Способ извлечения золота из упорных руд
METHOD FOR RECOVERING GOLD FROM REFRACTORY ORES

Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для окислительного вскрытия золотосодержащих руд и извлечения золота.
В настоящее время одной из главных задач гидрометаллургии золота в общем является интенсификация процесса извлечения золота. Второй, но не менее важной задачей является повышение эффективности извлечения золота в цианистые растворы, которые, как известно наиболее широко используются в практике.
К основным направлениям решения поставленных задач относится тонкодисперсное измельчение и повышение концентрации кислорода в выщелачивающем растворе.
Одним из наиболее распространенных способов извлечения золота из руд на сегодняшний день является цианистое выщелачивание. Процесс цианирования золотосодержащих руд протекает в присутствии и взаимодействии цианистого натрия (NaCN), воды и кислорода. В данном случае скорость растворения золота может зависеть от концентрации NaCN и кислорода.
Процессу выщелачивания, как правило, предшествует измельчение руды.
Измельчение не есть просто изменение размеров частиц, это сложный физико-химический процесс увеличения потенциальной энергии вещества и повышения его химической активности.
При выщелачивании во взаимодействие вступает только то количество кислорода, которое растворено в воде. В зависимости от состава руды возможны ситуации, когда большая часть кислорода будет расходоваться на взаимодействие с компонентами руды, а на растворение золота будет оставаться лишь малая его часть. Такой случай может привести к пассивации золота (образование пленок на поверхности, вследствие чего растворение очень осложняется) и избытку цианида, что в дальнейшем приведет к неэффективному использованию других переделов обогащения. Также от типа руды (кварц, галенит, пирит, сфалерит и т.д.), степени измельчения, уровня Ph среды и других показателей зависит скорость поглощения кислорода (Исследование процесса адсорбции кислорода сульфидными минералами измельченной руды. А.А. Колодин, В.В. Елшин, ВЕСТНИК ИрГТУ, №12, (83), 2013, с. 205-210).
Для переработки упорных золотосодержащих руд разработан ряд процессов, предполагающих как полное разрушение золотоносных руд, так и частичное изменение указанных минералов. К первым относят процессы автоклавного окисления, бактериально-химического вскрытия, обжиг, кислотно-кислородные процессы и прочие, ко вторым - мягкое атмосферное окисление материала перед цианированием. Наибольший эффект, в плане извлечения золота, позволяют получать процессы, при которых происходит полное разрушение золотосодержащих руд и золото становится доступным для последующего цианирования за счет высвобождения из «рубашки». Однако эффект существенного повышения извлечения часто сопровождается сложностью процесса, высокими затратами на приобретение и эксплуатацию оборудования.
В связи с тем, что дисперсное золото входит в состав кристаллической решетки минерала-носителя (минерал- «хозяин») даже после тонкого измельчения, ценный компонент не доступен для обработки выщелачивающим агентом, поэтому для того, чтобы извлечь инкапсулированный металл эти минералы должны быть подвергнуты глубоким методом окисления, в результате которых руда становится менее упорной для извлечения металла.
Кислород - малорастворимый в воде газ. Его концентрация в воде при благоприятных условиях не превышает 8 мг/л. При растворении золота кислород непрерывно расходуется. Обычная его концентрация в прилегающем к поверхности золотин оказывается неизмеримо ниже и в среднем составляет не более 2-3 мг/л. Для обеспечения высокой скорости растворения золота этой концентрации совершенно недостаточно. Поэтому, чтобы интенсифицировать процесс растворения золота нужно подать в зону реакции не только достаточное количество кислорода, но и избыточное количество кислорода.
Известен способ ускорения выщелачивания богатых золотосодержащих концентратов интенсивным накислороживанием золотосодержащего концентрата в растворе цианида в аппарате с циркуляцией пульпы (Дудзинский Ю.М., Сухарьков О.В., Моничева Н.В. Энергетика прямоточного гидродинамического излучателя в условиях гидростатического давления. Акустичний вестник, 2004, 7, №1, с. 44-49).
