Что такое упорная руда
Упорные руды золота
Упорными считают руды, цианирование которых дает неудовлетворительные технико-экономические показатели: извлечение золота ниже 90% при измельчении 0,074 мм; полнота осаждения цинком ниже 96%, расход цианида более 1 кг/т руды; сюда же относят сырье, дающее трудно сгущаемые и фильтруемые пульпы. Чисто кварцевых руд с крупным золотом и других легко цианирующихся остается все меньше, а необходимость переработки упорных руд постоянно возрастает. Среди последних различают породы с тонковкрапленным золотом или содержащие его в виде теллуридов, пирротиновые, железистые, медистые, сурьмянистые, мышьяковистые, углистые, а также включающие много тонких шламовых частиц.
Руды с тонковкрапленным золотом бывают кварцевые либо сульфидные. Первые требуют тонкого помола (до —0,04 мм), который обходится дорого; пульпы трудно обезвоживать. Расходы на измельчение и отделение растворов возрастают до 60% от общих затрат на переработку вместо обычных 30—40%. Применение самоизмельчения несколько сокращает затраты. Сульфидные руды с мелким вкраплением золота в пирите или арсенопирите флорируют. Сульфидный концентрат доизмельчают и цианируют, либо перед этим обжигают в кипящем слое. Диффузия цианида и кислорода через пористую оболочку окислов огарка протекает быстрее, чем через плотные сульфиды. Кроме того, кислород не затрачивается на окисление серы и железа в пульпе. Если окислительный обжиг не дает удовлетворительных результатов, либо золоту сопутствуют небольшие количества цветных металлов, иногда выгоднее хлорирующий обжиг с хлористым натрием или сильвинитом (KCl•NaCl) и последующее выщелачивание водой, а затем цианирование. Структура окиси железа получается более пористой, а в водный раствор удается перевести сульфаты и хлориды ценных примесей. При очень высоком содержании сульфидной серы концентрат обжигают дважды — сначала без добавки хлоридов до 2—3% серы, а затем хлорируют.
Хлоридовозгонка отличается от хлорирующего обжига более высокой температурой (до 1000°С), при которой возгоняются хлориды: АuСl3, AgCl, СuСl, РlСl2 и др., она также требует предварительного выжигания серы до 2—3%. Возгоны улавливают и выщелачивают водой, а из раствора восстанавливают золото. Недостаток этого способа —в аппаратурной и технологической сложности; пока его не применяют.
Медистые руды, сульфидные или окисленные, при обогащении которых не удается получить концентраты, пригодные для медной плавки, требуют особой переработки. Обычное цианирование здесь не выгодно из-за высокого расхода цианида.
Окисленные руды можно выщелачивать, а хвосты — цианировать. Смешанные перерабатывают по способу В. Я. Мостовича, а хвосты, если извлечение золота при флотации недостаточное, дополнительно цианируют. В других случаях, когда извлечение меди не оправдывает необходимых расходов, руду цианируют слабыми растворами NaCN (0,025%), которые быстрее растворяют золото, чем примеси, но производительность выщелачивания значительно снижается.
Сурьмянистые руды трудно цианировать из-за высокого расхода реагентов, но иногда можно при малых концентрациях NaCN и щелочи. Для связывания S 2- добавляют соли свинца или глет. Если сурьмы больше 0,5%, при прямом выщелачивании золота извлечение всегда мало. Из таких руд лучше перед цианированием отфлотировать антимонит. Выщелачивание сурьмяных концентратов растворами сернистого натрия по реакции
позволяет сконцентрировать золото в нерастворимом остатке, который легко поддается цианированию.
Упорные руды золота и серебра и проблемы их рационального использования
Основой технологии извлечения благородных металлов из руд является цианистый процесс, посредством которого добывается до 90 % золота и значительное количество серебра. Существует, однако, категория так называемых упорных руд, цианирование которых либо вообще невозможно, либо характеризуется низкими показателями извлечения металлов. Такие примеры достаточно типичны для золотодобывающей промышленности практически всех стран, являющихся основными производителями золота и серебра из рудного сырья, в том числе и для России, а также других республик бывшего СССР (Узбекистан, Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан, Армения). Таким образом, проблема рационального использования упорных руд золота и серебра не знает территориальных границ, и значимость ее с каждым годом постоянно возрастает.
