Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

СОВРЕМЕННЫЕ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ УПОРНОГО ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Бодуэн А.Я. 1 Фокина С.Б. 1 Петров Г.В. 1 Серебряков М.А. 1
1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
В течение последних десятилетий неуклонно уменьшается доля золота, извлекаемого из простых в технологическом отношении золотых руд. Одновременно возрастает доля золота извлекаемого из упорных руд, эффективная обработка которых требует значительно более сложных и развитых схем, включающих подготовительные операции (обжиг, биовыщелачивание, автоклавное окислительное выщелачивание) перед операцией цианирования. На основании проанализированных литературных источников в настоящей статье приведен зарубежный и отечественный опыт гидрометаллургической переработки упорного золотосодержащего сырья. Применение гидрометаллургических технологий переработки упорного золотосодержащего сырья (автоклавное и биоокисление) позволяет повысить извлечение золота и решить проблемы с токсичными выбросами мышьяка в атмосферу, характерными для обжига пирит-арсенопиритного золотосодержащего сырья. Внедрение методов автоклавного и биоокисления позволило разрабатывать ранее нерентабельные золоторудные месторождения. В заключении работы излагаются будущие задачи стоящие перед гидрометаллургическими технологиями переработки упорного золота, связанные с решением вопросов экологии и сокращением эксплуатационных и капитальных затрат.
золото
упорные руды
бактериальное окисление
автоклавное окисление
1. Бодуэн А.Я., Петров Г.В., Фокина С.Б., Иваник С.А. Ресурсная база благородных металлов в отечественных техногенных месторождениях // Цветные металлы 2013, №7, с. 30-34.
2. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2011 году». Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. 2011.
3. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд. В 2-х томах. Иркутск: ОАО «Иргиредмет», 1999.
4. Лодейщиков В.В. // Цветная металлургия, 1993, №2, с. 4-9.
5. Меретуков М.А. Металлургия благородных металлов. Зарубежный опыт / М.А. Меретуков, А.М. Орлов // М.: Металлургия, 1991. 416 с.
6. Набойченко С.С., Шнеерсон Я.М. и др. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Екатеринбург. ГОУ ВПО УГГУ-УПИ. 2009. т. 2. с. 353.
7. Goode J.R., «Refractory gold ore: causes, processes, testing and plants», in Proceedings Annual SME Conference (Society for Mining, Metallurgy and Exploration: Colorado), 93-82, 121. 1993.
8. Lunt D., and Briggs N. «Refractory gold ores case studies», in Developments in Mineral Processing (ed: M D Adams), 920- 936 (Elsevier), 2005.
9. Miller J., Wan R-Y. and Diaz X., «Preg-robbing gold ores», in Developments in Mineral Processing (ed: M D Adams), 21- 72 (Elsevier), 937-972, 2005.
10. Miller P. and Brown A., «Bacterial oxidation of refractory concentrates», in Developments in Mineral Processing (ed: M D Adams), 403-433 (Elsevier), 37-402, 2005.
11. Thomas K.G., «Pressure oxidation overview», in Developments in Mineral Processing (ed: M D Adams), 346-369 (Elsevier), 2005.
12. Van Aswegen P.C., Godfrey M.W., Miller D.M., Haines A.K., «Design and operation of a commercial bacterial oxidation plant at Fairview», Randol Perth International Gold Conference ’89, 127-144, 1989.
Россия, наряду с ЮАР, является мировым лидером по количеству запасов золота, пригодных для промышленной отработки. Многолетней не только производственной, но и социальной проблемой в России является снижение добычи золота из россыпей, в то время как рост производства металла из руд коренных месторождений идет довольно медленно. Одной из причин сложившейся тенденции, соответствующей общемировому тренду, является нарастание в структуре золотых минерально-сырьевых запасов России упорных руд, переработка которых при традиционных условиях цианидного выщелачивания характеризуются недостаточным извлечением золота [2].

Доля отечественных руд, содержащих упорное золото, весьма значительна и в настоящее время достигает 30%. Причинами низкой вскрываемости упорного золотосодержащего сырья, в первую очередь, являются тонкая диспергация золота в сульфидных минералах, чаще всего в пирите и арсенопирите, и  наличие в некоторых из руд «активного» углерода», сорбирующего золото на стадии цианирования (это явление получило название «прег-роббинг») [4, 9]. Одной из важных проблем переработки упорных руд является вывод содержащегося в них мышьяка в относительно безвредных и пригодных для складирования и захоронения формах. Переработка упорных руд для повышения извлечения на цианировании предполагает предварительную обработку [8].

