Технология извлечения золота из бедных глинистых окисленных руд комбинированным методом

Др.-Инж. Методи К. Златев — Руководитель продаж и проектов горнообогатительного oборудования HAVER NIAGARA
А.А. Васильев — старший научный сотрудник лаборатории металлургии ООО НИиПИ «ТОМС»
А.П. Коломиец — генеральный менеджер отдела продаж по СНГ HAVER NIAGARA
А.В. Аксенов — заведующий лабораторией металлургии ООО НИиПИ «ТОМС»
А.Е. Сенченко — управляющий директор ООО НИиПИ «ТОМС»

Для успешной переработки любого минерального сырья требуется благоприятное сочетание как минимум таких факторов, как содержание ценного компонента, высокая степень извлечения в товарный продукт и рациональные затраты на переработку. Несоответствие одного из факторов предъявляемым требованиям делает переработку сырья традиционными способами нерентабельной и создает условия для развития необходимых технологий увеличения извлечения ценного компонента из минерального сырья при снижении затрат.

Рис. 1. Установка интенсивной отмывки HYDRO-CLEAN®: 1 — сырье; 2 — моющий ротор; 3 — водные форсунки; 4 — промывочный бак; 5 — отвод материала; 6 — сточная вода.

Проблема переработки бедных золотосодержащих руд в последние годы встает все более остро, особенно в условиях колебаний цен на золото. В частности актуальным является поиск способов оптимизации переработки глинистых руд с содержанием золота около 1 г/т и менее. Рассматриваемый объект — руда одного из крупных месторождений Восточной Сибири обладает весьма благоприятными технологическими свойствами: Извлечение золота при агитационном цианировании составляет более 90%, расход цианида натрия — 0,2 0,3 кг/т. Вместе с тем, высокое содержание глины в руде не позволяет применять кучный метод цианирования, при организации которого требуется загрузка большого количества связующего для окомкования. Расчеты показывают, что при фабричной переработке такой руды более 30% от эксплуатационных затрат приходится на рудоподготовительные операции. Следовательно, для оптимизации расходов на переработку требуется сокращение прежде всего затрат на рудоподготовку и окомкование.

Решение данной задачи может быть достигнуто путем применения технологии раздельной переработки фракций. При этом, иловая фракция может быть переработана по технологии агитационного выщелачивания, а кристаллическая — кучным выщелачиванием. Использование комплексного подхода позволяет избежать затрат связанных с измельчением всего материала и высоким расходом связующего на окомкование. Успешность реализации данной технологии будет определяться качеством разделения материала на фракции, а узел разделения руды на отдельные составляющие будет являться определяющим звеном технологической схемы производства золота.

Рис. 2. Пилотный скруббер: 1 — термостатированный вращающийся барабан диаметром 0,6 м с лифтерами; 2 — электродвигатель с редуктором; 3 — система управления дезинтегратором, включающая регулятор частоты вращения барабана и таймер для автоматической остановки скруббера; 4 — датчик регистрации потребляемой мощности, крутящего момента и частоты вращения барабана; 5 — персональный компьютер для записи регистрируемых параметров.

Особенностью дезинтеграции рассматриваемого сырья является высокое содержание глины. При переработке малоглинистых материалов дезинтеграцию проводят на грохотах. Однако, с повышением содержания в руде глинистых минералов эффективность разделения материала на классы грохотом значительно падает и требуется проведение дополнительной стадии дезинтеграции материала перед стадией грохочения.

Класификация процесса дезинтеграции в зависимости от её интенсивности [5]:

• грохота;
• бутары;
• HYDRO-CLEAN®.

Для дезинтеграции материалов традиционно используют скрубберы. Данное оборудование хорошо зарекомендовало себя при разделении материала с относительно небольшим содержанием глины. Переработка высокоглинистых руд в данных аппаратах является весьма затруднительной, т.к. сопровождается образованием большого количества прочных глиняных окатышей, что негативно сказывается на эффективности разделения материала на фракции. Интенсивность процесса дезинтеграции в аппаратах барабанного типа может быть увеличена за счет перехода от скрубберов к мельницам самоизмельчения, что, безусловно, повысит качество разделения руды на фракции, но одновременно приведет к резкому увеличению расхода энергии в несколько раз и измельчению материала.

Рис. 3. Продукты дезинтеграции холодной водой в скруббере: 1 — пульпа со льдом после дезинтеграции; 2 — окатаная мерзлая глина.

В последние годы для дезинтеграции высокоглинистых материалов все более широкое распространение получают дезинтегрирующие аппараты HYDRO-CLEAN® (Состав установки и её общий вид представлены на рис. 1). Принцип действия данных аппаратов основан на высокоэффективной дезинтеграции материала вращающимися струями воды высокого давления (порядка 150 атм.).

