Если руда не удовлетворяет указанным выше требованиям, она уже может быть отнесена к категории технологически упорных, и чем больше фактическое извлечение золота при цианировании этой руды отличается от «стандартной» величины =0,9 (естественно в меньшую сторону), тем более упорной она является.


Результаты многолетних исследований Иргиредмета, которыми охвачен чрезвычайно широкий круг золотосодержащих руд самого различного вещественного состава, и богатый опыт мировой золотодобывающей промышленности в области цианирования золоторудного сырья, позволяют выделить 3 основные причины упорности руд в цианистом процессе.

1. Наличие в рудах золота, тонковкрапленного в плотных и нерастворимых в NaCN минералах: сульфидах (пирит, арсенопирит, халькопирит и др.), оксидах и арсенатах железа (лимонит, скородит и др.), в кварце и т.д., изолирующих частицы золота от контакта с цианистыми растворами. Данное явление названо нами «физической депрессией» золота при цианировании (ФД), а перечисленные выше минералы  соответственно «физическими депрессорами» золота (за рубежом для этой цели иногда применяется другая терминология, однако это не меняет сути дела).

2. Торможение, а в ряде случаев и полное прекращение процесса растворения золота в результате связывания цианида и кислорода в растворах химически активными соединениями меди, сурьмы, мышьяка, серного железа (пирротина) и некоторыми другими минеральными примесями («химическая депрессия» золота  ХД).

3. Поглощение золота из растворов присутствующими в рудах природными сорбентами, главным образом, органическим углеродом.


С учетом изложенных выше положений, Иргиредметом разработана система технологической классификации золотосодержащих руд, предусматривающая разделение на простые, т.е. легкоцианируемые (технологические тип «А») и упорные (трудноцианируемые) руды, которые, в свою очередь, включают 3 технологических типа:

Б  руды с тонковкрапленным золотом и серебром,

В  руды, содержащие химические депрессоры золота,

Г  руды, характеризующиеся природной сорбционной активностью (СА).

Внутри каждого их этих трех типов выделены технологические разновидности руд в зависимости от того, какие компоненты являются конкретной причиной упорности этих руд в цианистом процессе.

Так, например, к технологическому типу «Б» отнесены руды, содержащие тонковкрапленное золото в кварце (БSi), сульфидах железа (БS(Fe)), сульфидах цветных металлов (БS(ЦМ)), гидроксидах и гидроарсенатах железа (БОК(Fe)). Руды, относящиеся к технологическому типу «В», включают сурьмянистые (ВSb), медистые (ВCu), пирротинсодержащие (BFeS) и теллуристые (ВTe) разновидности. К технологическому типу «Г» отнесены углистые (Гугл) и глинистые руды (Ггл).


Важно отметить, что приведенная классификация достаточно объективно отражает современное состояние сырьевой базы и характер перерабатываемых руд на предприятиях отечественной и зарубежной золотодобывающей промышленности. Каждой технологической разновидности упорного золоторудного сырья соответствуют вполне конкретные, апробированные промышленностью варианты обогащения и металлургической переработки.


Институтом разработана специальная методика экспрессной технологической оценки руд, позволяющая с помощью несложных манипуляций и при наличии минимальных сведений о руде, определить принадлежность ее к определенному технологическому типу и разновидности, на основе этого выбрать оптимальные варианты переработки руды и в первом приближении спрогнозировать ожидаемые показатели извлечения золота в конечную товарную продукции – металл.

Содержание методики и возможности ее использования в практике научных исследовании подробно изложены в [1].


Из 10-ти выделенных в соответствии с классификацией Иргиредмета технологических разновидностей упорного золоторудного сырья особенное внимание привлекают 3 наиболее важные с точки зрения распространенности в природе и промышленности значимости, а именно:

- пирит-арсенопиритовые руды с тонковкрапленным (дисперсным) золотом в сульфидах (БS(Fe));

- медистые золотые руды (ВCu);

- углистые сорбционно-активные руды (Гугл).


