Экспериментальные исследования процессов выщелачивания упорных золотосодержащих руд.
Н.С. Чуркин — главный инженер-геолог «ВЭБ Инжиниринг»
В настоящее время в мире значительную часть запасов коренного золота составляют упорные руды (однократной или двойной упорности), в которых золото находится в тонковкрапленном (тонкодисперсном) состоянии в сульфидных минералах: пирите (FeS2) (рис. 1), арсенопирите (FeAsS), халькопирите (CuFeS2) (рис. 2) в изоморфной или дисперсной форме, затрудняющей доступ выщелачивающего раствора в технологических процессах переработки первичных руд, золотосодержащих концентратов и пульпы.
Поскольку упорное золото преимущественно связано с пиритом и арсенопиритом, степень дисперсности (размерность частиц) при этом может составлять от 10 до 10-3 мкм, оно не растворяется в процессе цианирования при стандартной крупности измельчения 80–95% класса –0,074 (0,071) мм и в том числе при сверхтонком помоле, без применения в процессе цианирования подготовительных технологических стадий.
Рис. 1. Пирит FeS2
Одна из подготовительных стадий заключается во вскрытии дисперсной вкрапленности золота методом электроразрядной импульсной активацией материала пробы, дезинтеграции минеральных фаз для обеспечения доступа в дальнейшем к нему цианистого раствора, дезинтеграции сростков минералов, составляющих концентраты и повышение селективности раскрытия минералов, что может привести к существенному увеличению скорости и полноты окисления сульфидов.
Вторая причина упорности золотосодержащих минеральных ресурсов — наличие в руде значимых количеств углеродистого (углистого) вещества, различные компоненты которого отличаются способностью сорбировать соединения золота из цианистых растворов, замедлять его растворение, увеличивая тем самым потери золота в технологическом процессе.
Необходимо учитывать, что крупнейшие месторождения золота в мире (Сухой Лог, Олимпиадинское, Наталкинское, Нежданинское (Россия), Мурунтау (Узбекистан), Carlin (США), Witwatersrand (ЮАР), Кумтор (Киргизия)) сформированы осадочно-метаморфизированными черными сланцами — минерализованной тонкозернистой осадочной породой с повышенным содержанием органического углерода (0,5–5 %), в структуре которого преобладает сорбционно-активное углеродистое вещество.
Рис. 2. Халькопирит CuFeS2
При этом, металлоносность черносланцевых формаций на текущий момент показывает сосредоточение в них основного ресурсного потенциала золота, поскольку зоны сульфидизации данных формаций следует рассматривать как комплексные месторождения с параметрами крупнейших геологических объектов.
В целом углеродистое вещество в золотосодержащих рудах представлено некарбонатным углеродом и его соединениями, которые являются продуктами преобразования органики в процессе геологического формирования месторождения.
Рис. 3. Двумерная химическая структура сорбционно-активного керогена, соответствующего условной формуле С421Н638О44S4NCl
Процесс преобразования органических соединений характеризуется определённой степенью графитизации в соответствие с которой углеродистое вещество классифицируют по следующим компонентам:
- углерод в виде различных аллотропных модификаций: графит, антрацит;
- тяжёлые углеводороды, например, керогены;
- органические кислоты, аналогичные гуминовым.
Метод | Цианирование | Сорбент |
Выход остатка, % |
Содержание золота в хвостах цианирования, г/т |
PRcn, % |
εAu, % |
Без применения электрофизического воздействия |
Прямое цианирование |
Purogold | 98 | 5,0 | 24 | 80 |
Нет | 99 | 9,7 | 61 | |||
С применением электрофизического воздействия |
Purogold | 99 | 2,8 | 12 | 89 | |
Нет | 99 | 5,5 | 78 |
При этом, процессы сорбции растворенного золота имеют достаточно сложный характер: наряду с физической адсорбцией могут протекать реакции химического взаимодействия ионов золота с оксидом углерода и органическими соединениями, входящими в состав углеродистых веществ.
Рис. 4. Импульсный источник электронных пучков
Результатом применяемого метода электроразрядной импульсной активации, включая дезинтеграцию минеральных фаз и селективность раскрытия минералов сульфидных золотосодержащих концентратов может стать модификация состава природного углеродистого вещества, что, в свою очередь, может привести к изменению его технологических свойств (например, пассивации) и оказать влияние на параметры дальнейшего процесса автоклавно-гидрометаллургической переработки.
Деполимеризация сконденсированных циклических и ароматических органических соединений керогена за счёт механизма взаимодействия активных частиц радикальных групп –О, –Н, и –ОН способствует изменению технологических свойств углеродистого вещества и его основных сорбционноактивных составляющих, что показывают предварительные результаты последующего комплексного анализа изменения технологических свойств концентратов в процессе их автоклавно-гидрометаллургической переработки на стенде (рис. 3).
