CC BY
26
УДК 622.7-027.32. / .33; 622.7: 502.174 DOI: 10.21209/2227-9245-2016-22-10-14-19
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ ЭКОЛОГОЗАЩИТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
AN INTEGRATED APPOROACH TO THE DEVELOPMENT OF ENVIRONMENTAL AND PROTECTION TECHNOLOGY
Представлен комплексный подход к разработке экологозащптной технологии и рассмотрены изобретения (прототип), которые относятся к области гидрометаллургии для извлечения металлов из бедных растворов и пульп, в том числе жидких хвостов обогащения.
Отмечается, что предложенная новая экологозащитная геотехнология способствует извлечению кластерного золота, которое не вскрывается даже при сверхтонком измельчении (до 10.. .20 мкм). Усовершенствован сорбционный процесс извлечения благородных металлов посредством разработанного электросорбера, где повышение эффективности процесса достигалось модернизацией конструкции, усовершенствованием расположения электродов, особым способом прохождения пульпы, изменением ионообменного сорбента, позволяющими повысить эффективность.
В технологию включена комбинированная флотация и электрофлотация элементов из пульпы, содержащей сульфидные и сульфосолевые (сульфосольные) минералы. Осуществляется контактирование пульпы с ионообменным сорбентом в реакторе при воздействии на него электрическим полем. Далее рассматривается отделение сорбента от среды, десорбционное извлечение металлов. Описана подача диспергированного воздуха в пульпу, движение пульпы через электрофлотационную колонну, в которой в основной зоне обработки ведется насыщение диспергированными пузырьками водорода при контакте с горизонтально и вертикально установленными катодами, а в верхней сливной зоне — насыщается электролитическим кислородом, выделяемым на анодах. Полученный флотоконцентрат отправляется на переработку, а вторичные хвосты транспортируют в первую секцию двухсекционного хвостохранилища. Минеральные частицы до-окисляют под действием растворенного кислорода и кислорода воздуха, одновременно отстаивают. После чего транспортируют во вторую секцию хвостохранилища и подвергают электродиалитической обработке. В результате металлы в форме катионов накапливаются на катионите и частично в катодной камере, а в анодной камере — сернокислотный анолит. Его используют как активный выщелачивающий раствор. Твердую минеральную фазу пульп из второй секции хвостохранилища рекомендуется применять в качестве материала для закладки подземного рудника.
Техническим результатом является повышение эффективности извлечения благородных металлов
Ключевые слова: новая экологозащитная технология; благородные металлы; сорбционное выщелачивание; миграционная активность; миграция; золото и химически связанные элементы; экосистемы; отходы горнодобывающей отрасли; отходы; эффективность доизвлечения
The article presents a group of inventions which relate to the field of hydrometallurgical precious metals and can be used to extract metals from a variety of poor solutions and slurries, including liquid tailings. It is noted that the developed environmental and safety geotechnology helps to extract very fine gold, which is not opened even in the process of grinding (up to 10.20 microns). The sorption process of precious metals extraction was improved through the designed electrosorber, where the increasing of process efficiency was achieved by changing the design, improving the arrangement of the electrodes, and a special passage of the pulp, ion-exchange sorbent allowing to increase the efficiency.
E. В. Филиппова, Забайкальский государственный университет,
г. Чита [email protected]
E. Filippova, Transbaikal State University, Chita
This geotechnology includes flotation and electroflotation of elements from effluents of pulp and sulfide sulfa-nilamid (sulfanilic) minerals. The contact of slurry with ion-exchange sorbent in the reactor under the influence of the electric field is performed. Further the separation of the sorbent from the medium, desorption extraction of metals is observed. The supply of dispersed air into the pulp is described; when the pulp passes through the flotation column, in which in the main treatment area, the saturation with the dispersed bubbles of hydrogen when in contact with placed cathodes is performed, and the upper drain zone is saturated with oxygen discharged at the anode. The obtained flotation concentrate is sent for processing, and the secondary tails are merged into the first section of the two-section of the tailings dam, where the process of settling mineral particles is subjected to the additional oxidation by the action of natural agents and dissolved oxygen. Then it is transported to the second section of the tailings and is subjected to oxidized treatment. As a result, the metals in the form of cations accumulate on the resin and partially in the cathode chamber, and the sulfuric acid anolyte in the anode chamber. The sulfuric acid anolyte is used as an active leach solution and the solid mineral phase of the slurry from the second section of the tailings, after leaching of metals and sulfur, as the material of the bookmark at an underground mine.
The technical result is an increase of precious metals extraction efficiency.