Традиционный метод извлечения золота из упорных руд заключается во флотационном обогащении, обжиге и последующем цианировании огарка [3]. С конца восьмидесятых годов прошлого века произошло внедрение гидрометаллургических технологий, включающих автоклавное и бактериальное вскрытие руд и концентратов в кислой среде с последующим цианированием твердых остатков [7]. В меньшем масштабе применяют процессы Albion, Leachox, Nitrox, Arseno и др. К перспективным способам переработки упорного золотосодержащего сырья относятся различные виды гидрохлорирования [5].

Наиболее изученным и широко распространенным в промышленности методом подготовки золотых сульфидных руд к цианидному вскрытию является окислительный обжиг. Для обжига золотосодержащих руд и концентратов применяют многоподовые печи, печи кипящего слоя, печи с циркулирующим кипящим слоем. В процессе обжига железо, содержащееся в сульфидах, превращается в гематит, а сера и мышьяк переходят в газовую фазу в форме триоксида мышьяка и диоксида серы. Из полученного огарка, представляющего собой пористую, хорошо проницаемую для растворов массу оксида железа, золото легко извлекается цианированием.

Обжиговый метод достаточно прост, хорошо освоен и до сих пор применяется в Канаде, ЮАР, Австралии и других странах. Основное количество мышьяка переводят в малотоксичные соединения для складирования в хвостохранилищах. Газы содержат достаточное количество сернистого ангидрида для производства серной кислоты; также могут быть сброшены в атмосферу или обработаны щелочью для образования сульфата кальция. Обжиг позволяет удалить природный уголь (имеющий эффект «прег-роббинга»), содержащийся в топливе, за счет его окисления (горения). Однако имеются примеры, когда обжиг способствует активации ранее неактивного угля (например, добавка угля для повышения температуры в обжиговой печи). Обжиг является экономичным способом переработки упорных золотосодержащих руд, однако его эффективность снижается при необходимости жесткого контроля за выбросами SO2 и As2O3.

Таблица 1

Заводы по обжигу упорного золотосодержащего сырья в мире

Завод

Страна

Компания

Сырье

Мощность, т/сут

Год пуска завода

Gidji/W.A. KCGr

Автсралия

Barrick/Ne wmont

концентрат с повышенным содержанием  Те

1150

1987

Kanowna Belle

Австралия

Barrick/Ne wmont

концентрат (As)

 

1994

Carlin

США

Newmont

руда

7680

1994

Tongllng

Китай

Tongling Nonferrous

концентрат

150

1997

Goldstrike

США

Barrick/Ne wmont

руда

11600

2000

Oongfang

Китай

Dongfang smelting

концентрат (As)

200

2004

Syama

Мали

Resolute Gold

концентрат

590

2007

Tanjiansha

Китай

Eldorado Gold

концентрат (As)

 

2008

Tongguan

Китай

Tongguan

концентрат (As)

200

2010

В последние годы наметилась устойчивая тенденция сокращения применения обжига для предварительной обработки упорного золотосодержащего сырья в связи с его серьезными недостатками: невысоким извлечением золота, обусловленным образованием на вскрываемых золотинах пленок легкоплавких соединений и уносом части золота в мышьяковистые возгоны; неизбежным загрязнением окружающей среды выбросами мышьяка и серы; необходимостью дорогостоящего захоронения высокотоксичного триоксида мышьяка [6].

Бактериальное окисление применяется в течение многих веков и уже эффективно превратило миллионы тонн упорной руды в материал, требующий только цианидного выщелачивания для извлечения золота. Процесс биоокисления для переработки упорных золотосодержащих руд и концентратов был промышленно внедрен в 1986 году, когда технология биоокисления BIOX® была успешно применена на золотом руднике Fairview в Южной Африке [12]. Процесс показал высокую надежность, и в настоящее время в мире существует 19 подобных производств (таблица 5). Общая производительность по концентрату 7500 т/день.

В процессе используется смесь разных групп бактерий для окисления сульфидной минеральной матрицы при температурах около 40-50ºC. Типичный цех биологического окисления для переработки флотационного концентрата включает в себя следующие операции: непосредственно процесс в реакторе с баком-смесителем, подача воздуха в реакторы, охлаждение раствора реактора, промывка противоточной декантацией и нейтрализация стоков [10].

