Содержание к диссертации
Введение
I. Исследование техногенной миграции металлов, обусловленной процессами добычи и переработки руд. Разработка методических принципов оптимизации их параметров с учетом экологических и экономических аспектов 11
П. Экологотехнологическая оценка воздействия взрывных работ и рудоподготовки на миграцию тяжелых металлов ... 44
III. Теоретическая оценка ассоциируемости элементов в рудах и ее связи с техногенными миграционными процессами 61
IV. Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование экологически чистого активационного выщелачивания металлов из природных и техногенных источников 84
V. Повышение эффективности сорбционных процессов в решении проблемы снижения загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами 156
Заключение 190
Список использованной литературы и публикаций автора 194
- Исследование техногенной миграции металлов, обусловленной процессами добычи и переработки руд. Разработка методических принципов оптимизации их параметров с учетом экологических и экономических аспектов
- Экологотехнологическая оценка воздействия взрывных работ и рудоподготовки на миграцию тяжелых металлов
- Теоретическая оценка ассоциируемости элементов в рудах и ее связи с техногенными миграционными процессами
- Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование экологически чистого активационного выщелачивания металлов из природных и техногенных источников
Введение к работе
{$l{1
Актуальность работы.
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и сопутствующими им другими биологически активными элементами при разработке рудных месторождений возникает в результате их техногенной миграции, обусловленной комплексом интенсивных технологических воздействий на минеральную среду, и последующими физико-химическими и биохимическими гипергенными процессами. Кроме того, при использовании так называемых физико-химических геотехнологий добычи а также флотационных и химических способов обогащения руд в окружающую среду привносятся технологические реагенты, значительная часть которых обладает токсичными для биоты свойствами.
В области гидрогеохимии к настоящему времени получены существенные результаты в исследовании форм миграции элементов, их сорбции и десорбции, осаждения на геохимических барьерах и физико-химического взаимодействия с водной и минеральной средой. Вместе с тем, эти исследования были ориентированы только на изучение гидрогеохимических и экологических последствий технологических воздействий на минеральную среду.
Для разработки же эколого-защитных мероприятий в горном производстве, направленных на снижение уровня загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и реагентами, очевидно, необходимо знать не только гидрогеохимические последствия, но и технологические причины их миграционной активности.
Целенаправленных исследований взаимосвязи процессов техногенной миграции основных и сопутствующих рудообразующих элементов в окружающую среду с технологическими процессами добычи и переработки руд до настоящего времени не проводилось, что и определяет актуальность диссертационной работы.
Целью работы является научное обоснование путей снижения уровня загрязнения окружающей среды токсичными элементами и реагентами при разработке рудных месторождений на базе комплексных исследований взаимосвязи технологических процессов добычи и переработки природного и техногенного сырья с процессами миграции содержащихся в них металлов и повышения на этой основе эффективности разработки рудных месторождений.
В соответствии с этим в диссертационной работе решались следующие задачи:
-
Анализ состояния изученности проблемы техногенной миграции элементов при разработке рудных месторождений и, прежде всего, ее физико-химических параметров.
-
Установление особенностей ассоциирования и форм нахождения основных и сопутствующих миграционно-активных рудообразующих элементов в рудах и ореолах рассеяния, являющихся потенциальными загрязнителями окружающей среды, для наиболее распространенных генетических типов рудных месторождений и выявление их основных закономерностей.
-
Исследование процессов техногенной миграции основных и сопутствующих элементов в кристаллической среде, поровых и микротрещинных водах, обусловленной взрывными и механическими] врвдеіилщюниюїдаїу и вмещающие породы. БИБЛИОТЕКА I
-
Установление взаимосвязи техногенных форм миграций основных и сопутствующих элементов с технологическими параметрами Добычи, переработки и складирования некондиционных руд и хвостов обогащения.
-
Теоретическое обоснование технологических решений, направленных на снижение уровня загрязнения окружающей среды металлами и реагентами, на основе использования физических и физико-химических методов активации миграционных процессов в кристаллической и водной среде и процессов сорбции при добыче и переработке.
6. Экспериментальная проверка эффективности предложенных
технологических решений на лабораторном и полупромышленном уровне.
7. Обоснование показателей эколого-экономической оценки горно
технологических решений и критерия выбора оптимального варианта добычи и
переработки руд.
