Разработка и совершенствование технологий и оборудования по извлечению золотосодержащей амальгаммы и токсичных соединений ртути из техногенных образований

B.П.Мязин,

C.Б.Татауров

Читинский технический государственный университет

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ПО ИЗВЛЕЧЕНИЮ ЗОЛОТОСОПЕРЖАЩЕЙ АМАЛЬГАМЫ И ТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РТУТИ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

В этом докладе хотелось бы наиболее полно изложить и раскрыть все стороны проблемы связанной с современной экологической ситуацией возникшей в период интенсивного использования ртути при обогащении благородных металлов методом амальгамации, а также обобщить имеющийся материал о состоянии техногенных россыпных месторождений и предложить свои идеи для решения этой важной проблемы.

Сложившаяся в Российской Федерации ситуация в области переработки техногенных золотосодержащих месторождений привела к резкому увеличению объемов золотодобычи из россыпей. При этом легко прослеживается четкая тенденция увеличения сырьевой базы золотодобычи, в первую очередь осуществляемая за счет вовлечения в переработку техногенных месторождений, в отходах которых накоплено значительное количество золотосодержащей амальгамы.

Накопленная золотосодержащая амальгама, как готовый продукт образованный человеческой деятельностью представляет из себя сложную физико-химическую систему состоящую из золота и ртути.

На сегодняшний день четко сформулированы основные требования к технологии извлечения золотосодержащей амальгамы - повышение эффективности извлечения ценного компонента, а выдвигаемые экологические требования - предотвраще-

ние загрязнения окружающей природной среды путем утилизации токсичных соединений ртути из техногенных образований

Не претендуя на исчерпывающую полноту сведений по техногенным месторождениям, проследим историю развития способов обогащения золотосодержащих руд и песков, и прежде всего амальгамаци-онной технологии, на одном из уникальных горнодобывающем комплексе РФ - Забайкалье, который рассматривали и продолжают рассматривать, как перспективный район россыпной и коренной золотодобычи.

Первое россыпное промышленное месторождение золота в Забайкалье было открыто в 1832 г. в долине Кучертая штейгером Мартемьяновым и уже на протяжении 160 лет золотые россыпи неоднократно перерабатываются и каждый раз раскрываются новыми золотыми запасами. Обработка песков в начале XIX в. велась ручным способом и включала в себя три операции; протирка песков, промывка песков до черного шлиха и отмывка золота из шлихов.

С развитием науки и техники постепенно стали появляться более совершенные технологии извлечения благородных металлов. Во-первых, ручной труд при разработке россыпных месторождений был заменен механизированными комплексами, а во-вторых, возрождались и появлялись другие способы обогащения - флотация, циа-

шрование и как один из старых и надежах способов извлечения золота - амальгамация.

Характерно, что способность обво-1акивания ртутью частиц золота была из-зестна человеку за тысячи лет до н.э. Например жители Индии на р.Синд выкапывали на дне реки ямки, которые в дальнейшем заполняли ртутью По прошествии эпределенного времени они возвращались и собирали уже обогащенную золотом -ртуть.

Амальгамационная технология почти повсеместно была принята на вооружение золотодобывающими предприятиями, но уже на более совершенной технике переработки руд и песков

Однако длительная эксплуатация месторождений с обязательным применением ртути с XIX в. привела к тому, что во вновь вводимых техногенных месторождений ее накопилось значительное количество.

В 30- годы школой чл-корр. АН СССР проф. Плаксиным И.Н. были разработаны научные основы амальгамационной технологии, которая предусматривала обязательное применение в технологическом процессе переработки руд и песков - ртуть. Ртуть вносилась на улавливающие покрытия гравитационных аппаратов или ей натирались медные листы. Расход ртути, по данным практики, в 1937 г. составлял на бегунных фабриках Советского Союза 6 -10 г/т, а при повышенном пемзовании ртути в следствии пользования кислыми рудничными водами вызывало потерю ртути на Аскольдской фабрике (в 1925 г.) до 160 г/т и на одной из бегунных фабрик Алтай-золото (в 1933 г.) до 400 г/т. Учитывая некоторые особенности добычи благородных металлов из россыпных месторождений можно только предположить о существовавших потерях [9].