Key words: new environmental protection technology; dispersed gold; sorption leaching; migration activity; migration; gold and chemically combined elements; ecosystems; waste mining; pollutant; efficiency recovery
В настоящее время для извлечения благородных металлов применяются технологии, которые влияют на накопление и формирование техногенных образований. Исследования С. С. Черенева, Р. В. Искан-дарова показывают, что в Забайкалье потери золота на производстве могут составлять до 70 %, что подтверждает перемещение его в отвалы [11]. Прекращение подземной добычи руды на Дарасунском руднике привело к временным потерям в недрах не менее 70 т золота [2].
Такие потери могут появляться из-за устаревшего обогатительного оборудования, неэффективной технологии, которая включает неправильное или нерациональное включение обогатительных аппаратов в схему, низкое извлечение дисперсного золота, климатические особенности региона.
Необходимо дифференцированно подходить к складированию техногенных отходов, повышая содержание полезного компонента, что может сказаться на эффективности повторной переработки отходов. При разработке новой геотехнологии необходимо снижать потери дисперсного золота и сопутствующих элементов.
В патенте В. А. Ехлакова [8] отмечается , что золото размером менее 1,5...0,25 мм в используемых аппаратах выносится в отвалы и хвостохранилища. На практике потери составляют до 68 % от общего количества металлов, содержащихся в руде.
В настоящее время приходится вовлекать в переработку золото меньшей крупности, т.к. доступное крупное золото практически извлечено. В некоторых минерально-сырьевых объектах присутствует повышенное содержание именно мелкого золота, что указывает на необходимость его изучения и дальнейшее извлечение. Вовлечение в переработку техногенных месторождений, которые содержат в основном золото в дисперсном виде, является актуальным. Кроме того, это помогает снижать нагрузку на экосистемы, а многие технические решения, направленные на эффективность извлечения тонкого золота, не отвечают этой задаче. Просматриваются отдельные разрозненные исследования по освоению техногенных образований, а единый комплексный подход с учетом экологической составляющей отсутствует.
Техногенные месторождения увеличиваются в объеме из-за нарушений проектов производства работ в части рекультивации, использования устаревшей техники или технологий. Золото, содержащееся в этих образованиях, имеет малые размеры и трудноизвлекаемые морфологические формы, что увеличивает потери с хвостами. В шлихах обнаруживаются сопутствующие минералы, в том числе тяжелые элементы, которые также усугубляют доизвлечение.
Избирательная фильтрация дисперсного золота, в том числе плавучего, ранее
рассмотрена С. А. Тихоновым на Колыме [11]. Золото, находящееся в кварце, пропускали через кассетный фильтр, состоящий из металлических сеток, покрытых слоем парафина. В результате получено извлечение до 90 % золота.
Большинство ученых считает необходимым применение новых геотехнологий [6; 10; 12; 13], например, Ю. П. Галченко предлагает учитывать экологичность функционирования биосистем [1].
Проблема отходов горнодобывающей отрасли актуальна не только на территории Забайкалья, но и в Уральском регионе [4], Норильске [3], обращается внимание на изменения в природной среде за счет воздействия горнодобывающих предприятий.
Доизвлечение мелкого золота, потерянного с хвостами, невозможно известными методами, в том числе гравитационным, что подтверждается И. И. Ковлековым [5]. Им предлагается избирательно накапливать отходы, складировать в отвалах, хвостохранилищах и шламохранилищах для дальнейшей переработки. Доизвлече-ние золота из этих накопленных техногенных образований перспективно проводить при помощи химического растворения. На эффективность растворения россыпного золота влияют крупность частиц, высокая плотность шлиховых минералов, кинетика растворения, тип реагентов, сопутствующие минералы. И. И. Ковлековым предложена принципиально новая схема цепи аппаратов цианирования с использованием конуса. На начальном этапе отмечался перерасход NaCN при низком переходе золота в раствор. Потери отмечались во время гидролиза, наблюдалась низкая концентрация ^ОН. Увеличить концентрацию золота при переходе его в раствор не удавалось. Возможно, существенное влияние оказывала недостаточная температура для проведения выщелачивания. Приемлемые результаты получены при кюветном выщелачивании с достаточно высокой концентрацией золота при его извлечении из бедных шлиховых продуктов.
