Кучное выщелачивание в российской практике — обзор опыта и анализ перспектив

С.Г. Кашуба - председатель Союза Золотопромышленников России





М.И. Лесков - член Совета Союза Золотопромышленников России





Кучное выщелачивание (далее — КВ) в середине 1990-х стало открытием для российской золотодобычи: вслед за двумя опытно-промышленными установками, пущенными тогда в строй артелью «Саяны» в Хакасии, до начала 2000-х годов последовал пуск ряда более крупных производств, часть которых такие, как Покровское в Амурской области, Воронцовское и Светлинское на Урале, Таборное в Якутии — успешно действуют до сих пор. Очередные пять лет, до середины 2000-х, ознаменовались пуском целого ряда новых проектов КВ разного масштаба и в различных регионах, а также проработкой вопросов применения КВ в регионах с более суровым климатом и для иных полезных ископаемых. Конец 2000-х не принес особенных новостей в этой сфере — крупных новых проектов КВ не запущено, часть ранее оперировавших проектов закончила работу. Значит ли это, что метод КВ исчерпал свой потенциал развития в России? Анализируя опыт прошлых лет, авторы делают собственную попытку заглянуть в будущее и приглашают читателей к дискуссии об этом.

Как всё начиналось

Кучное выщелачивание как метод было известно промышленникам с конца XIX — начала XX: в начале 1900х годов на предприятиях Южного Урала укладывали в штабеля на глинистом основании бедные медные руды и, орошая их слабым раствором серной кислоты, успешно извлекали медь цементацией на железную стружку, ведя процесс в деревянных емкостях. Однако вплоть до начала 1970-х годов этот метод по разным причинам не находил масштабного применения ни в СССР, ни в зарубежных странах, пока рост цен на золото в сочетании с энергетическим кризисом не заставили промышленников повернуться к малоэнергозатратным процессам извлечения металлов. С середины 1970-х до конца 1980-х кучное выщелачивание стало причиной резкого взлета объемов добычи золота в США, Австралии и в целом ряде других стран, а затем этот метод получил свое дальнейшее распространение в извлечении иных металлов, таких как серебро, медь, никель, уран, а впоследствии и цинк.

Рис. 1. Система укладки готова к работе. Светлинское, Южуралзолото, Челябинская область. 

В нашей стране в середине 1970-х — начале 1980-х годов также были произведены исследования на применимость кучного выщелачивания. Однако недостаток опыта, особенности сырьевой рудной базы, представленной на тот момент, в немалой степени, жильными объектами для подземной добычи, а также во многом некорректное представление о данном методе и ограничениях для его рационального применения, стали основными причинами того, что по итогам этих испытаний укоренилось мнение о том, что «применение кучного выщелачивания в Советском Союзе неперспективно». Тем не менее, эти же исследования позволили сложиться в стране группе энтузиастов этого метода, которые, несмотря на свою разрозненность и разделенность ведомственными барьерами и «неперспективность» этого направления, продолжили в инициативном порядке заниматься этим методом. Благодаря этому, специалисты ВНИИХТа в Минсредмаше, сотрудники ЦНИГРИ в Мингео и ученые ИРГИРЕДМЕТа в рамках Минцветмета, а также сотрудники некоторых иных научно-исследовательских центров, наряду со специалистами-практиками с ряда предприятий стали весьма важной основой для развития этого метода, когда интерес к нему в стране стал возвращаться.

