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: https://science-education.ru/ru/article/view?id=15619 (дата обращения: 18.02.2025).