И. И. Ковлековым получены результаты, подтверждающие снижение извлечения
золота без применения стадии измельчения. Опыты проводились на разном оборудовании. Сначала использовался процесс цианирования на лабораторном конусе, что дало 74,1.98,2 % извлечения металла и возможность использовать цианирование для шлиха, содержащего достаточное количество полезного компонента. Повторная загрузка конуса показала явную зависимость количества извлеченного компонента от температуры, извлечение составило 50,4 % — достаточно высокие показатели по концентрации золота в растворе при переработке шлихов.
Шлихи промывались многократно от осевшего золота, что является недостатком данного метода, хотя получен высокий процент извлечения 91,1.92,9 % свободного золота для фракции — 0,315 мм. Обнаружено, что самое упорное, связанное золото находится во фракции +0,63 мм, что и снизило общий результат. В данном случае золото в основном не являлось упорным, открыто для цианирования, что способствовало высокому результату.
К примеру, забалансовая руда карьера Мурунтау Кызылкумского региона перерабатывалась Е. А. Толстовым [9] с помощью физико-химической геотехнологии. Оценивалась эффективность выщелачивания золота при разной степени измельчения горной породы, определялась кинетика выщелачивания с использованием сырья с разными концентрациями золота. Специалистом отмечен предел крупности, при котором увеличение извлечения золота не компенсирует финансовых затрат. Таким пределом крупности является: — 3,25 мм при концентрации золота 1,1 г/т; —5 мм при концентрации золота 0,8 г/т; —10 мм при концентрации золота 0,53 г/т. Результаты экспериментов Е. А. Толстова подтверждают, что высокие концентрации извлечения достигаются при мелком измельчении руды. В отвалах и хвостохранилищах могут находиться частицы мелкого размера, достаточного для извлечения из них остаточного золота. Ученым проводились эксперименты на вскрышных породах из отвалов, где содержание золота составляло 0,8 г/т.
Отдельно эксперименты велись на окисленных и убогих рудах. Для них оборудована площадка, покрытая гидроизолирующим слоем из битумной мастики, огражденная с трех сторон бортами. В результате получено извлечение золота в раствор при содержании в руде 0,9...1,0 г/т — 50...55 %.
Другой эксперимент проводился на рудах, содержащих углистые вещества, обычно снижающие извлечение золота, даже если присутствуют в количестве меньшем, чем 5 % от общей массы. Во время проведения кучного выщелачивания на углесо-держащих породах добавлялся депрессор (ПАВ), способствующий устранению этого воздействия, который повышал извлечение примерно в 2 раза с 19,7 до 39,5 %; сокращал расход NaCN с 0,5 до 0,32 кг/т. На границе раздела твердой и жидкой фаз происходила адсорбция ПАВ в виде пленки, при этом понижалась поверхностная энергия частиц углистого вещества. Кроме того, отмечалось уменьшение в растворе железа и меди в 3,4 и в 2,4 раза соответственно. Замечено уменьшение скорости просачивания раствора через кучу, что увеличивает время контакта сырья с раствором. Эксперименты проводились на специально сооруженном для этих целей стенде, где наглядно просматривалось в ин-фильтрационно-капиллярном слое частичное заполнение порового пространства, частицы покрывались тонким слоем пленки, а инфильтрационный поток имел форму купола. Поровое пространство более полно заполнялось раствором в центре установки, а хуже — на периферии. При помощи данного стенда моделировались природные условия, изменялся гранулометрический и вещественный состав, плотность, структура и другие характеристики. Е. А. Толстов утверждает, что такая технология способ-
ствует экологической защите территории. В том числе снижение влияния штабелей на окружающую природную среду достигается увеличением их высоты и, соответственно, уменьшением ширины.
В отвалы уходит кластерное золото, которое не вскрывается даже при сверхтонком измельчении (до 10.20 мкм). Разработанная нами экологозащитная геотехнология способствует извлечению металлов такой крупности из бедных растворов и пульп, что уменьшает количество отходов.
Цель работы — совершенствование процесса сорбции золота на основе разработанного электросорбера, где повышение эффективности процесса достигалось изменением конструкции электросорбе-ра, усовершенствованием расположения электродов, особым прохождением пульпы, ионообменного сорбента, повышением активности сорбции и осаждением благородных металлов на катодах. Техническим результатом работы явилось повышение эффективности извлечения благородных металлов.
Экологозащитная геотехнология апробировалась на бедных растворах и пульпах Дарасунской ЗИФ. Разрабатываемое месторождение относится к золото-сульфидно-кварцевой формации жильного морфо-структурного типа. Руды содержат большое количество тонковкрапленных минералов с дисперсным золотом: халькопирит, арсе-нопирит, сульфосоли, кварц, турмалин и относятся к упорным. По результатам исследований под руководством А. Г. Секи-сова [7], доля дисперсного золота в рудах месторождений Дарасунского рудного поля существенная. Распределение субмикронного самородного и дисперсного золота по рудообразующим минералам представлено в таблице.