После распада СССР, с активизацией иностранных горных компаний в поиске подходящих объектов для своей экспансии в сферу добычи полезных ископаемых на пост-советской территории, целый ряд из них рассматривал применимость КВ для предложенных им проектов. Newmont, RTZ, Cyprus Amax, Homestake, Cameco, Troy Resources и ряд других компаний, при содействии приглашенных ими консультационных и исследовательских компаний, таких как Knight Piesold, SRK, Behre Dolbear и других консультантов, а также инжиниринговых Kilborne, Kvaerner и Minproc оставили существенный позитивный след в подготовке к внедрению КВ в практику работы в России, Казахстане, Узбекистане, Грузии и ряде иных стран бывшего СССР. Лишь некоторые из них такие, как Newmont и его СП с Навоийским ГМК на карьерных отвалах Мурунтау, смогли сами реализовать эти наработки. В большем числе случаев, такие наработки впоследствии были развиты местными компаниями самостоятельно, без существенного участия иностранных партнеров. Вероятно, отчасти из-за этого, процесс внедрения КВ на начальном этапе шел медленно, и масштабы его применения не были столь велики, как в зарубежной практике или в работе СП. Тем не менее, приближение практического опыта к проектам на нашей территории, просвещение и обучение местных кадров, создание первых практических примеров работы в привычных нам условиях безусловно дали дополнительный толчок вперед и способствовало расширению внедрения КВ в практику работы компаний в наших странах.

Первый опыт и первые уроки

Наличие теоретических наработок и формирование собственного потенциала исследовательских и проектных возможностей, накопленных в России к началу 2000-х, существенно приблизило более масштабное практическое воплощение кучного выщелачивания. Однако переход от теории к практике не был безоблачным. Непонимание термодинамики растворов внутри штабеля и попытки ускорить начало выщелачивания в сезоне за счет укладки штабеля в зимнее время порой приводили к необходимости разбирать среди лета скованный изнутри льдом штабель с помощью буровзрывных работ. Попытки сэкономить на дроблении не позволяли получить нужное извлечение и окупить затраты на КВ. Недооценка влияния мелкой, в особенности, глинистой составляющей в исходной руде и «экономия» на окомковании также приводили к существенным проблемам с извлечением золота из уложенных штабелей. Эти проблемы были достаточно болезненными для тех, кто на своем опыте извлекал такие уроки. Однако на этом же опыте учились и многие другие — порой они делали свои ошибки, но обычно не повторяли чужих.

Рис. 2. Зимнее укрытие штабеля на руднике Покровском, Амурская область.

Первые установки КВ отличались крайней простотой. Простыми были «подушки» — основания полигонов КВ: утрамбованный грунт, слой укатанной глины поверх него, затем слой песка с обычными стальными (перфорированными обычным сверлением) трубами аварийного дренажа в нем, затем пленка, поверх которой снова слой песка, а выше него — слой мелкодробленой забалансовой руды. Дробление часто производилось лишь в две стадии. Окомкование порой велось не в барабане, а при пересыпке материала на многозвенном конвейере, а укладка не всегда вначале производилась стакерами — часто использовалась лишь бульдозерная и автомобильная техника. Для орошения штабелей в первых проектах часто использовалась весьма примитивная система шлангов с квадратными «прудками» на поверхности штабеля для сбора раствора из перекладываемых вручную распределительных шлангов и равномерной его разгрузки в штабель. Осаждение золота из растворов порой проводилось по методу Merrill (а не MerrillCrowe) — нарезанная на обычном токарном станке цинковая стружка загружалась в ящики из стальной сетки и помещалась в контактные емкости, куда раствор подавался без предварительного обескислороживания. Тем не менее, этот опыт тоже оказывался удачным и, давая первое золото, полученное методом КВ в России, он позволял получить и плацдарм для дальнейших совершенствований и развития метода.

В числе первых и наиболее важных извлеченных уроков было появившееся понимание применимости метода для переработки руд различных типов — стало ясно, что этот метод уверенно применим лишь на окисленных, выветрелых рудах, добываемых открытым способом.

Рис. 3. Один из крупнейших участков КВ в России. Покровское, ГК Петропаловск, Амурская область.

Из первых опытов стало ясно, что экономить на дроблении и окомковании материала не следует и что вообще этот метод, хотя и остается наиболее привлекательным из-за низких удельных капитальных и операционных расходов, мало чувствителен к капитальным затратам и значительно более чувствителен к уровню достигаемого извлечения. Чувствительность его к операционным расходам при этом несколько выше, чем к капитальным затратам — по этой причине разнообразные попытки организации круглогодичной работы, хоть технически и оказывались возможными даже в весьма холодных условиях, чаще всего становились экономически несостоятельными.