К неоспоримым преимуществам данных аппаратов по сравнению с традиционным дезинтегрирующим оборудованием можно отнести следующее:

• высокая эффективность дезинтеграции;
• малый специфический расход электроэнергии и воды;
• простота эксплуатации и технического обслуживания;
• компактность оборудования и простота конструкции.

HYDRO-CLEAN® технология зарекомендовала себя для дезинтеграции руды при плюсовых температурах. [1]

Рассматриваемая проблема актуальна для переработки руд в любом климате, однако, особенно важной она становится при переработке руд при отрицательных температурах (мерзлые руды). В этом случае процесс дезинтеграции должен сопровождаться сначала полной или частичной разморозкой в зависимости от упорных свойств материала воздействию процессу дезинтеграции (определяется опытным путем), а затем с применением HYDROCLEAN® и последующего грохочения на горизонтальном инерционном грохоте для разделением на классы.

В настоящей статье приведены результаты разработки рациональной схемы переработки глинистой золотосодержащей руды в условиях холодного климата.

Технологические исследования и расчеты

Дезинтеграция в скруббере
В настоящее время имеется многолетний опыт эксплуатации как стандартного, так и прогрессивного дезинтегрирующего оборудования по всему миру [1; 2; 3]. Однако, данные технологии основываются главным образом на дезинтеграции материала, имеющего положительную температуру. При переработке же мерзлых глинистых материалов, возникает проблема с достижением необходимой производительности установки и качества дезинтеграции.

Рис. 4. Процесс дезинтеграции и промывки высокоглинистого минерального сырья имеющего положительную температуру.  

Исследования по дезинтеграции мерзлого высокоглинистого материала проведены в пилотном скруббере (рис. 2) на материале с содержанием класса -0,071 мм от 30 до 72%. Скруббер был полностью термоизолирован и оборудован устройствами для учета тепла и механической энергии. Тесты показали, что при малом вкладе механической энергии (поступающей от вращения барабана скруббера) размораживания материала не происходит.

Данный факт объясняется не только тем, что руда имеет низкую температуру (проморожена в среднем до -1°С), но и тем, что изначально сырье является влажным (содержание воды до 15%), что существенно усложняет задачу и требует намного больше энергии на разморозку материала.

Параметр	Схема переработки: Агитационное выщелачивание руды	Раздельная переработка фракций
		Выщелачивание иловой фракции	Кучное выщелачивание кристаллической фракции	Всего при раздельной переработке фракций
Выход фракции, масс. % от руды	100	47,5	52,5	100
Извлечение Au, %	85,00	89,0 (от операции)	74,5 (от операции)	83,75
Расход NaCN	0,35	0,5	0,12	0,30
Расход CaO, кг/т	2,9	2,3	2,0	2,14
Расход шаров и футеровки, кг/т	0,59	—	—	0,29
Расход электроэнергии, кВт х ч/т	34,0	26,4	11,5	18,58

Табл. 1. Параметры переработки руды.

В результате дезинтеграции получается пульпа, состоящая из воды с температурой 0°С, большого количества тонких кристаллов льда и мерзлых глиняных окатышей (рис. 3), а также в меньшей степени из дезинтегрированного материала. При большом вкладе механической энергии, достаточном для полной разморозки материала, происходит значительное измельчение дезинтегрируемого материала, то есть скруббер начинает работать как мельница самоизмельчения. Эффект самоизмельчения руды нежелателен в данном случае, поскольку уменьшение количества кристаллической фракции приводит к перераспределению материала в сторону более дорогостоящего процесса агитационного выщелачивания и снижает экономические показатели проекта.

Рис. 5. Пилотная установка HYDRO-CLEAN®: 1 — основание; 2 — емкость для приема иловой фракции; 3 — камера дезинтеграции диаметром 200 мм; 4 — сито с размерами ячеек 1 и 2 мм; 5 — форсунка; 6 — насос высокого давления (120–200 атм.).

Таким образом, установлено, что проводить разморозку материала за счет механической энергии вращения барабана скруббера экономически нецелесообразно. Скорость передачи тепловой энергии от воды к материалу значительно выше, чем эффективность преобразования механической энергии вращения барабана скруббера в тепловую энергию. В этой связи, предпочтительнее осуществлять нагрев материала до положительной температуры и плавление льда за счет тепловой энергии воды подаваемой в скруббер. Проведенные эксперименты подтвердили данное утверждение, при этом в процессе дезинтеграции с теплой водой не происходит измельчения материала, и высокая эффективность процесса достигается при удельном расходе механической энергии близком к расходу энергии при дезинтеграции материала положительной температуры (0,9-1,2 кВт x ч/т).