Амальгамационная технология получила широкое внедрение на объектах золотодобычи и была господствующей до тех

пор, пока не было вскрыто негативное влияние ртути на безопасность и жизнедеятельность обслуживающего персонала В итоге в 1988 году было принято запрещающее постановление Главалмаззолотом СССР о применении ртути в технологическом процессе из-за ее токсичных свойств.

Расход ртути по литературным данным [4] составлял при внешней амальгамации 2-3 г/т руды, а при измельчении руды и внутренней амальгамации 15-20 г/т. По другим данным [6] потери ртути были еще больше, например, на фабрике Хоумстейк (США) руду с 1957 г. амальгамировали последовательно в стержневых и затем в шаровых мельницах Суточная производительность фабрики составляла 4800 т и потери ртути были 6 5 г/т По видимому аналогичная картина происходила и на других обогатительных фабриках, в том числе и Забайкалья.

По результатам экспертных оценок постоянное наращивание объемов золотодобычи (за счет вовлечения в эксплуатацию труднообогатимых песков техногенных месторождений), как правило, пораженных ртутью, способствует загрязнению биологически активного слоя почвы, являющимся весьма эффективным адсорбентом ртути, в районах ведения горных работ. Происходит постепенное накапливание ртути и это приводит к тому, что ртуть в десятки, а где и в сотни раз превышает предельнодопустимые концентрации, заражая тем самым окружающую природную среду.

Имеются сведения, что в процессе разработки золотосодержащих месторождений из горных пород выщелачиваются химические элементы, которые образуют дополнительный геохимический поток. По данным Б. И. Шестакова выщелачиваемые химические элементы, в том числе и токсиканты (ртуть), фиксируются в местных водотоках вблизи ведения горных работ. Максимальное содержание их в воде превышает фоновое значение иногда в десятки - сотни

раз. Эксперименты Г.И. Махониной (1967, 1968), проведенные с помощью метода радиоизотопов, свидетельствуют о том, что растения в значительной степени концентрируют ртуть, находящуюся в растворах [12].

При этом ртуть как любое химическое вещество, находясь в течении длительного промежутка времени на месторождении претерпевает существенные изменения, переходя из одного химического состояния в другое. В природе ее фиксируют в виде сульфатных и оксисульфатных соединений - НёБОд и ^5042Н20,

растворимых в горячей и холодной воде в присутствии азотистых соединений [12].

В связи с чем нам хотелось бы отметить, что применение метода кучного выщелачивания на техногенных золотосодержащих месторождениях может привести к появлению особо токсичных соединений ртути. Например, при действии водного раствора цианида щелочного металла (№СЬ1) на соли ртути происходит образование цианида ртути по следующей реакции:

Нё504 + 2№СЫ=Нё(СМ)2+ №2504

где образуемые цианиды ртути относятся к высокотоксичным соединениям, хорошо растворимые в воде. По данным Г. Реми [2], в 100 г воды при температуре 0° содержится 8.0 г цианида ртути.

На рис. 1. приведена план-схема отработки крупных и средних техногенных россыпных месторождений от общего объема эксплуатируемых месторождений, соответственно менее пораженные россыпи сосредоточены на севере Забайкалья, где разработка месторождений не была такой интенсивной.

В техногенных россыпях золото и золотосодержащая амальгама содержится в галечно-эфельных отвалах, в результате потерь за счет морально устаревшей техни-

ки и несовершенства технологических схем при промывки.

О том какие объемы ртуги накоплены в отходах горного производства при использовании амальгамационной технологии (внешней и внутренней) можно судить по укрупненным оценкам ранее эксплуатируемых месторождений. Исходными посылками для ответа на поставленный вопрос были взяты нормативные показатели расхода ртути на 1 м? промываемых песков и объем их переработки.

