CC BY
36
-------------------------------------- © Ю.А. Мамаев, А.М. Поздняков,
Л.Т. Крупская, Б.Г. Саксин,
2004
УДК 330.15.002.2
Ю.А. Мамаев, А.М. Поздняков, Л. Т. Крупская, Б.Г. Саксин
К ВОПРОСУ ВНЕДРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ГОРНООБОГАТИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ
Семинар № 7
Стремительные темпы процессов урбанизации привели к образованию огромного количества отходов, в т.ч. в горном производстве, что является причиной деградации биосферы и создает прямую угрозу здоровью и жизни людей. В связи с этим многими исследователями отмечается, что взаимоотношения человека, и среды обитания сейчас настолько обострились, что возникла проблема устранения противоречий между необходимостью постоянного увеличения изъятия природного вещества и насущной потребностью в улучшении условий жизни. Однако экологические проблемы не могут быть решены традиционными методами. Актуальной в горнодобывающей промышленности оказалась разработка новых технологий, в которых осуществляется целевое применение биологических систем и процессов, т.е. биотехнологии. Биотехнология как наука, базирующаяся на использовании живых организмов - биологических машин - для решения проблем охраны окружающей среды, является наукой будущего. Биологизация горного производства - одно из важнейших направлений в создании гибких саморегулирующихся производственных процессов, которое позволяет обеспечить экологическое равновесие в природе.
Микробиологами и геологами давно осознан тот факт, что микроорганизмы играют важную роль в концентрировании и распределении химических элементов в литосфере. Являясь существенными компонентами сложных биологических реакций, металлы необходимы для поддержания метаболизма у большинства микроорганизмов. Включаясь во внутриклеточные биохимические реакции, химические элементы накапливаются или выделяются ими.
Способность микроорганизмов принимать участие в круговороте металлов положена в основу нового направления - биогеотехнологии металлов.
Биотехнологические процессы исследуются и осваиваются в горном производстве последние 20 лет. В настоящее время практическое использование в народном хозяйстве созданных природой биологических машин разнообразно, среди них выделяются четыре основных области: синтез клеточного вещества (биомасса) или отдельных компонентов; синтез метаболитов; деградация различных органических веществ - компонентов среды; накопление продуктов частичной ферментативной трансформации экзогенных органических веществ. В каждом из этих направлений достигнуты уже весьма значительные результаты. Именно поэтому в биотехнологии рассматриваются не только микроорганизмы, но и растения, животные.
Сущность биотехнологии состоит в том, что под действием микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности при нормальном давлении и физиологической температуре (от 5 до 90° С) происходят процессы извлечения металлов из руд, концентратов, горных пород, растворов. Составными частями биогеотехнологии являются: биогидрометаллургия или бактериальное выщелачивание; биосорбция металлов из растворов; обогащение руд.
В связи с тем, что в последние годы произошло значительное истощение запасов богатых и простых в переработке руд цветных и драгоценных металлов, возникает необходимость вовлечения в промышленную эксплуатацию комплексных, бедных, забалансовых руд, а также отходов горного производства.
При этом традиционные технологии оказываются мало эффективными и экономически нецелесообразными. Именно биотехнологические методы переработки обеспечивают экологическую и социальную безопасность.
Устойчивое развитие золотодобывающего производства предполагает развитие интеграционных процессов в области экологически разумного и экономически целесообразного природопользования, основанного на принципах ноосферного мышления.
При преобладающих объемах добычи золота из россыпных месторождений в России, в последние годы наблюдается тенденция активного перехода добывающих компаний (старательских артелей) на разработку рудных месторождений золота (Покровское месторождение - ОАО "Покровский рудник", Бамское месторождение - золотодобывающее предприятие (ЗДП) "Апсакан", месторождение Колчеданный Утес - артель старателей "Амур" и т.д.).
Оставляя за пределами статьи вопросы генезиса месторождений, следует отметить одну особенность, которая объединяет большинство рудных месторождений, - все они в той или иной степени содержат золото, входящее в состав сульфидных минералов (пирит, арсенопирит, халькопирит, галенит, борнит, сфалерит) в виде механических сростков, микровключений и изоморфной примеси.
