ЛИНИЯ ДЛЯ КУЧНОГО КРИОВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
LINE FOR HEAP CRYOLEACHING OF GOLD-BEARING ROCKS

Заявляемая группа изобретений относится к технологии добычи золота и может быть использована на горнодобывающих предприятиях при освоении месторождений полезных ископаемых природного и техногенного происхождения в условиях криолитозоны.
Известен способ кучного выщелачивания металлов при отрицательных температурах окружающей среды путем выемки горной массы и формированием на ее месте штабеля с чашечной поверхностью, в основании которого создается антифильтрационный слой с уложенным на нем перфорированным трубопроводом, в который подаются реагенты в режиме отсутствия объемных вод (см. Пат. РФ №2057920, М.кл. Е21В 43/28 от 15.07.93 г.).
Недостатком данного способа является его низкая эффективность в виду использования механизма миграции выщелачивающих растворов в виде пленок, двигающихся вверх к поверхности штабеля под действием температурного градиента. Кроме того, в способе не учтено влияние сопутствующих криогенных процессов, в частности, формирование сезонного слоя мерзлых пород в верхней части штабеля при его промерзании, что будет препятствовать выходу растворов на его поверхность, а также влияние многолетнемерзлых горных пород, подстилающих основание штабеля, на снижение градиента температур по его разрезу. Другим важным ограничением данного способа является гранулометрический состав минерального сырья, который должен преимущественно состоять из дисперсного материала (супеси, суглинка или глинистых частиц), по контактам частиц которых и должна происходить миграция выщелачивающих растворов.
Известен также способ кучного выщелачивания металлов из песчано-глинистых пород при отрицательной температуре окружающей среды, который достигается формированием штабеля до наступления холодного периода года и его увлажнением до полной влагоемкости, с последующим полным промерзанием штабеля при наступлении холодов. Этими мероприятиями создаются условия для образования сети зияющих морозобойных трещин с целью увеличения коэффициента фильтрации штабеля (см. Пат. РФ №2188937, М.кл. Е21В 43/28 от 26.02.2001 г.).
Недостатками способа является то, что в виду неоднородности пород образование морозобойных трещин будет приводить к формированию фильтрационных потоков выщелачивающих растворов не во всем объеме штабеля, а в его отдельных частях, что значительно отразится на снижении экономической эффективности данного способа кучного выщелачивания металлов. Кроме того, низкая скорость сезонного промерзания и оттаивания песчано-глинистых пород в условиях криолитозоны, при максимальной глубине промерзания-оттаивания от 1,5 до 2 м, будет приводить к увеличению периода подготовки штабеля, а следовательно, к снижению производительности предприятия.
3
3
Известен также способ кучного выщелачивания минерального сырья при отрицательной температуре, включающий выщелачивание дробленного и измельченного минерального сырья, содержащего сульфиды металлов, до крупности не менее 3 мм, сложенного на водонепроницаемом основании в кучу, водным раствором серной кислоты концентрацией более 1,5 г/дм, содержащим ионы трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм и антигололедные реагенты (см. Пат. РФ №2339707, М.кл. С22В 3/08 от 16.04.2007 г.).
Недостатками способа являются отсутствие данных по влиянию отрицательных температур и антигололедных реагентов на физические, водно-физические и физико-химические свойства выщелачивающих растворов, а также режимам управления процессом кучного выщелачивания минерального сырья при изменениях температур в области отрицательных их значений. Кроме того, данный способ не позволяет проводить кучное выщелачивание золотосодержащего сырья.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ сернокислотно-хлоридного выщелачивания благородных металлов из руд и материалов в присутствии гидратированного диоксида марганца, включающий дробление рудного материала, агломерацию и гранулирование дробленой руды с добавкой регенерированного диоксида марганца, получение окатышей, кучное сернокислотное хлоридное выщелачивание с получением золотого осадка (Пат. №1785536, Способ извлечения благородных металлов из продуктов их переработки. / В.А. Гуров, А.П. Мазуркевич, М.И. Фазлулин и др. Заявлено 01.09.92. Опубл. 30.12.92 // Открытия. Изобретения. - 1992 г. - №48.).
Наиболее близким решением для осуществления заявляемого способа является технология, включающая последовательно расположенные отделение крупного и среднего дробления руды, отделение секционного складирования руды и ее промораживания, установку кучного выщелачивания золота (см. Шестернев Д.М., Мязин В.П., Татауров С.Б. Исследование криогенной дезинтеграции золотокварцевых руд для интенсификации процесса кучного выщелачивания золота // Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых. №1-2, Новосибирск: СО РАН., 2006, - стр. 108-116.).