Укрупненные предварительные расчеты сведены в табл. 1.

До недавнего времени амальгамация оставалась основным способом извлечения золота, и лишь в последние годы этот процесс заменяется более экологически чистыми технологиями Подтверждением этого является принятое Главалмаззолотом СССР постановление от 28.12.88 г. № 124, запрещающее применение ртути при добыче и переработке благородных металлов. Однако "ртутный синдром" весьма живуч среди старательских артелей, технология которых раньше была построена на применении этого токсичного металла.

Сравнительная оценка методов утилизации золотосодержащей амальгамы из техногенных россыпных месторождений

За время использования метода амальгамации было создано множество различных аппаратов как для самого метода, так и для улавливания амальгамы (металлической ртути) при обогащении золотосодержащих песков и руд. Применяемые технические средства на золотоизв-лекательных фабриках были очень разнообразны это, например, такие аппараты как:

• амальгамоуловитель Иргиредмета предназначавшийся для отделения амальгамы и ртути от шлихов;

Уел овны с обозн а не ни я:

¡¡¡¡¡¡¡¡¡| - приближенные территории ведения горных работ пораженных ртуГью

М 1: 7000000

Рис.1. Схема расположения техногенных месторождении Читинской области, пораженных ртутью

Таблица I

Ориентировочные данные по количеству потерянной металлической ртути

на техногенных месторождениях Забайкалья

№ Название техногенных месторождений Год отработки, год Предполагаемое количество эксплуатации месторождения Количество добытого Аи, кг Объем переработанной руды, м3 Количество потерянной нё, кг

1 Россыпь по р. Гугда с 1842 - 1930 с перерывами 2500 1000000 200

2 Россыпь по р. Большая с 1878 - 1950 с 1958 - 1977 2 987 476121 95

3 Россыпь по р. Катанца с 1883 - 1896 с 1937- 1964 с 1976-.... 3 1143 5468899 1093

4 Россыпь по р М-Долотуй с 1844- 1958 с 1963 - 80* 2 1676.7 5306012 1061

5 Россыпь по р. Сергино с 1863 - 1941 с перерывами 685.9 171475 34

6 Россыпь по р. Морозова с 1844- 1912 с 1935 - 1938 2 655 218333 43

7 Россыпь по р Аманца с 1844- 1903 с 1946- 1957 с 1976- 1979 3 469 1660176 332

• амальгаматор непрерывного действия института Унипромедь,

предназначавшийся для непрерывного процесса амальгамации,

• центробежный сепаратор ДЦС-2 ЦНИГРИ, применявшийся для доводки грубых гравитационных концентратов;

• гравитационно-амальгамацион-ные установки и др. По своим техническим характеристикам это были одни из лучших аппаратов создаваемых для извлечения благородных металлов, но избежать потерь амальгамы (металлической ртути) было невозможно.

При переработки россыпных месторождений в основном применялись амаль-гамационные шлюзы которые представляли собой желоб покрытый амальгамированными медными листами, и установленные для улавливания ртути разнообразные гравитационные ловушки.

В процессе обогащения на увеличение потерь ртути (амальгамы) влияли следующие факторы : 1) химические причины, порождающие заболевание ртути или "высыхание" её (использование минерализованной воды, примесей входящих в состав ртути (более 0.1%) меди, цинка, свинца, также обработка сульфидных и в особенности сурьмянистых руд приводило не только к повышению угла смачиваемости ртутью золота, но и к уменьшению скорости смачивания, что приводило к пемзованию ртути; 2) слишком интенсивной работы аппаратуры; 3) от механических дефектов шлюзов, несоответствия их обрабатываемой руде и отсутствия ловушек; 4) от неправильной заливки и недостатков в регулировке аппаратов; 5) от дефектов в обработке и отгонке амальгамы; 6) от небрежности в работе [9].

По публикациям ряда авторов [1,10,15] ртуть является сильно отравляющим веществом. К наиболее характерным

соединениями ртути в техногенных месторождениях относятся амальгамы Аи, А& а также самородная ртуть. Амальгамы техногенных месторождений существенно отличаются друг от друга по своим физикохимическим свойствам, количественному и качественному составу.

