Повышение эффективности технологии кучного выщелачивания золотосодержащих руд

© И.А. Яшкнн, Ю.М. Овсшников, П.Б. Авдссв, 2014

УДК 622.277

И.А. Яшкин, Ю.М. Овешников, П.Б. Авдеев

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД*

Проанализирована деятельность предприятий Забайкальского края, разрабатывающих золоторудные месторождения методом кучного выщелачивания. Для интенсификации процесса выщелачивания глинистых и шламистых руд описывается опыт применения взрывного рыхления рудного штабеля. Предложен способ взрывного рыхления штабеля кучного выщелачивания, позволяющий предотвратить повреждаемость противофильтрационного основания из полимерной пленки и одновременно повысить эффективность рыхления руды в полном объёме штабеля. Предложены конструкции противофильтрационных оснований для эксплуатации их в суровых природно-климатических и экстремальных условиях эксплуатации, позволяющие полностью исключить опасность загрязнения окружающей среды. Ключевые слова: месторождение золота, технология кучного выщелачивания, способ взрывного рыхления рудного штабеля, конструкции противофильтрационных оснований.

Прогрессивная технология кучного выщелачивания (КВ) золота применяется с 90-х годов прошлого столетия в 11 регионах России - от Урала до Дальнего Востока. За последние 25 лет введено в эксплуатацию более 30 промышленных (опытно-промышленных) установок КВ золота за исключением уже закрытых и законсервированных.

Объемы добычи несмотря на снижение цены на золото возрастают. За весь период промышленного применения КВ они увеличились от 0,3 т в 1994 г. до 18,5 т в 2012-м. Доля золота, добытого кучным выщелачиванием, в общей добыче его по России возросла за эти годы от 0,2 до 9,2 %. Всего по технологии КВ в России к 2013 г. добыто около 155 т золота. Темпы освоения КВ в России недостаточно вы-

сокие по сравнению с другими ведущими золотодобывающими странами из-за особенностей структуры и условий золотодобычи в стране. Внедрение КВ сдерживают суровый климат в большинстве регионов и большое количество золотоносных россыпей, из которых добывается почти 50 % золота.

Ежегодно в эксплуатацию вводится от одной до трех установок КВ. Производительность установок — от 25-50 тыс.т в год для выщелачивания богатых руд с содержанием золота 9-35 г/т руд до 0,8-1,0 млн т для более бедных руд с содержанием золота 0,9-1,5 г/т. Извлечение золота составляет от 50% (хвосты обогащения Кочкарского месторождения, крупнодробленые руды Бамского месторождения) до 86% (руды Майского месторождения), и в среднем для большинства установок

*Работа выполнена в ходе реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства «Создание комплексной технологии отработки беднобалансового уранового сырья геотехнологическими методами» при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России).

оно составляет около 75 %. Большинство из эксплуатируемых установок, в том числе расположенных в регионах с суровым климатом, являются высокорентабельными. Добыча золота по технологии КВ достигает 8-10 кг в год на одного работающего. Срок окупаемости капитальных вложений составляет 1,0-2,5 года, чаще - 1,5 года.

Успешное применение кучного выщелачивания урановых руд в АООТ "ППГХО" и опыт освоения технологии КВ золота на ряде месторождений России позволяют осваивать и совершенствовать ее при разработке золоторудных месторождений в специфических природно-климатических условиях Забайкалья. Перспективы применения технологии КВ на объектах Забайкальского края весьма значительны. Это обусловлено наличием большого числа месторождений с невысоким содержанием рудного золота, а также мелких месторождений с промышленным содержанием, но находящихся в отдаленных местах от транспортных магистралей. В табл. 1 представлены проектные и эксплуатационные технико-экономические показатели КВ на золоторудных месторождениях Забайкалья.

Однако технология КВ при всех своих преимуществах имеет ряд недостатков, ограничивающих область ее применения. Невысокое извлечение металла на уровне 50-80 % по сравнению с регламентным по лабораторным данным - 85-95 % и сравнительно высокая продолжительность процесса -от 30 сут до 1-2 лет обусловлены физико-химическими свойствами руды. При выщелачивании не извлекается золото, заключенное в кварце и тонков-крапленное золото в пирите. Руды, содержащие арсенопирит, халькопирит и другие сульфидные минералы меди и сурьмы, требуют повышенного расхода цианида. Затруднено выщелачивание глинистых и шламистых руд, наличие

которых в результате кольматации резко снижает просачивание раствора через слой руды, а иногда полностью останавливает процесс. При лабораторных исследованиях, а в некоторых случаях и при опытно-промышленных испытаниях получены хорошие результаты по применению технологии окомко-вания золотосодержащих руд цементом в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), способствующих коагуляции и флокуляции - полиакрилами-да, полифункциональных полимеров и полиэлектролитов, введение которых позволяет увеличить коэффициент фильтрации в 1,3-1,4 раза.