Причем анализ доступных материалов по 110 золоторудным месторождениям Дальнего Востока (I) показывает, что редким исключением являются те из них, в которых золото находится в самородном состоянии. А правилом является нахождение части золота в сростках или ассоциации с сульфидами (от
0,8 %, например, Каральвеемское месторождение на Чукотске, до "основная масса связана с пиритом" - месторождение Колчеданный Утес, хребет Джугджур, СевероСтановая золотоносная зона).
До начала 90-х годов то небольшое количество сульфидных концентратов, содержащих золото (например, Токурская золотоизв-лекательная фабрика (ЗИФ), которое извлекалось при отработке золоторудных месторождений, централизованно направлялось на пирометаллургический передел на медеплавильные заводы Урала. С начала 90-х годов перевозки и передел прекращены в связи с
экономической нецелесообразностью и вредным воздействием на окружающую среду, связанным с экотоксичными выбросами соединений серы и мышьяка в воздушный бассейн. Поэтому на отдельных предприятиях (в частности артель старателей "Полюс", владельца месторождения Олимпиада в Красноярском крае) отрабатываются технологии биогидроме-тал-лургии, базирующиеся на работах члена-коррес-пондента РАН Каравайко Г.И. (2), Поль-кина С.И.” Аламова Э.В., Панина В.В., сотрудников ЦНИГРИ и др.
Бактериальное (ТюЬасШш ferroxidance и др.) окисление наиболее распространенных золотосодержащих минералов - пирита и арсенопирита, протекает по следующим реакциям (упрощенно) ([4], стр.408, [5], стр.2):
1 2FeS2 + 7^02 + Н20 ТЦ. >2Fe(SO4)3+2Н^04
2. FeAsS + 2.702 + 1.5Н20 Тц. >2FeSO4+H3AsO3
3. FeSO4 + 0.502 + Н^04 ТЬ1. >Fe2(SO4)3+Н20
4. FeAsS + 0.750 2 + Fe2(SO4)3 ТЦ. >н3Лэ03 + 3TeSO4 + S0
5. S0 + Н20 +1.502 ТЬ ^ > Н^04
В результате окисления сульфидов получается энергичный окислитель F^ ^Ол) , кислоту
и вскрытое золото.
По традиционной технологии при дальнейшей переработке твердый остаток бактериального окисления нейтрализуется известковым раствором, а кек после фильтрации пульпы шланируется и из раствора известными технологическими методами извлекается золото.
Авторы настоящей статьи хотят обратить внимание исследователей и производственников, планирующих к применению биогидрометаллургию для выщелачивания упорных сульфидных концентратов (в т.ч. содержащих серебро в виде сульфидов и сульфосолей, углерода и глинистых минералов), на возможность замены цианидной технологии на тиомочевинно-сернокислотную [6].
Основой для таких рекомендаций являются:
Наличие в растворах биометаллургии избыточных количеств окислителя Fe2 )3 и
серной кислоты, которые являются необходимыми химическими реагентами при тиомоче-винно-сернокислотном выщелачивании золота (упрощенно):
1. Аи + + гс^лид > , [7] стр.197, или
{Au[CS(NH2)2]}2 SO4 +2FeSO4
Аи + пШО + Ге(ПЮ )3+ >
Аи(ПЮ)+ + F (то )П+ где п = 4 [6].
2. Возможность приобретения сравнительно дешевой тиомочевины в Китае (в России по данным авторов тоннажное производство тиомочевины отсутствует).
Кроме того, перспективы тиомочевинно-сернокислотного выщелачивания можно связать (по аналогии с некоторыми отработанными урановыми месторождениями, например, в г. Лермонтове, Кавминводы) с необходимостью отработки залежей месторождений с убогими и бедными золотосульфидными рудами методом подземного выщелачивания. Например, представляется возможной подземная отработка данным методом мета-соматитов "Зоны Главного разлома" (запасы золота - 19 т при содержании 1,49 г/т) То-курского месторождения, горные работы на котором прекращены в 1995 г. из-за исчерпания разведанных запасов традиционных
руд.