Базовая химия процесса биоокисления в целом сходна с автоклавным окислением, но есть ряд важных отличий [7].

Таблица 2

Предприятия, работающие по технологии биоокисления золотосодержащего сырья

Завод

Компания

Технология

Страна

Производи-тельность, т/сут

Год пуска завода

Fairview

Pan African Resources

BIOX ®

ЮАР

55

1986

Wiluna

Apex Minerals

BIOX ®

Австралия

158

1993

Ashanti

AngloAshani

BIOX ®

Гана

960

1994

Yantai Gold

 

CCGRI

Китай

50+80

2000

Beaconsfield

BCD Resources

BACOX

Австралия

70

2000

Laizhou

Tarzan BioGold

BACOX

Китай

200

2001

Olympiada

Polyus

BIONORD ®

Россия

1000

2001

Tianli

 

CCGRI

Китай

100

2003

Axi

 

JLMRI

Китай

50+80

2004

Fosterville

Crocodile Gold

BIOX ®

Автсралия

211

2005

Suzdal

South

Verhoyansk

Mining

Company

BIOX ®

Казахстан

520

2005

Sanhe

 

CCGRI

Китай

70

2006

Bogoso

Star Resources

BIOX ®

Гана

820

2007

Jinfeng

Elderado Gold

BIOX ®

Китай

790

2007

Innovation

 

CCGRI

Китай

150

2007

Jinchiling

 

CCGRI

Китай

100

2007

Kokpatas

Novi Mining and

Metallurgical Combinat

BIOX ®

Узбекистан

1069+1069

2009

Agnes

Galaxy Gold

BIOX ®

ЮАР

20

2010

Бактерии являются и катализаторами, и непосредственными участниками реакций окисления. Это живые организмы, поэтому для их жизни и роста важны стабильная температура и соответствующее питание (углерод и питательная среда, в том числе, такие микроэлементы как фосфат, азот, калий). Рабочая температура зависит от используемой бактериальной культуры. Важный фактор в конструкции реактора - создание возможностей для роста бактерий вдвое на первой стадии, что предотвратит бактериальное вымывание.

В мышьяковистых флотационных концентратах железо, сера и мышьяк растворяются в процессе биологического окисления до сульфата железа, серной кислоты и мышьяковой кислоты.  Для обеспечения достаточной скорости окисления в биологический реактор должно быть введено большое количество воздуха [10]. Во многих цехах окисления флотоконцентрат измельчают для повышения кинетики выщелачивания. Тепло, выделившееся в процессе окисления, имеет большое значение. Важно, чтобы оно было эффективно рассеяно, так как бактерии перестают успешно функционировать при температурах, выходящих за пределы рабочего диапазона. Аккумуляция тепла происходит с помощью внутренних охлаждающих змеевиков, вставленных в реакторы биоокисления, далее тепло выводится в атмосферу через башенные охладители [10].

Основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на капитальные затраты - это производительность по сырью, время выдержки при биоокислении, система подачи воздуха (дутье), смесители для распределения воздуха и поддержания частиц во взвешенном состоянии и конструкция реактора (конструкционные материалы). Продолжительность обработки концентрата в реакторе обычно составляет 4-6 дней.

Сущность автоклавного метода вскрытия упорного золота заключается в окислении золотосодержащих сульфидных концентратов в водной среде под действием кислорода при повышенных температурах. Ассоциированное с сульфидами субмикроскопическое и твердорастворимое золото освобождается и делается доступным выщелачиванию цианистым раствором. Первая промышленная установка POX для переработки упорного золотосодержащего сырья была построена на предприятии МакЛафлин Голд Майн (США) в 1986 году [11]. В настоящее время существует восемь производств, перерабатывающих упорные золотосодержащие руды с использованием автоклавного окисления.