Исследования проводились на базе конкретных объектов - рудных месторождений различных формационных типов: медно-молибденового, молибден-вольфрамового, кварц-касситеритового, золото-кварцевого, золото-сульфидно-кварцевого.
Основная идея работы заключается в том, что повышение эффективности разработки рудных месторождений достигается за счет существенного уменьшения загрязнения окружающей среды токсичными элементами и технологическими реагентами на основе целенаправленного воздействия на процессы массопереноса и микроструктурных преобразований в добываемых рудах и перерабатываемых пульпах с учетом их взаимосвязи с миграционными процессами в окружающих массивах и техногенных объектах.
Основные защищаемые положения:
-
Выявленные особенности поэтапной техногенной миграции в подземные и поверхностные воды химических элементов и ее различные формы (в составе шламов рудных минералов, в виде ионов и нейтральных соединений, сорбированных глинистыми, слюдяными минералами, углистым веществом и разрушенными технологическими сорбентами, в виде простых и комплексных ионов) позволяют определить направления совершенствования технологических процессов с позиций снижения отрицательных экологических последствий от разработки рудных месторождений.
-
Соотношения количества приведенного по времени и ценности конечного продукта и количества приведенных по токсичности элементов, мигрирующих в окружающую среду, позволяют определять в комплексе экологическую и экономическую эффективность технологических решений по разработке рудных месторождений и производных от них техногенных образований и могут служить основой критерия выбора оптимального варианта.
-
Установленные закономерности ассоциируемости в рудах и первичных ореолах рассеяния миграционно-активных основных и сопутствующих рудообразующих элементов определяют возможность прогнозирования элементного состава основных загрязнителей окружающей среды при разработке рудных месторождений и техногенных минеральных образований и, соответственно, позволяют произвести предварительную геоэкологическую оценку этих объектов. Отличительной особенностью данных закономерностей является наличие основных
5 и локальных ассоциирующих групп элементов, генетически связанных с соответствующими типами интрузивных пород и производными от них метасоматитами и жильными структурами.
4. Образование непосредственно в водной фазе рудных пульп и
технологических растворов высокоактивных экологически чистых ион-радикальных
соединений кислорода и водорода, при использовании комплекса фотохимических и
электрохимических процессов, позволяет обеспечить существенное снижение
выхода загрязняющих окружающую среду реагентов, а также предопределяет
последующее повышение извлечения как основных ценных компонентов, так и
сопутствующих рудных элементов технологическими сорбентами.
5. Стадийная сорбция из пульп металлов с различным сродством к ионитам в
сочетании с процессами электродиссоциации и электродиффузии ионов, извлечения их
ионообменными смолами в прикатодных зонах, позволяет существенно снизить выход
металлов в окружающую среду и повысить уровень извлечения ценных компонентов.
Научная новизна работы.
1. Установлены основные особенности и формы техногенной миграции металлов
из различных источников: целиков, приконтурных неотработанных участков рудных
тел, недовыпущенной разубоженной руды, отвалов, хвостохранилищ, рудного
массива, подвергающегося взрывному воздействию, а также взаимосвязи загрязнения
окружающей среды тяжелыми металлами с технологическими процессами добычи и
переработки. Предложены и обоснованы теоретические модели
внутрикристаллических процессов миграции элементов во взаимосвязи с процессами
активации поровых и конституционных вод при взрывном воздействии на рудные и
вмещающие породные массивы, механическом дроблении и измельчении руд.
2. Выявлены закономерности ассоциируемое основных и сопутствующих,
изоморфно включенных в кристаллическую решетку, образующих структуры
внедрения или микроминералы рудообразующих элементов, позволяющие
прогнозировать и оценивать для каждого генетического типа рудных
месторождений соответствующий химический состав поллютантов, мигрирующих с
подземными и поверхностными водами в окружающую среду.
3. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность
использования экологически чистого комплекса ион-радикальных пероксидно-
гидроксидных соединений для выщелачивания металлов из руд и техногенного
минерального сырья, продуцируемых непосредственно в жидкой фазе пульп,
комплексом физических воздействий. Это позволило разработать промышленные
методы повышения извлечения металлов при сорбционном выщелачивании и тем
самым снижения уровня загрязнения окружающей среды реагентами и тяжелыми
металлами.