Применение синтетических структу-рообразователей удорожает процесс окомкования руды, поэтому предложено применять природные высокомолекулярные соединения на основе гуми-новых кислот, позволяющих увеличить коэффициент фильтрации в 2-2,7 раза (на бедных карбонатных урановых рудах в 1,3-1,5 раза), повысить извлечение золота на 12,4-46,6 %, урана на 14-15 % и сократить продолжительность выщелачивания в 5,5 раз [1, 2].

На кафедре «Открытые горные работы» ЗабГУ с 1995 г. ведутся исследования по интенсификации процессов КВ непосредственно в рудном штабеле с применением преимущественно геомеханических (геотехнологических) и теплофизических методов и по разработке высоконадежных конструкций противофильтрационных оснований рудного штабеля. На основе анализа множества технических решений предложена классификация способов управления процессами кучного выщелачивания [3]. Разработаны способ кучного выщелачивания руд с применением фракционированного формирования рудного штабеля и теплофи-зических средств управления теплообменом в летний и зимний периоды (пат. РФ 2283879) и высоконадежная конструкция основания рудного штабеля (пат. РФ 2146762).

Таблица 1

Проектные и эксплуатационные технико-экономические показатели КВ на золоторудных месторождениях Забайкалья

Месторождение, год разработки проекта Запасы Разработчики технологического регламента и рабочего проекта Технология сорбции КВ Извлечение, %

руда, ТЫС.Т содер-жание, г/т металл, кг по проекту факт.

Берданиха, (1995): - 1-ая очередь - 2-ая очередь 585 4482 4,36 3,48 2558 15605 АО «Иргиредмет», ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроеет», АОЗТ а/с «Саяны» ЦС'' н/д н/д

Козловское, (1996) 692 15,60 10800 НИПИ АООТ «ППГХО» ЦС 85,1 12,90

Любовь (1996) 940 2,10 1948 АО «Иргиредмет», «Сибгипрозолото» н/д н/д

Дельмачик, (1997) 1454 4,40 5247 АО «Иргиредмет>, «Сибгипрозолото» АУ 84,7 59,84

Итакинское (Малеев-ский участок), (2000) 510 4,09 2088 ЗабНИИ, ОАО «Забайкалцвет-метНИИпроект» АУ н/д 68,86

Экспериментальный полигон Солкокон, (2002): -окисленные руды (прогнозные запасы) -первичные (ресурсы) -на флангах (ресурсы) -в 40...50 км от площадки КВ (ресурсы) 834 2503 5505 4,00 3,70 3342 9400 21000 134000 ГЕОТЭП, ОАО «Забайкалцвет-метНИИпроект» АУ 68,6 н/д

Амазарканское (2003) 2198 2,49 5467,2 АО «Иргиредмет>, ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроекг» ЦС н/д 75

Погромное (2005) 1500 2,09-1,815 2283,9 ОАО «Иргиредмет> АУ н/д 79

Савкинское (2007) 2901 2,03 5892,6 ЗабНИИ, ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроекг» АУ 86,4

*) - технология сорбции: ЦС - на цинковую стружку; АУ - на активированный уголь

Рис. 1. Способ взрывного рыхления штабеля при кучном выщелачивании руд:

1 - штабель руды; 2 - взрывные скважины; 3 - нижнее внутрискважинное инициирующее устройство с замедлением 50 мс; 4 - верхнее внутрискважинное инициирующее устройство с замедлением 0 мс; 5 - поверхностное инициирующее устройство с замедлением 42 мс; 6 -стартовое инициирующее устройство с замедлением 0 мс; 7 - пусковое устройство; 8 - забойка; 9 - верхний заряд ВВ; 10 - шашка; 11 - пористый материал между зарядами; 12 -нижний заряд ВВ; 13 - пористый материал в нижней части скважины, 14 - защитно-дренажный слой; 15 - гидроизолирующий слой из полимерной пленки; 16 - грунтовый экран

Перспективным направлением интенсификации КВ металлов непосредственно в рудном штабеле является применение механического и в особенности взрывного рыхления. Впервые взрывное рыхление рудного штабеля выполнено под руководством проф. В.Н. Тюпина на Козловском золоторудном месторождении во время проведения опытно-промышленных работ по КВ [4]. Параметры буровзрывных работ (БВР) рассчитывались из условия не повреждения противофильтрацион-ного пленочного экрана (ПФЭ), а также сейсмической безопасности сорбцион-ной установки. В результате выполнения взрыва содержание золота в продуктивных растворах в первые сутки после возобновления орошения увеличилось в 5...8 раз и поддерживалось на этом уровне в течение 20 суток после взрыва, а затем вновь стало снижаться. Содержание серебра увеличилось в 3. 4 раза и поддерживалось на этом уровне более 50 суток.

