Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния теории и практики цианидного выщелачивания золота 15
1.1. Характеристика объектов исследования 15
1.1.1. Минеральный состав золотосодержащих руд 15
1.1.2. Минеральный состав золотосодержащих рудных объектов Забайкалья 19
1.2. Анализ научных работ и технологий извлечения золота с использованием цианидов 20
1.2.1. Общие положения о процессе цианирования 20
1.2.2. О механизме реакций цианирования рудного золота 26
1.3. Опыт промышленного KB золотосодержащих руд 34
1.4. Формулировка научно обоснованных геотехнологических задач Исследований 46
ГЛАВА 2. Разработка теоретических основ формирования геотехногенной среды для скоростного kb скальных золотосодержащих руд 53
2.1. Интенсификация выщелачивания золота за счет увеличения массообмена на поверхности гранул в "поршневом" режиме орошения. 55
2.1.1. Новый подход к массообмену при скоростном KB золота 55
2.1.2. Разработка нового способа орошения при KB золота с использованием накислороживания раствора 59
2.1.3.Коллективное влияние расхода раствора и крупности дробления руды на интенсивность KB золота 64
2.2. Исследование изомольной системы Аи-СК-02-Н20 67
2.3. Накислороживание растворов как фактор активации KB золота... 70
2.4. Температура как интенсивный фактор скоростного KB золота 73
2. 5. О роли ионов водорода в реакции цианирования золота 76
2.6. Реализация способа скоростного KB золота с активацией процесса путем накислороживания раствора 81
2.7. Сорбция цианида натрия на окомкованной руде как экстенсивный фактор KB золота 86
2.8. Исследования и разработка способа скоростного цианидного KB золота при условии частичного ввода цианида натрия при окомко вании и накислороживании циркуляционных растворов 88
2.9. Исследования и разработка способа скоростного KB золота в условиях создания "эффективной" или действующей концентрации цианида натрия в стадии выстаивания окомкованной окисленной кварце вой руды 91
2.10. Исследование сорбции цианида золота из продукционных растворов на руде 98
Выводы по главе 2 101
Глава 3. Разработка уравнения кинетики скоростного внутридиффузионного кучного выщелачивания золота 103
3.1. Недостаточность классических представлений по кинетике KB золота 103
3.2 Вывод эмпирического уравнения кинетики скоростного KB золота с учетом фактора внутри диффузионного торможения 106
3.3. Оценка 3- параметрического уравнения Х= 1- (k/lg(x J +g)) 116
Выводы по главе 3 119
Глава 4. Основы формализованной динамики скоростного кучного выщелачивания золота 121
4.1. О динамической природе KB золота 121
4.2. Разработка структуры уравнения динамики и динамического критерия 123
4.3. Вывод зависимостей частных условных констант от интенсивных и экстенсивных факторов KB золота на воздухе 129
4.3.1. Определение зависимости условной частной константы k H2o,d от интенсивности орошения руды и от крупности дробления руды 129
4.3.2. Определение зависимости частной условной константы кс1 от крупности дробления руды 130
4.4. Определение зависимостей частных условных констант при скоростном в KB золота 130
4.4.1. Определение частной зависимости условной константы kd от крупности дробления руды при накислороживании растворов 130
4.4.2. Определение частной зависимости условной константы кт от температуры 130
4.4.3. Определение частной зависимости условной константы.
ksoAit,Ci\ aCi\ - от содержания золота в руде (єоАи) и концентрации цианида натрия, вводимого при окомковании руды; от продолжительности и др. компонентов
4.5. Разработка математических операторов для гдин, кдин, gdllH 132
4.6. Методика расчета динамического критерия гдин по частным зависимостям условных констант от экстенсивных и интенсивных факторов 137
4.7. Оценка достоверности прогнозных расчетов Хдин руды и из хвостов цианирования месторождений "Погромное" и "Дельмачик" 139
4.8. Программа скоростного KB золота в условиях ввода цианида натрия с раствором в режиме "поршневого" орошения 143
Выводы по главе 4 148
Глава 5. Практические пути выбора и обоснования эффективности геотехнологии скв золота и конструкторских решений 151
5.1. Опытно-полевая установка и проверка исследований по скоростному кучному выщелачиванию золота в полупромышленных условиях 152
5.2. Разработка технологии скоростного довыщелачивания золота из хвостов цианирования 1 5.2.1. Скоростное довыщелачивание золота из свежеполученных хвостов цианирования 157
5.2.2. Скоростное довыщелачивание золота из хвостов цианирования после выстаивания на воздухе в течение осенне-зимне-весенних холодных сезонов 160
5.2.3. Совместное скоростное KB золота из хвостов цианирования и из забалансовой руды после дезинтеграции в холодные сезоны 162
5.3. Разработка экологичных инженерно-конструкторских решений и новой технологической схемы скоростного KB золота 164
5.3.1. Разработка нового основания для скоростного KB золота 164
5.3.2. Разработка новых устройств и мероприятий, снижающих выбросы цианида 167
5.3.3. Разработка новой технологической схемы скоростного KB золота 169
5.3.4. Сравнение расчетной эффективности KB золота по классической и по скоростной методикам 172
Выводы по главе 5 175
Заключение 177
Список используемой литературы
- Анализ научных работ и технологий извлечения золота с использованием цианидов
- Разработка нового способа орошения при KB золота с использованием накислороживания раствора
- Определение зависимости частной условной константы кс1 от крупности дробления руды
- Совместное скоростное KB золота из хвостов цианирования и из забалансовой руды после дезинтеграции в холодные сезоны
Введение к работе
Актуальность проблемы. Истощение запасов рудного золота обусловливает вовлечение в отработку упорного, бедного и некондиционного минерального сырья с содержанием золота 1-2 г/т. Для эффективной переработки такого золотосодержащего горнорудного сырья и, в частности, кор выветривания, перспективно использование физико-химической геотехнологии кучного выщелачивания золота. Отсутствие фабричных корпусов, исключение из технологической схемы мельниц, сгустителей, пульповых циркуляционных насосов позволяет в 2-4 раза снизить долю капитальных и эксплуатационных затрат.