Развитие и расширение применения КВ в России

Первый опыт, полученный на проектах артели «Саяны» (переименованной вскоре после этого в ЗАО ЗДК «Золотая Звезда»), а также на последовавших вскоре полигонах КВ компании Peter Hambro Mining (сейчас — ГК «Петропавловск») на месторождении Покровское в Амурской области и компании «Нерюнгри-Металлик» на месторождении Таборное в Олекминском улусе Якутии стал импульсом для быстрого роста числа таких объектов и для расширения географических и тематических границ применения этого метода в России.

Практически классикой на большинстве последующих полигонов КВ стала трехстадиальная схема дробления материала перед его укладкой. Первая стадия, как правило, осуществялется в щековых дробилках, причем успешно работает здесь и оборудование мировых брендов, и отечественное, и китайское оборудование. Часто на второй стадии дробления используются молотковые дробилки, а на третьей — дробилки Barmac фирмы METSO Minerals, дающие высокий коэффициент дробления и тонкий, равномерно продробленный материал.

Рис. 4. Укладка основания под штабель, «Золото Селигдара», Якутия. 

Окомкование обычно производится в барабанных агломераторах, при этом в качестве связующего используется не только цемент, но и различные более дешевые компоненты — цементная пыль (отходы цементного производства), зола угольных котельных и иные доступные материалы.

Укладка штабелей в большинстве случаев теперь производится звеньевыми конвейерами и поворотным телескопическим стакером, укладка которым позволяет избежать сегрегации укладываемого материала и обеспечить хорошую проницаемость штабеля для растворов. При этом общепринятой практикой стала добыча руды круглый год, с производством зимой основной части капитальной вскрыши и с началом дробления и укладки руды в штабеля с наступлением положительных дневных температур, во избежание укладки вовнутрь штабеля «закаленного» низкими температурами каменного материала, в контакте с которым растворы внутри штабеля смерзаются долгое время после укладки, благодаря тому, что этот материал долго сохраняет температуру, с которой был уложен, внутри объема кучи. Нередко дробление и укладка материала продолжается весь теплый сезон, вплоть до осенних холодов, до которых стараются успеть произвести предварительное орошение штабеля, чтобы уменьшить его проницаемость для холодного зимнего воздуха и сохранить за счет большей тепловой инерции влажного материала температуру внутри кучи на возможно более высоком уровне. Это позволяет скорее начать работу с таким штабелем в начале очередного сезона.

С учетом того, что средние объемы укладки на российских участках КВ пока, в основном, сравнительно невелики, чаще применяется система с постоянным основанием^>1 (когда материал кучи после извлечения из него золота убирается с полигона в отвал, а на его место на то же основание помещается новая порция) и, как правило, (всего с несколькими практическими исключениями) материал укладывается в штабель на таких площадках в один слой.

Как правило, поверх первой же уложенной до штатной высоты порции руды вблизи разгрузочного края полигона^>2 начинает монтироваться система орошения, которая включается в работу, начиная цикл замачивания, а потом и выщелачивания параллельно с тем, как штабель продолжает укладываться в порядке, отступающем от этого края в сторону наивысшей отметки края полигона, что не мешает собирать растворы одновременно с продолжающейся укладкой руды.

Рис. 5. Многоярусный штабель на Самолазовском, Якутия, «Золото Селигдара». 