Химический состав образовавшихся амальгам был подвержен колебаниям, что зависело от вещественного состава перерабатываемого сырья, технологических режимов его переработки, качеством подготовки поверхности благородных минералов, химического состава ртути и других факторов

Установлено [Главалмаззолото СССР], что наличие металлической ртути (амальгамы) в техногенных золотосодержащих россыпях достигает 0 2 г/м3, и значительное ее содержание в хвостах золото-извлекательных фабрик от 0.2 - 4 0 г/тонну концентрата создает предпосылки для создания технологии обогащения (утилизации) золотосодержащей амальгамы. Улавливание золотосодержащей амальгамы повышает извлечение золота, серебра и платины Присутствующая ртуть в амальгаме дает основание к комплексному использованию сырья, что в свою очередь положительно будет влиять на экологические аспекты горного производства

Нарушение технологического режима обогатительного оборудования, химические причины порождавшие заболевание ртути и небрежности в работе приводили к существенным потерям золотосодержащей амальгамы при обогащении песков и руд. Оценка содержания золотосодержащей амальгамы в техногенных золотосодержащих россыпях и золоторудных месторождениях, весьма различна. Ориентировочный расход ртути при амальгамации кварцевой руды находился в пределах 2-6 г/т, кварцево-сульфидной руды 5 - 10 г/т и сурьмянистой 8-10 г/т, в зависимости от измельчения^].

По результатам Главалмаззолота СССР безвозвратные потери металлической ртути на драгах и промывочных приборах достигали 6 тонн в год.

Различные пороговые значения расхода ртути, очевидно, связаны с минералогическим, химическим составом руд, качеством ртути, отсутствием вредных примесей в воде и условиями работы.

Методологические основы построения технологических схем утилизации золотосодержащей амальгамы при промывке

песков

Методологические основы построения технологических схем в обогащении, базируются на известных характерных признаках для каждого минерального сырья. Подход к выбору критерии обогатимости для золотосодержащей амальгамы является одним из сложных элементов при построении технологических схем.

Рассматривая золотосодержащую амальгаму, как систему в которую могут входить не только благородные металлы, но и другие минеральные частицы, можно предположить, что в процессе амальгамации благородных металлов из руд образуются лигатуры с различными физическими и механическими свойствами.

Учитывая сложный состав золотосодержащей амальгамы нами рассматривается возможность охарактеризовать ее с позиции подхода от общего к частному, т е. попытаться отойти от бытующих представлений о золотосодержащей амальгамы - как системы «Аи-Ь^», выделяя основные физические, химические и механические свойства отдельно взятых составляющих этой системы.

Золотосодержащая амальгама

(лигатура) может характеризоваться следующими физическими свойствами: плотностью р, краевым углом смачивания 0, магнитной восприимчивостью Хм

Основываясь на классических работах И Н Плаксина и его учениках по оценке физико-химических свойств амальгамы можно выделить следующие характерные разделительные признаки: плотность и смачиваемость

1. Одним из преобладающих характерных признаков амальгамы является плотность (р).

Высокая плотность золотосодержащей амальгамы за счет входящих в систему основных компонентов золота и ртути дает основание говорить о использовании в начале технологической схемы процессов гравитации, основанных на известных гравитационных приемах извлечения золота при промывке. Причем тенденция последних лет прослеживается в применении модульных установок (приставок) закладываемых в основе технологических схем [16].

2. Следующим разделительным признаком после основной стадии обогащения при доводке шлихов является краевой угол смачивания ё.

Краевой угол смачивания является также одним из главных разделительных признаков, фундаментальные основы которого были заложены школой проф. И Н Плаксина.

Ртуть обладает уникальной способностью сплавляться с благородными металлами за счет разности свободной энергии на границе: твердый металл, жидкий металл и третья фаза (газ или жидкость) и это свойство можно также использоваться при выделении золотосодержащей амальгамы в процессе доводки шлихового продукта.