Проекты кучного выщелачивания (KB) золота разрабатывались и внедрялись в России для старательских артелей. Недостаточная проработанность проектов, удаленность объектов переработки от крупных промышленных центров, небольшая продолжительность теплого сезона отрицательно сказывались на эффективности реализации этих проектов. Рентабельными оставались крупные компании, где привлекался богатый, но малодоступный практический опыт иностранных золотодобывающих компаний, или отдельные отечественные компании, которые имели возможность самостоятельно отрабатывать крупные золоторудные месторождения по технологии классического многосезонного выщелачивания золота из куч объемом порядка 1 млн т дробленой руды и более.
Одной из причин, сдерживающих освоение малых золоторудных месторождений, является недостаточность теоретических предпосылок, направленных на существенное сокращение продолжительности процесса. Исследования, проводимые в последнее столетие, направлены в основном на достижение приемлемой степени извлечения золота в зависимости от крупности дробления, расхода цианида натрия без окомкования руды или с окомкованием и пленочным режимом фильтрации растворов, реализуемом при капельном орошении. Факторов, влияющих на эффективность кучного выщелачивания золота, в том числе интенсифицирующих процесс, оказалось больше. В связи с этим актуальной становится проблема интегрального влияния. Такая постановка вопроса требует разработки методики расчета обобщенного динамиче-
ского критерия в условиях совместного воздействия всех факторов на продолжительность процесса: крупности дробления, удельного расхода реагентов и раствора при орошении руды, скорости фильтрации раствора в штабеле, концентрации реагентов во внутрипоровом пространстве отдельно взятой гранулы и во всем объеме рудного штабеля, температуры, дезинтеграции руды в условиях резкоконтинентального климата, сорбции реагентов и продуктов реакции на рудном материале и др. Разработка аналогичной методики применительно к некондиционной руде и хвостам цианирования позволит повысить эффективность геотехнологического передела и отрабатывать убогие и отработанные упорные рудные объекты. Актуальной становится разработка гибкой скоростной цианидной геотехнологии KB золота, устойчивой к изменению минералогического состава руды, пористости и твердости вмещающих пород.
Диссертация посвящена научному обоснованию и созданию ресурсосберегающей скоростной геотехнологии цианидного KB золота из окисленных и полуокисленных малосульфидных кварцевых руд, из забалансовых руд и из хвостов цианирования в течение короткого теплого сезона с использованием накислороженных растворов цианида натрия.
Целью работы являются научное обоснование и разработка скоростного цианидного кучного выщелачивания золота из скальных кварцевых руд и техногенных образований в условиях концентрационной реагентной активации массообмена с участием кислорода и ионов водорода.
Объект исследования - дробленая и окомкованная золотосодержащая скальная кварцевая руда, хвосты цианирования, забалансовая руда, внутрипо-ровое пространство штабеля.
Предмет исследования - активированная геотехногенная среда в штабеле руды, кинетика, динамика, цианидная комбинированная технология скоростного кучного выщелачивания (СКВ) золота из руды и техногенных образований, отличающаяся от классической совершенно новыми скоростями.
Основная научная идея заключается в повышении эффективности извлечения золота за счет формирования химически активной геотехногенной среды при полном вводе цианида натрия при окомковании с последующим "поршневым" орошением накислороженной водой или раствором и управлении коллективными процессами в системе "золоторудное сырье-цианид-
кислород-вода" в условиях внутридиффузионного торможения.
Методы исследований. В диссертационной работе использован комплекс исследований, включающий: теоретические разработки и их экспериментальное обоснование с использованием химического, физико-химического, пробирного, атомно-абсорбционного, оптического и физического методов; математическое и физическое моделирование скоростного KB золота с использованием компьютерной техники. Количественная оценка влияния различных факторов изучалась путем выщелачивания золотого порошка, приготовленного из золотослиткового стандарта, отдельных рудных золотин, а также при исследовании золотосодержащих руд, хвостов и концентратов различных месторождений. Для обобщения результатов исследований и прогноза степени выщелачивания золота привлечены кинетический, динамический и статистический методы анализа.
Задачи исследований
Экспериментально выявить факторы активации геохимической среды, в условиях которой реализуется скоростное KB золота, и обосновать оптимальные геотехнологические параметры.
Разработать основы формализованной кинетики скоростного KB золота, учитывающей через специальный параметр-критерий влияние внутри-диффузионного торможения.
Разработать основы динамики скоростного KB золота.
Разработать устройства и конструкции аппаратов, необходимые для реализации скоростного KB золота и повышающие устойчивость и безопасность установки.
5. Разработать основы комбинированной геотехнологии скоростного
цианидного KB золота из упорной руды, из хвостов цианирования и забалан
совой руды.
6. Обосновать эффективность технологической схемы.