Согласно данному способу реактор, снабженный керамическим диспргатором, загружают концентратом, подают цианистый раствор для выщелачивания в реактор для проведения цианирования, включают циркуляцию раствора, включают подачу сжатого кислорода через керамический диспергатор, измеряют его расход и регулируют так, чтобы содержание кислорода в растворе было на уровне 5-10 мг/л, после чего ежечасно оценивают содержание золота в растворе. Процесс ведут до тех пор, пока концентрация золота в растворе не перестанет меняться в течение часа. По данным авторов в оптимальном режиме длительность процесса составляет 10 ч.
Известен способ извлечения золота из руд и концентратов (патент РФ 2522921, С22В 11/08, 2014), согласно котором установку по интенсивному цианированию снабжают двухлучевым оппозитным гидроакустическим излучателем, установленным перед реакционной зоной. Реактор загружают предварительно измельченным концентратом, подают цианистый раствор выщелачивания в реактор для проведения цианирования, включают циркуляцию раствора, включают гидроакустический излучатель, являющийся одновременно инжектором воздуха, после чего ежечасно оценивают содержание золота в растворе. Оппозитный гидроакустический излучатель с указанными параметрами, обеспечиваемыми при прокачке через него рабочего выщелачивающего раствора под давлением 4 атм., представляет собой источник акустического воздействия на суспензию, ускоряющего процесс выщелачивания, и параллельно обеспечивает активную аэрацию рабочей зоны, позволяющую дополнительно интенсифицировать процесс выщелачивания металла из предварительно измельченной золотоносной руды. Процесс ведут до тех пор, пока концентрация золота в растворе не перестанет меняться в течение часа. Проведенные исследования свидетельствуют, что в данном случае длительность процесса не превышает 6 ч.
Известен способ интенсификации цианидного выщелачивания методами предварительной активации интенсивным измельчением дробленого сырья с применением аппаратов планетарного действия с последующим цианированием. Способ заключается в том, что предварительно дробленую руду для механической активации измельчают в планетарной мельнице и отправляют на процесс цианирования. Высокая скорость измельчения и активации материала в них обеспечивается центробежными силами, возникающими при вращении барабанов вокруг своей и общей оси (Каменский Ю.Д., Копылов Н.И. Технологические аспекты извлечения золота из руд и концентратов (обзор зарубежных, отечественных и авторских работ) / - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. - С. 124).
Недостатком данного способа является то, что химическая активность сопутствующих минералов возрастает, что повышает расход цианида и снижает концентрацию кислорода.
В известном способе (патент РФ 2579858, С22В 11/08, 2016) последовательно подают в мельницу предварительно дробленную руду до крупности фракций от 2 мм до 4 мм, гидроксид натрия, предназначенный для создания рН среды от 9 до 11, и оборотные воды, предварительно насыщенные кислородом до 15-18 мг/дм, и подвергают измельчению при определенных концентрациях цианида в зависимости от вещественного состава обрабатываемого материала, что способствует интенсификации процесса растворения в 16-24 раза, позволит сократить продолжительность измельчения на 20-30 минут и повысить извлечение золота в раствор до 60-95% в зависимости от типа, минералогических особенностей и вещественного состава обрабатываемого материала.
Недостатками данных способов являются следующие факты: химическая активность компонентов руды возрастает, что повышает вероятность их взаимодействия с цианидом и кислородом, вследствие чего повышается расход цианида и снижается концентрация кислорода.
Известен способ извлечения благородных металлов из упорного сульфидсодержащего сырья, предусматривающий извлечение благородных металлов из упорного материала, включающий тонкое измельчение материала до крупности 80% класса менее 20 мкм, выщелачивание в щелочной среде в присутствии кислорода при поддержании рН на уровне 5-7 и температуре 60-85°С с использованием в качестве щелочных реагентов известняка и извести и последующем цианировании частично окисленного по сульфидам (до 9-20%) материала для извлечения золота и серебра (см. патент US 7488370, С22В 1/00; 11/08, 2003).
Недостатком процесса является ограничение крупности материала классом 80% минус 20 мкм и низкая степень окисления сульфидов.