Орошение производится обычно через систему перфорированных труб, диспергаторы (т.н. «воблеры») используются сравнительно редко по причине их сравнительной дороговизны, частого забивания и малой ремонтопригодности. При этом для удлинения сезона орошения (обычно в сторону осенне-зимнего периода, когда главным образом производится либо промывка штабелей от остаточных концентраций растворенного золота, либо замачивание вновь уложенного материала для подготовки к быстрому началу выщелачивания в очередном сезоне) применяются чаще всего съемные укрытия, либо закрывающие вершину штабеля целиком, либо прикрывающие лишь точки разгрузки ирригационных систем. В большинстве случаев это сочетается с подогревом оборотных растворов, производимой в зумпфе оборотных растворов и, иногда, теплоспутником на магистральных трубах подачи растворов на штабель. В практике имеются и более оригинальные схемы, в том числе с применением снега и льда, являющихся хорошими теплоизоляторами, обеспечивающими и некоторый парниковый эффект под своим покровом. Так, в компании «Золото Селигдара» применялось намораживание «ледяной глазури» из оборотных растворов поверх штабеля в начале зимнего сезона — это позволяло не только уменьшить объемы хранения таких растворов в прудках (и объем таких прудков, соответственно), но и надежно изолировать штабель от сезонного промерзания, а также обеспечить эффективный контакт остаточного содержания растворов и содержащихся в них цианидов с рудой в течение холодного межсезонья. С весенним солнцем медленно оттаивающая благодаря парниковому эффекту нижняя часть глазури обеспечивала плавное увлажнение штабеля и постепенную его промывку накопленными в глазури растворами, давая в первые теплые дни возможность собрать растворы с хорошей концентрацией растворенного металла и немедленно начать извлечение золота, что весьма положительно сказывалось на общей экономике проекта.

Для более холодных условий отработаны определенные приемы, позволяющие успешно противостоять холодам. Так, основание полигона КВ в более холодных условиях (особенно при вечномерзлых грунтах площадок) укладывают сначала подушкой крупнообломочного материала, обеспечивающего высокую пористость и повышенные теплоизоляционные свойства, помогающие избегать раннего замерзания растворов, стекающих по гидроизоляционному слою из-под штабеля к разгрузке с карты. Лишь поверх такого слоя укладывается остальная часть обычной конструкции подушки, каждый слой которой в таких условиях делается несколько мощнее.

Как правило, в более холодных условиях, высоту и ширину штабеля, как и его объем в целом, стараются делать больше, с тем чтобы уменьшить влияние суточных изменений температуры и сезонного промерзания на внутреннюю температуру штабеля. Более тщательно подходят в таких случаях и к организации оборота растворов, которые собирают в более глубокие прудки, а трубопроводы чаще используют металлические, с теплоспутником, дополнительно обеспечивая ТЭНами пространство прямо перед всасом насосов оборотных растворов.

Рис. 6. Стакер на укладке штабеля, Савкино, Mangazea Mining, Забайкальский край.

Первые опыты организации работы по КВ на других полезных ископаемых в России пока не дали особого результата — за исключением выщелачивания «убогого класса» после рудосортировки урановых руд на Приаргунском ПГХО АРМЗ, иных примеров практической работы пока не имеется. Связано это во многом с тем, что большинство других полезных ископаемых, таких как медь и, тем более, никель обладают намного более пологой кинетикой выщелачивания — например, лабораторные опыты по выщелачиванию латеритного никеля из руд месторождения Буруктал (Оренбургская область) показывали продолжительность цикла выщелачивания в 500 (!) дней (сравните это с обычными 30–40 днями для золотосодержащих руд), поэтому успешная работа на таких полезных ископаемых обычно требует организации весьма крупных производств КВ, что в условиях имеющихся организационных и финансовых сложностей пока крайне трудно обеспечить.

Это же в какой-то степени характерно и для работы полигонов КВ в более северных условиях, где обеспечить технически стабильную работу полигонов проще, чем обеспечить стабильные положительные экономические показатели такой работы.

Выводы и оценка перспектив

Достигнутая практикой КВ в России ступень развития, обеспечивающая работу примерно 20 действующих производств в разных регионах, преимущественно тяготеющих к центральному и южному Уралу, югу Сибири и Дальнего Востока, и, как правило, оперирующих в диапазоне от 100 тыс. т до 1,5 млн т руды в год при средних содержаниях золота от 0,9 до 1,3 г/т, позволяет продолжать такую деятельность с очень медленно текущим прогрессом в этой сфере. Это обуславливает и определенное замедление распространения процесса КВ по регионам и секторам горно-металлургической сферы, наблюдающееся с конца 2000-х годов.

