Интенсификация процессов извлечения золота и эффективная подготовка к цианированию сульфидных руд и концентратов

СИСТЕМНЫМ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИЛОЖЕНИЯ

Шумилова Л. В.

УДК 622.342

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА И ЭФФЕКТИВНАЯ ПОДГОТОВКА К ЦИАНИРОВАНИЮ СУЛЬФИДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

Развитие исследований по интенсификации гидрометаллургических процессов в последние годы ведется в нескольких направлениях. В области интенсификации выщелачивания наиболее широкое распространение получили методы представленные на схеме (рис. 1).

Большой практический и научный интерес представляют исследования, проведенные в УРАН ИПКОН РАН совместно с ИРЭ РАН, ФГУП «ЦНИГРИ» и ООО «ИЦИТ» под руководством академика В.А. Чантурия и академика Ю.В. Гуляева по разработке метода вскрытия тонкодис-

персных частиц благородных металлов за счет воздействия на руды и концентраты наносекунд-ными электромагнитными импульсами, который характеризуется высокой эффективностью, эколо-гичностью и энергосбережением.

Автором проведен анализ научных публикаций по эффективности переработки упорных руд методами кучного, кюветного и бактериального выщелачивания, а также нетрадиционных способов интенсификации процессов. На основании широкого обобщения, анализа и оценки ранее выполненных исследований, технологических и тех-

Способы интенсификации процессов цианидного выщелачивания золота из труднообогатимого минерального сырья

Химические

введение активных тионовых бактерий;

выделение новых микроорганизмов, активных при различных рН, Г;

создание

комплексных

штаммов

микроорганизмов,

позволяющих

одинаково

эффективно

прпрнплить и пагтнпо

создание

ассоциаций

микроорганизмов

Рис. 1. Способы интенсификации процессов цианидного го сырья

оптимизация концентрации растворителя и химических сосввов

- добавки ПАВ;

аэрация кислородом, углекислым взом и

сорбционное выщелачивание с вводом

активированных

Биологические

Физические

механическое

перемешивание

руды;

термическое воздействие;

сверхтонкое измельчение;

Комбинированные

- биохимическое;

- биофизическое;

- физико-химическое;

- механохимическое;

- электрохимическое;

Воздействие нетрадиционными методами

- магнитное;

- вибрационное; упругих колебаний ультразвукового диапазона;

- упругих колебаний звукового диапазона;

- электроимпульсная обработка;

- электрохимическая обработка; поток ускоренных электронов;

- СВЧ-обработка; электрогидродинамическое воздействие;

- магнитно-импульсная обработка;

- мощные электромагнитные наноимпульсы выщелачивания золота из труднообогатимого минерально-

нических разработок, а также практики переработки труднообогатимого минерального сырья в России и за рубежом сделано следующее заключение:

1) применяемые технологии кучного, бактериального и кюветного выщелачивания золота из труднообогатимого минерального сырья с использованием имеющихся способов интенсификации процесса с методами воздействия на твердую, жидкую и газообразную фазы и бактериальную культуру, не дают необходимой степени окисления минеральной матрицы, а значит и не позволяют достичь приемлемых показателей извлечения золота;

2) нетрадиционные методы вскрытия упорных золотосодержащих руд имеют недостаточную изученность и ограниченность использования из-за отсутствия аппаратурного оформления в обеспечении возможности непрерывного осуществления процесса в крупномасштабном производстве, либо имеют большие энергетические и капитальные вложения.

Потому для использования промышленного потенциала золотодобычи в полной мере, необходимо дальнейшее проведение исследований методов интенсификации извлечения золота из труд-нообогатимого сырья.

С целью интенсификации процесса окисления упорных руд и продуктов их переработки и повышения эффективности последующего извле-

чения золота при сорбционном цианировании из сульфидных руд, автор предлагает осуществлять опережающее (до бактериального) физико-химическое окисление электролитическим или фотолитическим кислородом при стадийной электрообработке пульп.

Разработанная модель переработки различных типов золотосодержащих руд с нановключе-ниями ценного компонента с использованием комбинированных методов окисления по технологии активационного кюветного и кучного выщелачивания (АККВ) представлена на рис. 2.

