CC BY
40
© Л.В. Шумилова, Ю.Н. Резник, 2004
УДК 622.775
Л.В. Шумилова, Ю.Н. Резник
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНИКОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА МЕТОДОМ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
Семинар № 15
ш Ш регрессивной технологией XXI века
■Л-Ш. для извлечения металлов стало кучное выщелачивание. Во второй половине 60-х годов Горное бюро США приступило к разработке процесса кучного выщелачивания (КВ) золота из руд. В то время кучное выщелачивание меди из окисленных руд и лежалых хвостовых отвалов уже применялось на нескольких установках. Простота аппаратурного оформления процесса и низкие капитальные вложения позволяли экономично извлекать металл из бедных руд, а также из руд небольших по запасам месторождений, старых хвостовых отвалов и другого техногенного сырья.
В США уже насчитывалось более 110 установок кучного выщелачивания различной производительности от 0,1 до 3,5 млн т горной массы в год для извлечения золота и серебра. Высокая эффективность технологии кучного выщелачивания золотосодержащих руд уже более 30 лет доказана зарубежной практикой.
В настоящее время кучное выщелачивание золота широко используется и в других странах -Канаде, Австралии, Бразилии, Мексике, Китае, ЮАР. За рубежом выявлено более 1200 месторождений, пригодных для обработки методом кучного выщелачивания [1].
В переработку кучным выщелачиванием вовлечено различное рудное сырье: кристаллические сланцы, окисленные руды, окварцованные риолиты и доломиты, туфы, известковые брекчии. Извлечение золота находится в пределах 40-80 %. Кучное выщелачивание характеризуется большой продолжительностью.
Следует отметить, что на геотехнологию извлечения металла определяющее влияние оказывает температура окружающей среды. Отрицательная температура изменяет порядок и интенсивность растворения металлов, условия и ско-
рость миграции металлоносных растворов. При выявлении условий и области применения геотехнологии золота необходимо изучить влияние отрицательных температур. В России многолетнемерзлые породы распространены более чем на 40 % ее территории. Температура вечной мерзлоты за редким исключением не опускается ниже -10 °С при мощности криолитозоны до 1000 м.
В условиях Севера одним из факторов, интенсифицирующих процессы выщелачивания металлов, являются экзотермические реакции окисления сульфидов, при которых происходит разогрев горной массы. Так, руда, содержащая 1-2 % сульфидов, при окислении может разогреваться до 50 °С. Фирма «Анаконда» (США), используя эту особенность, в процессе кучного выщелачивания меди добилась практически постоянной положительной температуры внутри штабеля в зимнее время.
В качестве пород и минералов саморазогре-вающегося слоя могут выступать сульфиды различных металлов, так как их окисление является экзотермической реакцией и при этом происходит значительное выделение тепла, приводящее к саморазогреву данного слоя и, при наличии воды и ее циркуляции, всего массива штабеля горных пород. Дополнительным фактором, интенсифицирующим процесс выщелачивания в условиях мерзлоты, является растрескивание породы, увеличивающее поверхности контакта.
Другой важный аспект геотехнологии в условиях Севера - миграция растворов - также имеет существенные отличия. При отрицательной температуре окружающей среды естественная миграция водорастворимых соединений происходит в форме пленочных вод, причем преимущественно снизу вверх по вертикали. При наличии перепада температур происходит термоперенос влаги в сторону низких температур.
Параметры агитационного выщелачивания Концентрация ШС!Ч,%
0,05 0,1 0,15 0,2
Расход МаСМ кг/т 0,35 0,45 0,52 0,61
Содержание золота в хвостах цианирования, мг/л 0,7 0,65 0,66 0,66
Извлечение золота в раствор, % 76,8 78,4 78,0 78,0
Вследствие гравитационной миграции через сцементированную льдом рудную массу концентрированный незамерзающий продуктивный раствор скапливается на водоупорном основании в нижней части штабеля, собирается в сборниках и направляется на дальнейшее извлечение металлов. Таким образом, в районах с суровым климатом выщелачивание металлов может осуществляться технологическими растворами, имеющими как положительную (подогретыми), так и отрицательную температуру (незамерзающие переохлажденные растворы). Если первые традиционны на практике (хотя и имеют более высокие затраты на подогревание, утепление трубопроводов и т.д.), то вторые в некоторых случаях более эффективны, так как не требуют затрат на поддержание в них положительных температур.