Исследованиями установлено, что при содержании глины около 50% и более в исходном материале даже при положительной температуре материала наблюдается образование глиняных окатышей (комков) в количестве до 20% от массы кристаллической фракции, при этом остальной материал кристаллической фракции является промытым с примесью глины более 10%. Для разрушения окатышей в скруббере можно увеличить продолжительность обработки, либо загрузить в барабан стальные шары, однако оба варианта приведут к увеличению расхода энергии в 1,5–2 раза и измельчению материала. С другой стороны, учитывая, что кристаллическая фракция направляется на кучное выщелачивание, присутствие в ней плотно спрессованной глины может впоследствии стать причиной недоизвлечения золота из руды в штабеле. Дополнительная промывка (только для кристаллической фракции) в данном случае целесообразна, но должна быть максимально удешевлена ( на относительно недорогом и простом оборудовании с низким расходом энергии и воды). Современная технологическая разработка немецкой компанией HAVER NIAGARA г. Мюнстер для дезинтегации и промывки сырья высоким давлением воды отвечает таким требованиям.

HYDRO-CLEAN® лучше всего подходит для достижения максимально выгодных экономических показателей процесса конечного дезинтеграции и промывки сырья с одновременным достижением высоких качественных результатов.

Дезинтеграция в установке HYDRO-CLEAN®
Неполностью размороженную руду в количестве 5 тонн исследовали в корпусе ЗИФ на промышленной установке HYDRO-CLEAN® 700 еще в конце ноября 2010 г., а в сентябре 2011 г. около 300 тонн с трех месторождений.

Повторные исследования руды имеющей положительную температуру подтвердили, что при комбинировании процессов дезинтеграции в HYDROCLEAN® с промывочно-классифицирующим грохотом (рис 4.) достигается степень дезинтеграции 98% и более, даже в случае с рудой, содержащей >70% глины. При этом расход энергии на разделение руды составил 0,5 кВт х ч/т, что в 3 раза меньше чем при разделении с помощью скруббера.

Установка HAVER NIAGARA — HYDRO-CLEAN® 700 с горизонтальным промывочным грохотом UMD 1200x4500.
Заключительные испытания процесса дезинтеграции мёрзлого глинистого материала трех месторождений Восточной Сибири были проведены в начале мая 2013 г. в пилотной установке, HYDRO-CLEAN® представленной на рис. 5.

Тесты доказывают, что при переработке мерзлого материала ниже «0»°С эффективность разделения руды на фракции снижается и требуется больше времени на процесс дезинтеграции. Компактность установки и как следствие малая продолжительность нахождения материала на стадии промывки (порядка 7 с) не позволяют осуществлять полный обмен тепловой энергией между водой и дезинтегрируемым материалом. Однако этот мгновенный теплообмен компенсируется в некоторой степени эффективной энергией высокого давления воды, в резулттья между собой. Влияние которого на материал оказывает определяющую и разрушающую силу в процессе дезинтеграции.

Рис. 6. Продукты двухстадиальной дезинтеграции мерзлого материала ниже «0»: 1 — материал до дезинтеграции в установке HYDRO-CLEAN® (после скруббера); 2 — кристаллическая фракция после 2-х стадий дезинтеграции.

На основании полученных результатов сделан вывод о том, что проводить одновременно разморозку и дезинтеграцию материала в одной установке HYDRO-CLEAN® не всегда рационально в виду влияния различных физикомеханических свойств материала и степени заморозки руды. Необходим индивидуальный подход, лабораторные исследования, чтобы сделать окончательное решение стадийности дезинтеграции (возможна также 2-х стадийная технологическая схема НС-НС). Для экономии энергии при разделении руды на фракции считаем, что надо проводить подготовку руды путем прогрева, а затем применить технологию энергосберегающей дезинтеграции прогретого материала.

Для оценки рациональности двухстадиальной обработки материала выполнены пилотные тесты по отмывке руды трех месторождений в установке HYDRO-CLEAN® кристаллической фракции, выделенной из руды, предварительно обработанной в скруббере (материал был разморожен). Эффективность дезинтеграции материала после HYDRO-CLEAN® оставила более 98%! При этом наблюдалось полное отсутствие глиняных окатышей в обработанном материале (рис. 6).Расход энергии на отмывку 1 т кристаллической фракции составил 0,24–0,4 кВт х ч.

Схема дезинтеграции мерзлого материала ниже «0»
Таким образом, оптимальной для дезинтеграции мерзлой руды является в основном двухстадиальная схема с использованием на первой стадии скруббера, а на второй стадии установки HYDRO-CLEAN® (рис. 7). При этом на первой стадии дезинтеграции будет проходить разморозка материала за счет тепловой энергии воды, подаваемой в скруббер, и частичная дезинтеграция материала. На второй стадии за счет применения высокоэффективной установки будет осуществляться полная дезинтеграция материала с последующей промывкой и классификацией.