В зависимости от вещественного состава, руда обрабатывается соответствующими полиреа-гентными комплексами, прошедшими активацию в кюветном варианте, а крупная фракция песков направляется на довыщелачивание в кучном варианте с последующей двухстадийной сорбцией.

К основным причинам потерь ценного компонента при переработке труднообогатимого сырья с нановключениями золотаможно отнести: 1) способы механической дезинтеграции матрицы твердого сырья не обеспечивают измельчение ниже размера частиц 0,001 см и, следовательно, не обеспечивают вскрытие микронных включений золота; 2) гидрометаллургические и пирометал-лургические процессы протекают при низком электрохимическом потенциале полуволны вос-

Хвосты переработки - на Смола - на элюирование

кучное выщелачивание

Рис. 2. Модель переработки различных типов золотосодержащих руд с комбинированными методами окисления

становления, уровень которого не обеспечивает окисления, и преобразования большинства конденсированных компонентов упорной части матрицы сырья; 3) окислительный обжиг или окислительно-восстановительная плавка с парами, пылью и реакционными газами теряет золото в пределах 95-100 %.

В связи с тем, что дисперсное золото входит в состав кристаллической решетки минерала-носителя (сульфидный минерал-«хозяин») даже после тонкого измельчения, ценный компонент не доступен для обработки выщелачивающим агентом, поэтому для того, чтобы извлечь инкапсулированный металл эти сульфидные минералы должны быть подвергнуты глубоким методом окисления, в результате которых руда становится менее упорной для извлечения металла.

Ни один из существующих процессов переработки труднообогатимого сырья не обеспечивает полноты вскрытия минеральной матрицы, которая содержит компоненты с электрохимическим потенциалом полуволны восстановления более 1,4 В.

Для извлечения упорных форм золота необходимо создать достаточный окислительный потенциал в реакционной среде и на поверхности твердых частиц матрицы достаточную концентрацию окислителей с целью достижения высокого электрохимического потенциала восстановления в пределах 2,4 В.

Для извлечения золота наноразмеров (п10-9 м) из сульфидной руды необходима глубокая химическая «перестройка» кристаллической решетки, сопровождающаяся изменением (уменьшением) энергии связи золота, что требует предварительного изменения микроструктуры их минералов-носителей (в первую очередь повышения пористости и формирования сети микротрещин) и микроагрегации атомов элементов-примесей. Поэтому необходимо предварительное (перед цианированием) насыщение жидкой фазы активным кислородом (например, перекисью) для насыщения им пленочной воды, стадийной сорбции для снижения эффекта переосаждения на минералы -сорбиты первично выщелачиваемых приповерхностных форм.

При обработке минерального сырья раствором полиреагентных комплексов, который содержит сильные окислители обеспечивается гидрота-ция матрицы сырья, разрыв связи золота с минералами-носителями, окисление золота, достаточная проницаемость упорной части матрицы сырья для реакционного раствора, окислителей и ком-плексообразователей.

Для повышения извлечения сложных форм дисперсного золота и интенсификации процесса выщелачивания золота из упорных руд необходимо применять различные окислители: 1) перекись водорода; 2) приготовленный активный пероксид-но-цианидный раствор (при определенных условиях перекись водорода не окисляет цианид), что более предпочтительно с экономической точки зрения по сравнению с п. 1; 3) продуцировать ме-тастабильные пероксидно-гидроксидные и (или) пероксидно-гидроксильные комплексы (наряду с группой сопутствующих активных ион-радикальных соединений водорода с кислородом) непосредственно в жидкой фазе пульп, либо в растворах, которыми пульпа будет обрабатываться перед цианированием; 4) озон (трех атомная аллотропная форма кислорода); 5) атомарный хлор и др.

Возможно применение смеси окислителей -активированный кислород (озон, гидроксил, перекись водорода, диоксид водорода, высокомолекулярные пероксиды, атомарный кислород), которые в совокупности должны иметь электрохимический потенциал полуволны восстановления 2,4 В.

Из перечисленных химических соединений перекись водорода является наиболее уникальным окислителем, который обладает высокой окисляющей способностью и, католическим действием, активно участвует в процессах комплексообра-зования.

