Разработка усовершенствованной оксихлоридной технологии извлечения золота из руд применительно к условиям подземного выщелачивания

В последние десятилетия по ряду объективных причин (отработка богатых месторождений, удорожание добычи и переработки рудного сырья вследствие углубления карьеров и шахт, снижение содержания металла в рудах и др.) эффективность использования традиционных способов добычи полезных ископаемых неуклонно снижалась, что способствовало разработке принципиально новых геотехнологических способов, в частности, способа подземной бесшахтной добычи полезных ископаемых. К настоящему моменту разработаны и внедрены в промышленную практику: подземное растворение солей и выщелачивание металловподземная выплавка серы и газификация каменного и бурого угля и сланцевподземная скважинная гидродобыча фосфоритов, строительных песков и добыча йодобромистых и других водподземное извлечение и использование тепла из природных парогидротерм [1−4].

Развивающимся направлением подземной (бесшахтной) добычи полезных ископаемых является подземное выщелачивание металлов из руд.

Принцип подземного выщелачивания (ПВ) достаточно прост. Как правило, в рудном теле пробуриваются две или более скважины. Выщелачивающий раствор закачивается в одни скважины, из других скважин извлекается продуктивный раствор. Рудное тело не разрабатывается.

В результате такого подхода при отработке месторождения подземным выщелачиванием, по сравнению с традиционными способами добычи и переработки руд, в несколько раз сокращаются сроки пуска месторождения в эксплуатацию и сроки его отработкиуменьшаются капитальные и эксплуатационные затратыснижается в 1,2 — 4 раза себестоимость готовой продукцииповышается в 3−8 раз производительность труда. Земля не обезображивается карьерами, шахтами, отвалами пустой породы, забалансовых руд, хвостохранилищами. Люди избавляются от опасного тяжелого труда под землей.

В результате подземное выщелачивание дает возможность рентабельно отрабатывать месторождения, разработка которых традиционными способами невыгодна.

Скважинная технология подземного выщелачивания цветных металлов в настоящее время достаточно хорошо отлажена и апробирована в урановой и медной промышленностях, причем специалисты отмечают, что добыча урана подземным выщелачиванием развивалась с удивительной для истории горного дела быстротой.

Перспективы промышленного использования технологии подземного выщелачивания золота во многом определяются выбором эффективного растворителя, в котором бы сочетались такие качества, как достаточно высокая кинетическая активность и селективность действия по отношению к выщелачиваемым металлам, относительно невысокая стоимость и расход, наличие надежных способов выделения металлов из растворов и экологичность.

В техническом плане наиболее подготовленным для использования в условиях подземного выщелачивания золота является процесс цианирования, который одновременно представляется и наиболее дешевым способом выщелачивания золота и серебра из руд.

Однако, несмотря на преимущества, цианирование не может быть однозначно рекомендовано в настоящее время к промышленному использованию в условиях ПВ, главным образом из-за существующего «психологического барьера», связанного с укоренившимся мнением об «экологической неприемлемости» цианистого ПВ и сложностью получения в связи с этим разрешений от соответствующих инстанций на реализацию данной технологии.

Из нецианистых растворителей лучшими и перспективными на современном этапе развития работ по ПВ золота являются хлорсодержащие соединения. Примером тому является работа опытной установки оксихлоридного ПВ золота на месторождении Гагарское на протяжении 8 лет.

Актуальность диссертационной работы продиктована потребностью золотодобывающей промышленности в создании эффективной технологии, позволяющей вовлекать в переработку месторождения с небольшим содержанием (запасом) золота и отвечающей современным требованиям охраны окружающей среды.

Целью диссертационной работы является совершенствование технологии подземного выщелачивания золота из руд на основе оксихлоридного растворителя.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертационной работы:

— изучение кинетики растворения золота в оксихлоридных растворах в условиях, близких к реальным технологическим условиям ПВ, т. е. при пониженном температурном режиме (Т~4° С) и в области рН=3−4. Определение оптимальных условий выщелачивания золота из окисленных руд;

— оценка способов извлечения золота из продуктивных растворов;

— исследование влияния «активного» хлора на извлечение золота из растворов, разработка методов дехлорирования оксихлоридных растворов и оценка способов извлечения золота из продуктивных растворов;

— разработка эффективной технологической схемы извлечения золота методом оксихлоридного подземного выщелачивания на примере руд Маминского месторождения;

— апробация улучшенной технологической схемы в укрупненных испытаниях на работающем объекте ПВ;

— технико-экономическая оценка процесса оксихлоридного ПВ в сопоставлении с альтернативным методом извлечения золота из бедных руд на примере кучного выщелачивания;

— заключение о перспективе использования оксихлоридного ПВ на предприятиях РФ и мира.