Процесс смачивания будет происходить более эффективно в том случае если на золотосодержащую амальгаму воздействовать источником электрического тока. При взаимодействии амальгамы с источником электричества, будет происходить уменьшение поверхностного натяжения за счет поляризации.

В работах И.Н. Плаксина большое внимание уделяется методу электроамальгамации или как его еще называют электро-капиллярной амальгамации как одним из перспективных методов обогащения благородных металлов. О возможности воздействия на ртуть путем поляризации ее поверхности для интенсификации процессов амальгамации посвящено большое количество работ [8,13].

Основываясь на работах И.Н. Плаксина нами рассматривается создание устройства по утилизации амальгам золота, за счет изменения краевого угла смачивания при поляризации поверхности амальгам. В этой связи нам бы хотелось особое внимание уделить трибоадгезионной сепарации. Существующий метод трибоадгезионной сепарации дает возможность синтезировать накопленный опыт и создать на базе этого метода, аппарат по утилизации золотосодержащей амальгамы, и доизвлечению тонкого золота.

Электрические методы сепарации для доизвлечение тонкого золота и утилизации золотосодержащей амальгамы не будут столь эффективны без других методов обогащения.

3. Эффективным разделительным признаком для улавливания золотосодержащей амальгамы может является удельная магнитная восприимчивость

В трудах проф. И.Н. Плаксина также упоминаются случаи образования "железных амальгам", имеющих явно магнитные свойства. На амальгамационных фабриках были известны случаи, когда в результате съемки наблюдались сильно притягивающиеся магнитом амальгамы золота. Плаксиным в 1925 г. наблюдалась на фабрике Аскольдского рудника появление "железной амальгамы". Хронологически образование железной амальгамы совпадало с исключительно большим сносом ртути [8].

Профессор Кармазин В В. и аспирант Закиева Н И в ходе полупромышленных испытаний магнитно-флокуляционного метода доизвлечения тонкого золота на участке Джермоготай, старательской артели «Горняк», обнаружили высокое извлечение амальгамы и магнитную фракцию вместе с магнетитом. Н К Колмогоров объясняет сильномагнитные свойства техногенной амальгамы захватом тонкого металлического скрапа, оседающего на стенках гидрошлюза.

Анализами было установлено, что магнитные свойства железных амальгам обуславливаются наличием в амальгаме значительного количества весьма мелкоиз-мельченного железа Образование магнитной амальгамы, очевидно, объясняется восстановлением из растворов, содержащих ионы меди, металлической меди на поверхности железных частиц и увлечение их в медную амальгаму [10].

Си + Ре —> Си + Ре

Си + СиНё

В свою очередь нами проводятся исследования по измерению магнитной восприимчивости и электропроводности золотосодержащих амальгам различных техногенных месторождений Забайкалья, с учетом особенностей их вещественного состава. Систематизация и обработка полученных материалов в дальнейшем позволит разработать варианты технологий утилизации амальгам золота.

4. Четвертым разделительным признаком уже для разделения самой системы «золото-ртуть» является температура Т °С.

Для утилизации золотосодержащей амальгамы и улавливания тонкого золота нами предлагается принципиальная технологическая схема обогащения рис. 2.

Используя основные разделительные признаки золотосодержащей амальгамы, становится возможным подойти к решению более эффективных вариантов создания экологически чистых технических средств.

I - -уровень

Рыхлые отложения

Дезинтеграция и грохочение

-30(40)+10 ВыделенЙе золотосодержащей

+30

амальгамы при обогащение на шлюзах •

-30(40)+10 -10

/ Гравитационное доизвлечетче золотосодержащей амальгамы

ТШ^ТШШтШЯ^ 1 +7 Отсадка * %

1 Хв К-т »

Магнитная сепарация

Магшттая

и.