Защищаемые научные положения
1. Повышение эффективности технологии KB золота из низкосортного рудного сырья, сокращение продолжительности процесса в 3-4 раза возможны при реализации способа, включающего подачу раствора цианида и аэрацию штабеля, отличающегося тем, что подачу раствора цианида ведут периодиче-
ски 1-4 раза в сутки в "поршневом" режиме при образовании воздушно-порового пространства при высоте кучи до 3-5 м и плотности орошения 25-120 л/м2 в течение 0,1-1,0 ч.
Кинетика скоростного кучного выщелачивания золота описы-вается эмпирическим уравнением X=\-(k'l(lg(ta+g))) (' условная константа, сутки; а и /? эмпирические коэффициенты, равные соответственно 0,16 и 6,667; g -показатель внутридиффузионного торможения, сут; t продолжительность, сут), которое позволяет оценивать степень выщелачивания золота X и управлять процессом в условиях, контролируемых внутридиффузионным торможением.
Динамика скоростного кучного выщелачивания золота определяется динамическим показателем-критерием, зависящим от приемлемой продолжительности, крупности дробления, температуры штабеля, условий ввода цианида натрия в руду, степени насыщения кислородом выщелачивающих растворов, содержания золота в руде, концентрации цианида натрия, вводимого при окомковании руды. Критерий, позволяющий прогнозировать степень выщелачивания золота, описывается в общем виде эмпирической зависимостью (например) rduH=100tk8oAuqH2OqNaCN(-0,0012(d2)+0,0845d+ +0,3135)/Со2, (tk-приемлемая продолжительность, сут; s0au - содержание золота, г/т; d - крупность дробления, мм; Со2 - концентрация кислорода в растворе, мг/л; qmo -расход раствора, м /м сут; qmcN - расход цианида натрия, кг/т).
Технология довыщелачивания золота из хвостов цианирования, основанная на переработке некондиционных руд с добавлением и смешиванием хвостов цианирования после выстаивания в течение 1-2 холодных сезонов с использованием цианидного накислороженного раствора.
Достоверность научных положений и выводов обеспечивается необходимым объемом экспериментальных исследований и статистических данных по KB золота из руд разных месторождений, из концентратов, из хвостов цианирования, опытно-полевыми и опытно-полупромышленными испытаниями, сравнением эффективности по классической и разработанной методикам.
Личный вклад автора
обоснование полного ввода цианида натрия в стадии окомкования;
разработка базы экспериментальных и опытно-полевых исследо-ваний по скоростному кучному выщелачиванию золота;
- создание физической модели скоростного цианидного KB золота для
полупромышленных полевых испытаний;
- разработка гипотетических и эмпирической моделей кинетики;
разработка модели динамики скоростного KB золота;
статистическая обработка результатов исследований;
- разработка системы управления базой данных, алгоритм программы
для расчета прогнозируемой степени выщелачивания золота;
разработка конструкций гидроизолированного основания, устройства для ввода кислорода в циркуляционный насос, устройства для посекционного распределения орошающих растворов и сбора продукционных растворов, подготовка технической документации;
разработка технологических схем, рекомендаций и технических решений по скоростному KB золота из руд и хвостов цианирования;
подготовка технической документации, руководство и проведение испытаний, обоснование эффективности и экологической безопасности.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Термодинамическим анализом установлена вероятность цианирования золота с участием иона водорода при рН<9 при участии и без участия кислорода. Накислороживание цианидных растворов в присутствии ионов водорода при рН~ 6 - 9,5 и при участии кислорода приводит к энергетически более выгодному механизму выщелачивания золота.
Доказан активационный механизм участия кислорода при СКВ золота. Это подтверждается исследованиями реакционноспособности системы "Au-CN~-02-H20", отсутствием индукционного периода, растворением пленок на поверхности золота, сравнимостью величин расчетной энергии активации хемосорбции кислорода и кажущейся энергии процесса выщелачивания золота в присутствии кислорода.
Скоростное KB золота в объеме штабеля реализуют в условиях, напоминающих режим "идеального смешения", для этого руду подвергают мелкому дроблению, в стадии окомкования пропитывают раствором цианида натрия с расходом, превышающим сорбционную емкость руды на 10-25 %, подвергают выстаиванию и последующему орошению сначала водой, затем циркулирующими обеззолоченными накислороженными растворами.
Изучена сорбция цианида золота окомкованным рудным материалом
при СКВ золота и разработаны мероприятия по предотвращению этого явления.
5. Установлены оптимальные технологические условия и параметры
скоростного кучного выщелачивания золота из окисленной кварцевой руды
пористостью 3-10 %: крупность дробления руды <10-12 мм; концентрация ци
анида натрия в стадии окомкования руды 13,5-15 г/л; продолжительность вы
стаивания окомкованной руды 4-8 сут; орошение руды в "поршневом" режиме
с расходом раствора 0,1-0,14 м /м в течение 10-30 мин сначала накислоро-
женной водой, затем - накислороженным до 33-38 мг/л ( циркулирующим
раствором без добавления в него цианида натрия; скорость фильтрации цир
кулирующего раствора в поровом пространстве рудного штабеля - 1,5-5 м/час;
концентрация золота в продукционных растворах <20 мг/л; продолжитель
ность 15-30 суток.
Разработана эмпирическая модель кинетики скоростного KB золота, отличающаяся от известных тем, что для учета влияния внутренней диффузии введена дополнительная постоянная g - параметр-критерий внутридиффузи-онного торможения, функционально связанный с условной константой выщелачивания, имеющий размерность [сут] и в оптимальных условиях принимающий значения 0,55-1,4.