Хотя золото химически малоактивно, оно все же легко растворяется некоторыми реагентами. К ним относятся смеси соляной и азотной кислот, хлорная вода, цианиды щелочных металлов и при высоких температурах (120-140 °С) - тиосульфаты.
Одним из дешевых растворителей золота являются гуминовые кислоты. Возможным заменителем цианида могут служить кислые растворы тиомочевины, обеспечивающие в 10 раз большую скорость растворения при меньшем расходе. Однако сдерживающим фактором внедрения тиомочевины является ее высокая цена (на 25 % больше, чем цианистого натрия), окислительное разложение и сложность извлечения золота из ее растворов активированным углем.
В Японии проведены исследования амми-ачно-тиосульфатного растворения самородного золота из полиметаллических руд.
Однако практически основным реагентом, применяемым до настоящего времени в промышленном масштабе при кучном выщелачивании, является цианид натрия. В ряде стран ведутся исследования по изысканию менее токсичных растворителей золота. Фирма «СКВ Тросберг АГ» (ФРГ) предложила использовать в качестве окислителя золота хлорное железо, а в качестве восстановителя - сернистый газ в
смеси с воздухом. На Тайване и Калифорнии при кучном выщелачивании используют 0,5-2 %-е растворы тиокарбамида (С8(ЫН2)2 в композиции с 1-3 %-м раствором Н2Б04 и 0,3-0,4%-м раствором Ее2(804)3.
Выделяют три основные технологические схемы выщелачивания золота: кучное, шахтные системы, скважинное.
В странах СНГ в отличие от стран американского континента проводятся лабораторные, опытные и опытно-промышленные испытания цианидной и бесцианидной технологий выщелачивания золота из руд. По цианидной схеме выщелачивания опробованы руды золотокварцевого и золото-кварц-сульфидной формации. Крупность рудного материала - 5-10 мм, редко - 25 мм. Достигнутый уровень извлечения золота 65-90 %, серебра-35-60 %.
Сопоставляя условия применения различных реагентов выщелачивания, можно однозначно сказать, что использование цианидов в подземных горных выработках (шахтные и скважинные системы) в связи с их высокой токсичностью и жесткими ПДК вредных веществ в водах и атмосфере недопустимо и ограничивается площадками КВ. Для подземных условий пригодны только бесцианидные реагенты, в частности, оксихлори-ды и биологически активные растворы.
Предприятия, использующие геотехнологи-ческие способы добычи и переработки золотосодержащего сырья, отличаются от традиционных горных структурой производства. При применении геотехнологических процессов по сравнению с традиционными количество операций и переделов сокращается. При этом процессы добычи и переработки руд приобретают новую, принципиально отличную от традиционной, качественную характеристику и социальное значение в части затрат труда, орудий и средств производства. Отличие кучного выщелачивания от скважинного состоит в наличии узла рудоподготовки и в создании специальных гидроизолированных площадок и геотехнологических комплексов.
Конструктивные особенности площадок КВ определяются рядом факторов, основными из которых являются: годовой объем добычи руды; крупность материала; схема организации работ;
наличие и стоимость местных материалов для сооружения оснований; оборудование, используемое для отсыпки рудного материала.
Гидронепроницаемое основание является одной из главных частей штабеля и предназначено для предотвращения потерь рабочих и продуктивных растворов и обеспечения мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения.
Основанием для сооружения площадок КВ служит слой гравия, дробленой руды, смеси глин и шламовой фракции хвостов золотоизвлекатель-ных фабрик, бентонитовых глин и других материалов. В ряде случаев ниже основания сооружается контрольный гравийно-песчаный слой толщиной от 150-300 мм, служащий для индикации протечек основания при цианидной схеме выщелачивания.
Основным критерием при выборе высоты слоя является характеристика материала по степени слеживаемости, гранулометрическому составу и водно-физическим свойствам.
В связи с высокой агрессивностью и летучестью реагентов при выщелачивании золота наиболее приемлемы системы орошения через перфорированные трубопроводы и шланги, равномерно уложенные на поверхности штабеля.
Процесс КВ золота происходит на открытых площадках, поэтому зависит от сезонных колебаний температур. Для сокращения сроков выщелачивания применяются различные способы интенсификации извлечения золота в раствор: дополнительное дробление руды; дешламация; агломерация; рыхление механическими, взрывными и другими способами; аэрирование; введение окислителей; подогрев рабочих растворов; наложение электромагнитных полей различных колебаний, радиоактивного излучения и др. [2].
Дополнительное дробление руды может производиться механическим или специальными методами. С уменьшением размера куска руды увеличивается свободная поверхность реакции и вскрытие рудных минералов, повышается интенсивность извлечения золота.