Окислительная подготовка пульпы наиболее эффективно может быть осуществлена за счет фотоэлектрохимической обработки пульп (как непосредственно их жидкой фазы, так и комбинированно - облучением УФ лампами или лазерами воздуха, с последующим насыщения им жидкой фазы). В наиболее простом варианте это барботаж воздухом пульпы для снижения сорбционной активности глинисто-слюдяных минералов и, соответственно, переосождение на них Аи[СК]2" из жидкой фазы пульпы.

Для интенсификации процесса окисления сульфидной матрицы необходимо кислород заменить на более активные формы, поэтому автор предлагает осуществлять предварительное окисление поверхности минеральной матрицы группой пероксидных соединений и активацией водной фазы окисляющих растворов путем насыщения воздухом, облученным УФ - лучами.

Для реализации этой идеи автором разработана теоретическая физико-химическая модель процесса комбинированного окисления минеральной матрицы труднообогатимых руд (табл. 1). Предварительное окисление в зависимости от ве-

Таблица 1

Физико-химическая модель процесса комбинированного окисления

Тип руды

Пирит -ар сен сширитовая руда или концентрат без вюпочяшя углистого вещества; сульфидно-сульфонале вая (втом числе блеклые) руды Сульфида о-сульфосолевая (сульфидно-углистая) с включениями золотоссяфжащих углистых веществ

Способ окисления

Пероксидно-цианидная подготовка Хлоридао-пероксиднаяя подготовка

физико-химическое оки слэше: РеБг+Оз+ЗНаО з+ЗЩО^ 2НаО РеЭ04-Н :Ё04-4Н; Т С15 Н^ЗСМО* (2) Ре504Ч№-23 пРейз-п Н^С^пНЛ* ^ п Ее 304+2п НзО-пЭ0 (3) НтОт^ОН' (4) фотоэлектрохимическое окисление: Оп ——>0^ —¥ 20*=0* 0 п -> 0, <13> О, + НаО -Э-2Н202(40Н*) <14> С1д—2С1* СГ+Н2 -^СГ+2Н° <16> 2С1* + 2Н° —>2НС1 (17> н'+с^->н+га* (18>

эластрализ: 1\аС1 -> + СУ СШ> №+Н20-> ИаОН + Н+ сг-»-а°дс10 -+а2 С21> с] 2 -14:аО Н -> МаСЮ - Н С1

биоокисленне: 4Ре:~-4Н+-К>1 А-13 (5) 4Ре3++2Н30+11ккал 4Ре"+ 03 А'Л'' 4Р<Г-2 О Г; 20|"+41Г-^2Нр 4 Ре304+0т+- 2Ц Й04^ А-1аГЕег(304)з+ 2Нр

предварительное сорбционное выщелачивание 2А1*Н^СХ-Н2ОК>^>Ь~-2[Аи(С^]~+20Н~ (23) сорбнп

2Э:+30^2Н,0А1" 2Нп£04 СЮ отмывка от хлора, добавляй е Н:Э04

биоокисление 4Ее>+4Н++ОаА^ 4Ее^-2Н^Ы1 ккал Сз;ЛжО10НЗ

И тоговые реакции РеЗ-т-0з-20т- НО у>"''>' > ЕеЁО^Нп £04; т ЗРе5СМ-Н*СО з -Це' ) Е& 4СОп)-2 Н+

отмывка нейтрализация деканташя: отмывка от Н1Ё04: нейтрализация и кондици ониро ванн е

кондиционирование и предварительное цианирование: 2Аи+4МаС М+1/2СМ-2Н :0= С1) 2Ха[Аи(С^]-2^0Н N3 [Аи(С а"-[Аи р N3)]" (12) ХаСХ=Ха++ОГ

предварит ельное цианирование: 2Аш4^СМ+ Ь;20т+2Н<)= 2Ха[Аи

двух стадийное сорбционное выщелачивание даухстадайное сорбционное выщелачивание

щественного состава руды осуществляется перок-сидно-цианидной или хлоридно-пероксидной подготовкой.

