CC BY
54
Технологии геологической разведки и разработки полезных ископаемых
УДК 550.4:551.3:622.17(571.51)
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА ДЛЯ ВОВЛЕЧЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ЛЕЖАЛЫХ ХВОСТОВ ЗОЛОТОИЗВЛЕКАЮЩИХ ФАБРИК ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ
© О.И. Целюк 1, Д.И. Целюк 2
Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, ул. Киренского, 26.
2ГПКК «Красноярский научно-исследовательский институт геологии и минерального сырья»,
660049, Россия, г. Красноярск, пр. Мира, 55.
Оценены перспективы вовлечения в промышленную переработку лежалых хвостов золотодобывающих фабрик Восточной Сибири. Рассмотрены вопросы подготовленности вещественного состава минерального техногенного сырья для извлечения золота методом кучного выщелачивания.
Библиогр. 4 назв. Ил. 3. Табл. 1.
Ключевые слова: лежалые хвосты; вещественный состав; технологические решения.
HEAP LEACHING OF GOLD FOR COMMERCIAL UTILIZATION OF OLD TAILINGS OF GOLD CONCENTRATION PLANTS IN EAST SIBERIA
O.I. Tselyuk, D.I. Tselyuk
Siberian Federal University, 26 Kirensky St., Krasnoyarsk, 660041, Russia.
Krasnoyarsk Scientific Research Institute of Geology and Raw Minerals, 55, Mir Ave., Krasnoyarsk, 660049, Russia.
The prospects to involve old tailings at gold concentration plants in East Siberia into industrial processing are assessed. The efficiency of mineral composition of technogenic raw material for gold extraction by heap leaching was considered.
4 references. 3 figure. 1 table.
Key words: old tailings; material composition; technological solutions.
Восточная Сибирь является одним из лидирующих регионов в стране по запасам золотосодержащих руд. На протяжении 150 лет здесь ведется активная добыча благородных металлов. Освоены Дарасунское, Балейское, Коммунаров-ское, Советское и другие месторождения, золоторудные месторождения Ольхов-ско-Чибижекского рудного узла и др.
Многолетняя отработка богатых легкообогатимых руд привела к истощению минерально-сырьевой базы золота вблизи действующих горнорудных пред-
приятий, усложнению горно-геологических и экономико-географических условий эксплуатации месторождений, росту себестоимости добычных работ.
В результате современные золотодобывающие предприятия испытывают серьезные хозяйственные и экономические проблемы, связанные с нехваткой сырья на отрабатываемых месторождениях. Решение вопросов воспроизводства запасов золота осложняется значительной удаленно-
:Целюк Олег Игоревич, аспирант, тел.: 8(391) 2277544, e-mail: [email protected] Tselyuk Oleg, Postgraduate, tel.: 8(391) 2277544, e-mail: [email protected]
2Целюк Денис Игоревич, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией промышленного техногенеза, тел.: 8(391) 2230849, e-mail: [email protected]
Tselyuk Denis, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Head of the Industrial Technogenesis Laboratory, tel.: 8(391) 2230849, e-mail: [email protected]
стью новых минерально-сырьевых участков от промышленных площадок, требует от горнодобывающих организаций больших капитальных затрат на развитие соответствующей инфраструктуры. Особо острая проблема связана с размещением промышленных отходов. За длительный период эксплуатации в районе золотоиз-влекающих фабрик сформированы крупные хранилища техногенных массивов лежалых хвостов.
Одним из вариантов расширения минерально-сырьевой базы золота в регионе является вовлечение в промышленную переработку техногенного сырья. В качестве таких объектов можно рассматривать лежалые хвосты намывных хвостохранилищ. В настоящее время объемы техногенных залежей весьма велики: в хвостохранилищах Балейского ГОКа размещено около 12,5 млн м , Коммунаровского рудника - 8,2 млн м , Дарасунского рудника - 7,5 млн м [1]. Техногенные объекты представляют собой крупные намывные отстойники протяженностью несколько километров и мощностью десятки метров. Как показывают исследования [2, 3], техногенные отложения намывных хвостохранилищ не являются стабильным массивом, а представляют собой активно изменяющуюся гетерогенную систему, сформированную в результате гипергенного преобразования хвостов. Под воздействием техногенного водоносного горизонта в теле техногенного массива происходят вторичные преобразования, связанные с разрушением и окислением золотосодержащих пород и минералов, высвобождением золота как механическим, так и физико-химическим путем. Различная степень разложения породообразующих и рудных минералов приводит к развитию вертикальной зональности техногенного массива. В результате этого, в основании хвостохранилищ формируются горизонты, обогащенные золотом. Запасы залежей металла с содержанием от 2,0 до 16 г/т могут достигать десятков тонн.