Решением данной проблемы в настоящее время занимаются многочисленные научные центры и предприятия золотодобывающей промышленности в различных странах. В Российской Федерации ведущая роль в этом плане принадлежит институту «Иргиредмет» (ранее «Гинзолото»), который располагает большим опытом исследований в области технологии извлечения золота и серебра из упорных руд, и длительные годы координировал работы данного профиля в системе цветной металлургии СССР.
Первые исследования по упорным рудам золота и серебра относятся к 30-40 годам прошлого столетия и связаны, главным образом, с выявлением причин низкого извлечения золота из руд на золотоизвлекательных фабриках (ЗИФ). Исследования упорных руд наибольшее развитие получили с начала 60-х годов, после того, как Иргиредмет был определен ведущим научно-исследовательским центром страны по золотодобывающей и алмазной промышленности, и в институте была создана специализированная лаборатория обработки руд благородных металлов. Большинство исследований по упорным рудам того периода и в последующие годы проводилось под руководством и при участии автора, занимающегося данной проблемой с 1955 г. В этих исследованиях принимала и принимает участие большая группа специалистов института, многие из которых по результатам выполненных исследований подготовили и успешно защитили диссертационные работы. Постоянную помощь Иргиредмету в проведении исследований и подготовке кадров высокой квалификации по данному направлению оказывал профессор Иркутского горно-металлургического (политехнического) института И.К Скобеев.
В результате исследований, которыми охвачены практически все известные в настоящее время технологические типы и разновидности золото- и серебросодержащих руд, сформировано общее представление об упорных рудах как об особой категории минерального сырья, предложены система технологической классификации и методика экспрессной технологической оценки руд; сформулированы основные принципы обогащения и металлургической переработки упорного золоторудного сырья. Эти принципы положены в основу соответствующих технологических разработок Иргиредмета, реализованных в промышленности, а также в проекты реконструкции действующих или строительства новых золотодобывающих предприятий.
Известно, что главную проблему для золотодобывающей промышленности представляют руды и концентраты, содержащие тонковкрапленное золото и серебро в сульфидах (в основном, пиритные и мышьяково-пиритные руды). По оценке экспертов доля указанных руд составляет более 40 % мировых запасов золота в недрах. Для таких материалов Иргиредметом разработаны и предложены к реализации технологические схемы, основанные на применении цианистого процесса после предварительного механического (тонкий и сверхтонкий помол), биогидрометаллургического (бактериальное выщелачивание) и термохимического (обжиг) вскрытия золотосодержащих сульфидов. Эти технологии апробированы в полупромышленных и опытно-промышленных масштабах на рудных концентратах Дарасунского, Олимпиадинского, Нежданинского (РФ), Бакырчикского (Казахстан), Кокпатасского (Узбекистан), Зодского (Армения) и других месторождений СССР и положены в основу технологических регламентов на проектирование промышленных предприятий.
По научным и технологическим разработкам Иргиредмета на базе руд Сарылахского месторождения (Якутия) создано производство высококачественных золото-сурьмяных концентратов, позволившее полностью обеспечить потребности страны в сурьме. На Олимпиадинском месторождении (ЗАО «Полюс») по регламенту Иргиредмета впервые в СССР была внедрена технология бактериального выщелачивания.