Однако значительное количество мелкой фракции в штабеле может привести к уплотнению материала и снижению его проницаемости как послойно, так и в локальных участках, что препятствует смачиванию кусков руды. Имеются данные о снижении скорости фильтрации в 60 раз и увеличении времени отработки кучи высотой 2,5-3 мс 15 до 120 суток при увеличении содержания в ней глинистых частиц с 15 до 60 %. В этих случаях производят дешламацию материала промывкой гидромониторами с направлением
мелочи и глинистой фракции, содержащих золото, на агломерацию.
Способ агломерации заключается в смачивании рудного материала щелочным раствором цианидов с добавками извести, портландцемента, отходов цементного производства. Впервые агломерация была использована при окомковании руд крупностью 12,7 мм, при этом извлечение золота возросло с 37 до 90 %, а время выщелачивания уменьшилось с 2 месяцев до 20 суток.
Рыхление рудного материала может выполняться с поверхности легкими плугами и другими способами, а также взрыванием зарядов в специально пробуренных скважинах с предварительной закладкой предметов, создающих пустоты в штабеле, пневмобаллонов, сжигаемого горючего материала, полых железобетонных конструкций и т.д.
Процесс цианидного выщелачивания протекает в присутствии кислорода. При его недостатке интенсивность извлечения золота снижается. Используются способы интенсификации процесса КВ подачей в штабель кислорода или воздуха по системе предварительно заложенных перфорированных труб. При нагнетании кислорода в штабель время выщелачивания снижается с 45 до 32 суток.
Процесс выщелачивания можно оптимизировать путем предварительного выделения вредных примесей из полезного компонента, в результате чего повышается проба золота.
В современных условиях развития золотодобывающей промышленности многих стран мира увеличение производства золота требует вовлечения в промышленную эксплуатацию забалансового, упорного сырья и лежалых отходов производства. Переработка таких видов сырья по традиционной технологии не обеспечивает высокого извлечения золота и ценных металлов -спутников, например, серебра.
Анализ зарубежных и отечественных исследований в области переработки золотосодержащих руд позволяет выявить основную тенденцию - расширение объемов использования кучного выщелачивания. Наибольшие успехи в освоении этого процесса достигнуты в США. Преимущества КВ заключается в существенном сокращении затрат на переработку руды в связи с минимальными горноподготовительными работами и небольшими капитальными затратами. Достоинством технологии также является получение металлов в виде осветленных продуктивных растворов, а не в виде пульпы, что значительно упрощает их переработку [3].
Основными причинами, сдерживающими освоение этой эффективной технологии в золотодобывающей промышленности России, являются: расположение большинства месторождений на Крайнем Севере в районах вечной мерзлоты; сложный вещественный состав руд, не обеспечивающий высокой экономической эффективности извлечения из них золота этим
способом и ряд других причин. Сдерживающим фактором внедрения этой технологии являются все возрастающие требования к охране окружающей среды и отсутствие нетоксичных эффективных заменителей цианида, хотя исследования в этом направлении ведутся в России и во многих странах мира.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Денисов О.В., Таупенянская З.А. Разработка и практика применения новых процессов извлечения золота за рубежом. - М., информация ЦНИЛ, 1976. - с. 35-39
2. Рысее В.П., Садыкое Р.Х., Фазлуллин Н.И. Опыт кучного выщелачивания золота: Горный журнал, - 1994. -№ 12 - с. 8-10
3. Халезов Б.Д. и др. О состоянии и перспективах развития кучного и подземного выщелачиваний цветных металлов из недр. - Свердловск, 1996. - 179 с.
— Коротко об авторах ------------------------------------------
Шумилова Л.В. - зам. директора Читинского горного техникума, аспирант, Резник Ю.Н. - доктор технических наук, профессор, ректор,
Читинский государственный университет.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА
АЗИМОВ Рахим Азизбоевич Развитие топливно-энергетического комплекса республики Коми на основе современных технологий организации производства 05.02.22 д.т.н.
КОРЗУН Елена Валентиновна Стратегия устойчивого развития малых и средних нефтедобывающих организаций 08.00.05 д.э.н.
ВОЛКОВ Денис Игоревич Экономическая эффективность реформирования газораспределительного комплекса России 08.00.05 к.э.н
ДЕМЕНКОВ Петр Алексеевич Геомеханическое обоснование метода расчета нагрузок на станции колонного типа метрополитена глубокого заложения 25.00.20 к.т.н.