Разделение дезинтегрированного материала на фракции по классам крупности может быть осуществлено на горизонтальных вибрационных грохотах путем мокрого рассева с давлением до 5 атм. Процесс клаcсификации материала можно проводить после каждой стадии дезинтеграции. Первая стадия грохочения позволит решить две основных задачи: во-первых, вывести часть дезинтегрированного материала перед второй стадией дезинтеграции и тем самым разгрузить установку HYDRO-CLEAN®, вовторых, вывести из процесса избыток воды, которая может повлиять на процесс дезинтеграции в НС на второй стадии. Вторая стадия грохочения необходима для окончательного разделения материала на фракции.

Расчеты показали, что суммарный расход энергии на дезинтеграцию материала (две стадии дезинтеграции и две стадии грохочения) по двухстадиальной схеме в зависимости от глинистости исходной руды составит 3,5–4,5 кВт х ч/т.

Тепловые расчеты
Количество энергии, необходимой для размораживания руды, зависит от температуры руды и в большей степени от её влажности [4]. Расчеты показали, что с учетом поступления тепловой энергии с водой и от механической энергии для полного размораживания руды с влажностью 15% в скруббере требуется дополнительно 18,7 кВт х ч/т энергии от внешнего источника тепла.

Несмотря на высокий удельный расход энергии на нагрев воды, следует учитывать, что продолжительность подогрева воды составит 2–4 месяца в году, что соответственно положительно отразится на показателе удельного расхода энергии. Кроме этого, существуют следующие пути снижения расхода энергии на нагрев:

• уменьшение влажности руды. Если снизить влажность до 10% и 5%, то энергозатраты на разморозку руды снизятся до 11,4 кВт х ч/т и 4,85 кВт х ч/т соответственно;
• учитывая, что изначально добытая из недр руда имеет положительную температуру, рациональным способом ее переработки в зимний период представляется недопущение её замерзания. Данное условие может быть выполнено при условии соответствующей организации горных работ и временном исключении из технологической схемы всех промежуточных рудных складов на открытом воздухе;
• возможно применение прогрессивных способов подогрева воды, как например геотермальное тепло [4];
• нужен макс. доступный вариант второй степени дезинтеграции.

Гидрометаллургическая переработка минерального сырья и отдельных фракций руды
Выполнены исследования по выщелачиванию иловой и кристаллической фракций руды соответственно в режиме агитационного и кучного выщелачивания, также проведены исследования по выщелачиванию исходной руды. Результаты выщелачивания руды и её отдельных фракций с учетом технологических потерь при промышленной переработке представлены в таблице 1, в данной таблице также приведены прочие параметры переработки руды по двум вариантам технологии.

Рис. 7. Рекомендуемая схема мерзлого материала (руды) ниже «0» (два варианта).

Таким образом, при сопоставимом уровне извлечения золота из руды (85 и 83,75%) применение схемы с раздельной переработкой фракций позволяет существенно снизить расход реагентов (CaO на 26%, NaCN — на 14%), снизить расход шаров и футеровки более чем в 2 раза, а расход электроэнергии — на 45,4%.

Заключение

Переработка глинистой руды в условиях холодного климата требует особого подхода к выбору технологии переработки, в особенности, при низком исходном содержании золота в руде. Описанные в настоящей статье результаты работ по созданию рациональной технологии переработки таких руд показывают, что в случае применения разделения руды на иловую и кристаллическую фракции и раздельного извлечения из них золота возможно достижение высоких технологических параметров.

Особое внимание при переработке указанного типа сырья следует уделять способу разделения фракций. Разработчикам схемы удалось подобрать такую компоновку схемы и режимы технологических операций, при которых достигается низкий расход энергии и воды, высокая эффективность дезинтеграции при минимальном измельчении руды.

---

HAVER NIAGARA GmbH, Germany
Тел.: +49 (251) 9793171/86,
+7 (495) 7833448.
E-mail: m.zlatev@haverniagara.com,
a.kolomiets@haverrussia.ru

1. М. Златев. «Современные способы повышения производительности дезинтеграции золотосодержащих руд при значительном потреблении воды и электроэнергии». Золотодобыча, Иргиредмет, №4, 2012 г. Стр. 16– 18.
2. М. Златев «Замкнутый цикл обогащения песчанно-гравийных отвалов с содержанием глины». Золотодобывающая промышленность. №3, 2011 г.
3. О.В. Замятин, А.Г. Лопатин, Н.П. Санникова, А.Д. Чугунов «Обогащение золотосодержащих песков и конгломератов». Москва, Недра, 1975 г. Стр. 185– 189.
4. А.Ф. Чудновский «Теплофизика почв». Москва, Наука, 1976 г. Стр. 87 –93.
5. Х. Мюллер «Beitrag zur systematischen Untersuchung von Reinigungs- und Lа..uterprozessen», 2011.

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