Весьма существенным является вклад института «Иргиредмет» в развитие отечественной промышленности по переработке серебряных и комплексных золото-серебряных руд, которые в большинстве своем могут быть отнесены к категории технологически упорных (месторождения Карамкен, Дукат, Хаканджинское и др.). На построенной по разработкам Иргиредмета Карамкенской фабрике впервые в мире реализован процесс двухстадиальной ионообменной сорбции золота и серебра. Для серебряных концентратов Дукатского ГОКа и марганцовистых золото- серебряных руд Хаканджинского месторождения разработаны и рекомендованы к проектированию эффективные, не имеющие аналогов в мире, гидрометаллургические варианты извлечения благородных металлов с использованием нецианистых растворителей (тиокарбамид, растворы сульфата железа).
Типичным примером реализации разработок Иргиредмета в области переработки упорных глинистых золотых руд является освоение, впервые в мировой практике, процесса раздельного цианирования песков и шламов на самой крупной в России Куранахской ЗИФ в Якутии.
Все перечисленные выше технологические исследования Иргиредмета выполнены на уровне лучших мировых достижений и в целом высоко оценены научной и технической общественностью как внутри страны, так и за ее пределами.
Некоторые возможности переработки упорных золотых руд
Одной из тенденций развития мировой золотодобывающей промышленности, так же как и других подотраслей цветной металлургии, является планомерное снижение качества перерабатываемого сырья. Это проявляется, с одной стороны, в снижении общего содержания золота в исходных рудах, а с другой стороны, — в увеличении доли так называемого «упорного» золота, которое не может быть извлечено наиболее простым и повсеместно используемым в промышленности цианистым выщелачиванием. Основную проблему при этом создают пиритные и мышьяково-пиритные руды с золотом микронных размеров, тесно ассоциированным с сульфидами железа. Очень часто такие руды содержат сорбционно-активное углистое вещество, что еще в большей степени повышает их упорность в цианистом процессе.
В 2007 г. Иргиредметом подготовлен обстоятельный аналитический обзор, освещающий состояние и перспективы развития технологии извлечения золота из упорных пиритных и мышьяково-пиритных руд (включая их углистые разновидности) /1/. Представленные в обзоре материалы свидетельствуют о том, что современная золотодобывающая промышленность располагает целым рядом процессов и методов, позволяющих эффективно перерабатывать указанные руды с достижением высоких технологических и экономических показателей.
Наиболее проработанными и освоенными в промышленных масштабах являются варианты, основанные на предварительном вскрытии золотосодержащих сульфидов путем окислительного обжига, автоклавного окисления и бактериально-химического выщелачивания с последующим цианированием получаемых продуктов. Каждый из этих вариантов обладает своими преимуществами и недостатками, в связи с чем выбор оптимального варианта для каждого конкретного объекта (руда, концентрат) определяется исходя из особенностей вещественного состава перерабатываемого сырья, географических и экономических условий функционирования будущего предприятия.
К особенностям вещественного состава руд относятся:
— содержание, гранулометрическая характеристика и морфология золота в руде;
— характер ассоциации золота с основными рудными и породообразующими компонентами; доля исходного и «упорного» золота в руде, измельчаемой до различной степени крупности;
— массовая доля золотосодержащих сульфидов (пирит, арсенопирит) и соотношение этих сульфидов в исходном сырье;
— наличие углистого вещества, его сорбционная активность и способность аккумулировать тонкодисперсное золото (см.Золотодобыча, №116);
— присутствие карбонатов и других минеральных примесей, определяющих возможность использования «кислотных» методов вскрытия сульфидов (автоклавное и бактериальное окисление).
Перечисленные выше особенности, устанавливаемые в процессе химико-минералогических исследований руды, в сочетании с методами «диагностического» выщелачивания (рациональный или технический анализ) позволяют уже на этой стадии получить определенное представление о степени упорности исследуемого сырья и возможностях применения различных методов подготовки его к цианированию, прогнозировать показатели извлечения золота.
Окончательное заключение делают после проведения экспериментальных технологических исследований по каждому альтернативному варианту, которые должны проводиться по определенной программе с использованием принятых в мировой практике методических рекомендаций.