4. Теоретически и экспериментально исследована возможность очистки
сбрасываемых хвостов обогатительных фабрик и гидрометаллургических заводов от
тяжелых металлов и других токсичных элементов и их соединений с
использованием процессов предварительной сорбции элементов-примесей,
электродесорбции их с природных минералов-сорбентов и последующей
электросорбции специально подготовленными ионитами. Эти исследования
позволили разработать методы прибыльного доизвлечения из хвостовых пульп
элементов, являющихся для окружающей среды поллютантами.
5. Научно обоснован новый комплексный показатель эколого-экономической оценки эффективности разработки месторождения, основанный на идее установления количественных соотношений металлов, извлеченных из руд и техногенных источников, с приведением по времени получения и их ценности и металлов, мигрирующих в окружающую среду с учетом их токсичности. Предложенный показатель позволяет определить относительный уровень загрязнения окружающей среды токсичными элементами в расчете на единицу произведенного конечного продукта. Обоснованы, на базе предложенного показателя, критерий и методика совместной оптимизации первичной и вторичной добычи и переработки руд и техногенных образований.
Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается значительным объемом экспериментальных исследований, корректным теоретическим обобщением их результатов и фактических эколого-геохимических, физико-химических и технологических данных, подтверждением результатов лабораторных и полупромышленных экспериментов в реальных производственных условиях.
Практическая значимость работы заключается в разработке комплекса экологически эффективных технологических схем выемки, усреднения, механической обработки руд, пульпоподготовки, складирования некондиционных руд, технологии переработки руд, сортировки, извлечения и доизвлечения металлов из жидкой фазы пульп и растворов. Предложены прогрессивные технологические варианты добычи и переработки руд и отходов горного производства для условий Тырныаузского ВМК, Хрустальненского ГОКа, месторождений Кокпатас (Узбекистан) и Yellow Jacket (Штат Невада, округ Кларк, США), обеспечивающие снижение уровня загрязнения окружающей среды токсичными элементами и реагентами и повышение извлечения полезных компонентов.
Личный вклад автора состоит в постановке задач и их решении, разработке теоретической основы методов оценки процессов техногенной миграции металлов в окружающую среду при разработке рудных месторождений и обосновании технологических процессов, обеспечивающих существенное снижение загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и реагентами, в проведении лабораторных и полупромышленных экспериментов по их реализации.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались на научных международных конференциях МГГРУ (1992-1995, 1997-2004 гг.), научных семинарах геологических факультетов МГУ, Университета Лас-Вегаса (1995,1996 г.), Высшей Горной школы Денвера (1996 г.), технических советах проектного института СибЦветметНИИпроект (1984 г.), Тырныаузского ВМК (1985-1990 гг.), Хрустальненского ГОКа (1989,1990 г.), Навоинского ГМК (1995, 1996,1998-2000 гг.), Северного РУ НГМК (1995,1998-2000,2003-2004 гг.), ГМЗ-3 НГМК (1996-2000 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в отдельных разделах трех монографий, справочнике по открытым горным работам, 5 статьях и 11 тезисах конференций МГГУ и МГГРУ, а также отражены в 31 охранном документе (авторских свидетельствах СССР, патентах РФ и патенте США).
Объекты исследования. Техногенно-активированные миграционные процессы в минеральной и водной средах при взрывном, механическом и физико-химическом технологическом воздействии на массив, отбитую руду, рудные пульпы, отвалы и хвосты первичной переработки.
7 Структура и объем диссертации. Диссертаций изложена на 258 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, введения, заключения, списка литературы из 205 наименований, включает 17 таблиц, 19 рисунков, 9 приложений.
Исследование техногенной миграции металлов, обусловленной процессами добычи и переработки руд. Разработка методических принципов оптимизации их параметров с учетом экологических и экономических аспектов
Без такой информации выбор схемы рудоподготовки (как процесса определяющего уровень извлечения при обогащении) возможен на основе единственной альтернативы: шихтовка или раздельная (селективная) обработка, т.е. отсутствует возможность сочетать решение . задач «раскрытия» минералов (за счет дифференцированного дробления и измельчения руд с различной вкрапленностью и содержанием абразивных минералов) и обеспечения оптимального соотношения рудных и неконтрастных к ним (по технологическим свойствам) нерудных минералов. Кроме того, при этом снижается возможность управления качеством (технологическими характеристиками рудной массы) внутри выемочного блока за счет варьирования схемами и параметрами БВР, режима выпуска (в общем случае выемки) и последующей порционной или покусковой сортировки (сепарации).