Пирит-арсенопиритовые золотые руды составляют порядка 30% всех мировых запасов золота. Переработка их осуществляется на десятках предприятий, практически во всех странах, являющихся основными производителями золота в мире. Многие из этих предприятий построены в последние годы и работают с применением самых современных технологий.

Типовые схемы переработки упорных руд, относящихся к технологической разновидности БS(Fe), как правило, включают в себя операцию флотационного обогащения с выделением отвальных хвостов и концентратов, переработка которых осуществляется цианированием после предварительного вскрытия дисперсного золота в сульфидах механическим (тонкий и сверхтонкий помол), термохимическим (окислительный обжиг), химическим (автоклавное окисление, NHO3-обработка) или бактериально-химическим методами. Очень часто металлургической переработке перечисленными выше способами подвергаются исходные (необогащенные) руды.

Под тонким и сверхтонким помолом обычно подразумевается измельчение руды (концентрата) до крупности 80-90 % класса минус 10 мкм. Такая степень измельчения может быть получена при использовании мельниц специальной конструкции (вибрационные, струйные, планетарные и др.). Как показали технологические разработки Иргиредмета на флотационных концентратах Дарасунской фабрики, в некоторых случаях эта цель достигается и в стандартных шаровых мельницах с применением особых режимов измельчения и классификации.


Однако данный способ далеко не всегда обеспечивает требуемый уровень извлечения золота, особенно если крупность частиц металла находится за пределами возможностей существующего измельчительного оборудования. Для таких, особо упорных материалов, более эффективны химические и термохимические способы вскрытия золотосодержащих сульфидов.


Наиболее старым из них и потому наиболее изученным и широко распространенным в промышленности является окислительный обжиг, в процессе которого происходит трансформация плотных зерен сульфидов железа в пористые оксиды, что обеспечивает хороший доступ растворителя (цианида) к внутренним включениям золота.

Сдерживающими началами обжига всегда считались его «неэкологичность» и необходимость создания сложных систем пыле- и газоочистки. Однако в последние годы данный процесс настолько усовершенствовался и модернизировался, что снова стал выходить на передовые позиции при переработке технологически упорных сульфидных и, особенно, углисто-сульфидных золотых руд. Этому, в частности, способствовали:

- создание и успешная эксплуатация высокоэффективных обжиговых печей с циркулирующем кипящим слоем (печи Лурги);

- удачное решение проблем, связанных с очисткой и утилизацией обжиговых газов (в зависимости от экономических и географических условий функционирования предприятий  либо с получением товарных серу- и мышьяксодержащих продуктов, либо с переводом серы и мышьяка в малотоксичные соединения, пригодные для складирования в хвостохранилищах общего пользования);

- применение обжига к исходным (необогащенным) рудам (после их мелкого дробления и сухого измельчения до соответствующей крупности) и осуществление процесса в среде кислорода, обеспечивающей минимальное количество образующихся газов (данную технологию в настоящее время практикуют золотоизвлекательные фабрики Биг Спрингс, Джеррит Кэньон, Кортез, Ньюмонт Голд, Баррик Голдстрайк  в США; Сиама  в Мали и некоторые другие).


Существенный вклад в развитие теории и технологии обжига упорных золотых руд и концентратов внесен институтом «Иргиредмет». Специалистами института произведена оптимизация параметров обжига различного по составу минерального сырья, определены условия цианирования получаемых огарков и предложены специальные методы подготовки огарков к гидрометаллургической переработке. Указанные выше разработки, апробированные в опытно-промышленных масштабах на концентратах большой группы месторождений СССР, нашли соответствующее отражение в технологических регламентах на проектирование новых (Бакырчикский ГМК в Казахстане; ГМЗ-3 Навоийского ГМК в Узбекистане) и реконструкции действующих предприятий отрасли, в частности, Кочкарского обжигового завода. В регламентах, наряду с извлечением золота и серебра, предусмотрены мероприятия по комплексному использованию сырья (попутное получение серу- и мышьяксодержащих товарных продуктов) и очистки газов и сточных вод от токсичных веществ до требуемых санитарных норм.