Разработана математическая модель формализованной динамики скоростного KB золота, использующая параметр-критерий внутридиффузион-ного торможения Гдин, определяемый через частные условные константы, учитывающие влияние экстенсивных и интенсивных факторов гетерогенной системы, а также условную константу кщп и параметр внутридиффузионного торможения gwm, функционально связанные с Гд^.
Практическая значимость результатов работы заключается в сокращении продолжительности выщелачивания золота с 85-160 суток до 15-30 суток, повышении степени выщелачивания золота с 65-75 % до 84-89 %, увеличении средней концентрации золота в продукционных растворах с 0,2-0,6 мг/л до 4-16 мг/л, вовлечении в переработку забалансовой руды и хвостов цианирования, в снижении продолжительности орошения и выбросов цианида натрия на 2 порядка, предупреждении сбросов токсичных растворов в водоемы и повышении устойчивости работы установки KB золота. Разработанная скоростная технология KB золота адаптирована для эффективной отработки окисленных и полуокисленных бедных золоторудных месторождений Забайкальского края и других регионов РФ.
По методике строительства скоростной ресурсосберегающей установки для кучного выщелачивания золота из штабеля руды объемом 300 тыс. т и из смеси 200 тыс. т забалансовой руды с 300 тыс. т хвостов цианирования для дамбового выщелачивания и учета ущерба при эксплуатации опытно-промышленного предприятия окупаемость капвложений по классической методике КБ золота (75 %) произойдет через 3,4 года, по разработанной - за 2,3 года; чистая расчетная прибыль по разработанному способу увеличивается в 1,5 раза по сравнению с классической схемой KB золота и за первые 5 лет отработки составит 562,4 млн р.
Результаты работы получили поэтапную практическую реализацию на финансирующих исследования предприятиях: в старательских артелях ЗАО Южная и Бальджа - на уровне опытно-полевых испытаний и внедрения на полузаводских испытаниях скоростного выщелачивания золота из упорных гравиконцентратов; в компании "Искра" - на уровне опытно-полевых испытаний; в ЗабНИИ, ВНИПИГорцветмет - на уровне научно-исследовательских работ; на заводе Рязцветмет - на уровне научно-исследовательской работы и опытно-заводских испытаний; в ЗабГУ - в учебном процессе на кафедрах "Безопасность жизнедеятельности", "Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья". Внедрение скоростной технологии KB золота позволяет при годовых объемах переработки в 300 тыс. т руды и более повысить добычу золота на 20 %, прибыль - на 50 % и предназначено для отработки малых золоторудных месторождений. На руднике Апрелково - на уровне мероприятий по интенсификации KB золота и отработке мероприятий по безопасности, разработанных в проекте «Оценка воздействия на окружающую природную среду опытно-промышленного производства по добыче и кучному выщелачиванию золотосодержащих руд месторождения "Погромное" Апрелковского рудного поля» / Рук. проекта В.П. Мязин; исполнители: Д.М. Шестернев, Ю.И. Рубцов, СБ. Татауров и др. - Чита. - 2005. -Т. 1-3 (фонды Забайкальского гос. ун-та).
Апробация диссертации. Основные положения работы опубликованы или докладывались: на Международном конгрессе по экологии и чистой тех-
нологии SWEMP-96 (Италия, Кальяри, 1996); международной научно-технической конференции, посвященной 125-летию ИРГИРЕДМЕТ "Драгоценные металлы и камни: проблемы добычи и извлечения золота из руд, песков и вторичного сырья" (Иркутск, 1997); 1-ой научно-технической конференции, посвященной открытию Горного института (Чита, 1998); научно-практическом семинаре "Добыча золота. Проблемы и перспективы" (Хабаровск, 1997); на научно-технических конференциях: Чита (1998, 1999), международном совещании "Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения)" (Москва-Чита, 2002); на Всероссийском совещании "Неделя горняка"-2006; VI-м Конгрессе обогатителей стран СНГ (2007); на международных совещаниях: "Приоритеты и особенности развития Байкальского региона" (Улан-Удэ, БИЛ СО РАН, 2008); "Современные проблемы обогащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья" (Владивосток, 2008); "Фундаментальные проблемы формирования геотехногенной среды" (Новосибирск, ИГД СО РАН, 2010), РГГРУ им. С. Орджоникидзе (2011), международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2012».
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 365 с, содержит Введение, 5 глав, Заключение, библиографический список, 237 табл, 221 рис. и 19 приложений.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в ведущих научных рецензируемых журналах и изданиях - 19 статей, в 18 патентах и авторских свидетельствах на изобретения РФ; в прочих изданиях - в 8 статьях, 2 монографиях, 2 препринтах, а также в 3-х томах проекта ОВОС для рудника "Апрелково".
Автор выражает свою признательность д-ру техн. наук, проф. Резнику Ю.Н., д-ру техн. наук, проф. Воронову Е.Т., д-ру техн. наук, проф. Овсейчуку В.А., д-ру техн. наук Секисову А.Г., д-ру техн. наук, проф. Лизун-кину В.М., д-ру техн. наук, проф. Мязину В.П. за ценные советы, поддержку и внимание при написании диссертации.