С точки зрения автора, для существенного снижения первичных потерь рудных минералов необходимо в одних случаях управлять процессом формирования технологических свойств на внутриблочном уровне (технология защищена авторским свидетельством 1642002). В других случаях, когда в одном выемочном блоке находятся технологически несовместимые руды (вплоть до различия состава элементов-примесей) целесообразно производить дифференцированное изменение параметров взрывной подготовки (авторское свидетельство 1802131) и селективную выемку. После чего формирование требуемого качества руд обеспечивается за счет селективного дробления и измельчения и последующего усреднения в пульпообразном состоянии (защищено авторским свидетельством 1422741). Очевидно, что для реализации возможности формирования технологических свойств рудной массы по таким параметрам как размер вкрапленности рудных минералов, размеры и концентрация технологически активных жильных минералов, необходимо иметь соответствующую геологическую информацию иметь по каждой отбираемой пробе. С целью наиболее полного использования такой геологической информации при выборе соответствующих технологических решений, она должна быть интегрирована по принципу однородности всех указанных параметров, т.е. фактически в первую очередь должна быть использована для выделения в структуре выемочного элемента генетически однородных зон.
Под генетически однородными зонами автором понимаются участки рудных тел с выдержанными параметрами минерализации, обусловленными устойчивостью в их пределах физикохимических параметров рудообразования.
Анализ данных опробования при разработке месторождений редкометальных и золотосодержащих руд показывает, что такие зоны объективно существуют и имеют порядок линейных размеров в различных измерениях от десятков сантиметров до первых метров.
Таким образом, в состав геологической информации, при выделении в структуре рудного блока генетически однородных зон, должны быть включены их пространственно - морфологические характеристики, данные о концентрации и размерах технологически активных минералов, размер рудных минеральных зерен, средний по зоне уровень концентрации полезных компонентов, их вариативность и ассоциируемость с сопутствующими рудными элементами.
К технологически значимым параметрам оруденения в общем случае могут быть отнесены: углы падения рудных тел и степень отклонения от контура выемки руда-порода, содержание полезных и вредных компонентов, размер рудных и технологически активных минералов (т.е. существенно влияющих на процесс раскрытия рудных минералов при измельчении и их извлечении непосредственно при обогащении), пространственная ориентировка рудоконтролирующих структур (трещин, плоскостей напластования). Кроме того, должна оцениваться доля (содержание) технологически активных минералов, если их наличие не может быть оценено через один из характеристических составляющих элементов (например, для вольфрамо-молибденовых скарнов наличие кальцита и флюорита через кальций, для оловянных руд касситерит-кварцевой формации наличие халькопирита, сфалерита, галенита и других сульфидов -через серу). Причем технологически активными минералами следует считать не только те, которые непосредственно определяют процесс выделения в концентрат рудных минералов (в силу близости или контрастности соответствующих физических и физико-химических свойств). Ими следует считать и те жильные (ассоциирующие) минералы, которые влияют на процесс раскрытия рудных минералов при рудоподготовке (например, кварц и гранаты как абразивы на измельчения молибденита, молибдошеелита и шеелита).
Особо следует выделить такую составляющую геологической информации как пространственное взаимоотношение генетически однородных зон (т.е. зон с выдержанными минералого-геохимическими параметрами, соответствующими стабильности условий рудообразования) с технологически несовместимыми вещественно-структурными свойствами и геометрически соизмеримых с горно-технологическими элементами выемки. Эта составляющая может играть определяющую роль при выборе способа и системы разработки месторождения с многотипным оруденением.
В целом же, исходя из оценки не только экономических, но и экологических последствий потерь металлов, вопрос выбора системы эксплуатационной (опережающей и сопровождающей) разведки должен определяться не только информационным обеспечением выбора системы и параметров выемки, сортировки (включая сепарационные способы), усреднения и собственно обогащения, но и возможностью оценки миграционных вторичных потерь.
Экологотехнологическая оценка воздействия взрывных работ и рудоподготовки на миграцию тяжелых металлов
Месторождения полезных ископаемых, по образному определению академика А.Е. Ферсмана [106], по существу, представляют собой локальные геохимические аномалии. Причем можно сказать, что эта аномальность выражается не только в повышении или снижении концентраций какого либо одного или нескольких элементов, а характеризуется многоуровневым изменением структуры минерального вещества, начиная с нуклонного.