Таблица 3

Предприятия, работающие по технологии автоклавного выщелачивания золотосодержащего сырья

Завод

Компания

Страна

Сырье

Производительность, т/сут

Температура, °С

Год пуска завода

Goldstrike

Barrick

США

руда

15000

225

1990

Campbell

Placer Dome

Канада

концентрат

71

190

1990

Porgera

Barrick

Новая Гвинея

концентрат

1,350

190

1991

Lihir

Newсrest

Новая Гвинея

руда/ концентрат

9000

210

1994

Twin Creeks

Newmont

USA

руда

7260

225

1996

Macraes

OceanaGoId

Новая Зеландия

концентрат

20

225

1999

Killita

Agnico-Eagle

Финляндия

концентрат

 

190

2008

Amursk

Polymel

Россия

концентрат

 

190

2010

Для автоклавного выщелачивания применяют горизонтальные многокамерные автоклавы, футерованные кислотостойким кирпичом [5]. Процесс ведут при 450-500 К и давлении кислорода 200-700 кПа (общее давление в автоклаве 1800-3200 кПа); эти условия практически исключают образование элементарной серы. Необходимая продолжительность автоклавного выщелачивания обычно не превышает 1-1,5 ч.

По сравнению с обжигом, автоклавный метод вскрытия имеет следующие преимущества: более высокое извлечение золота; отсутствие газовых выбросов соединений мышьяка и серы; вывод мышьяка в виде малотоксичного арсената железа, сброс которого возможен в обычное хвостохранилище; малая чувствительность к присутствию в сырье таких примесей, как сурьма и свинец (снижающих извлечение золота в случае применения обжига); возможность переработки, как флотационных концентратов, так и непосредственно руд.

По сравнению с бактериальным выщелачиванием автоклавное вскрытие обеспечивает, как правило, более полное окисление сульфидов (в т.ч. упорного пирита) и потому более высокое извлечение золота. Автоклавный метод применим как к рудам, так и концентратам. Биовыщелачивание из-за своей низкой интенсивности и больших потребных объемов аппаратуры применимо лишь к концентратам. Во многих случаях это может быть причиной дополнительных потерь золота при обогащении.

Внедрение автоклавного и биологического окисления, а также инновации в обжиге в середине 1980-х гг. коренным образом изменили стратегию переработки упорных золотосодержащих руд. Данные технологии позволили разрабатывать ранее нерентабельные золоторудные месторождения. Как и в случае со всеми новыми технологиями, проведен огромный объем исследований. Процессы переработки упорного сырья имеют комплексный характер с точки зрения перспектив технологической схемы, так как отличаются множеством взаимодействующих между собой единичных операций и комплексной химией, связанной с высокотемпературными условиями и биологическими системами [1].

Будущие задачи, без сомнения, связаны с решением вопросов экологии и сокращением эксплуатационных и капитальных затрат. Экологический аспект включает в себя решение проблем с такими токсичными элементами как ртуть, селен, теллур, сурьма и мышьяк, выделяющимися в экстремальных рабочих условиях, с которыми сталкиваются при переработке упорных золотосодержащих руд. За последние 2-3 года капитальные и эксплуатационные затраты значительно выросли и превысили цены на золото в процентном отношении. Как их сократить в условиях долгосрочной и критичной нехватки квалифицированной рабочей силы, роста энергозатрат и повышения стоимости расходных материалов - одна из задач в будущем.

В настоящее время четко прослеживается тенденция использования процесса биоокисления на мелких предприятиях, перерабатывающих упорное золотосодержащее сырье, благодаря относительной простоте и более низким капитальным затратам. Обогащение флотацией - важная часть начального этапа биоокисления, но, к сожалению, некоторые руды для нее непригодны.

И наконец, в перспективе - пути дальнейшего совершенствования сегодняшних процессов, некоторые из них уже реализованы (или реализуются).

В отношении наращивания золотодобычи прекрасным ориентиром для России может служить Китай. Здесь также сокращается добыча россыпного золота, но зато идет быстрое освоение нетрадиционных для страны месторождений, прежде всего, черносланцевого и карлинского типов, вовлечение в переработку упорного и техногенного золотоносного сырья. Россия имеет все предпосылки для того, чтобы наряду с Китаем стать лидером мировой золотодобычи.

Рецензенты:

Бричкин В.Н., д.т.н., заведующий кафедрой металлургии, Министерство образования и науки российский федерации, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург;

Бажин В.Ю., д.т.н., декан Химико-Металлургического факультета, Министерство образования и науки российский федерации, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург.


Библиографическая ссылка

Бодуэн А.Я., Фокина С.Б., Петров Г.В., Серебряков М.А. СОВРЕМЕННЫЕ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ УПОРНОГО ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15619 (дата обращения: 18.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252