Географо-экономические условия функционирования предприятия включают в себя:
— местоположение предприятия, приближенность его к промышленным центрам и транспортным магистралям;
— масштабы производства и планируемые сроки эксплуатации;
— возможность кооперации с другими горно-металлургическими предприятиями, расположенными в этом же регионе (прежде всего с предприятиями цветной металлургии, например, медеплавильными заводами);
— возможность и целесообразность утилизации присутствующих в пиритных золотых концентратах серы (производство серной кислоты) и мышьяка с учетом потребностей региона и страны в целом в указанных продуктах;
— экологическая обстановка в зоне предполагаемого строительства и целый ряд других факторов, включая обеспеченность предприятия водой, электроэнергией, высококвалифицированной рабочей силой и т.д.
Влияние указанных факторов «географо-экономического» характера на эффективность производства и выбор оптимального варианта металлургической переработки сульфидного золоторудного сырья проиллюстрировано в представленном Аналитическом обзоре на примере многочисленной группы промышленных предприятий, осуществляющих переработку упорных золотых руд по различным технологиям.
При этом важно отметить, что все три отмеченные выше варианта подготовки такого типа руд к гидрометаллургической переработке (обжиг, автоклавное окисление и биохимическое выщелачивание сульфидов) обеспечивают на одном и том же сырье, как правило, близкие показатели извлечения золота и характеризуются вполне сопоставимыми удельными материальными и энергетическими затратами на производство единицы товарной продукции. Поэтому именно географо-экономические факторы в данном случае могут иметь определяющее значение.
Существенным моментом при выборе оптимальной технологии переработки упорных золотых руд является планируемый на данном предприятии способ ведения горных работ.
В одном из докладов на Международном симпозиуме по обработке золотых руд (Канада, 2005) представлены интересные статистические данные, увязывающие себестоимость переработки золоторудного сырья, в том числе технологически упорного, с производительностью предприятия и применяемыми на нем системами добычи руды /2/. Эти данные позаимствованы из опубликованных ежегодных докладов различных горных компаний за 2004 г. Они показывают, что наибольшее значение определение рационального способа переработки руды или концентрата приобретает при открытой добыче руды, когда эксплуатационные затраты по обогатительно-металлургическому комплексу существенно превышают таковые по горному цеху. В случае подземной добычи руды, особенно в условиях маломасштабного производства, затраты на добычу руды значительно превышают затраты на ее переработку. Поэтому основной акцент при изучении возможности улучшения экономических показателей на таких предприятиях делается на снижение стоимости горных работ.
При больших объемах производства благоприятные возможности в плане снижения общих затрат обычно ассоциируются с «фабричной» технологией, тем более в случае переработки упорных руд. В таких условиях доля затрат на переработку руд (обогащение, металлургия) может достигать 80%, и основные резервы улучшения экономических показателей работы таких предприятий во многом определяются эффективностью применяемых на них технологий извлечения золота из руд.
Опыт работы многочисленных золотодобывающих предприятий показывает, что в большинстве случаев пиритные золотые руды хорошо подвергаются флотационному или гравитационно-флотационному обогащению. Это позволяет сконцентрировать более 90% золота в небольшом по объему количестве концентрата, с выходом последнего от 150 до 250% (в среднем 200%) от суммарной массовой доли сульфидов в исходной руде. Отсюда вытекает целесообразность применения к таким рудам технологии механического обогащения с получением отвальных по золоту хвостов и концентратов, подвергаемых металлургической переработке.
Тем не менее, в практике извлечения золота из упорных пирит-арсенопиритовых руд имеется немало примеров, когда на металлургическую обработку направляются не концентраты, а исходные, то есть необогащенные руды. Это связано не только с увеличением сквозного извлечения металла из руды за счет исключения потерь металла при флотации, но и снижением суммарных эксплуатационных затрат по «перерабатывающему» комплексу в целом, когда для достижения высоких показателей извлечения металла в цикле обогащения требуется применение сложных многостадиальных схем с большим набором обогатительного оборудования, включение в схему дополнительной операции цианирования хвостов обогащения, либо, наконец, создание систем раздельного хранения технологических отходов обогатительного и металлургического переделов.