Содержание золота в главных рудообразующих минералах, г/т The gold content in the main ore-forming minerals
Минерал Содержание Минерал Содержание
Пирит 55,5 Сульфосоли 139,0
Арсенопирит 65,5 Галенит 19,4
Халькопирит 193,0
По размеру отмечалось самородное золото весьма мелкое (до 0,1 мм), мелкое (0,1.0,9 мм) и средней крупности (1.1,2 мм). Сульфидные минералы руд Дарасунского месторождения содержат благородные, редкие и рассеянные металлы.
Многочисленные эксперименты по до-извлечению золота из хвостов обогащения, проведенные на упорных рудах данного месторождения, показали эффективность извлечения 57,5 %.
Таким образом, экологический эффект достигался применением на последних стадиях сорбции ионообменного сорбента в форме ОН- для извлечения циановых комплексов золота и самих цианидов и окислением на аноде избыточных цианидов, которые трансформировались в цианаты, менее токсичные для природной среды соединения.
Кроме того, данная экологозащитная геотехнология включает комбинированную флотацию и электрофлотацию из сбросной пульпы сульфидных и сульфосолевых (сульфосольных) минералов; осуществление контактирования пульпы с ионообменным сорбентом в реакторе при воздействии на него электрическим полем. Далее происходит отделение сорбента от среды, десорбционное извлечение металлов. До подачи в электрофлотационные колонны через распылители в пульпу подается диспергированный воздух, пульпа проходит через электрофлотационную колонну, в которой в основной зоне обработки ведется
Список литературы_
насыщение диспергированными пузырьками водорода при контакте с горизонтально и вертикально установленными катодами, а в верхней сливной зоне — насыщается электролитическим кислородом, выделяемым на анодах. Полученный флотоконцен-трат отправляется на переработку, а вторичные хвосты сливаются в первую секцию двухсекционного хвостохранилища, где в процессе отстаивания минеральные частицы подвергаются доокислению действием естественных агентов и растворенным кислородом. После чего при переливе во вторую секцию хвостохранилища жидкую фазу декантированной и окисленной пульпы с растворенными в ходе окисления металлами подвергают электродиалитической обработке. В результате металлы в форме катионов накапливаются на катионите и частично в катодной камере, а сернокислотный анолит — в анодной камере, причем сернокислотный анолит будет использоваться как активный выщелачивающий раствор, а твердая минеральная фаза пульп из второй секции хвостохранилища после выщелачивания из нее металлов и серы, — в качестве материала закладки на подземном руднике.
В перспективе такая экологозащитная геотехнология позволит добиться снижения отходов горнорудной отрасли за счет доизвлечения активных выщелачивающих растворов, извлечения сопутствующих химически связанных с золотом элементов, использования сернокислотного анолита для выщелачивания куч, твердой фракции — как материала закладки.
1. Галченко Ю. П. Обеспечение экологической безопасности горного производства на основе концепции коэволюции природных и техногенных геосистем. Пермь: ИПКО РАН, 1997. С. 34—35.
2. Геологические исследования и горно-промышленный комплекс Забайкалья: история, современное состояние, проблемы, перспективы развития (к 300-летию основания Приказа рудокопных дел) / Г. А. Юргенсон, В. С. Чечеткин, В. М. Асосков и др. Новосибирск: Наука, 1999. 574 с.
3. Гулан Е. А. Геоэкологический анализ и прогноз воздействия горного производства на окружающую среду в Норильском промышленном районе / / Криосфера земли как среда жизнеобеспечения: сб. материалов Междунар. конф. Пущино: СО РАН, 2003. С. 51-52.
4. Зотеев В. Г., Костерова Т. К. Пути реконструкции хвостохранилищ с целью ликвидации их аварийности и экологической опасности // Мельниковские чтения. Горные науки на рубеже XXI века. Пермь: ИПКО РАН, 1997. С. 71.
5. Ковлеков И. И. Техногенное золото Якутии. М.: МГГУ, 2002. 303 с.
6. Комаров М. А., Григорьев Н. П., Киперман Ю. А. Эколого-экономическая оценка минеральных ресурсов — новое направление геолого-экономических исследований / / Мельниковские чтения. Горные науки на рубеже XXI века. Пермь: ИПКО РАН, 1997. С. 88-89.