Автоклавное окисление золоторудных материалов (перед цианированием) подобно обжигу характеризуется высокой интенсивностью вскрытия дисперсного золота в сульфидах и может быть применено как к флотационным концентратам, так и к исходным рудам. Типичными предприятиями, практикующими данную технологию, являются американские фабрики Гетчелл, Кэннон, Мак-Лафлин, Меркьюр и Голдстрайк, опыт работы которых описан в [2]. Там же представлена информация об единственном в мире предприятии (фабрика Синола в Канаде), где переработка упорных руд золота производится с использованием азотнокислотного выщелачивания пирита (NITROX-процесс).

Как правило, промышленные автоклавные установки требуют меньших капитальных затрат (по сравнению с обжигом); при реализации данной технологии легче решаются экологические проблемы. Однако эксплуатационные расходы значительно выше, чем при обжиге, а обслуживание автоклавных установок требует высококвалифицированного труда и наличия мощной ремонтно-механической базы.


В данном отношении более предпочтительной представляется технология биогидрометаллургической переработки такого вида сырья, к освоению которой российская золотодобывающая промышленность приступила 3 года тому назад при отработке сульфидных руд Олимпиадинского месторождения в Красноярском крае (3AO ЗДК «Полюс»).

Этому предшествовал широкий комплекс теоретических и прикладных исследований, выполненных в СССР в период 1989-1994 гг. в рамках Государственной научно-технической программы (ГНТП) «Новейшие методы биоинженерии» (проект «Биотехнология золота и серебра»). Кроме Иргиредмета и Института микробиологии АН СССР  руководителей Проекта, участниками этих исследований являлись Московский институт стали и сплавов, ЦНИГРИ и некоторые другие научно-исследовательские центры страны.


В процессе работы над ГНТП и после ее завершения удалось осуществить широкий обмен опытом с рядом зарубежных предприятий (ЮАР, Австралия, Китай, США), использующих бактериальное выщелачивание для вскрытия упорного золота в сульфидах.

По мнению специалистов, работающих на этих предприятиях, технология БВ не требует применения высококвалифицированного труда и может быть успешно реализована на фабриках практически любого масштаба, в том числе  удаленных от крупных промышленных и научных центров. Существенное значение имеют и такие факторы, как экологичность биогидрометаллургической технологии и возможность осуществления процесса БВ руд и концентратов в режиме перколяционного (кучного) выщелачивания.


Вместе с тем, данный технологический вариант (как, впрочем, и любой другой альтернативный процесс) характеризуется рядом существенных недостатков. Кроме общеизвестных (экстенсивность бактериального выщелачивания и связанная с этим энергонапряженность процесса, необходимость использования кислостойкого оборудования и т.д.), к таковым, в частности, может быть отнесена и отмеченная в последние годы повышенная чувствительность микроорганизмов к качеству используемой воды и воздуха, подаваемого в систему перемешивания пульпы, ко всякого рода «антинакипинам»», цианидам и тиоцианатам, а также к некоторым флотационным реагентам, попадающим в процесс вместе с концентратами. Это существенно ограничивает возможности использования в бактериальном цикле оборотной воды из хвостохранилищ и предъявляет особые требования к реагентному режиму флотации.


В целом же, можно сделать вывод, что для упорных пирит-арсенопиритовых руд и концентратов возможно применение всех трех методов вскрытия золотосодержащих сульфидов: окислительного обжига, автоклавного окисления и бактериального выщелачивания, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Данный факт положен в основу зарубежной практики исследований и соответствующих технологических разработок, в процессе которых эти методы сопоставляются между собой и для каждого конкретного объекта выбирается наиболее экономичный вариант. При этом учитывается и возможность переработки пирит-арсенопиритовых руд по комбинированным схемам, сочетающим различные методы вскрытия сульфидов, например, ББ + автоклавное окисление (фабрика Сан Бенту Минерасан в Бразилии, БВ + окислительный обжиг и т.д.).


Коротко о проблеме извлечения золота из упорных углеродсодержащих руд.