Комбинированные фотоэлектрохимические методы позволят синтезировать из сравнительно простых первичных реагентов - серной кислоты или гипохлорита натрия и воды ряд соединений, из которых могут быть сформированы системы окислителей и комплексообразователей, наиболее приемлемых для соответствующих дисперсных форм нахождения благородных металлов в рудах (природных сплавов, металлосульфидной, метало-сульфо-металлоидной и т.д.).

При пироксидно-цианидной подготовке пи-рит-арсенопиритовой руды или, полученных из неё концентратов и сульфидно-сульфосолевой (в том числе блеклой) руды, предлагается осуществлять предокисление с использованием «активного» кислорода в форме О3, Н2О2, ОН *, который может быть получен путем барботажа озонированным воздухом межэлектродного пространства электролитической ячейки. При облучении при-анодной зоны на аноде выделяется О2, который трансформируется в О3 и О (очень активный атом кислорода). Озон растворяется в пленочной воде, образуя Н2О2. Физико-химическая модель процес-

са представляется системой химических реакций (1-12).

Элементная сера является хорошим субстратом для гетеротрофных бактерий и входит в состав сульфидных минералов в виде S2", при биоокислении микроорганизмы используют тонкоиз-мельченные сульфиды в качестве энергетического источника. В процессе бактериального окисления минералов при протекании электрохимической реакции окисления сульфидной поверхности и под действием бактерий образуется элементная сера. Следует отметить, что для метаболизма бактериям необходима свежеобразованная сера ф-сера), которая имеет в отличие от орторомбической серы, совершенно другую кристаллическую структуру и находится в состоянии, пригодном для микробного синтеза. При выщелачивании элементная сера в виде твердого продукта окисления пирита и арсе-нопирита покрывает поверхность этих минералов, что создает благоприятные условия для дальнейшей адгезии минеральных клеток и окисления серы до сульфат-ионов.

В процессе метаболизма бактерии обеспечивается окисление промежуточного продукта -элементной серы, сдерживающей в обычных условиях развитие процесса окисления в глубинных слоях минеральной матрицы. Образуются нанос-копления элементной серы, необходимой для последующего интенсивного развития тионовых бактерий. Причем образования скоплений нано-участков элементной серы будет значительно больше.

Сущность идеи опережающей (до бактериальной) фотоэлектрохимической обработки раствора реагентов или пульп заключается в повышении их активности путем электросинтеза или фотоэлектросинтеза окисляющих реагентов (мета-стабильной перекиси водорода, гидроксил - радикала). В сочетании с серной кислотой эти реагенты производят первичное окисление железа. На второй стадии ведут собственно бактериальное окисление минеральной матрицы в среде H2SO4

Гипотеза повышения эффективности последующего биоокисления сульфидной матрицы после предварительной электроактивации водной фазы заключается в том, что интенсифицируется рост бактерий и увеличивается площадь поверхности взаимодействия живых систем (бактерий) с минеральной матрицей сульфидов, в результате чего достигается увеличение скорости окисления сульфидных минералов в несколько раз.

Таким образом, предварительное окисление минеральной матрицы позволяет обеспечить интенсификацию последующего процесса цианиро-

вания по нескольким направлениям: свежеобразованная поверхность минералов; образование эле-

-т +2

ментной серы; наличие Fe , которое накапливается в диффузионном слое пленочной воды; сорбци-онное накопление кислорода в пленочной воде; наличие активных ионов водорода (Н+).

Аналогичным образом осуществляется окисление арсенопирита. Для процесса бактериального выщелачивания ингибирующим фактором является мышьяк, входящий в состав арсенопири-та. Одним из методов интенсификации процесса в этом случае является адаптация культуры микроорганизмов к экстремально высоким содержаниям мышьяка.

Для упорных руд ряда месторождений с дисперсным золотом характерно проявление нескольких генераций сульфидных и сульфосолевых минералов. В этом случае бактериальное окисление определенными штаммами даже в случае использования его для концентратов не дает необходимой степени окисления, а значит и не обеспечивает приемлемых показателей извлечения золота, особенно для руд с углистым веществом. Органо-металлические формы дисперсного золота представляют сложность при его извлечении стандартным цианированием и требуют использования процессов окисления матрицы перед или в процессе выщелачивания.