В подтверждение вышесказанному можно сослаться на тот факт, что из 9 действующих в мире промышленных установок по автоклавному окислению пиритных и мышьяково-пиритных золотосодержащих материалов 5 практикуют переработку этим способом необогащенных руд и только 4 применяют данную технологию к флотационным концентратам. Аналогичная тенденция наблюдается и на предприятиях, применяющих окислительный обжиг, где в последние годы создано несколько крупномасштабных, производительностью от 0,5 до 4 млн.т в год, промышленных установок по обжигу исходных руд.
В принципе, такой подход приемлем и в случае применения к упорному золоторудному сырью и биогидрометаллургической технологии при условии, что продолжительность процесса бактериального выщелачивания, определяемая по количеству биоокисляемой сульфидной серы, будет значительно снижена по сравнению с переработкой флотационных концентратов, а система охлаждения пульпы, нагреваемой за счет экзотермических реакций окисления сульфидов, соответственно упрощена.
Необходимо отметить, что при выборе оптимального варианта металлургической переработки упорных золотых руд и концентратов учитываются не только существующее технолого-аппаратурное оформление и показатели того или иного процесса, но и возможности дальнейшего усовершенствования данного процесса с целью повышения его эффективности и экологической безопасности.
Применительно к обжиговой технологии это связывают, например, с применением для обжига руд кислорода вместо воздуха и созданием компактных и относительно недорогих систем пылегазоочистки, обеспечивающих требуемые санитарные нормы.
Интересные перспективы усматриваются в процессом окислительного обжига крупнокусковых руд (порядка 30 мм) с использованием, например, обычных прокалочных печей. Считается, что в некоторых случаях такой вариант может оказаться достаточно эффективным, допуская возможность последующего выщелачивания золота из обожженного материала в режиме кучного цианирования. Особенно это касается высококарбонатных руд, которые непригодны для переработки «кислотными» методами, например, биоокислением.
Основными направлениями усовершенствования бактериально-химического процесса следует считать:
— применение агитаторов нового типа, позволяющих производить аэрацию пульпы без применения специальных воздуходувок и тем самым существенно снизить энергозатраты;
— использование в цикле бактериального выщелачивания комбинаций мезофильных и термофильных бактерий, предупреждающих или ограничивающих до минимума образование тиоцианатов при последующем гидрометаллургическом извлечении золота;
— применение различных вариантов кучного бактериального выщелачивания руд и рудных концентратов.
Что касается автоклавной технологии, то главное внимание в последнее время направлено на создание и использование новых конструкционных материалов для изготовления наиболее ответственных деталей автоклавов с целью повышения надежности и безопасности их работы, а также на совершенствование систем нагрева и охлаждения пульпы до и после автоклавирования. Немаловажное значение при этом имеет осуществление мероприятий по повышению коэффициента использования кислорода, в том числе за счет вывода из газовой фазы «балластных» примесей (CO2 и др.).
В заключение необходимо коснуться перспектив использования некоторых альтернативных методов переработки упорных золотосодержащих руд и концентратов пирит-арсенопиритового типа. К таким методам могут быть отнесены:
— цианирование после «сверхтонкого» помола или азотнокислого выщелачивания сульфидов;
— высокотемпературное (безавтоклавное) хлоринационное выщелачивание — гидрохлорирование;
— плавка с медным или свинцовым «коллектором».
Сущность перечисленных методов и возможности их промышленного применения в золотодобывающей отрасли достаточно подробно описаны в монографиях /3,4/, многочисленных зарубежных и отечественных журнальных публикациях, а также в материалах различных международных конгрессов, конференций, симпозиумов.