Анализ научных работ и технологий извлечения золота с использованием цианидов
Метод цианирования в практике золотоизвлекательной промышленности реализуется путем обработки грубозернистого золотосодержащего гра-виконцентрата методом просачивания (перколяции) и методом перемешивания илов или тонкодисперсных взвесей агитацией. Тонкоизмельченную золотосодержащую руду перерабатывают методом сорбционного выщелачивания в пачуках. Растворы для цианирования насыщают воздухом с помощью аэр-лифтов. Теоретически обоснованы и опробованы в производственных условиях также и автоклавные процессы извлечения золота в присутствии цианидов [4-18]. Теоретические разработки использования кислорода в качестве интенсификации цианирования золота для переработки золотосодержащих концентратов, развитые в работах И.Н. Плаксина и других ученых, на отечественных золотоизвлекательных предприятиях не нашли должного применения.
В середине 70 гг. прошлого столетия в России цианистые технологии практически полностью были исключены из производства в связи с переходом золоторудных предприятий на флотационные методы обогащения. С течением времени содержание золота во флотоконцентратах снижалось, а содержание мышьяка, наоборот, увеличивалось, что отрицательно сказывалось на качестве концентратов. Известно, что проблема удаления и обезвреживания мышьяка по себестоимости может быть равной или превышать затраты на извлечение ценных компонентов. Нерентабельность золотоизвлекательных фабрик в конце прошлого столетия вызвана рядом причин: громоздкостью и недостаточной эффективностью гравитационно-обогатительных схем, отсутствием технически простых методов получения лигатурного золота из гравитационных и флотационных концентратов, удаленностью металлургической базы (Урал), низким извлечением золота. Повышение тарифов на железнодорожные перевозки концентрата на Урал также сказалась на снижении рентабельности золоторудных предприятий Забайкалья. По приведенным выше и другим причинам к 2000 г. золоторудные предприятия резко сократили добычу золота или прекратили ее полностью.
В связи с быстрым истощением запасов месторождений россыпного золота с конца прошлого столетия месторождения рудного золота вновь начали рассматриваться на предмет их рентабельного освоения.
Выход из застойного состояния золоторудной промышленности просматривается в совершенствовании технологии извлечения золота и прежде всего во внедрении наряду с полным заводским переделом кучного выщелачивания золота с использованием цианидов. Обобщения в области кучного выщелачивания золота, как за рубежом, так и в России предполагают решение проблемы с низкой себестоимостью. Это относится к относительно доступным окисленным, полуокисленным малосульфидным рудам кварцевых золоторудных месторождений, приуроченных к коре выветривания. Такие месторождения с прогнозными запасами золота порядка 20 т и более на территории России известны, в том числе и в Читинской области [11].
Стремительное увеличение производства золота в мире, снижение его содержания в отрабатываемых рудах обусловили быстрый прогресс цианид-ного метода и, прежде всего, наименее затратного из них -кучного выщелачивания золота [9-118]. Метод кучного выщелачивания золота оказался весьма эффективным для переработки крупных штабелей руды с содержанием золота свыше 1 г/т - в Канаде, Южной Африке, США, Узбекистане (Мурунтау) и других странах. На карьерах используется мощная горнорудная техника, в цикле дробления задействованы высокопроизводительные дробильные установки типа "БАРМАК" с самозатачивающимися ножами из твердосплавных материалов, позволяющие эффективно дробить руду до 10 мм и менее, конвейеры со стакерами, эффективное оборудование для гидрометаллургической переработки цианистых растворов. На основе полимерных материалов созданы разъемные коврики для основания кучи, используются установки для прямого подогрева растворов при эксплуатации куч в районах Крайнего Севера, используются системы отпугивания перелетных птиц.
В США практически все золотодобывающие предприятия оснащены полигонами КВ. При этом на 73 % полигонов перерабатывается руда из карьеров, на 23 % - из отвалов. Экологическая и экономическая ситуация заставляет золоторудные компании перерабатывать руды в небольших по размерам, но мобильных штабелях: 50 % полигонов имеют штабели массой до 50 тыс. т руды и менее, причем в 22 % штабели имеют высоту от 0,9 до 1,8 м; в 30 % - от 2,1 до 3,6 м. Повсеместное распространение получил прием послойного формирования многослойных штабелей руды с предварительным рыхлением нижних этажей. Совершенствуется система ввода цианида натрия в руду, используется вариант выщелачивания золота в зимнее время [10].
Общие принципы технологии кучного выщелачивания (включая зарубежный опыт) в настоящее время известны благодаря весьма своевременным обзорам М.И. Фазлуллина, В.Ж. Аренса, В.П. Дробаденко, Д.П. Лобанова, Н.Г. Малухина, Ю.А. Котляра, A.M. Орлова, Г.Г. Минеева, СБ. Леонова, М.А. Меретукова, и других ученых [10, 15-26, 28-119]. В литературных источниках приводится широкое описание закономерностей, методик, исследований, особенностей, которые помогают вскрыть специфику минерального золотосодержащего сырья и технологии кучного выщелачивания [119-164]. Наибольшее внимание обращено на технологии, перспективные для переработки руд с содержанием золота на уровне 1,5 -2 г/т. В России эксплуатация таких руд (в том числе и в Забайкалье) сталкивается с серьезными технологическими затруднениями, связанными с низким извлечением золота. Показательным примером переработки бедных золотосодержащих руд (0,9 г/т) может являться рудник Раунд Маунтин [10], где: - используют 3-стадиальное дробление руды: первую стадию дробления осуществляют в конусной дробилке, вторую - на двух конусных дробилках с получением материала крупностью +19 мм, третью - в четырех короткоконусных дробилках;
Разработка нового способа орошения при KB золота с использованием накислороживания раствора
Новый подход к массообмену при скоростном кучном выщелачивании золота. В РФ получили распространение классические схемы кучного выщелачивания золота, согласно которым внедрялось капельное орошение с ламинарным режимом фильтрации растворов с расходом порядка 0,2 -0,5 м /м сутки, невысокими градиентами концентраций реагентов ДСічасіч= 0-1 г/л; АСо2= 1- 8 мг/л. Низкое среднее содержание золота в продукционных растворах (0,1-0,6 мг/л) определяется невысокими скоростями диффузионного переноса. Большая продолжительность процесса кучного выщелачивания золота (65-135 суток) объяснялась не только внутридиффузионным торможением, но и низкой скоростью фильтрации раствора. Управление кучным выщелачиванием золота из большого объема бедной руды ( 106 т) в условиях возможного различия физико-химических свойств горных пород связано с риском неравномерного и недостаточно полного извлечения золота. Нормируемое извлечение золота в связи с этим принималось равным 65 %.