Трибоадгезионная сепарация '

Немагнитная

—

фр-г^ия

III- -уровень

Магнитная сепарация

(А \1Hg2) * Немагнитная а

МГС'-сепарация

Хв

Ли

р-ция

^^Ш>вень

т

Те^мическа^ю^абоп^

Ли

В отвал

не

Рис. 2. Рекомендуемая схема обогагцения для техногенных россыпных золотосодержащих месторождений

Схема обогащения предусматривает извлечение тонкого золота и утилизации золотосодержащей амальгамы с применением гравитации, трибоадгезионной сепарации и магнитной сепарации (высокого напряжения). Также в схеме применены все известные способы обогащения.

После отделения золотосодержащей амальгамы в ШОУ, ее направляют на дальнейшую переработку с использованием термических методов путем дестилляции в специальных ретортах. В настоящее время известно множество оригинальных конструкций печей для выделения ртути и золота из амальгамы [9,10,14].

Таким образом на основе выполненных работ и количественной оценки содержания ртути в техногенных месторождениях, установлено, что современная технология не удовлетворяет требованиям экологической безопасности. В районах отработки техногенных месторождений создается сложная экологическая ситуация С помощью систем анализа золотосодержащей амальгамы выявлены перспективные подходы комплексного решения задачи, по повышению извлечения золотосодержащей амальгамы и утилизации ртути в технологическом процессе, при переработки техногенных месторождений.

В настоящее время в МГГУ и ЧГТУ готовится проект очистки некоторых старых техногенных россыпей Читинской области от ртути при их повторной отработке. Помимо добываемого россыпного золота методом магнитной флокуляции полностью извлекается насыщенная амальгама, которая при термической переработке разделяется на ртуть и золото.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

I Мельников В.П. Щелочно-земельные металлы и подгруппа цинка М.: Просвещение, 1977

2. Рем и Г Курс неорганической химии. М.: "Мир", 1966, 2т. с. 452 -491

3. Игнаткин К) А. По диким степям Забайкалья Чита.: 1994, 112 с.

4. Полькин С И. Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов М. "Недра". 1987, с 357 - 360

5. Замятин О В., Лопатин А.Г. Обогащение золотосодержащих песков и конгломератов М.: Недра. 1975, с 109- 116

6. Фишман М А . кленов В И. Практика обогащения руд цветных и редких металлов, т.5. М.: Недра, 1967, с. 32 - 33

7. Потемкин С.В. Благородный 79-й. М.: Недра. 1988.

8. Плаксин И Н. Металлургия золота, серебра и платины. ч.2, ОНТИ. 1932, с. 229 - 232

9. Плаксин И Н Металлургия благородных металлов М.: Металлургиздат, 1943, с. 42 - 47

10. Ивановский М.Д., Зсфаров А.П. Металлургия золота. М.. Л ОНТИ-НКТН-СССР. 1936, с. 100

11. Плаксин И Н . Кожухова М.А Известия сектора платины и др. благородных металлов. Физико-химические основы процесса амальгамации. М., Л.: Издательство Академии наук СССР. вып. 13, 1936

12. Разснкова Н И . Самойлова Ю С. Ртуть в зоне окисления. М.. Недра, 1975. 72 с.

13. В.В. Щскин. Известия сектора платины и др благородных металлов. Амальгамация платины как электролитический процесс. М., Л.: Издательство Академии наук СССР, вып. 13, 1936

14. Л.П Мацуев. Справочник по разработки россыпей. Магадан.: Отдел технической информации, 1961,223 с.

15. Краткая медицинская энциклопедия: В 3-х т. АМН СССР. Гл. ред. Б.В. Петровский - 2-е изд. -М. Советская энциклопедия. - Т. 3. Риккетсиозы -ящур. 1990, 26 с.

16. Мязин В.П., Кармазин В В., Закиева Н.И., Татауров С Б. Разработка и создание технических средств модульного типа для повышения эф-фе»стивности извлечения мелкого золота. Тезисы докладов научно-технической конференции. - Иркутск.: А/О «ИРГИРЕДМЕТ», 1996 - 18с.

© В.П.Мязин, С.Б.Татауров