Создание в последние годы промышленных мельниц специального назначения (SAM, ISAMILL и др.), позволяющих осуществлять измельчение рудных материалов до «микронной» крупности, открывает новые возможности для применения технологии сверхтонкого помола как метода механического вскрытия дисперсного золота из сульфидов или продуктов их окисления. Эффект от применения данного технического приема может быть усилен за счет протекания при данном способе измельчения различных механохимических процессов, способствующих разрушению кристаллической решетки сульфидов и освобождению связанного с ними дисперсного золота. Однако эти же механохимические процессы могут вызвать серьезные проблемы как в цикле цианирования, так и при последующей химической очистке сточных вод и хвостов гидрометаллургического процесса, в связи с образованием большого количества примесей, переходящих в цианистые растворы и вызывающих повышенный расход растворителя — NaCN. Данный факт в сочетании с высокими энергетическими затратами может сделать процесс «сверхтонкого» помола сульфидных материалов неприемлемым как с технологической, так и с экологической точки зрения.
Маловероятным, по крайней мере в ближайшие годы, представляется и широкомасштабное использование в мировой (и тем более в российской) золотодобывающей промышленности различных вариантов азотнокислого выщелачивания пиритных и мышьяково-пиритных руд и концентратов перед их последующим цианированиeм (NITROX, ARSENO, REDOX). Главными причинами этого следует считать сложность аппаратурного оформления, высокую токсичность процесса (связанную с образованием при выщелачивании ядовитых паров оксидов азота) и трудности регенерации расходуемой азотной кислоты, относящейся, как известно, к числу коллективных растворителей для большой группы минеральных компонентов.
По аналогичным причинам не может быть признан рациональным метод переработки пиритных золотых концентратов с применением высокотемпературного хлоринационного выщелачивания (процессы INTEC COPPER, INTEC GOLD, HYDROCOPPER). Данный способ обладает определенными перспективами как альтернатива пирометаллургическим процессам извлечения меди (а также и золота) из халькопиритовых концентратов и в этом плане заслуживает самого пристального внимания. Не исключено, что горячее гидрохлорирование может найти применение и при переработке некоторых золотосодержащих концентратов с преимущественной арсенопиритовой минерализацией, поскольку растворение FeAsS (как и халькопирита) протекает в относительно «мягких» режимных условиях. Что же касается пиритных концентратов, то они в данном процессе проявляют повышенную технологическую упорность и их переработка только с целью извлечения золота связана с большими затратами, которые могут окупаться лишь при высоком содержании металла в исходном сырье.
Малоперспективным для пиритных золотых концентратов следует признать и хлоридовозгоночный обжиг (с переводом золота в газовую фазу и его последующим улавливанием из возгонов водными растворами). Основным объектом применения процесса хлоридовозгонки остается комплексное сырье, содержащее, наряду с золотом, другие цветные металлы и допускающее возможность утилизации присутствующих в этом сырье серы и железа.
Более реальной представляется пирометаллургическая переработка концентратов (плавка с коллектором). Однако наиболее приемлемым вариантом в данном случае остается передача этих концентратов на действующие медеплавильные заводы при соблюдении взаимовыгодных для производителя и потребителя этих концентратов условиях. Организация такого пирометаллургического процесса непосредственно на золотоизвлекательных фабриках, особенно при небольших масштабах производства, как показывает мировой опыт, представляется нерациональной.
Естественно, что представленные выше выводы и рекомендации носят предварительный характер и не могут восприниматься как «абсолют». Тем не менее, они должны учитываться при решении проблемы переработки упорных золотых руд и концентратов с пирит-арсенопиритовой минерализацией, планируемых к производству на предприятиях российской золотодобывающей промышленности.
1. Лодейщиков В.В. Извлечение золота из упорных сульфидных и углисто-сульфидных руд: Аналитический обзор.-Иркутск; ОАО «Иргиредмет», 2007. — 183 с.
2. McMullen J., Goode J.R. and Kondos P.D. The Recovery of gold from low Grade and Refractory Ores. What´s next?//Processing of the Int.Symp. On the Treatment of the Gold Ores/August 21-24, 2005, Calgary, Canada/.P.353-372.
3. Innovations in Gold and Silver Recovery: Phase IV // Randol.-Colorado:Randol Intern.Ltd, 1992.