Растворы под действием гравитационных и капиллярных сил и диффузии перемещаются в пористой среде, накапливаются в капиллярных стыках и капиллярах, пропитывают микротрещины, диффундируют внутри межкристаллических прослоек рудного материала. В классических схемах с постоянным орошением штабеля скорость фильтрации реализуется в интервале 0,00004-0,00007 м/с. В этих условиях кучного выщелачивания золота с невысокими градиентами концентраций цианида золота невозможно предполагать интенсификацию процесса за счет изменения гидродинамического режима фильтрации растворов. Используя прием периодического орошения штабеля, можно снизить удельный расход раствора в 2 раза и более. Это, соответственно, приведет к повышению градиента концентрации цианида золота, ускорит и обеспечит, по крайней мере, замену золотосодержащего раствора в приповерхностных порах гранул на свежий раствор, позволит повысить скорость оттока из гранул выщелоченного цианида золота в стекающий вниз продукционный раствор. Предполагается, что повышение скорости фильтрации растворов на 2 порядка, также будет способствовать более быстрому стоку продукционных растворов и скажется на интенсификации KB золота. Особенность скоростного выщелачивания золота заключается в том, что с целью снижения затрат предлагаемые выше мероприятия должны реализоваться в условиях, исключающих превышение расходов раствора и цианида натрия, применяемых при классическом капельном орошении.
Приемлемые высокие скорости фильтрации реализованы в "поршневом" режиме орошения в условиях, когда суточный удельный объем раствора (0,1-0,36 м /м ) изливали на поверхность гранулированной руды в течение 2-5 минут. Поверхность гранул покрывалась слоем жидкости высотой до 0,1 м. Через 20-30 мин раствор просачивался внутрь рудного материала и обводнял слой гранул ("поршень") высотой до 0,3 м и более. По сравнению с капельным режимом орошения скорость фильтрации раствора возросла в 50 раз и более, суточный расход раствора на орошение снижен в 2-3 раза.
Качественная оценка режима фильтрации получена с позиций гидравлики по критерию Рейнольдса в соответствии с моделью сплошной среды. Согласно этому подходу, жидкость фильтруется не только через поры с площадью а 110р, а через все сечение, то есть сквозь поры и площадь поперечного сечения сор, занятого частицами руды. При этом штабель для кучного выщелачивания золота рассматривали как некоторую разновидность пористой среды, орошаемую циркулирующими растворами. Все сечение оценивается как со1Юр+сор. В модели предполагается, что для геометрически подобных сред пористость одинакова и размеров пор не характеризует. Для описания пористой среды исходили из характерных размеров порового пространства - средних значений соответствующих случайных величин. Для качественной характеристики потока фильтрующей жидкости выбраны: средняя скорость перемещения потока, средний размер гранул и вязкость цианидных растворов, приравненная к вязкости воды.
Исследования проводили на лабораторных колонках с внутренним диаметром 0,15 м и высотой 2 м. Руда дробилась до крупности -2,5; -10 и -15 мм. Условный средний размер гранул после окомкования в соответствии с данными ситового анализа принят равным 0,007 м, 0,01 и 0,015 м Продолжительность ввода суточного объема раствора (15 л) сократили с 24 до 0,03 ч. Секундный расход раствора, приходящийся на 1 м при капельном ороше-нии составил 0,00000017 м /с, при "поршневом" режиме орошения -0,000002 - 0,00001 м7с. В последнем варианте скорость фильтрации зависела от условного среднего размера гранул, от высоты "поршня" или от расхода раствора. Условную продолжительность фильтрации оценивали с момента изливания растворов на поверхность руды до момента их исчезновения с поверхности дробленой руды. Экспериментально установлено, что в случае более крупного дробления пустоты заполнялись мелкой гранулированной фракцией руды, а общий объем гранулированного материала изменялся незначительно. Отметим, что средний характеристический размер частицы (гранулы) более чем 10 раз превышал характеристический размер сечения фильтрации (диаметр колонки). Результаты расчетов, представленные в табл. 2.1, являются приближенными, так как в расчет принят условный средний размер гранул, условная продолжительность фильтрации, условная средняя скорость фильтрации.
Определение зависимости частной условной константы кс1 от крупности дробления руды
Целью исследований являлось повышение эффективности скоростного выщелачивании золота за счет концентрированного воздействия цианида натрия в стадии выстаивания.
