Экспериментальные исследования процессов выщелачивания упорных золотосодержащих руд.

В.Н. Мирошкин — Управляющий директор, Департамент отраслевой экспертизы «ВЭБ Инжиниринг»





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.

Предполагается, что золотоцианистый комплекс сорбируется на поверхности компонентов углеродистого вещества за счёт комбинированного электростатического и химического взаимодействия, например, адсорбцию ионной пары Mⁿ⁺[Au(CN)₂ –]_n на активных участках углерода, в частности на гранях и поверхностных дефектных участках графита.

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

Табл. 1. Количественные показатели результатов автоклавногидрометаллургической переработки

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» PR_cn, вычисляемого по формуле ниже, составляет для тестов в режиме электрофизического воздействия 12 %, соответственно, по сравнению со значением 24 % в режиме без его применения.

PR_cn = (E_RIL – E_CN) / E_RIL

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.