Для решения вопросов, связанных с промышленным освоением намывных
лежалых хвостов, важное значение приобретает внедрение новых технологий переработки техногенного минерального сырья, обеспечивающих рентабельное извлечение товарной продукции. Одной из таких технологий является кучное выщелачивание золота. Эффективность применения этого метода зависит от степени подготовленности вещественного состава минерального техногенного сырья для действия выщелачивающих растворов. Определяющими показателями являются следующие условия: минеральная форма золота, парагенетические ассоциации золота с рудными минералами и особенности локализации в них благородных металлов, степень вторичных изменений и окисленности руд. Зарубежный опыт показывает, что рентабельная переработка минерального сырья методом кучного выщелачивания возможна при содержании в сырье золота не ниже 0,9 г/т, а в некоторых случаях и при содержании 0,5 г/т [4].
Однако применение методов кучного выщелачивания золота осложняется рядом факторов. Одними из самых неблагоприятных являются наличие в рудах повышенных концентраций тяжелых металлов, большого количества минералов сурьмы, мышьяка, ртути, а также руды, в которой золото запечатано в кварце и сульфидах. В результате воздействия неблагоприятных факторов извлечение золота из руд при кучном выщелачивании обычно не превышает 60%, а из техногенных отложений - 50%.
С целью оценки степени эффективности применения метода кучного выщелачивания для извлечения золота из продуктивных горизонтов лежалых хвостов проведены геолого-технологические исследования сырья из хвосто-хранилища Советской ЗИФ. За столетний период эксплуатации фабрики в долине р. Безымянка сформировано хвостохранилище общей площадью 0,4 млн м . Максимальная высота
накопителя достигает 50 м, длина 2500 м. В пределах хранилища уложено более 6,2 млн м3 хвостов. Лежалые хвосты сформированы в результате переработки малосульфидных золото-кварцевых руд Советского месторождения и месторождения Эльдорадо.
Эксплуатация хвостохранилища ООО «Соврудник» производится по замкнутой гидравлической системе. Накопление хвостов осуществляется путем подачи пульпы в рабочие емкости через пульпопроводы. Жидкая составляющая пульпы относится к сульфатно-кальциево-магниевому типу, имеет химически нейтральную среду с показателем рН 6,9-7 ед. Она отличается высокими содержаниями кальция, магния, калия натрия и марганца. Содержание остальных элементов в жидкой фазе не превышает 1 мг/л. В твердой фазе присутствуют в основном кремний - 75% и железо -14%, содержание остальных элементов менее 5%. В хвостохранилище происходит разделение пульпы путем отделения от водной среды тяжелой фракции и осаждения ее на дно отстойника. Исследования осветленных вод показали, что по химическому составу они подобны жидкой фазе сбрасываемой пульпы. Воды представляют собой сульфатно-магние-во-кальциевый тип, с показателем рН 7,5 ед. Содержание А^ Аи, As, В, Ва, Со, Сг, Си, П, Мп, Мо, №, РЬ, Sb Д V, W, Zn в жидкой фазе составляет менее 1 мг/л.
В химическом составе хвостов, уложенных в хвостохранилище ООО «Соврудник», преобладающим является оксид кремния ^Ю2), содержание которого достигает 35-65%. Содержание оксида железа ^е203) изменяется от 5 до 25 %, оксида алюминия (А12О3) - от 10 до 15 %, оксида кальция (СаО) - от 0,2 до 0,5%. Среди щелочей выделяется К20 с содержанием 1-3%, при этом концентрация №20 - менее 1%. В лежалых хвостах установлено существенное накопление целой группы тяжелых металлов, таких как Си, Zn, Мп, Со, №, Li, As, ТС, V, Мо, Cd, РЬ, Сг, Sr, Ва. Максимальное значение валовых концентраций, лежащих в
пределах 0,1-1%, характерно для мышьяка, марганца, титана. В концентрациях 0,01-0,1% присутствует бор, барий, свинец, сурьма, ванадий, цинк. В интервале от 0,001 до 0,01% находится кобальт, хром, медь, литий, никель, вольфрам.