Недостатками данного способа и технологии является то, что они не позволяют проводить кучное криовыщелачивание золота и требуют значительных временных и эксплуатационных затрат на рудоподготовительные мероприятия. Ориентированность данного способа на проведение кучного выщелачивания благородных металлов только в теплый период снижает эффективность производства на горнодобывающих предприятиях, а также в случае недоизвлечения металла в летний период может приводить к нарушению технологических режимов после зимнего периода. Кроме того, данная технология предусматривает проведение только сезонных мероприятий, направленных на круглогодичную работу предприятия, но не самого процесса выщелачивания золота.
Основной задачей линии для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья является создание новой высокоэффективной энергосберегающей технологии, позволяющей решить проблему круглогодичного кучного выщелачивания золота при отрицательных температурах штабеля и выщелачивающих растворов, повысить экологическую безопасность и эффективность выщелачивания ценного компонента.
Это достигается за счет применения криодезинтеграции руд для увеличения их открытой пористости, управления концентрацией серной кислоты, используемой в качестве электролита-криопротектора, при сернокислотно-хлоридном криовыщелачивании золотосодержащего сырья в присутствии диоксида марганца, вовлечения в переработку крепких золотосодержащих сульфидных руд с содержанием золота до 0,5 г/т, а также снижения затрат на стадиях рудоподготовки и кучного выщелачивания золота в зимний и летний периоды.
Кроме того, данное изобретение является энергосберегающим за счет исключения из технологии таких затратных операций, как создание тепловых экранов на поверхности штабеля, подогрев растворов и других технических приемов, используемых для этих целей. Также данное изобретение исключает применение высокотоксичных цианидных растворов в технологических операциях.
Также важным достоинством применения данного изобретения является входящая в состав выщелачивающего раствора серная кислота, используемая в качестве электролита-криопротектора, препятствующая образованию льда.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья, включающем дробление руды, добавление регенерированного диоксида марганца в дробленую руду, кучное сернокислотно-хлоридное выщелачивание с получением золотого осадка, при этом дробленую крепкую руду крупностью менее 20 мм перед формированием штабеля кучного выщелачивания золота подвергают криодезинтеграции путем замораживания при температуре ниже -10°С с последующим ее оттаиванием до температуры более +5°С, выщелачивание проводят при положительных и отрицательных температурах рудного штабеля от +20 до -30°С с весовым содержанием серной кислоты, используемой в качестве электролита-криопротектора, более 10,5%, а после кучного выщелачивания золота штабель подвергают естественному промерзанию-оттаиванию с проведением повторной стадии кучного криовыщелачивания золота.
Способ также заключается в том, что извлечение золота при кучном криовыщелачивании минерального сырья с применением сернокислотно-хлоридного раствора в присутствии диоксида марганца рассчитывается по формуле (1) и зависит от коэффициента фильтрации
3
2
lea
ε(Т) - извлечение золота при прямом режиме выщелачивания, %; С - концентрация золота в продуктивном растворе, кг/м; t - время выщелачивания, сут; S - площадь орошаемой поверхности, м; Р - средняя масса золота в исходной руде, кг.
Последний рассчитывается с использованием формулы (2), определяющей влияние концентрации электролита-криопротектора (серной кислоты), температуры влияющей, на изменение динамической вязкости и плотности, коэффициента фильтрации и пористости руды (см. Грунтоведение / Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров Р.С. Под ред. В.Т. Трофимова. - 6-е изд., переработ. и доп. // М.: Изд-во МГУ, 2005, - 1024 с.)
3
где k(Т) - коэффициент фильтрации, м/сут; ρ, η - соответственно плотность (кг/м) и вязкость (Па·с) выщелачивающего раствора при положительной и отрицательной температурах; d - эффективный диаметр частиц, мм; S1 - число Слихтера, безразмерная величина, определяемая коэффициентом упаковки частиц.
Линия для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья, содержащая последовательно расположенные отделение дробления руды, отделение подготовки сернокислотно-хлоридных выщелачивающих растворов, содержащая серную кислоту в качестве криопротектора для выщелачивания руды при положительных и отрицательных температурах, штабель кучного выщелачивания золота с добавленным гидратированным диоксидом марганца, отделение восстановления золота, дополнительно снабжена отделением криодезинтеграции руды, установленным после отделения дробления руды, включающим камеру для водонасыщения руды, камеру для замораживания руды и камеру для оттаивания руды, установленные последовательно друг за другом с обеспечением цикличности процесса криодезинтеграции руды.