Известен способ извлечения благородных металлов из упорного сульфидосодержащего сырья (патент РФ 2598742, С22В 11/08, 3/04, 2014). Сущность способа заключается в том, что концентрат подвергают сверхтонкому измельчению в бисерной мельнице до крупности 95% класса менее 10 мкм, предварительной кислородно-известковой обработке и цианированию. Предварительную обработку ведут в две стадии при температуре 75-85°С. На первой стадии пульпу окисляют кислородом до рН - 2-3, на второй - проводят известковую обработку до рН - 10,5-11,0 и далее проводят цианирование в сорбционном режиме.
Извлечение золота при цианировании - 90,3%; С; расход цианида на 1 т концентрата - 13, кг.
Недостатки:
- низкий процент излечения золота при цианировании
- процесс проводят при повышенной температуре
- процесс вскрытия руды основан на применении чистого кислорода, что требует капитальных затрат, сопоставимых по размерам с затратами на основную аппаратуру.
Задача изобретения заключается в интенсификации процесса извлечения золота и увеличении выхода золота в раствор.
Технический результат заключается в уменьшении дисперсности помола, насыщении пульпы кислородом, для его взаимодействия с компонентами руды, и избыточным количеством кислорода в зоне цианирования, что приводит к повышению вскрытия золотин.
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения золота из упорных руд, включающим сверхтонкое измельчение исходного сырья и цианирование, согласно изобретению, сырье подвергают вихревому тонкодисперсному измельчению в среде воздуха, обогащенного кислородом, полученный порошок распульповывают водой при соотношении Ж:Т=Т,5-3:1, осуществляют в замкнутом цикле кавитационное цианирования и дополнительное диспергирование при непрерывном барботаже воздухом, обогащенном кислородом, после производят разделение полученного продукта на нерастворимый остаток и золотосодержащий раствор.
Осуществляют обогащение воздуха кислородом с использованием парамагнитного разделения газов. Для этого может быть использованы: установка «Устройство для выделения кислорода из воздуха» (Патент РФ №166798, С01В 13/02, 2016) или устройство для обогащения кислородом воздуха (Патент РФ 2079233, 1996, F25J 3/00, B01D 53/00).
3
Измельчение исходного сырья проводят в среде воздуха с содержанием кислорода от 34 до 51%. Содержание растворенного кислорода в зоне цианирования поддерживают в пределах 9,2-15,8 мг/дм.
2
Разделение полученного продукта после цианирования на нерастворимый остаток и золотосодержащий раствор проводят путем фильтрования через металлокерамическую перегородку аппарата реактора под разряжение 0,8 кг/см.
Предложенная технология переработки, например, сульфидных концентратов, представляет собой комбинацию ультратонкого измельчения в воздушной среде, обогащенной кислородом, и кавитационного цианирования при непрерывном барботаже воздухом обогащенном активной формой кислорода. Процесс обладает рядом преимуществ: сера, переходящая в раствор при окислении сульфидов, осаждается в виде гипса, а осаждение железа и мышьяка протекает с образованием гетита и скородита, в результате чего последующее цианирование золота сопровождается меньшим расходом цианида натрия. Отмечается и высокая «экологичность» процесса. Исследования показали, что технология позволяет с относительно небольшими капитальными вложениями организовать переработку упорных продуктов. Возможна организация локального производства небольшой мощности, что позволит вовлекать в переработку средние и малые месторождения упорного золота.
Известно, что кавитация в жидкости наступает тем раньше, чем больше жидкость загрязнена твердыми частицами. Это обусловлено тем, что на поверхности твердых частиц адсорбируется тонкий слой воздуха, частицы которого при попадании в зону пониженного давления служат очагами, способствующими возникновению кавитации. Кавитационные пузырьки, возникающие на поверхностях диспергируемых материалов, при движении обрабатываемой пульпы деформируются. При конденсации деформированных кавитационных пузырьков возникают кумулятивные струйки, обеспечивающие интенсивное диспергирование пульпы.