По минеральному составу толща лежалых хвостов характеризуется преобразованием слюдистых минералов и кварца. Доля кварца достигает 60%, мусковита и хлорита - до 35%. В подчиненных количествах присутствуют сульфиды - от 3 до 10%.
Хвосты в нижней части разреза техногенного массива отличаются повышенным содержанием сульфидов -до 20% и включают: пирит, арсенопи-рит, галенит, сфалерит, пирротин. Характерной особенностью является наличие горизонта, претерпевшего интенсивное гипергенное преобразование, где широко развиты вторичные минералы - лимонит, скородит (пит-тицит), англезит, а также новообразованные формы - гематит, сульфаты железа и свинца, самородная сера, гипс, гидроокислы железа.
В основании массива хвостов пляжной зоны выделен горизонт мощностью 7 м, в котором содержание золота резко увеличено по отношению к вышележащим техногенным образованиям и составляет от 1,2 до 18,8 г/т при среднем содержании 5-6 г/т. В верхних толщах массива хвостов его содержание не превышает 0,5 г/т, золото в подавляющем большинстве тонкое, фиксируется в сульфидах, большей частью в арсенопирите и пирите. Пирит представлен четкими кубическими и октаэдрическими кристаллами, на поверхности которых выявлено образование микропористости и микротрещиноватости. Форма, размер пор и трещин разнообразны. Мик-розондовым анализом в химическом составе пирита установлено: железа -45,9%, серы - 54,1%. Арсенопирит представлен кристаллами призматической формы стального-серого цвета с
металлическим блеском. В химическом составе первичных зерен арсенопирита установлено железо - до 44,5%, мышьяк - 28%, сульфаты - 20,3%, алюминий -7%, медь - 0,2%.
В нижнем продуктивном горизонте под воздействием высокоминерализованных техногенных вод золотосодержащие сульфиды окисляются. Поверхность минералов становится рыхлой. Микрозон-довым анализом установлено резкое падение содержания серы - от 50 до 10% в периферийных долях кристаллов. Повсеместно наблюдается полное разложение сульфидов до землистых масс, сложенных преимущественно гидроокислами железа, где содержание серы не превышает 6-7% (рис. 1). По результатам микроскопических исследований гидроокислы железа представлены черными и тем-нобурыми коломорфными образованиями и землистыми массами. В химическом составе гидроокислов железа содержание
♦ SPOT моо^
41 ф ' . «
ТМ 1000 3453 2011.02 0« L D3 7 х« Ok 10 um
железа составляет 80,8%, меди 5,5%, магния 3,5%, алюминия 2,6%. По сравнению с первичными рудными минералами количество серы снижается в 7 раз и не превышает 7,6%. При окислении арсенопирита наряду с серой происходит вынос мышьяка. В исследованных псевдоморфозах микро-зондовым анализом установлено железа 88%, алюминия 8,0%, мышьяка 1,6%, серы 1,2%, меди 1,1%.
В результате гидролиза сульфидов в техногенных водах существенно возрастает содержание сульфатов. По данным лабораторных аналитических исследований содержание сульфатов в техногенном водоносном горизонте достигает 6374,92 мг/л. Помимо жидкой фазы широко присутствует выход серы в виде H2S, на что указывает наличие в верхних толщах разреза массива хвостов большого количества сферообразных полостей размером от
Element
Weight %
Aluminum
Sulfur
Iron
Copper
Arsenic
7.0 20.3 44.5 0.2 28.0
Element Weight %
Aluminum 8.0
Sulfur 1.2
Iron 88.0
Copper 1.1
Arsenic 1.6
Рис. 1. Окисление арсенопирита в лежалых хвостах и его микрозондовый анализ:
а - первичный арсенопирит из лежалых хвостов; б - остаточные формы арсенопирита в
нижнем горизонте техногенного массива
а
б
Щ^^л^шш: - и - • • •
v
• v ^
I *п
Element Weight %
Aluminum 6.8
Silicon 0.6
Sulfur 21.3
Calcium 0.6
Iron 7.8
Cobalt 21.9
Nickel 7.0
Copper 0.0
Arsenic 34.0
б
а
в
Рис. 2. Вторичные серосодержащие вещества в толще техногенного массива:
а - сферообразные полости, содержащие И2Б; б - выделения аморфного кремнезема (1) в тесном срастании с серой (2) и гидроксидами железа (3) в основании техногенного массива; в - микрозондовый анализ сульфатной - мышьяковистой массы
0,1 до 3 мм, заполненных газовыми составляющими (рис. 2,а). Вторичное преобразование сульфидов в продуктивном нижнем горизонте сопровождается падением показания рН среды от нейтрального к кислому на 2-3 ед. В результате интенсивного воздействия кислых растворов на минеральную массу лежалых хвостов, из сульфидов наряду с серой и мышьяком происходит интенсивный вынос тяжелых металлов.