При этом для круглогодичной работы линии для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья в летний и зимний период, отделение криодезинтеграции руды снабжено установкой производства сухого воздуха и криогенной установкой для производства жидкого хладагента.
В известном способе низкая эффективность круглогодичного кучного выщелачивания в условиях криолитозоны обусловлена тем, что процесс выщелачивания золота осуществляется только при положительных температурах внутри штабеля. При этом сохранение положительных температур штабеля и выщелачивающих растворов, при наступлении холодов, требует проведения специальных мероприятий, а именно подогрев растворов, заглубление системы орошения ниже слоя сезонного промерзания-оттаивания штабеля, применение теплоизолирующих экранов и нагревательных установок для поддержания его положительного теплового состояния и других. Подобные мероприятия не обеспечивают стабильную и надежную работу всей технологической схемы кучного выщелачивания при низких отрицательных температурах окружающей среды. В результате это ведет к снижению извлечения золота и(или) промораживанию штабеля, а также требует значительных энергозатрат для поддержания работы всей инфраструктуры кучного выщелачивания золота.
2
В отличие от известного в предлагаемом изобретении повышение надежности работы кучного выщелачивания обеспечивается за счет управления концентрацией серной кислоты, используемой в качестве электролита-криопротектора, препятствующей образованию льда, при сернокислотно-хлоридном выщелачивании золота в присутствии гидратированного диоксида марганца (MnO).
2
4
4
4
+
-
2-
Данный результат достигается тем, что, в зависимости от температуры окружающей среды, штабеля и выщелачивающего раствора регулируется концентрация серной кислоты, входящей в состав выщелачивающего раствора. Добавление или уменьшение серной кислоты приводит к тому, что выщелачивающий раствор становится незамерзающим вследствие замещения достаточного количества воды в растворе на серную кислоту (HSO), которая практически полностью диссоциирует на ионы (Н, HSO  и SO ). При этом образуются сольваты - соединения частиц растворенного вещества с молекулами воды. Это приводит к тому, что для превращения молекул воды раствора в лед требуется больше энергии как на замедление движения молекул воды, так и на разрушение сольватов, в результате снижается температура замерзания раствора ниже 0°С.
Важно отметить, что с повышением концентрации серной кислоты в растворе все большая часть молекул воды оказывается связанной, что приводит к изменению физических и физико-химических свойств раствора, а как следствие, изменению кинетики выщелачивания золота.
Таким образом, управление расходом серной кислоты на одну тонну дробленой руды в зависимости от температуры штабеля и выщелачивающего раствора от +20 до -30°С с весовым содержанием серной кислоты, используемой в качестве электролита-криопротектора, более 10,5% позволяет создать оптимальные условия для кучного выщелачивания золота как в летний, так и зимний периоды без проведения дополнительных дорогостоящих мероприятий и энергозатрат.
При этом регулируется соотношение частей всех химических компонентов, участвующих в процессе выщелачивания - воды, хлорида натрия, оксида кальция, диоксида марганца. В таблице представлены диапазоны значений ориентировочного суммарного расхода реагентов на одну тонну дробленой руды для кучного сернокислотно-хлоридного криовыщелачивания золота в присутствии диоксида марганца.
При определении оптимального расхода серной кислоты в выщелачивающем растворе также учитывается коэффициент фильтрации в зависимости от изменения пористости руды в штабеле, а также геотехнологических параметров выщелачивающего раствора - температуры, динамической вязкости и плотности (см. формулу 2).
Влияние данных параметров на изменение коэффициента извлечения золота при кучном выщелачивании рассчитывается по формуле 1.
Таким образом, управление концентрацией серной кислоты, используемой в качестве электролита-криопротектора, с учетом изменений коэффициента фильтрации и извлечения золота, зависящих от пористости руды, температуры штабеля и выщелачивающих растворов, позволяет разработать более надежную и экологически безопасную технологию кучного выщелачивания. Тем самым это позволяет снизить трудозатраты и энергозатраты за счет проведения кучного криовыщелачивания золота в зимних условиях, а в целом повысить эффективность добычи золота на территории распространения криолитозоны.
Линия для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья, реализующая способ, дополнительно содержит отделение для криодезинтеграции руды, что позволяет увеличить открытую пористость руды крупностью менее 20 мм до 50% без проведения дополнительных операций дробления, сохранить оптимальный размер куска для эффективной фильтрации выщелачивающего раствора в штабеле, а также проводить криодезинтеграцию руды как в летний, так и в зимний периоды.
Камера для водонасыщения руды позволяет увеличить влагонасыщение дробленой руды, тем самым подготовив ее к процессу криодезинтеграции, который проходит в камере для замораживания руды при отрицательной температуре ниже -10°С.