Недостатком взрывного рыхления рудного штабеля по традиционным схемам БВР является опасность повреждения ПФЭ, а также переуплотнение руды ниже зарядов ВВ, что замедляет процесс выщелачивания. Авторами предложен способ взрывного рыхления штабеля КВ (пат. РФ 2283879), позволяющий предотвратить повреждаемость ПФЭ из полимерной пленки и одновременно повысить эффективность рыхления руды в полном объёме штабеля (рис. 1).

Технический результат достигается тем, что бурение скважин производят до защитно-дренажного слоя. В скважинах размещают рассредоточенные заряды низкоплотных ВВ, при этом в нижней части скважины и между зарядами размещают пористый материал, например пенополистирол. Взрывание зарядов производят с замедлением от верхнего заряда к нижнему заряду.

Щадящая технология взрывания скважин рассредоточенными зарядами с применением пенополистирола позволяет значительно снизить давление на ПФЭ за счет интенсивного гашения ударных волн пористым материалом. Рассредоточенные по скважине заряды рыхления ВВ эффективно разрыхляют горную массу в штабеле, в результате чего интенсифицируется выщелачивание за счет создания новых или раскрытия имеющихся трещин и пор по всей высоте штабеля. Для инициирования зарядов целесообразно использовать неэлектрическую систему СИНВ, позволяющую повысить безопасность работ и точность интервала внутрискважин-ного замедления, что имеет существенное значение для управления процессом взрыва.

Механизм воздействия взрыва на штабель руды не изучен и, вероятно, обусловлен развитием микротрещин в кусках и проникновением раствора в эти трещины под влиянием капиллярных сил, в том числе ультразвукового капиллярного эффекта, усиления межмолекулярного взаимодействия и др., что подтверждается стойким возрастанием выхода раствора до определенного максимума в течение нескольких дней после взрыва. В работе [5] отмечено увеличение выхода раствора на 10-12 % через 2-3 дня после производства массового взрыва на карьере Мурунтау вблизи установки КВ, что объясняется автором снижением сцепления жидкой и твердой фаз в штабеле руды и уменьшением количества раствора в поровом пространстве. Следовательно, при обосновании параметров буровзрывных работ нет необходимости назначать удельные расходы ВВ из условия рыхления всего рудного штабеля, а достаточно применить микровзрывание, например, с применением заря-

дов из нескольких нитей ДШ или из одной нити ДШ повышенной мощности - 20-40 г/м.

Использование токсичного растворителя - цианида натрия в технологии КВ золотосодержащих руд предъявляет высокие требования к надежности конструкций противо-фильтрационных оснований (ПФО) для КВ, позволяющих избежать экологических угроз. Разработанная конструкция ПФО (пат. РФ 2146762) предназначена для установок КВ в суровых природно-климатических и экстремальных условиях эксплуатации (морозное пучение глинистых оснований, высокая сейсмичность, взрывное рыхление штабеля КВ). Конструктивной особенностью ПФО является использование гидроактивного герметика, размещенныого между гидроизолирующими слоями, при этом защитно-дренажные слои расположены над и под гидроизолирующими слоями и выполнены из геотекстильного материала объемной плотностью 90.150 кг/м3.

Гидравлическими расчетами показано, что конструкция ПФО с гидроактивным герметиком в сравнении с типовым ПФО эффективнее по времени промачивания растворами при штатном режиме в 5 раз, при аварийном - в 313 раз, удельные фильтрационные потери растворов через основание при штатном режиме в период промачивания экрана меньше в 5 раз, в процессе установившегося режима в 1,7 раза, при аварийном режиме в процессе установившегося режима в 33 раза [6].