Как уже отмечалось выше, основной причиной упорности указанных руд является проявление ими повышенной сорбционной активности по отношению к растворимым цианистым комплексам золота.

Иргиредметом проведены исследования по установлению сорбционной активности большого числа углистых руд России и стран СНГ. По результатам исследований произведена ранжировка руд (по величине СА) на 3 группы:

1. Руды со слабо выраженной СА, которые в принципе не являются упорными и могут быть переработаны по обычной цианистой технологии.

2. Руды с умеренной СА (месторождения «Сухой Лог», Наталкинское и др.).

3. Руды с сильно выраженной СА (Бакырчик, Миндяк и др.)


Извлечение золота из руд с умеренной СА обычно осуществляется прямым цианированием с соблюдением специальных режимов, основным из которых является совмещение процессов выщелачивания с одновременным выведением золота из пульпы синтетическими гранулированными сорбентами: ионообменными смолами или активированными углями («сорбционное» выщелачивание»: CIL, RIL) или с введением в цианистую пульпу различных минеральных добавок (флотационные масла, керосин, крезиловая кислота, ализарин и др.), которые образуют на поверхности углеродистых частиц пленки, изолирующие эти частицы от контакта с золотосодержащим раствором.


Переработку руд с сильно выраженной СА рекомендовано производить путем отработки их газообразным хлором (или другими хлорсодержащими окислителями углерода) и далее  цианированием в режиме сорбционного выщелачивания (CIL). Такая технология, в частности, реализована на американских фабриках Джеррит Кэньон и Кэрлин.

Наиболее радикальным способом подготовки углистых руд (и концентратов) с повышенной СА является окислительный обжиг с полным выгоранием углерода. Эффективность данного метода доказана практикой работы многих крупных предприятий мира. На большинстве из них перерабатывают руды и концентраты, содержащие, наряду с сорбционноактивным углеродом, значительное количество золотосодержащих сульфидов (пирит, арсенопирит). Поэтому окислительный обжиг решает сразу 2 проблемы: уничтожение углерода и вскрытие тонковкрапленного золота в сульфидах.


Указанные выше принципы положены в основу целого ряда технологических разработок Иргиредмета в области извлечения золота из углистых руд и концентратов. В частности, осуществлено усовершенствование технологии сорбционного выщелачивания углеродосодержащих флотационных концентратов на ЗИФ им. Матросова (Магаданская обл.); разработана и принята к проектированию технология гидрометаллургической переработки углистых золотых концентратов, выделяемых при обогащении руд месторождения «Сухой Лог» (Иркутская обл.); выданы рекомендации по металлургической переработке чрезвычайно упорных углисто-сульфидных концентратов Бакырчикского месторождения на основе комбинации процессов окислительного обжига, флотации углерода, щелочной обработки и цианирования огарков.


Одной из острых проблем, стоящих перед мировой, а в последние годы  и перед отечественной золотодобывающей промышленностью (Березняковское и другие месторождения РФ), является рациональное использование медистых золотых руд.

Данная проблема характеризуется двумя принципиальными моментами, отличающими ее от рассмотренных ранее проблем извлечения золота из упорных пирит-арсенопиритовых и углеродсодержащих руд.

Во-первых, медь в золотых рудах является не только химическим депрессором золота в цианистом процессе (один из признаков технологической упорности руд), но также и сопутствующим ценным компонентом.

Во-вторых, формы присутствия меди в золоторудном сырье чрезвычайно разнообразны: они представлены более чем 10-ю минералами, каждый из которых по-разному ведет себя в химико-металлургических процессах, в том числе  и при цианировании.


Отмеченные моменты порождают обилие (более десятка) применяемых в промышленности вариантов переработки медистых золотых руд, некоторые из них позаимствованы из медной промышленности. Эти варианты отражают 2 основных направления технологии:

1. Предварительное выведение меди из руд методами флотации или химического обогащения (H2SO4-выщелачивание) с последующим извлечением золота из обезмеженных продуктов (хвостов флотации, кеков кислотного выщелачивания) цианированием. Переработка медных концентратов, содержащих определенное количество золота, производится на месте, либо на специализированных медеплавильных заводах с применением как гидро-, так и пирометаллургических процессов (обжиг, плавка).