При кажущихся недостатках переработки руд в сернокислых растворах, связанных с необходимостью использования более дорогостоящего кислотостойкого технологического оборудования, тиомочевинное растворение благородных металлов позволяет организовать бессточную гидрометаллургическую технологию [6].
Большим резервом для использования биотехнологии являются не только руды и отходы ГОКов, но и техногенное золотороссыпное сырье.
Авторами в 1997-2000 гг. в процессе изучения негативного воздействия техногенных россыпей (отходов) на селитебную зону горняцких поселков на примере Софийского прииска разработана и апробирована аппаратурная схема для переработки шлихов шлихообогатительная установка (ШОУ) с целью извлечения золота и некоторых вредных компонентов (ртуть, свинец). Переработано 80 % их запасов.
Проведенные исследования позволили установить, что среднее содержание золота в результате переработки отходов в 2,3
выше, чем таковое при разовом опробовании обычным методом; в хвостах доводки, получаемых с применением амальгамации, среднее содержание в 2 раза ниже, чем в хвостах гравитационного обогащения. В первых содержится значительное количество ртути и свинца (ружейная дробь), которые на 90 и 98 % соответственно извлекаются в концентрат по предлагаемой технологии. Выявлено, что к запасам лежалых шлихов ШОУ справедливы рекомендации о применимости модифицированной рудной технологии обогащения для извлечения золота, ртути, свинца и других элементов, т.е. биотехнологии. Это тем более необходимо, что на ближайшую перспективу намечается освоение золоторудных месторождений.
Основываясь на имеющихся в Российской Федерации научных исследованиях и собственном опыте практической реализации метода представляется, что для его внедрения необходимо проведение следующих мероприятий: создание территориальной научно-производственной лаборатории биогидрометаллургии и банка сульфидных концентратов благородных металлов и штаммов тиобактерий, характерных для типовых месторождений; интенсивное культивирование и селекция наиболее активных штаммов тио-бактерий; выявление из числа имеющихся и разработка новых сорбентов для сорбционного извлечения благородных металлов из тиомочевинных растворов; тестирование концентратов месторождений на предмет применения биометаллургии и тиомочевинной технологии с выдачей технологического регламента, в т.ч. для защиты запасов в территориальной комиссии по запасам (государственной комиссии по запасам).
Таким образом, применение биотехнологии в золотодобывающей отрасли способствует биологизации горного производства в целом, как одном из важнейших направлений в создании саморегулирующихся производственных процессов будущего, позволяющих не только улучшить экологическую ситуацию территории горнопромышленного освоения, но и повысить экономическую эффективность переработки техногенного сырья.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Моисеенко В.Г., Эйриш Л.В. Золоторудные месторождения Востока России - Владивосток: Дальнаука, 1996.
2. Биотехнология металлов (практическое руководство). /Под ред. Г.И.Каравайко (СССР). Дж. Росси (Италия), А. Агате (Индия) и др. - М.: КГНТ, 1989.
3. Польнин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. - М.: Недра. 1982.
4. Польнин С.И. Обогащение руд и россыпей редких металлов. - М.: Недра, 1987.
5. Каравайко Г.И., Аслануков Р.Я., Панин В.В., Крылова Д.Н. Биотехнологический способ привлечения золота из руд и продуктов обогащения / Горный журнал, № 1-2, 1996.
6. Лодейщиков З.В., Паниченко А.Ф., Хмельницкая ОД. Тиокар-бамидное выщелачивание золотых и серебряных руд / Гидрометаллургия золота - М.: Наука, 1980 г., стр. 26-35.
7. Меретуков М.А., Орлов А.М. Металлургия благородных металлов (зарубежный опыт). - М. Металлургия, 1990.
— Коротко об авторах ------------------------------
Мамаев Ю.А. — проф ессор, доктор технических наук, Поздняков А.М. — ст. научный сотрудник,
Крупская Л.Т. — доктор биологических наук,
Саксин Б.Г. — доктор геолого-минералогических наук,
Институт горного дела ДВО РАН.