В действительности, если основными породообразующими элементами являются представители периодической системы в диапазоне от номера 8 (кислород) до номера 26 (железо), причем этот диапазон прерывается не только инертными газами и галогенами, но и серой и фосфором, то для рудообразующих элементов характерен расширенный диапазон представленности, от лития (3) до урана.
Это выражается в наличии не только основных рудных минералов нескольких характерных тяжелых или сверхлегких элементов, но и появлении сопутствующих элементов в виде микроминералов, дисперсных включений, изоморфных примесей.
Причем, даже инертные газы и галогены во многих случаях присутствуют либо в самих рудах, либо в измененных вмещающих породах, соответственно в форме газовых включений или в составе собственных минералов (флюорит, галит и др.).
Наличие во вмещающих рудные тела горных породах повышенных концентраций сопутствующих элементов, т.е. так называемых первичных и вторичных ореолов рассеяния, в результате проведения горных выработок, осуществления массовых взрывов, приводит к неизбежному процессу их миграции в подземные или поверхностные воды.
Присутствие сопутствующих элементов в рудообразующих минералах, попадающих в итоге в хвостохранилища, также обуславливает загрязнение ими водной и воздушной среды. Поэтому вопросы комплексного использования минерального сырья имеют не только экономическую, но и экологическую составляющую. В связи с этим первоначальным этапом в оценке экологоэкономических параметров разработки месторождения должно быть проведено исследование ассоциируемости основных и сопутствующих элементов, формы их нахождения в рудах и ореолах рассеяния. Для предварительной, предпроектной оценки миграционной активности элементов, обусловленной техногенными воздействиями на массивы горных пород, в условиях ограниченной геологической и, тем более геохимической информации, необходимо в первую очередь знать общие закономерности ассоциируемости и форм нахождения основных и попутных элементов в рудах и вмещающих породах в пределах ореолов рассеяния соответствующих генетических типов месторождений.
Изучение геохимических взаимосвязей элементов имеет длительную историю.
Исследования распространенности химических элементов земной коры, начатые еще в 1815 г, английским минералогом В. Филлипсом, а затем продолженные во Франции Э. де Бомоном и А. Добрэ, в США Ф.У. Кларком, в Норвегии И. Фохтом [115], выявили отсутствие зависимости средних содержаний (кларков) элементов от их химических свойств, т.е. числа валентных электронов их атомов. Особенно это заметно для ряда щелочных металлов - Li, Na, К, Rb, Cs, Fr кларки которых отличаются в 10 -10 раз.
Вместе с тем, было установлено, что наибольшую распространенность имеют элементы до №28 периодической системы элементов Д.И. Менделеева, а относительно высокую представленность имеют четные элементы периодической системы (правило Оддо-Харкинса).
Эти факты, а также собственные исследования, позволили академикам В.И. Вернадскому [39] и А.Е. Ферсману [106] прийти к выводу о зависимости распространенности (кларка) элементов от строения ядер их атомов. Эта же идея независимо была выдвинута норвежским ученым В.М. Гольдшмидтом, сформулировавшим основной геохимический закон: «...абсолютное количество элементов, т.е. кларки, зависит от строения атомного ядра; распределение элементов, связанное с их миграцией, - от наружных электронов» [39].
Дальнейшее развитие геохимии, как науки, было связано с исследованиями, преимущественно по второму направлению, т.е. изучению с позиций химических свойств форм и интенсивности миграции элементов в природных гипогенных и гипергенных процессах. Исследования же взаимосвязи техногенных миграционных процессов с геохимической и минералогической ассоциируемостью элементов практически не проводились.
Несмотря на значительное количество работ в области исследования минералогогеохимической ассоциируемое [8, 12, 40, 44, 67, 84, 91-94, 97, 100, 101, 115, 132, 133, 135, 136, 169] не уделялось внимания вопросам установления закономерностей в связях между положением элементов в периодической системе и их ассоциируемостью в рудах и вмещающих породах.