Для интенсификации процесса извлечения золота из сульфидно-сульфосолевой (сульфидно-углистой) с включениями золотосодержащих углистых веществ предлагается хлоридно-пироксидная подготовка перед цианированием. Физико-химическая модель процесса представляется системой химических реакций (13-26).

При переработке руд, содержащих дисперсное золото, наряду с проблемами обеспечения контакта с реагентами, необходимо учитывать и эффект сорбции золото - цианового комплекса глинистыми минералами или углистым веществом, обуславливающим высокий уровень технологических потерь металла.

Глинистые минералы, особенно монтмориллонит за счет слоистой структуры, наличия конституционной воды и гидроксильной группы способны к активному взаимодействию с комплексными ионами с относительно большой энергией гидратации, в частности, с золотоциановым комплексным анионом.

Устранить недостатки экстенсивности протекания процесса БИО можно увеличением контактной поверхности, а также за счет формирования элементарной серы, как компонента питательной среды для тионовых бактерий на основе пред-

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

варительного физико-химического или фотоэлектрохимического окисления. В связи с чем, необходимо обеспечить первоначальное вскрытие суль-фидно-сульфосолевой матрицы и окислить углистое вещество высокоактивными окислителями, обеспечить наличие активной и развитой поверхности у минералов, элементной серы для последующего интенсивного развития колоний бактерий.

Комбинированное окисление руд с углисто -битумными микровключениями осуществляется хлоридными комплексами, полученными фотоэлектрохимическим методом.

На первой, предварительной стадии электрохимической или фотоэлектрохимической обработки пульп или растворов реагентов осуществляется электросинтез или фотоэлектросинтез вторичных реагентов. Последующим активирующим воздействием переменным электрическим полем или слабыми многоканальными электроразрядами на пульпу и образованный в ней на предыдущей стадии комплекс реагентов, обеспечиваются реализация системы физико-химических процессов в жидкой и твердой фазах, приводящих, в конечном итоге, к переводу дисперсного золота в растворенное состояние.

В цианидной схеме с хлоридно-пероксидной подготовкой при ультрафиолетовом облучении протекают фотохимические реакции, в первую очередь фотодиссоциация. Образуются сильные окислители минеральной матрицы (О3, ОН , Cl0, NaClO, HCl, HClO), которые интенсифицируют последующий процесс цианирования.

Полученная в результате фото- и электрохимической обработки реакционная смесь обеспечивает:

- интенсивное окисление поверхности сульфидных минералов и увеличение ее контактной площади, а следовательно, скорость последующего биоокисления;

- образование реакционно-активных сульфатных комплексов;

- активацию собственно биохимических процессов на 2-й стадии за счет роста концентрации кислорода и его активности.

После предварительной окисляющей сульфидные материалы подготовки, осуществляется доокисление тионовыми бактериями в сернокислотной среде (рН=2-3), которые вводят на носителе - шламах сульфидных минералов, с предварительным введением соответствующих солевых добавок.

При этом параллельно должен происходить рост активной поверхности сульфидных минералов и выщелачивание части золота (в форме микронных включений и интерстиций). Выщелоченное золото затем извлекается сорбентом 1. После отмывки от хлора необходима подача H2SO4 и осуществление биоокисления. Бактерии способны дезактивировать свойство углеродсодержащих соединений образовывать металлокомплексы в руде и выступать в качестве блокирующего агента. По завершении био доокисления проводится отмывка и нейтрализация, введение щёлочи или окиси кальция, цианидов и сорбционное выщелачивание, преимущественно двухстадиальное (сорбент 2).

Гипотеза интенсификации последующего цианирования после осуществления хлоридно-пироксидной подготовки заключается в том, что под действием HCl и NaClO происходит окисление сульфидно-сульфосолевой матрицы золота с развитием контактной поверхности для последующего биоокисления, благодаря чему процесс протекает в два раза быстрее обычного бактериального выщелачивания.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Лодейщиков В. В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд. Иркутск : Ир-гиредмет, 1999. Т. 1. 120 с.

2. Секисов А. Г., Зыков Н. В., Королев В. С. Дисперсное золото. Геологические и технологические аспекты. Чита : ЧитГУ, 2007. С. 269.

3. Меретуков М. А. Золото и природное углистое вещество. М. : ИД «Руда и Металлы», 2007. 109 с.