7. Секисов А. Г., Шевченко Ю. С., Лавров А. Ю. Перспективы использования шахтного выщелачивания при разработке золоторудных месторождений / / Обогащение полезных ископаемых ФТПРПИ. 2015. № 5. С. 1-8.
8. Патент. Устройство для улавливания золота, платины и тому подобных металлов из россыпей: А. с. 39028 СССР, МКИ В 03 В 5/70. заявл. 02.02.34.
9. Толстов Е. А. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе. М.: МГГУ, 1999. 314 с.
10. Чаплыгин Н. Н., Папичев В. И., Прошляков А. Н., Столяров Д. О. Горная экология и новые методы оценки воздействия объектов горного производства на природную среду / / Мельниковские чтения. Горные науки на рубеже XXI века. Пермь: ИПКО РАН, 1997.
11. Черенев С. С., Искандаров Р. В. О гранулометрическом составе золота на некоторых техногенных россыпях / / Колыма. 1988. № 3.
12. Arbuzov S. I., Rikhvanov L. P., Maslov S. G. [et al. ]. Anomalous gold contents in brown coals and peat in the south-eastern region of the Western-Siberian platform // Of Coal Geol., 2006, vol. 68, pp. 127-134.
13. Yannopoulos J. C. The extractive metallurgy of gold. New York: Van Nostrand Reinhold, 1991. 120 р.
List of literature_
1. Galchenko Yu. P. Melnikovskie chteniya. Gornye nauki na rubezhe XXI v. (Melnikovsky readings. Mining science at the turn of the twenty-first century), Perm, 1997, pp. 34-35.
2. Geologicheskie issledovaniya i gornopromyshlenny kompleks Zabaykaliya. (Geological research and mining industry of Transbaikalie). Novosibirsk. 1999. 574 p.
3. Gulan E. A. Kriosfera zemli kak sreda zhizneobespecheniya [Cryosphere of the earth as the environment of life support]. Pushchino, 2003, pp. 51-52.
4. Zoteev V. G., Kosterova T. K. Melnikovskie chteniya. Gornye nauki na rubezhe XXIveka (Melnikovsky readings. Mining science at the turn of the twenty-first century). Perm, 1997, p. 71.
5. Kovlekov I. I. Tehnogennoe zoloto Yakutii [Man-made gold of Yakutia]. Moscow, 2002. 303 p.
6. Komarov M. A., Grigoriev N. P. Melnikovskie chteniya. Gornye nauki na rubezhe XXI veka (Melnikovsky readings. Mining science at the turn of the twenty-first century). Perm, 1997, pp. 88-89.
7. Sekisov A. G., Shevchenko Yu. S., Lavrov A. Yu. Obogashhenie poleznyh iskopaemyhFTPRPI (Mineral processing), 2015, no. 5, pp. 1-8.
8. Patent. Ustroystvo dlya ulavlivaniya zolota, platiny i tomu podobnyh metallov iz rossypey (Device for trapping gold, platinum and similar metals from placers) A. s. 39028 USSR, MKI V 03 V 5/70. Appl. 02.02.34.
9. Tolstov E. A. Fiziko-himicheskie geotehnologii osvoeniya mestorozh-deniy urana i zolota v Kyzylkumskom regione [Physico-chemical geotechnologies of field development of uranium and gold in the Kyzylkum region]. Moscow: MGGU, 1999. 314 p.
10. Chaplygin N. N., Papichev V. I., Proshlyakov A. N., Stolyarov D. O. Melnikovskie chteniya. Gornye nauki na rubezhe XXIveka (Melnikovsky readings). Perm, 1997.
11. Cherenev S. S., Iskandarov R. V. Kolyma (Kolyma), 1988, no. 3.
12. Arbuzov S. I., Rikhvanov L. P., Maslov S. G. [et al. ]. Of Coal Geol. (Of Coal Geol.), 2006, vol. 68, pp. 127-134.
13. Yannopoulos J. C. The extractive metallurgy of gold [The extractive metallurgy of gold]. New York, 1991.120 p.
Коротко об авторе _ Briefly about the author
Филиппова Елена Владимировна, канд. техн. наук, доцент, Забайкальский государственный университет, г. Чита,
Россия. Область научных интересов: экологозащитные технологии
Elena Filippova, candidate of technical sciences, assistant professor, Transbaikal State University. Sphere of scientific interests: еnvironmental protection technology
Образец цитирования _
Филиппова E.B. Комплексный подход к разработке экологозащитной технологии // Вестн. Забай-кал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. М 9. С. 14-19. DOI: 10.21209/2227-9245-2016-22-10-14-19