При выполнении работы использовали следующие методы исследования: вращающегося диска, ИК-спектроскопии, локальный микро-рентгеноспектральный анализ, методы математической статистики для обработки полученных результатов.

Научная новизна работы:

1. Изучен процесс оксихлоридного выщелачивания золота в условиях ПВ при низких температурах. Определены основные кинетические характеристики реакции растворения золота оксихлоридными растворами (порядок реакции и константа скорости растворения золота, энергия активации).

2.Установлено отрицательное влияние «активного» хлора на процесс извлечения золота из продуктивных растворов.

3. Разработан метод предварительного дехлорирования продуктивных растворов на защищенный патентом РФ № 2 219 263.

Практическая значимость работы: на основании проведенных исследований определены закономерности оксихлоридного ПВ золота в условиях, близких к реальным. Разработана усовершенствованная технологическая схема ПВ золота, позволяющая повысить эффективность извлечения золота из руд. Разработанная технология отличается высокими показателями извлечения золота из продуктивных растворов и позволяет снизить эксплуатационные затраты.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается результатами лабораторных и полупромышленных испытаний.

В диссертационной работе защищаются:

— основные положения и выводы по результатам теоретических исследований в области кинетики растворения золота оксихлоридными растворами при низких температурах и изучение влияния «активного» хлора на сорбент и процесс сорбции золота из оксихлоридных растворов;

— обоснование целесообразности применения оксихлоридного выщелачивания применительно к условиям ПВ месторождения «Маминское»;

— применение процесса предварительного дехлорирования продуктивных растворов;

— разработанная улучшенная схема оксихлоридного ПВ золота из месторождения «Маминское».

Работа выполнена в период с 2001 по 2005 г. в лаборатории гидрометаллургии благородных металлов ОАО «Иргиредмет». Полупромышленные испытания проведены на опытно-промышленном участке «Маминское».

Работа состоит из 5разделов, введения, заключения, списка использованных источников и приложений. Изложена на 178 страницах машинописного текста, включая 31 рис., 34 табл.

Апробация работы. Результаты работы изложены в 2 статьях, 3 тезисах докладов и заявке на изобретение, а также представлены на Международных совещаниях: «Плаксинские чтения — 2002» (г. Чита), «Геотехнология: нетрадиционные способы освоения месторождений полезных ископаемых» (г. Москва, 2003 г.), «Плаксинские чтения — 2004» (г. Иркутск).

Основные результаты, полученные автором, могут быть сформулированы в виде следующих основных положений и выводов:

1. Учитывая особенность ПВ золота, изучена кинетика растворения Аи в оксихлоридных растворах в условиях, близких к реальным, а именно при температурах 2—4°С. С применением метода вращающегося диска изучены основные закономерности растворения золота оксихлоридными растворами в системе: NaOCl-NaCl-HCl-F^O. Установлено, что растворение золота протекает в области смешанной кинетики: при скорости вращения диска до 20 рад/с процесс лимитируется диффузией, при скорости вращения диска более 20 рад/с процесс переходит в кинетическую область.

Энергия активации для диффузионного и кинетического режимов соответственно составила 21,2 и 38 кДж/моль.

Растворение золота в системе NaCl — NaOCl — НС1 — Н20 является реакцией первого порядка. Экспериментальное значение константы скорости реакции.

7 *У 1/1/ составляет 0,41−10* л/смрад г-с г.

Установлено, что скорость растворения золота увеличивается с повышением концентрации NaCl до 0,3 моль/л (для диффузионной области) и 0,45 моль/л (для кинетического режима), которые являются предельными при концентрации «активного» хлора 0,02 моль/л. Поэтому для реальных условий подземного выщелачивания, когда используются концентрации «активного» хлора 0,01−0,02 моль/л, концентрация хлорид-иона должна составлять 0,15−0,35 моль/л.

Экспериментально установлено, что с увеличением рН раствора удельная скорость растворения золота снижается: при рН=3,8 указанная величина составляет 1,7−10″ 9 моль/см2-с, при рН=6 0,5−10'9 моль/см2-с.

Сопоставление констант скоростей реакций для оксихлоридных и цианистых растворов показало, что при пониженных температурах исследуемые растворы обладают большей кинетической активностью по отношению к золоту, чем цианистые, что подтверждается значениями констант скоростей реакции.

7 7 О V I/ соответственно 0,41−10″ и 0,27−10″ л/смрадс 2.