Исключениями, нарушающими эту тенденцию развития геохимических исследований, являются работы известного советского геохимика члена-корреспондента АН СССР К.А. Власова, установившего, что кратности атомных масс в большей мере, чем близость ионных радиусов предопределяет возможность изоморфных замещений элементов в минералах [40], к.г.-м.н. В.Б. Неймана [42], выдвинувшего «Концепцию удвоения-раздвоения атомного веса вещества», в которой основной цепочкой превращений элементов в условиях Земли является последовательность ядерных реакций N 4 (атмосфера), Sf (земная кора), Fe (мантия), Cdif (предположительно ядро); П.А. Королькова [42], обосновавшего возможность преобразования калиевого полевого шпата (ортоклаза) в мусковит KAlSi3Oio(OH, F)2 за счет того, что «атом водорода утрачивает внутриатомную связь в атоме кремния и приобретает взамен нее межатомную связь с атомом кислорода». Также необходимо отметить оригинальные работы киевского ученого Б.В. Болотова (известные, к сожалению, лишь в популярной прессе), в которых ядро атома кремния рассматривается как комплекс из двух ядер лития и кислорода, и работы французского ученого Л. Керврана [88], обосновавшего возможность протекания нерадиоактивных (термин Л. Керврана) ядерных превращений в минеральном и органическом веществах.
Особое мировоззренческое значение в ряду этих работ имеет исследование профессором СВ. Тихомировым закономерностей изменения плотности элементов и атомных радиусов, по возрастанию порядковых номеров в периодической системе, а также циклов расширения и сжатия (# Земли, имеющими, как выяснилось, идентичный характер (результаты которых известны автору из личной беседы). Отсутствие развития системных теоретических работ в области оценки влияния строения ядер атомов элементов на собственно геохимические процессы (а не только на распространенность элементов), и, в частности, на процессы дифференциации вещества в магмах и рудогенез, может быть объяснено лишь широко распространенным в науке убеждением о невозможности протекания процессов нуклеосинтеза без плазменных температур, (т.е. температур порядка 10 К и более, характерных для звезд).
Теоретическая оценка ассоциируемости элементов в рудах и ее связи с техногенными миграционными процессами
Проба окисленной руды общим объемом весом 50 кг была измельчена, смешана и разделена на 10 порций. Для определения среднего содержания золота и мышьяка были отобраны 10 навесок на пробирный, 10 -на атомно-абсорбционный и 16 - на гамма-активационный анализы. Среднее содержание золота по пробирному анализу - 2,05 г/т, по атомно-абсорбционному - 1,96 г/т, по гамма-активационному - 1,82г/т.
Первые две технологические пробы по 10 кг были помещены в реакторы. Одна из проб (контрольная) была доведена до пульпы водой при Ж:Т = 1,2:1, в полученную пульпу были введены СаО до рН 10, цианиды из расчета 300 мг/кг твердого.
Выщелачивание при интенсивном барботаже продолжалось 6 часов, после чего были отобраны твердые и жидкие пробы. Замеры концентраций золота в жидкой фазе производились на 2-х атомных спектрофотометрах SCAN (США) и С-115 (Украина). Твердая проба анализировалась пробирным и атомно-абсорбционным методами.
Вторая технологическая проба была доведена до пульпы специально приготовленным в электрохимическом реакторе цианидным активированным раствором при Ж:Т = 1,2:1. Меньшая дублирующая навеска руды 0,5 кг была залита этим же раствором, полученная пульпа проактивирована на рольгангах и была передана на барботеры.
Остальные технологические пробы весом по 1,5-2 кг обрабатывались еще тремя видами активных растворов в двух вариантах: без дополнительной активации и с активацией на рольгангах. Схемы обработки технологических проб были названы по основному компоненту раствора: цианидная контрольная, цианидная экспериментальная, щелочноцианидная, марганцевая, хлоридная. Исходные параметры схем и полученные результаты приведены в таблице 2, из которой видно, что относительно контрольной схемы наблюдается существенный прирост выхода золота в жидкую фазу и приведенного (по сумме жидкого и твердого продукта с пересчетом по Ж:Т) выхода золота.
Таким образом, можно считать, что пробирный и атомно абсорбционный анализы для руд месторождения Кокпатас не во всех случаях позволяют выявить все ультрадисперсное золото. Необходима разработка специальных методик проведения этих видов анализа. Для оценки применимости исследуемых технологических схем к сульфидным рудам были выделены две, обеспечившие максимальный выход золота в первой серии экспериментов, а именно щелочноцианидная и хлоридная (см. таблицу 2). Отобранная для экспериментов объединенная проба сульфидных руд (составленная из 20-ти единичных проб) в количестве 10 кг была ранее оставлена в качестве дубликата технологической пробы, направленной на испытания схемы бактериального окисления с Ф) последующим цианированием в компанию «Лонжэн» (ныне «Дженкор»). Содержание золота в этой пробе составило по данным пробирного анализа -2,71 г/т, атомно-абсорбционного - 2,65 г/т, содержание мышьяка - 0,521%.