Недостатком предложенной конструкции ПФО является ухудшение гидроактивности герметика при длительной эксплуатации установки КВ. Усовершенствованный вариант конструкции ПФО обеспечивает экологически чистое выщелачивание руд,

Рис. 2. Противофильтрационное основание штабеля с гидроактивным герметиком и минеральным гидрофильным сорбентом:

1 - выщелачиваемый материал; 2 - коллектор подачи токсичных растворов; 3 - система орошения кучи; 4 - верхний защитно-дренажный слой волокнистого материала; 5 - верхний гидроизолирующий слой; 6 - слой герметика; 7 - нижний гидроизолирующий слой; 8 - нижний защитно-дренажный слой из минерального гидрофильного сорбента; 9 - коллектор сбора технологического раствора; 10 - грунт

как в обычных, так и в особо сложных инженерно-геологических, геокриологических и сейсмических условиях и при длительном (несколько лет) сроке эксплуатации (рис. 2). Это достигается тем, что в основании нижний защитно-дренажный слой отсыпают из минерального гидрофильного сорбента с положительно заряженной поверхностью минерального скелета. Отсыпка дренажного слоя из минерального гидрофильного сорбента с положительно заряженной поверхностью минерального скелета позволяет адсорбировать отрицательно заряженные молекулы токсичного раствора и препятствовать проникновению его в грунт и подземные воды. Степень очистки повышается за счет увеличения адсорбционной способности сорбента анионита - природного клиноптилолита, обработанного последовательно серной кислотой и раствором сернокислого железа.

Авторами разработана конструкция ПФО, позволяющая полностью исключить опасность загрязнения окружаю-

щей среды. Сущность конструкции заключается в том, что в защитно-дренажном и дренажном слоях размещают сетки-электроды, на которые подают постоянный ток с полярностью минус на верхней сетке-электроде (катод) и плюс на нижней сетке-электроде (анод). В качестве дренажного слоя рекомендуется использовать смесь песка и соли - галита или сильвинита (рис. 3).

При подаче постоянного тока с полярностью минус (катод) в защитно-дренажном слое на верхнюю сетку-электрод существенно снижается взаимодействие токсичных цианидных комплексов с гидроизолирующим слоем из полиэтиленовой пленки за счет одноименных между собой зарядов и тем самым снижается проникновение циа-нидных комплексов в окружающую среду даже при локальных разрывах полиэтиленовой пленки.

Электролиз в защитно-дренажном и дренажном слоях позволяет разрушить цианиды и их комплексы при проникновении через локальные разрывы в гидроизолирующем слое рабочих растворов в дренажном слое. При этом в процессе электролиза на аноде происходит электрохимическое окисление ионов цианида и их комплексов до малотоксичных и нетоксичных продуктов (цианаты, карбонаты, диоксид углерода, азот), а на катоде происходит выделение катионов металла.

Использование в качестве дренажного слоя смеси песка и соли позволяет ускорить и облегчить процесс анодного окисления цианидов при одновременном снижении расхода электроэнергии

г

Ng| . ' 1 ' . '.4 - Щ .  i '. T 1*  I-" "H\ ' * l.\\ -Av t- '.r\y 5

\ г ' I. [ „ fr 41.. k  -U-.£ Av г r/t ./|U Г1

- -J: Wi ж->у-т f

ШУ/Шш >)////. -/// m m m vi TV Vi W W Vi IV Я m 7/A/^'X k'k'V A s'in warn1 vi

Рис. 3. Противофильтрационное основание штабеля с размещением в защитно-дренажных слоях сеток электродов: 1 - выщелачиваемый материал; 2 - коллектор подачи токсичных растворов; 3 - система орошения штабеля; 4 -защитно-дренажный слой; 5 -гидроизолирующий слой из полиэтиленовой пленки; 6 - верхняя сетка-электрод (катод); 7 -нижняя сетка-электрод (анод); 8 - дренажный слой из смеси песка и соли; 9 - коллектор сбора технологического раствора; 10 - грунтовый экран из глины

за счет образования хло-ридных ионов, которые являются сильнейшими окислителями при растворении соли в рабочих растворах и действии электрического поля.

Предложенные и разработанные способы интенсификации процессов кучного выщелачивания золота в рудном штабеле и новые конструкции ПФО существенно повышают эффективность и экологическую безопасность прогрессивной технологии КВ в экстремальных природно-климатических условиях.

1. Пинигин С. А. Кучное выщелачивание сложных по гранулометрическому составу золотосодержащих руд с применением метода окомкования / С.А. Пинигин, А.В.Фатьянов // Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения): Труды междунар. совещания.- Москва - Чита: ЧитГу, 2002.-Часть III. - С. 65 - 75.

2. Морозов А.А. Интенсификация технологии кучного выщелачивания бедного уранового сырья Стрельцовского рудного поля : автореф. дис. : канд.техн.наук / А.А. Морозов ; Читинск. гос. ун-т. - Чита, 2006. - 20 с.