2. Опыты проведенные на рудном материале (Маминское месторождение), показали, что в течение 2−4 ч. процесс выщелачивания золота практически заканчивается, т. е. характер золота в исследуемых рудах данного месторождения дает возможность достижения высоких показателей извлечения золота при использовании оксихлоринационого выщелачивания.

3. Эксперименты по цементационному выделению золота из оксихлоридных растворов металлическим железом (в агитационном или фильтрационном режимах) подтвердили эффективность данного способа осаждения. Однако применение цементации к бедным по золоту оксихлоридным растворам приводит к получению цементационных осадков с относительно низким содержанием золота (порядка 1,0 масс %), для которых должна быть предложена специальная технология металлургической переработки, включающая операцию кислотного выщелачивания железа и плавку остатка на металл Доре. Существенным недостатком данного технологического варианта, применительно к условиям оксихлоридного ПВ золота, является загрязнение выщелачивающих растворов осадком гидроксидов железа.

4. Эффективным методом извлечения золота является сорбция золота на активированный уголь и ионообменную смолу. Установлено отрицательное влияние «активного» хлора на активированный уголь. Однако «активный» хлор, взаимодействуя с сорбентом, вызывает его деструкцию, что ведет к снижению емкости, механической прочности, и ведет к потерям металла как по жидкой, так и по твердой фазе, что подтверждается методом ИК-спектроскопии и. На основании этого сделан вывод о необходимости предварительного дехлорирования продуктивных оксихлоридных растворов.

5. При исследовании процесс ионообменного извлечения золота из оксихлоридных растворов. Показана принципиальная возможность элюирования золота из фазы смолы кислыми растворами тиокарбамида и многократного использования отрегенерированной смолы в цикле сорбция-десорбция.

6. В качестве процесса дехлорирования рассматривали: вакуумную отгонку хлора, дехлорирование растворов с применением ископаемых углей, дехлорирование с применением тиосульфата натрия. Для технологической схемы был отобран процесс дехлорирования с использованием каменного угля.

7. На основании проведенных исследований разработана и предложена технологическая схема извлечения золота методом оксихлоридного ПВ для руды Маминского месторождения.

8. Результаты опытно-промышленных испытаний осаждения золота из продуктивных оксихлоридных растворов по «базовому» варианту (прямая адсорбция на активированном угле) показали низкое извлечение золота (-75%). При этом установлено, что процесс осложнен снижением механической прочности сорбента из-за деструктивного воздействия «активного» хлора на сорбент.

9. Для устранения указанных выше недостатков испытана усовершенствованная технология, предусматривающая предварительное дехлорирование продуктивных растворов каменным углем с последующей сорбцией золота сорбентом.

10. Установлено, что применение активного угля и ионообменной смолы для извлечения золота из предварительно дехлорированных продуктивных растворов, обеспечивает извлечение на уровне 98,5%, повышение емкости сорбентов по золоту в 2−3 раза. Увеличение механической прочности активированного угля на 6%, а анионита более чем в 6 раз. Это дает благоприятные предпосылки для организации процесса регенерации смол (которая намного превышает стоимость активных углей) и их многократного использования в технологическом процессе. Однако вопрос о применении ионообменных смол в качестве альтернативных углям) сорбентов золота из оксихлоридных растворов требует дальнейшей проработки.

В целом продемонстрирована эффективность технологии переработки оксихлоридных продуктивных растворов, предусматривающей предварительное дехлорирование и последующую сорбцию золота.

11. Выполнена технико-экономическая оценка оксихлоридного ПВ. Общий годовой эффект выражается величиной 654 тыс. руб., что свидетельствует о достаточно высокой экономичности рассматриваемой технологии.

Даже для условий ОПУ (САи=0,38 мг/л, производительностью по растворам 131 тыс. м3 в годобъем золотодобычи 50 кг в год) подземное выщелачиваниерентабельно при производительности Q=131 тыс. м3 в год. При увеличении производительности предприятия, эффективность будет соответственно выше, значит ПВ тем более рентабельно.

Полученные в процессе диссертационных исследований экспериментальные данные и вытекающие из них практические выводы рекомендуется использовать при решении проблем извлечения золота методом оксихлоридного ПВ из руд Маминского и других, аналогичных ему, коренных месторождений, а также из россыпных объектов, где существуют благоприятные гидрогеологические и экономические условия для реализации данного технологического процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Работа посвящена исследованию процесса и разработке технологии оксихлоридного подземного выщелачивания золота. Актуальность проблемы связана с необходимостью разработки новой эффективной технологии по добыче золота с низкими эксплуатационными и капитальными затратами, с использованием в качестве растворителей благородных металлов менее токсичных реагентов.

Задачи исследований в рассматриваемой области извлечения золота определены в результате анализа имеющихся литературных данных и требований производства.