При сопоставлении результатов анализа химического состава поровых растворов из верхнего и нижнего горизонтов (таблица) видно, что в водных вытяжках из гипергенно преобразованного
нижнего горизонта хвостов содержание тяжелых металлов увеличивается на несколько порядков. Обращает на себя внимание аномально высокое содержание водорастворимых форм As, Мп, №, Zn, Си, Li, Fe, РЬ, Аи.
В основании преобразованного горизонта, в области геохимического барьера «техногенные отложения -подстилающие грунты» сера и тяжелые металлы кристаллизуются из пересыщенных растворов, выпадая в осадок в виде новообразованных минералов, преобладающими из которых являются гематит, сульфаты железа и свинца, самородная сера, гипс, гидро-
Среднее содержание элементов (мг/кг) в водных вытяжках из лежалых хвостов
Интервал опробования Fe Li Cu Zn Ni Mn As Au
Верхний горизонт, слабо окисленный (0,0-6,0 м) 0,32 0,04 0,01 0,1 0,23 4,2 3,75 0,0001
Нижний гипергенно измененный продуктивный горизонт (6,0-14,0 м) 49,9 0,12 2,29 3,11 1,78 11,3 369,2 0,1
окислы железа. Обращает на себя внимание, что в ряде случаев сера образует самостоятельные самородные минералы в виде тонких корочек желтого цвета в тесном срастании с кремнеземом и с гидрооксидами железа. В агрегатных образованиях скрытокристаллические выделения серы играют роль цементирующей массы (рис. 2,б). В составе сульфатов сера присутствует в новообразованном милантерите и других
сульфатах железа и свинца. Образования проявляются в виде натечных форм светло-зеленого или сероватого цвета и имеют неустойчивую структуру, а также легко растворимы. Помимо сульфатных минералов в основании техногенного массива формируется сульфатно-мышьяковистая масса, характеризующаяся высокими содержаниями мышьяка, серы, тяжелых металлов (рис. 2,в).
ТМ-1000 3430
2011 02 08 а
L D3 7 хЮк 10 um
2011.02 08 б
L D3.6 х7 Ok 10 um
Je
Full Scale 1 065 cts Cursor: Ü.1 56 CO cts)
Element
Weight %
Aluminum 6,6
Silicon 56,2
Potassium 2,1
Iron 21,8
Copper 2,0
Arsenic 7,1
Gold 4,2
Рис. 3. Формы проявления золота в техногенном массиве:
а - ямочно-каверзионная поверхность золота; б - сотово-ячеистая поверхность золота; в -золотосодержащая глинисто-железистая масса, цементирующая минеральные формы, и ее микрозондовый анализ
в
В результате процессов вторичного преобразования золотосодержащих сульфидов в продуктивном горизонте лежалых хвостов происходит высвобождение золота. Процессы трансформации сульфидов и механическое высвобождение тонкого золота сопровождаются частичным растворением металла, на что указывает повсеместно развитая коррозионная структура поверхности золота (рис. 3,а,б).
Большинство выделений золота в продуктивном горизонте имеет ярко выраженную ямочно-каверзионную и сотово-ячеистую поверхность. Обращает на себя внимание существенное повышение доли растворенного золота до 0,1 мг/кг (см. таблицу) в водных вытяжках из хвостов продуктивного горизонта.
Увеличение доли водорастворен-ного золота приводит к значительному повышению концентрации металла в техногенных водах из хвостов продуктивного горизонта. Концентрация золота в техногенных водах достигает 0,81,1 мг/л, что существенно превышает его содержание в пульпе 0,0001 мг/л.