Пример 1. Для исследований использовалась руда с оптимальной крупностью дробления - 10 мм. Основным отличием от исследований в примере 2 являлось то, что весь цианид натрия (с расходом gNaCN окомк= 0,5 кг/т) использовали в стадии окомкования. Этот расход на 25 % превышал сорбционную емкость gNaCN сорбц Для руды крупностью -10 мм. Перед окомкованием цианид натрия смешивался с накислороженной водой до заданной CNacN окомк Исследования по влиянию CNacN окомк при постоянном расходе цианида натрия NaCN окомк и прочих равных условиях скоростного выщелачивания золота позволяют выявить и экспериментально подтвердить положение об "эффективной" или действующей концентрации цианида натрия в стадии выстаивания окомкованной окисленной кварцевой руды.
В стадии выщелачивания золота цианид натрия не добавляли. После выстаивания окомкованной руды (8 суток) выщелачивание золота начинали накислороженной водой с рН=10,5, затем обеззолоченным накислороженным раствором с добавкой свежей воды и извести для поддерживания заданной величины рН в пределах 7-10,5. В исследованиях использовали "поршневой" режим орошения. В опытах величина твыст составляла 8 суток.
Отличием данных исследований от предыдущих являлось выяснение роли концентрационного воздействия реагентов в стадии выстаивания оком-кованной руды на приемлемую степень выщелачивания золота и продолжительность процесса, а также проверка возможности выщелачивания золота без добавки цианида натрия для доукрепления накислороженных циркуляционных растворов [184, 222-223, 231].
Предполагалось, что интенсификация выщелачивания золота должна происходить за счет "эффективной" или действующей концентрации цианида натрия в стадии выстаивания окомкованной руды.
Результаты по обработке экспериментальных данных по исследованию степени выщелачивания золота, в условиях полного ввода цианида натрия при окомковании с разной концентрацией, с последующим выстаиванием окомкованной руды в течение твыст, от продолжительности процесса представлены на рис. 2.15. 4
Продолжительность, сутки Рис. 2.15. Зависимость степени вы-щелачивания золота X из руды, окованной с цианидом натрия (0,5 кг/т), от продолжительности и от CN3CN КОМ К при крупности дробления 10 мм: 1- окомкование 3 кг руды со 100 мл раствора цианида натрия концентрацией 15 г/л; 2- то же самое, но объем раствора 60 мл с концентрацией цианида натрия 25 г/л; 3 - то же самое, но объем раствора 150 мл с концентрацией цианида натрия 12,5 г/л; содержание золота в руде - 1.9 г/т Исследования показали, что окомкование руды с одним и тем же расходом цианида натрия, превышающим сорбционную емкость руды по этому реагенту с использованием накислороженного раствора, не всегда приводят к образованию "эффективной" или действующей концентрации цианида натрия в стадии выстаивания окомкованной руды. Так, при расходе раствора 0,02 м /т, взятом на окомкование руды (кривая 2, рис. 2.15), концентрация цианида натрия была максимальной и составила 25 г/л, но интенсификация выщелачивания золота наблюдалась лишь в первые 4 суток от начала орошения. Затем наблюдалось резкое снижение выхода золота в продукционный раствор, процесс скоростного выщелачивания золота заканчивался через 17 суток при относительно невысокой общей степени выщелачивания золота из руды, равной 0,7. Особенность этого опыта заключалась в том, что первые двое суток в продукционных растворах отмечена повышенная концентрация золота, составившая 24,5 мг/л. Впоследствии было доказано, что такая концентрация золота в продукционных растворах близка к критической, выше которой наблюдалась существенная сорбция цианида золота на рудном материале. В связи с этим невысокую степень выщелачивания золота в опыте 2 (кривая 2, рис. 2.15) объясняли использованием повышенной концентрации цианида в стадии окомкования руды, превышающей сорбционную емкость руды по цианиду натрия, которая активировала стадию выщелачивания золота. В связи с этим в продукционном растворе появлялась высокая концентрация цианида золота ( 25 мг Аи віл раствора). Экспериментально установлена высокая химическая активность ионов цианида золота в таких продукционных растворах, которая проявлялась в том, что при контакте с рудой, находящейся в гранулах в виде тонкой фракции, становилась существенной сорбция цианида золота, приводящая к снижению концентрация цианида золота в продукционном растворе более, чем на 30%.
Относительно низкая степень выщелачивания золота, зафиксированная в опыте 3 (кривая 3, рис. 2.15), составившая через 15 суток 0,63. При окомко-вании руды имел место повышенный расход воды - 0,05 м /т. И, несмотря на то, что общий расход цианида натрия при окомковании руды оставался таким же, как и в опыте 2, получить в этом случае "эффективную" или действующую концентрации цианида натрия в стадии окомкования не представилось возможным. Концентрация цианида натрия при окомковании, равная 12,5 г/л, оказалась недостаточной для активированного выщелачивания золота.
"Эффективная" или действующая концентрация цианида натрия в стадии выстаивания окомкованной руды зафиксирована в опыте 1 (кривая 1, рис. 2.15), когда расход воды на окомкование руды составил 0,033 м /т. В этом опыте получена максимальная степень выщелачивания золота, равная 0,83 за 17 суток, включающих выстаивание окомкованной руды и стадию орошения руды.
Определены рациональные интервалы "эффективной" или действующей концентрации цианида натрия в стадии окомкования дробленой руды (; продолжительность выстаивания окомкованной руды, минимальная температура в слое окомкованной руды (15 С), необходимые для реализации скоростного кучного выщелачивания золота.
Согласно экспериментальным данным для руды месторождения "Погромное" (рис. 2.15) "эффективная" или действующая концентрация цианида натрия в стадии окомкования руды изменяется в пределах 14-18 г/л, а продолжительность выстаивания - 6-9 суток.