В зоне кавитации возникает и захлопывается огромное количество пузырьков. Поэтому одна и та же поверхность или частица твердого тела испытывает многократно повторяющиеся импульсы механического напряжения, которые приводят к усталости и последующему разрушению этих частиц или пленок из труднорастворимых соединений (например, AgCl), образуемых на поверхностях извлекаемых металлов.
С целью интенсификации процесса окисления золотосодержащих руд и продуктов их переработки и повышения эффективности последующего извлечения золота при дальнейшем цианировании, исходя из вышесказанного, предлагается на первой стадии осуществлять опережающее физико-химическое окисление с использованием парамагнитного разделения газов и вихревым измельчением одновременно.
Для уточнения этого предположения нами были проведены исследования по влиянию (измеряется на выходе из вихревой мельницы) концентрации кислорода в воздухе на выход готового класса (1-й этап окислительного измельчения). Продолжительность эксперимента во всех опытах составила 10 мин. Использовали для исследования золотосодержащие пески (10 образцов). Проводили помол исходного материала при различном процентном составе кислорода в воздухе:
Обычном содержании кислорода в воздухе 34% - м содержании кислорода, 42%- м содержании кислорода, 51%-м содержании кислорода.
Дисперсность исходного материала D90 составляла: образец №1 - 76,525 мкм, образец №2 - 77,02 мкм.
Результаты помола показали уменьшение дисперсности материала:
- при помоле с обычным содержанием кислорода в воздухе D90 составило: образец №3 - 36,269 мкм; образец №4 - 36,269 мкм
- при содержании 34% кислорода в воздухе D90 составляло: образец №5 - 16,664 мкм и образец №6 - 16,030 мкм.
- при содержании 42% кислорода D90 составило: образец №7 - 10,195 мкм и образец №8 - 10,215 мкм
- при содержании 51% кислорода в воздухе D90 составило образец №9 - 8,546 мкм.
Образец №10 был аналогичен образцу №9. Поэтому выбран образец №9.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что повышенная концентрация кислорода в воздухе как среды, в которой происходит тонкодисперсный помол, способствует увеличению выхода готового класса, т.е. кислород может играть роль реагента, интенсифицирующего процесс измельчения. Это положительно сказывается на продолжительности 1 этапа окислительного измельчения и степени раскрытия золотин. Увеличение содержания кислорода в воздухе свыше 51% приводит к падению степени помола. Предположительно это связано с тем, что возможно на поверхности минеральных фаз образуются плотные пленки гидроксидов, которые сопротивляясь, несколько снижают скорость их разрушения.
Были проведены исследования по изучению влияния концентрации растворенного кислорода на степень вскрытия золотин на этапе 2 кавитационного воздействия. Эксперименты проведены при отношении Ж:Т=10:3, и рН среды на уровне 11,6±0,3. В эксперименте участвовали 7 образцов.
Результаты исследования представлены в Таблице на фиг. 1. Повышение концентрации растворенного кислорода увеличивает степень вскрытия золота. Это объясняется тем, что растворенный кислород, адсорбируясь компонентами руд, содержащими тонко дисперсное золото, окисляет их поверхность. Это позволяет при наложении на них минимальной работы достичь разрушения и вскрытия золотин.
Исследования на этапе 2 кавитационного воздействия и непрерывной барботации воздухом с повышенным содержанием кислорода и цианированием. Эксперименты проведены с образцами №3-№9, полученными после 1 го этапа.
Данный этап проводили при соотношении Ж:Т=1:1,9. Начальная концентрация цианида составила 0,06%, начальная рН среды - 10,3±0,3 (конечная рН - 9,5±0,3). Результаты извлечение золота в цианистый раствор представлены в Таблице на фиг. 2. Для наблюдения изменения концентрации золота в жидкой фазе во времени использовали атомный спектрофотометр SCAN
Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод, что чем выше степень окисленности и более высокодисперсный помол образца, тем более эффективно извлечение золота в цианистый раствор. Так при содержании 51% кислорода в воздухе D90 дисперсности - 8,546 мкм выход золота в раствор составил 98,