3. Рашкин А. В. Классификация способов управления процессами кучного выщелачивания руд / А.В. Рашкин, П.Б. Авдеев, И.А. Яшкин // Вестник МАНЭБ. - С-Пб -

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Чита, 2006. - Т. 11, №5.- Специальнгый выпуск. - С.166-169.

4. Использование энергии взрыва в качестве эффективного и экологически безопасного способа интенсификации кучного выщелачивания урановых и золотосодержащих руд / Тюпин В.Н. [и др.] // Безопасность труда в промышленности.- 1999.- № 6.- С. 12 - 14.

5. Толстов Е.А. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе / Е.А. Толстов. - М.: МГГУ, 1999.- 314 с.

6. Рашкин А.В. Рациональное формирование рудного штабеля при кучном выщелачивании руд / Рашкин А.В., Авдеев П.Б., Яшкин И.А. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 2005. -№11. - С. 252-254. ЕШ

Яшкин Игорь Алексеевич - кандидат технических наук, ГИП Забайкальского филиала ООО «ТОМС инжиниринг» в г. Чите, докторант, Забайкальский государственный университет. Овешников Юрий Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Открытые горные работы», Забайкальский государственный университет. Авдеев Павел Борисович - доктор технических наук, профессор, декан горного факультета, Забайкальский государственный университет.

UDC 622.277

INCREASE EFFICIENCY HEAP LEACH GOLD ORES

Yashkin I.A., Candidate of Engineering Sciences, Avdeev P.B., Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean, Oveshnikov Yu.M., Doctor of Technical Sciences, Professor,

Zabaikalskiy State University, e-mail: mail@zabgu.ru

Analyzed the activity of enterprises Trans-Baikal Territory developing gold deposits by heap leaching. To intensify the leaching process and slimy clay ores describes experience with explosive loosening ore pile. Provides a method for loosening explosive pile heap leaching , allowing the base to prevent the defect impervious polymeric film and at the same time improve the efficiency of loosening ore full stack. Proposed construction of impervious bases for their operation in harsh climatic and extreme operating conditions , can completely eliminate the risk of contamination of the environment.

Key words: gold mine, heap leach , explosive way to loosen the ore pile , anti- seepage design bases.

REFERENCES

1. Pinigin S.A., Fat'yanov A.V. Kuchnoe vyshchelachivanie slozhnykh po granulometricheskomu sostavu zoloto-soderzhashchikh rud s primeneniem metoda okomkovaniya (Heap leaching with pelletization of gold ore featuring complex grain-size composition). Ekologicheskie problemy i novye tekhno-logii kompleksnoi pererabotki miner-al'nogo syr'ya (Plaksinskie chteniya): Trudy mezhdunar. soveshchaniya. Moscow, Chita, ChitGu, 2002. Chast' III. pp. 65 - 75.

2. Morozov A.A. Intensifikatsiya tekhnologii kuchnogo vyshchelachivaniya bednogo uranovogo syr'ya Streltsovskogo rudnogo polya (Stimulation of heap leaching of low-grade uranium ore within the Streltsovsky field). PhD thesis, Chitinsk. gos. un-t. Chita, 2006. 20 p.

3. Rashkin A.V., Avdeev P.B., Yashkin I.A. Kassifikatsiya sposobov upravleniya protsessami kuchno-go vyshchelachivaniya rud Vestnik MANEB (Classification of control methods for ore heap leaching processes/ S-Pb, Chita, 2006. vol. 11, no. 5. Spetsial'ngyi vypusk. pp.166-169.

4. Tyupin V.N. Ispol'zovanie energii vzryva v kachestve effektivnogo i ekologicheski bezopasno-go sposoba in-tensifikatsii kuchnogo vyshchelachivaniya uranovykh i zolotosoderzhashchikh rud (Utilization of explosion energy as an effective and ecology-friendly method of stimulating uranium and gold ore heap leaching). Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 1999. no. 6. p. 12-14.

5. Tolstov E.A. Fiziko-khimicheskie geotekhnologii osvoeniya mestorozhdenii urana i zolota v Ky-zylkumskom regione (Physicochemical geotechnologies for uranium and gold extraction in the Kyzylkum region). Moscow, MGGU, 1999. 314 p.

6. Rashkin A.V., Avdeev P.B., Yashkin I.A. Ratsional'noe formirovanie rudnogo shtabelya pri kuch-nom vy-shchelachivanii rud (Rational ore stockpiling for heap leaching).Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. 2005. 11. pp. 252-254.