Фактор "эффективной" или действующей концентрации цианида натрия в стадии окомкования руды является индивидуальным для каждого отдельного вида руд, зависит от прочности руды, от содержания шламовых, глинистых, углистых и сульфидных фракций.
Пример 2. Ниже приведены результаты исследований по влиянию концентрации цианида натрия при окомковании руды на степень выщелачивания золота X из негабаритов рудника "Дельмачик" (рис.2.16).
Совместное скоростное KB золота из хвостов цианирования и из забалансовой руды после дезинтеграции в холодные сезоны
При выводе математического оператора динамического критерия гдин исходили из произведения зависимостей (операторов) для частных констант (уравнения типа 4.13-4.20). Частные константы, как правило, определялись после обработки соответствующих экспериментальных данных и учитывали влияния основных интенсифицирующих технологических параметров. Влияние некоторых экстенсивных факторов при выщелачивания золота (приемлемая продолжительность, содержание золота в руде) на г$ин рассматривалась как прямо пропорциональная, и необходимость в выводе частной константы в этих случаях отпадала.
Допустим, в руде присутствует незначительное количество скородита. Известно, что присутствие мышьяка осложняет процесс выщелачивания золота. Исключение из структуры модели динамического критерия частной константы k(f(As)) объясняется низкой концентрацией мышьяка в растворе (ниже уровня ПДК) при скоростном выщелачивании золота и вводом в циркуляционный раствор перед новым циклом орошения руды до 25 % свежей воды.
Влияние частной константы k (f(CNacN ,C02)) в уравнениях (4.5,4.6) на динамический критерий гдин более сложно и определяется как расходом реагентов, так и их концентрациями. Практически нельзя определить действующую концентрацию реагентов в растворе из-за вторичных процессов. Установлено, что именно начальная концентрация цианида натрия в стадии оком-кования весьма существенно сказывалась на интенсивности выщелачивания золота. Следовательно, в структуру гдин необходимо вводить частные константы, учитывающие расход цианида натрия и концентрацию в растворе.
Если процесс выщелачивания золота экстенсивный, например, при капельном орошении штабеля руды на воздухе без накислороживания растворов, то k4(f(CxacN,,Co2)) const и влияние к4 на гдин постоянно, нет необходимости в исследовании указанной частной константы.
При выщелачивании полуокисленных или неокисленных малосульфидных руд вследствие вторичных процессов, сопровождающихся поглощением растворенного кислорода, инициирующая роль накислороженных растворов снижается.
Обработка экспериментальных данных показала (ПРИЛОЖЕКНИЕ 4), что повышение степени выщелачивания золота сопровождается уменьшением величины условной константы к в уравнении (3.8). По аналогии можно предположить, что такое же изменение имеет место и для величины гдин. Так, повышение концентрации кислорода интенсифицирует выщелачивание золота из окисленных кварцитовых руд. Следовательно, величина гдин должна уменьшаться с увеличением концентрации кислорода, а в структуре динамического критерия это учитывается, как обратно-пропорциональная зависимость гдин от 1/Со2, что подтверждено расчетами по динамике при выщелачивании золота без введения цианида натрия в руду при ее окомковании (ПРИЛОЖЕНИЕ 5; 5.16).
Окомкование руды с раствором цианида натрия с последующим выстаиванием сопровождается переводом основной массы золота в водорастворимый цианидный комплекс, и влияние накислороживания циркуляционных растворов на интенсивность выщелачивания золота снижается.
Снижение интенсифицирующего влияния кислорода учитывается в структуре критерия гдин пропорционально 1/Со2а, где а меньше единицы, которая при наличии соответствующего банка экспериментальных данных может определена достаточно точно. Аналогично вписывается в структуру критерия гдин температурный фактор.
Меньшей крупности дробления руды соответствует меньшая величина критерия гдин, следовательно в структуре г дин частная зависимость k2(f(d)) входит в соответствие с прямо-пропорциональной зависимостью.
Модели для динамического критерия гдин получают при подстановке в уравнение (4.5-4.6) зависимостей частных констант от интенсивных технологических параметров (4.13- 4.21).
Экстенсивные факторы: tK и єоАи (приемлемая продолжительность выщелачивания и содержания золота в руде) входят в структуру гдин как постоянные величины и виде прямопропорциональной зависимости.
Математические операторы для гдин, кдин и gmH , полученные на основании операторов для частных констант с учетом геотехнологических условий и условий ввода цианида натрия в руду, приведены в табл. 4.1. Полный вывод приведен в ПРИЛОЖЕНИИ 5.
Необходимо отметить, что для вычисления операторов Гдш„ кдин И gmH использованы макроуравнения на основе линий тренда, а оценка достоверности каждой аппроксимации проводилась с позиций статистических расчетов, по величине КОРРЕЛ. При этом необходимое и достаточное совпадение экспериментальных и расчетных значений, оцениваемое величиной КОРРЕЛ, действительно имело место лишь в случае, когда использовалось не то уравнение, которое высвечивалось на экране компьютера, а то, которое получали после увеличения числа знаков в числе после запятой, до 6, а иногда - до 9 знаков. При подстановке в уравнение линии тренда чисел с соответствующим числом знаков после запятой на экране компьютера высвечивалось, как правило, новое уравнение линии тренда. Использование первых линий тренда связано не только с потерей некоторой точности расчетов, как это предсказывал компьютер, но и к существенной потере качества расчетного прогноза при использовании макроуравнений.