Технологические параметры исследованных схем приведены в таблице 3, из которой видно, что, несмотря на существенное расхождение данных анализов по жидкой фазе спектрофотометрами SCAN и С-115 (в последнем отсутствует корректор фона, поэтому завышенные данные этого прибора, вероятно, обусловлены влиянием растворенных ионов железа и кобальта), хлоридная и щелочноцианидная схемы обеспечивают значительный выход золота в жидкую фазу в сравнении с цианидной (как контрольной, так и экспериментальной).
Технология хлоридного фотоэлектроактивационного выщелачивания золота и других металлов из сульфидных руд включает в себя следующие процессы: приготовление пульпы и ввод NaCl ( 5 г/л жидкой фазы), электролиз барботируемой пульпы 1,5 часа, ввод НС1 (0,3 мл/л жидкой фазы), барботаж 0,5 часа, прекращение барботажа, облучение ультрафиолетовым светом 3-5 минут при продолжении электролиза в эксперименте - бактерицидной ультрафиолетовой лампой ДРТ-230. Полученные в ходе экспериментов результаты были доложены ведущим специалистам Северного РУ, а затем на техническом совещании при главном инженере НГМК (ранее теоретические аспекты работы, докладывались в НГМК и Северного РУ). На совещании (см. прилагающийся протокол) было принято решение о проведении промышленных испытаний на ГМЗ-3 цианидной схемы с активацией пульпы, при этом предварительно должны быть проведены соответствующие лабораторные эксперименты, включающие моделирование процесса ионообменной сорбции, разработана конструкция электроактиватора пульпы и подготовлены его эскизы с обоснованными параметрами.
До проведения промышленных испытаний в лаборатории (ЦФХЛ Северного РУ) были смоделированы технологические схемы с электроактивацией пульпы основных реагентов и фотоактивацией (в варианте прямого облучения и озоновым барботажем) вспомогательных реагентов на пульпе, доставляемой с ГМЗ-3, в период 20.01. - 15.02.1997 г. (Табл. 4, 5)
Наибольший эффект выхода золота в жидкую фазу наблюдается при электроактивации пульпы и фотоактивации реагентов, а по критерию увеличения рабочей емкости смолы - при электроактивации пульпы. Вместе с тем, остаточное содержание золота в жидкой фазе в первом случае свидетельствует о наличии больших возможностей этой схемы при обеспечении оптимальных параметров подготовки (регенерации ионита) и ведения процессов сорбционного выщелачивания.
С целью исследования процессов фотоэлектроактивационного выщелачивания золота из сульфидных руд и хвостов переработки окисленных руд с использованием в качестве основного реагента цианида натрия, моделирования режимов электроактивации пульпы при проведении полупромышленных испытаний на ГМЗ-3, лабораторные работы в ЦФХЛ были продолжены. Результаты этих работ представлены ниже.
Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование экологически чистого активационного выщелачивания металлов из природных и техногенных источников
Для испытания фотоэлектроактивационной технологии были проведены расчеты параметров фотоактивации воздуха, подаваемого в процесс на основе полученных лабораторных данных и обоснована конструкция фотоактиватора (см. приложение 1). Варианты обучения ультрафиолетовым светом растворов (кислотных и щелочных) в приэлектродной зоне и пульпы не были приняты в расчет, как излишне сложные для данного этапа испытаний. Первоначально планировалось вести обработку кислотого и щелочного растворов фотоактивированным воздухом в межэлектродном пространстве, но в связи с невозможностью приобретения в поставленные сроки коррозионностойких анодов (оксид рутения на титане), от этой системы также пришлось отказаться.
Таким образом, в сравнении с идеальными лабораторными условиями (отдельная от минеральной массы подготовка активированных реагентов, облучение реагентов и пульпы ультрафиолетовой лампой, подача фотоактивированного воздуха в пространство между электродами, использование реагентов в нелимитированных количествах, более продолжительной электроактивации с более высокими значениями ее параметров) предложенная в итоге «заводская» система фотоэлектроактивации безусловно не является безупречной, но полученные при ее испытании положительные результаты позволяют считать, что технология работоспособна.