Рис. 5. Тонкодисперсное золото в структуре арсенопирита и галенита
В качестве объекта применения методов электроразрядной импульсной обработки и электронно-пучковой активации были отобраны образцы проб месторождений упорных сульфидных золотосодержащих руд, содержащие пирит, арсенопирит и углистые вещества. Для проведения анализа использовались нейтронно-активационный анализ, массспектрометрия с индуктивно связанной плазмой, углепетрографический анализ.
С учетом органической и минеральной составляющих рудных материалов были использованы два метода: на основе электрического разряда, обеспечивающего межфазовую дефрагментацию обрабатываемого материала и электронного пучка, обеспечивающего разрушение органических соединений.
Активацию исходных проб проводили в Научно-производственной лаборатории «Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий» Инженерной школы новых производственных технологий «Национального исследовательского Томского политехнического университета» (г. Томск) методами электроразрядной импульсной обработки и облучением пучком электронов на импульсном электронном ускорителе и частотном импульсном источнике сильноточных электронных пучков «ASTRA-M» (рис. 4).
Рис. 6. Влияние электрофизического воздействия на сорбционную активность пробы концентрата по отношению к цианидному комплексу золота
В дальнейшем активированные пробы передавались в Научно-исследовательский центр «Гидрометаллургия» (г. Санкт-Петербург) для проведения комплексного анализа изменений технологических свойств в процессе их автоклавно-гидрометаллургической переработки.
Автоклавно-гидрометаллургическая переработка золотосульфидных концентратов после применения электрофизических методов обработки
В качестве объекта исследования были использованы образцы проб месторождений упорных сульфидных золотосодержащих руд, содержащие пирит, арсенопирит и углистые вещества с содержанием в рудном материале органического углерода на уровне 2,5 % (рис. 5).
Данный материал характеризуется высокой («двойной») упорностью, которая проявляется в формах инкапсулирования золота в сульфидах и высокой сорбционной активностью органического углерода по отношению как к хлоридным комплексным соединениям золота (автоклавный «прег-роббинг»), так и к цианидным комплексным соединениям золота (цианидный «прег-роббинг»). Термин прег-роббинг (англ. preg-robbing — «приворовывание») впервые был использован в 1968 г. для описания потерь золота при цианировании углеродсодержащих руд и в дальнейшем этим термином стали называть все нежелательные процессы, протекающие при переработке золотых руд и концентратов, приводящие к снижению извлечения золота.
На стадии исследований автоклавно-гидрометаллургических процессов было установлено, что после применения электрофизических методов обработки проб сульфидных золотосодержащих руд сорбционная активность углерода по отношению к цианидному комплексу золота (цианидный «прег-роббинг») заметно снижается (рис. 6, табл. 1).
Рис. 7. Влияние электрофизического воздействия на показатели интенсивности цианидного «прег-роббинга»
Из полученных данных видно, что применение электрофизического воздействия (обработки) положительно сказывается на извлечении золота при цианировании как с сорбентом, так и без него. В тестах извлечение с сорбентом составило 89 %, что на 9 % выше, чем в тестах без обработки.
Во всех тестах заметно сильное влияние цианидного «прег-роббинга» на извлечение золота. Как видно из результатов, режим электрофизического воздействия это влияние снижает. Значение показателя цианидного «прег-роббинга» PRcn, вычисляемого по формуле ниже, составляет для тестов в режиме электрофизического воздействия 12 %, соответственно, по сравнению со значением 24 % в режиме без его применения.
PRcn = (ERIL – ECN) / ERIL
Исходя из полученных результатов можно утверждать, что применение электрофизического воздействия с учётом циркуляции обрабатываемого материала положительно сказывается на извлечении золота (Au) и подавлении цианидного «прег-роббинга» (рис. 7).
Выводы
Результаты экспериментальных исследований показывают значительное влияние электроразрядной импульсной активации на степень выщелачивания золотосодержащих минеральных ресурсов двойной упорности и могут быть использованы при экспериментальных технологических исследованиях для определения параметров раскрытия ценных минеральных фаз, контрастности основных технологических свойств, показателей обогатимости и ассоциативности минералов.
Кроме этого, полученные результаты свидетельствуют о практических возможностях применения комбинированных технологических принципов для интенсификации процессов комплексной переработки труднообогатимых первичных руд, техногенных и упорных золотосодержащих минеральных ресурсов, созданием и развитием которых занимается в настоящее время компания ООО «ВЭБ Инжиниринг».
1. В.Е. Дементьев, С.В. Баликов. «ЗОЛОТО: Свойства. Геохимические аспекты», Иркутск, 2015, АО «ИРГИРЕДМЕТ», 327 с.
2. М.А. Меретуков, В.В. Рудаков, М.Н. Злобин. «Геотехнологические исследования для извлечения золота из минерального и техногенного сырья», 437 с.
3. А.Г. Секисов, Н.В. Зыков, В.С. Королёв. «Дисперсное золото: Геологический и технологический аспекты», Москва, 2012, «Горная книга», 224 с.
4. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Золото рудное. Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007 г. № 37-р.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (58)/декабрь 2022 г.