Наряду со структурами растворения установлено выпадение отдельных зерен в виде субмикроскопических тонкодисперсных частиц самородного металла размером в десятые-тысячные доли микрометра. Обычно это изометрич-ные субкристаллики, характеризующиеся наличием пентагон-додекаэдричес-ких граней, либо сочетанием куба и октаэдра. В химическом составе этих зерен установлено содержание золота 95,6% и алюминия 4,4%, отсутствие характерных для первичных минералов серебра и меди. Золото, представленное в виде таких нано- и микроразмерных частиц, локализуется в отдельных полостях на поверхности более крупных зо-лотин тонких размеров.
Помимо сростков, золото присутствует в составе землистых агрегатов сульфатов железа и меди, а также в глинисто-железистой массе, цементирующей минеральные формы. Ее исследова-
ние микрозондовым анализом показало наличие золота 9,4%, меди 1,6%, железа 16,9%, алюминия 72,1% (рис. 3,в).
Проведенные исследования показывают, что существенное изменение минерального состава продуктивного горизонта, особенно окисление рудных сульфидных минералов, способствует раскрытию золота и удалению из рудного сырья вредных примесей. В результате техногенные минеральные образования гипергенно преобразованного горизонта представляют собой объекты, пригодные для извлечения из них золота методами цианирования, в том числе методом кучного выщелачивания.
Исследования на двух малообъемных пробах, выполненных совместно с ОАО -Иргиредмет", показали, что при применении цианистых растворов на исходном сырье доля извлечения золота из хвостов составляет 70,5%. При доиз-мельчении материала до размера фракции 0,074 мм выход металла в цианистые растворы увеличивается до 84%.
Таким образом, в намывных лежалых хвостах, образованных при обогащении руд золото-кварцевой малосульфидной формации, сформирован техногенный минеральный золотосодержащий тип сырья, пригодный для переработки методами цианирования, в частности кучным выщелачиванием. Полученные результаты позволяют осуществить вовлечение лежалых хвостов золотодобывающих предприятий в промышленное производство и существенно расширить сырьевую базу благородных металлов. Полученный опыт можно перенести на золотодобывающие предприятия не только Восточной Сибири, но и Российской Федерации в целом.
Библиографический список
1. Межеловский Н.В., Смыслов А.А. Недра России. Т. 2: Экология геологической среды. СПб.: Горный ин-т., 2002. 662 с.
2. Целюк И.Н. Особенности вещественного состава хвостов из хвосто-
хранилища ООО «Соврудник» // Разведка и охрана недр. 2010. № 9. С. 3741.
3. Целюк Д.И. Перспективы золотоносности лежалых хвостов ЗИФ Центральной Сибири // Ресурсовоспроизво-дящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр. М., 2011. С. 81-83.
4. Дементьев В.Е., Дружина Г.Я., Гудков С.С. Кучное выщелачивание золота и серебра. Иркутск: ОАО «Ирги-редмет», 2004. 352 с.
References
1. Mezhelovskiy N.V., Smyslov А.А. Earth Interior. [Nedra Zemli]. V. 2. Ecology of geological environment. St-Ptb.: Mining Inst., 2002, 662 p.
2. Tseljuk I.N. Features of mineral composition of tailings at storage of JSC -SovRudnik". [Osobennosti veschestven-nogo sostava khvostov iz khvos-tokhranilischa ООО «SovRudnik». Zhur-nal Razvedka i Okhrana Nedr - J. Prospecting and Protection of Earth Interior. 2010, no. 9, pp. 37-41.
3. Tseljuk D.I. Prospects of gold-bearing potential of old tailings at ZIF of Central Siberia. [Perspektivy zolotonos-nosti lezhalyh hvostov ZIF Centraljnoy Sibiri]. Sbornik: Tehnologii osvoenia nedr - In: Technologies of mineral resource development. Moscow, 2011, pp. 81-83.
4. Dementjev V.E., Druzhina G.Ya., Gudkov S.S. Heap leaching of gold and silver. [Kuchevoe vuschelachivanie zolota I serebra]. Irkutsk: «IrGiredMet», 2004, 352 p.
Рецензент кандидат технических наук, профессор Иркутского государственного технического университета О.А. Пунишко