При проведении 1-го этапа полупромышленных испытаний электроактивационного выщелачивания на 2-й цепочке сорбции ГМЗ-3 обрабатываемая пульпа поступала из щелевого делителя через электроактиватор в 1-й пачук цианирования. Испытание проводились первоначально в холостом режиме (без подачи реагентов), 1-го и 3-го 08.98г., 4-го и 5-го 08.98г. подавалась фотоактивированная щелочь (30% из расчета 0,3 л/м). Испытания проводились по плану-графику (Утвержденному в НГМК) в течение б часов каждые сутки. Оставшиеся трое суток в активатор концентрацией, соответственно).
При проведении работ отбирались жидкие, твердые пробы из 1 -го, 2-го и 6-го пачуков цианирования, жидкие пробы и пробы смолы отбирались из 1, 2, 4, 7, 10, 12 пачуков сорбции. Твердые хвосты отбирались по обеим цепочкам. Результаты эксперимента представлены в таблицах 10-14 и на рисунках 4-10. В ходе эксперимента были выделены две схемы для дальнейших испытаний: щелочная и цианидная с минимальной концентрацией цианидов. Учитывая влияние на результаты активации случайных процессов, было решено в дальнейшем обеспечить увеличение интервала активации минимум до 3-х суток, выровнять состав воды, поступающей в процессе по цепочкам.
На втором этапе испытаний (28.09. - 01.11.98 г.) электроактиватор периодически, с интервалом 3-е суток, включался и отключался.
Для исключения фактора инерционности процессов активации смолы (через пульпу), факторов переосаждения золота на поверхность глинистослюдистых минералов, приобретающих заряд при контакте с электродами, и влияния других, отмеченных выше, причин, было принято решение продолжить испытания при следующих условиях: а) при равном вводе-выводе смолы по цепочкам; б) не отключать активатор как минимум 7 суток; в) перейти на обработку пульпы переменным током. Как видно из прилагаемого графика, предложенные меры позволили более отчетливо выявить разницу в емкости смолы на экспериментальной и контрольной цепочках.
Вместе с тем, необходимо учитывать, что цепочки сорбции работают неодинаково, причем в течение года относительная эффективность цепочек меняется примерно с 1-2-х месячной периодичностью. Это может быть связано как с нарушением равномерности загруженности цепочек пульпой и, как следствие, с изменением симметричности ввода-вывода смолы, так и с действием внешних физических полей, периодически меняющих свои параметры. Поэтому, для учета проявления этих факторов необходимо приводить емкость смолы (как основной критерий работоспособности технологии) по ее выводу, по времени работы активатора и соотносить ее со среднестатистической емкостью (за год).
Учитывая, что за такие продолжительные периоды оценки сглаживаются (усредняются) колебания: 1) содержаний Аи в руде и ее обогатимость, 2) количества пульпы, проходящей по цепочкам, 3) объемов ввода и вывода смолы, такой критерий является достаточно объективным.
Третий (промышленный) период испытаний состоял из трех этапов (активация в течение 5 суток на 1-й цепочке, 5 суток - на второй, 2 суток на обоих, 4 суток на 2-й, 5 суток - на 1-й.
Активация смолы, как стало понятно по результатам И-го этапа испытаний (полупромышленных), происходит циклично, что может быть объяснено следующим образом: первые активированные порции пульпы, содержащие золото преимущественно в пленочной жидкости, относительно быстро за 2-5 смен насыщают им смолу в головных пачуках сорбции, и, став обедненными, недонасыщают смолу в хвостовых пачуках сорбции. По мере продвижения недонасыщенной смолы к головным пачукам ее емкость будет временно снижаться, а, поскольку соотношение концентраций золота в пленочной и гелевой фазах смолы будет возрастать, то снизится скорость диффузии анионов золотоцианового комплекса из пленочной жидкости, окружающей минеральные частицы, в пленочную фазу смолы. Поэтому, на второй стадии активации емкость смолы (при условии равномерного ее ввода-вывода) будет возрастать и в пачуках сорбции, расположенных в середине, и хвостовой части цепочки, а затем, следовательно, существенно н в головных.