2. Непосредственное цианирование руды в специальном режиме с переводом в растворы обоих металлов (Au, Cu) и последующим их разделением на стадии переработки растворов до соответствующих товарных продуктов. В некоторых случаях, при высоком содержании в рудах цианисторастворимой меди, извлечение последней дополняется регенерацией связанного с ней цианида.


Примерами эффективной работы предприятий, осуществляющих извлечение золота и меди из комплексных руд с применением перечисленных выше технологических вариантов, являются фабрики Тельфер, Ред Доум, Хорсшу, Олимпик Дэм, Уоррего (Австралия); Детур Лэйк, Пэмоур Поркьюпайн, Флин-Флон (Канада); Селвин, Магма Коппер (США); Эль-Индио, Оянкос (Чили), подробное описание которых дано в [2], а также энциклопедии «Рэндол» [3].


Существуют и другие технологические возможности переработки медь- и золотосодержащих руд, представляющие определенный промышленный интерес. К ним, в частности, могут быть отнесены:

- кучное выщелачивание руд с последовательным извлечением в растворы меди (H2SO4) и золота (NаCN);

- гидрометаллургическая переработка флотационных концентратов после предварительного автоклавного и биохимического окисления сульфидов;

- замена цианирования тиокарбамидным выщелачиванием золота из остатков сернокислотной обработки руд и концентратов (такого рода технология предложена Иргиредметом для некоторых медьсодержащих золотых руд отечественного производства).


В связи с ограниченным объемом статьи в ней не рассматриваются вопросы, связанные с извлечением золота из других технологических разновидностей упорных руд (сурьмянистые, пирротинсодержащие, теллуристые, окисленные железистые и др.), по которым также имеется много интересных научных и практических разработок. Не затронута и проблема комплексного использования золоторудного сырья, хотя большинство комплексных золото- и серебросодержащих руд с полным основанием могут быть отнесены к категории технологически упорных.

Необходимо лишь подчеркнуть в заключении, что в настоящее время практически не существует золотосодержащих руд, даже очень сложного состава и с высокой степенью технологической упорности, которые не могли бы быть переработаны до конечной товарной продукции  металла  непосредственно на месте добычи с приемлемыми технологическими и экономическими показателями.

И российская золотодобывающая промышленность в содружестве с отраслевой наукой вполне способны решать эти вопросы, но при наличии определенных условий, главным из которых является глубокое и всестороннее изучение мирового опыта в данной области с целью наиболее эффективного его использования в отечественной практике.


Решению проблемы упорного золота должны также способствовать:

- создание специализированных (стационарных или мобильных) пилотных установок для испытания и демонстрации различных гидро- и пирометаллургических процессов переработки золоторудного сырья в условиях, максимально приближенных к производственным;

- дальнейшее развитие работ по минералого-технологической оценке руд и совершенствованию методик рационального анализа руд на золото (или, как принято называть за рубежом, «диагностического выщелачивания» руд) с привлечением к этим работам наиболее квалифицированных специалистов;

- интенсификация исследований по изысканию, разработке и практической реализации более эффективных (по сравнению с существующими) способов и технических решений в области переработки упорного золоторудного сырья на новой научной основе.

Такие задачи, в частности, поставлены перед ОАО «Иргиредмет» на ближайшие годы в связи с ожидаемым увеличением объемов переработки в стране упорных золото- и серебросодержащих руд.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Лодейщиков В. В., Васильева А.В. Методические рекомендации по типизации руд, технологическому опробованию и картировании коренных месторождений золота.-Иркутск: ОАО «Иргиредмет», 1997. - 164 с.

2. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд: В 2-х томах. - Иркутск: ОАО «Иргиредмет», 1999.- 786 с.

3. Gold-Copper Ores // Innovations in Gold and Silver Recovery: Phase IV / Randol Int Ltd.- Colorado, USA.- 1992.- Vol. 8.- Chapt 23.- P. 4175-4428.