Камера для оттаивания руды позволяет осуществить размораживание и обезвоживание транспортируемой руды путем ее обработки сухим воздухом.
При этом в зимний период камера для водонасыщения руды используется как для оттаивания, так и для увлажнения руды перед ее поступлением в камеру для замораживания руды.
На фиг. 1. представлена линия для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья, общий вид; на фиг. 2 - схема отделения криодезинтеграции руды, разрез А-А.
Линия для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья содержит отделение дробления руды 1, отделение криодезинтеграции руды 2, установку для производства сухого воздуха 3, криогенную установку для производства жидкого хладагента 4, отделение подготовки выщелачивающих растворов 5, штабель кучного выщелачивания золота 6, отделение восстановления золота 7.
Отделение для криодезинтеграции руды 2 состоит из последовательно установленных друг за другом камеры для водонасыщения руды 8, камеры для замораживания руды 9 и камеры для оттаивания руды 10, подающего транспортера 11, транспортерной ленты 12, системы орошения водой 13, системы орошения жидким хладагентом 14, системы орошения сухим воздухом 15, поддона для сбора воды 16.
Линия для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья работает следующим образом.
Исходная руда поступает в отделение дробления 1, после которого руда крупностью менее 20 мм направляется в отделение криодезинтеграции руды 2. В отделении криодезинтеграции руды 2 дробленая руда по подающему транспортеру 11 поступает в камеру для водонасыщения руды 8, в которой проводится ее влагонасыщение путем подачи технической воды через систему орошения водой 13. После орошения руды излишки технической воды поступают в поддон для сбора воды 16. Далее дробленая руда по транспортерной ленте 12 поступает в камеру для замораживания руды 9, в которую через систему орошения жидким хладагентом 14 подается охлаждающая жидкость (например, жидкий азот), получаемая в криогенной установке для производства жидкого хладагента 4.
В результате замораживания дробленой руды происходит процесс раскрытия полезных компонентов путем раскалывания руды по межминеральным границам без их переизмельчения в результате расклинивающего действия льда. Механизм этого процесса заключается в увеличении объема воды в трещинах руды при переходе ее в лед на 9%, что объясняется спецификой межмолекулярных взаимодействий, характерных для структуры льда, представляющей микрокристаллы, соединенные между собой водородной связью.
Затем руда поступает в камеру для оттаивания руды 10, в которой происходит ее оттаивание и обезвоживание руды. Это достигается путем обработки руды сухим воздухом, получаемым в установке для производства сухого воздуха 3 и распыляемым через систему орошения сухим воздухом 15. Далее руда направляется на формирование штабеля кучного выщелачивания золота 6.
В ходе формирования штабеля кучного выщелачивания золота в руду, прошедшую стадию криодезинтеграции, добавляется гидратированный диоксид марганца, необходимый для проведения процесса сернокислотно-хлоридного выщелачивания золота. Принцип действия данного процесса сводится к растворению в кислоте гидратированного диоксида марганца с последующим образованием элементарного хлор-иона, который наравне с элементарным хлором участвует во взаимодействии с золотом. Результатом этого процесса является растворение золота в выщелачивающем растворе.
Перед подачей выщелачивающего раствора на штабель в отделении подготовки выщелачивающих растворов 5, в зависимости от температуры окружающей среды и теплового состояния штабеля, проводится регулирование концентрации серной кислоты, используемой в качестве электролита-криопротектора, с учетом изменения соотношения всех частей химических компонентов, входящих в состав выщелачивающего раствора - воды, хлорида натрия, оксида кальция.
При этом количество серной кислоты в выщелачивающем растворе в зимний период определяется в зависимости от нижней границы отрицательной температуры штабеля и окружающей среды, что предотвращает замерзание раствора при проведении процесса кучного криовыщелачивания золота.
После штабеля кучного выщелачивания золота 6 продуктивный раствор поступает в отделение восстановления золота 7.
Завершающим этапом кучного выщелачивания золота является естественное промораживание-оттаивание хвостов выщелачивания in situ, образованных в результате выщелачивания штабеля кучного выщелачивания золота 6, после которого проводится доизвлечение золота путем повторного кучного криовыщелачивания золота с последующим обезвреживанием и криоконсервацией штабеля.
В целом представленная линия для кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья позволяет решить проблему круглогодичного выщелачивания золота на территории криолитозоны, для которой характерно преобладание среднегодовых отрицательных температур воздуха, повысить энергосбережение и эффективность выщелачивания ценного компонента, а также обеспечить экологическую безопасность за счет исключения из операций цианидсодержащих растворов.