Очевидно, для расширения сферы применения этого прогрессивного и экономичного метода возможно движение в направлении усложнения и укрупнения производств, но одновременно возможно и расширение числа простых, почти на грани примитивных, и малопроизводительных установок в различных регионах и сферах, что дало бы также увеличение числа потенциальных «точек роста» производств КВ и распространение их в малоосвоенных частях страны, где иных рудных производств пока недостаточно. Работа в обоих направлениях принесла бы больше опыта и позволила бы укрепить конкуренцию и в сфере исследований и проектирования, и в сфере материально-технического обеспечения, и в кадровой сфере для таких производств.

Очевидно, своего часа ждет в России применение КВ при выщелачивании бедных руд меди, где весьма широко распространенное в мире сочетание КВ для выщелачивания и SX-EW^>3 для осаждения дает весьма существенную долю производства этого металла. То же можно сказать о производстве никеля, цинка, о расширении применения КВ на бедных и мелких месторождениях урана и в ряде иных рыночных ниш.

В отличие от зарубежной практики, пока у нас в промышленных масштабах не использовалась технология «дамбового выщелачивания» (ДВ)^>4 — близкой КВ схемы, при которой материал (порой — без предварительного дробления вовсе) укладывается на основание слой за слоем вдоль крутого откоса рельефа (иногда это бывает борт отработанного карьера) на весьма большую высоту (часто — выше 100 м), рекультивируясь после завершения выщелачивания прямо на этом месте, без какого-то дальнейшего перемещения. Накопленный к настоящему времени опыт КВ вполне достаточен в качестве основы для начала работ в этой сфере.

Следует добавить, что сочетание КВ/ДВ очень хорошо подходит для вовлечения в повторную переработку лежалых рудных отвалов (а иногда — и хвостов обогащения вместе с ними), позволяя одновременно доизвлечь содержащиеся там металлы и рекультивировать места прежних работ. В таких случаях нередко «кондиционное» содержание может быть значительно ниже за счет того, что затраты на добычу такого сырья в основном уже понесены, а затраты на транспортировку производятся в рамках статьи на «рекультивацию».

Рис. 7. Укладка штабеля параллельно с началом его орошения, «Золото Селигдара», Якутия.

Ускорению прогресса в рассматриваемой сфере могла бы способствовать более энергичная конкуренция между исследователями и проектировщиками. В частности, для организации лаборатории КВ не требуется сколь-нибудь существенных затрат, сложного дорогостоящего оборудования и персонала недостижимой квалификации, однако независимость таких лабораторий и размещение их вблизи мест концентрации основных клиентов могли бы существенно сократить сроки и стоимость исследований и ускорить прогресс в рассматриваемой сфере, обеспечив при этом такие лаборатории устойчивым объемом заказов.

Еще одним фактором поддержки могло бы стать расширение местного производства оборудования и ключевых материалов для КВ. Это в первую очередь касается конвейеров и стакеров, которые, не являясь технически сложным оборудованием, тем не менее, часто завозятся из-за рубежа, доставляясь на очень большие расстояния по цене транспортировки, иногда едва ли не превышающей стоимость такого оборудования. Рост числа мест производства и технической поддержки такого оборудования помог бы росту числа полигонов КВ.

В данный момент мы находимся на определенном рубеже, за которым возможен и быстрый количественный и качественный рост, и сравнительно медленное и едва заметное развитие. Пример Австралии, в начале 1980-х увеличившей добычу золота, во многом, за счет применения КВ с примерно 80 т до более чем 330 т в год за 5–6 лет показывает, насколько велика может быть роль этого метода в развитии добычи золота и других металлов в России.

^{>1 В англоязычной терминологии — «on-off».
>2 Где происходит разгрузка раствора.
>3 От английских слов Solvent Extraction — ElectroWinning: жидкостная экстракция и электролиз.
>4 В англоязычной терминологии — «dam leaching».}

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (23)/март 2014 г.