Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современных проблем извлечения золота из труднообогатимых руд 18
1.1. Проблемы извлечения золота из упорного минерального сырья 18
1.1.1. Технологические проблемы извлечения наноразмерного золота 18
1.1.2. Технологические потери при переработке труднообога-тимого сырья с нановключениями золота и пути их снижения 38
1.2. Особенности вещественного состава упорного золотосодержащего сырья природных и техногенных месторождений 40
1.2.1. Упорные золотосодержащие руды и техногенные отходы как объект исследования труднообогатимого сырья 40
1.2.2. Методы исследований 43
1.2.3. Особенности вещественного состава сырья Дарасунского рудного поля и Дарасунского рудника 44
1.2.4. Особенности вещественного состава сырья Кокпатасского рудного поля 51
1.3. Основные выводы, цель и задачи исследований 60
Глава 2. Анализ эффективности технологий кюветного и кучного выщелачивания золота и нетрадиционных методов интенсификации вскрытия минеральной матрицы ... 63
2.1. Кучное выщелачивание золота — перспективное направление в технологии переработки золотосодержащих руд и техногенного сырья 63
2.2. Совершенствование и интенсификация процесса кучного выщелачивания 68
2.3. Процессы интенсификации выщелачивания золота на основе использования нетрадиционных методов вскрытия упорных РУД 71
2.4. Состояние и промышленное использование биотехнологии для переработки упорного золотосодержащего сырья 95
2.5. Обоснование технологической целесообразности комбинирования методов кюветного и кучного выщелачивания золота при переработке упорного минерального сырья, область применения технологии 105
Выводы по главе 120
Глава 3. Научное обоснование и разработка комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания золота из упорных природных и техногенных минерально-сырьевых источников 122
3.1. Теоретическое обоснование метода интенсификации извлечения нановключений золота из упорных геоматериалов на основе законов термодинамики и кинетики процессов окисления и выщелачивания 122
3.1.1. Термодинамические процессы выщелачивания золота из упорных руд 122
3.1.2. Кинетика процесса выщелачивания и факторы, влияющие на скорость извлечения металла 126
3.1.3. Обоснование выбора метода интенсификации способа подготовки к выщелачиванию золота наноразмерного уровня цианистыми растворами из упорного минерального сырья 127
3.1.4. Характеристические функции процессов двухстадиаль-ного окисления упорного сырья 141
3.1.5. Теоретическое обоснование кинетики процесса двух-стадиального окисления упорных минералов на основе инициирования образования активных центров 150
3.1.6. Теоретическое обоснование периода двухстадиального окисления, обеспечивающего оптимальные параметры окислительно-восстановительного потенциала реакционной среды 159
3.1.7. Кинетика комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания 166
3.2. Теоретическое обоснование физико-химической модели и механизма двухстадиального окисления упорного сырья в сочетании с процессами кюветного и кучного выщелачивания
золота 168
3.2.1. Физико-химическая модель пероксидной подготовки сульфидной руды или техногенного сырья к выщелачиванию и механизм окисления 169
3.2.2. Физико-химическая модель хлоридно-пероксидной подготовки сульфидно-углистой руды или техногенного сырья к выщелачиванию и механизм окисления 175
3.2.3. Теоретическое обоснование параметров двухстадиального окисления упорных минералов на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий 180
3.2.4. Разработка технологии переработки упорного сырья с применением комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания золота 199
Выводы по главе .7 209
Глава 4. Экспериментальные исследования эффективности двух- стадиального окисления перед выщелачиванием упорного сырья с включениями золота наноразмерного уровня ... 210
4.1. Экспериментальное изучение влияния фотоэлектрохимических воздействий на процесс глубокого окисления сульфидных минералов 210
4.2. Повышение эффективности извлечения золота из упорного золотосодержащего сырья методом фотоэлектрохимического активационного воздействия 220
4.3. Экспериментальные исследования влияния двухстадиального окисления на вскрытие минеральной матрицы перед выщелачиванием 236
4.4. Лабораторные исследования способов интенсификации процесса выщелачивания золота из упорного сырья методом фотоэлектрохимического активационного воздействия 246
4.5. Экспериментальное изучение влияния эффективности схем окисления упорного сырья с использованием комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания 262
4.5.1. Укрупненные лабораторные испытания комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания золота из окисленных продуктов в цианистых средах 262
4.5.2. Укрупненные лабораторные испытания активационного выщелачивания золота из упорного сырья с применением пе-роксидной подготовки 262
4.5.3. Укрупненные лабораторные испытания интенсификации процесса извлечения золота из упорных геоматериалов с применением хлоридно-пероксидной и пероксидной подготовки 275
Выводы по главе 283
Глава 5. Полупромышленные испытания комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания упорного золотосодержащего сырья. Методология выбора рациональных технологических схем переработки упорного минерального сырья 286
5.1. Апробация комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания золота из нетрадиционного сырья в условиях Забайкалья 286
5.1.1. Полупромышленные испытания комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания упорного-золотосодержащего сырья с применением пероксидной подготовки..^ 287
5.1.2. Полупромышленные испытания переработки техногенных россыпей комбинированными методами кюветного и кучного выщелачивания золота с применением хлоридно-пероксидной подготовки 288
5.2. Технико-экономическое обоснование эффективности применения комбинированных методов и кучного выщелачивания золота из техногенного сырья 292
5.3. Методология выбора рациональных технологических схем переработки упорного минерального сырья 301
5.4. Перспективные объекты извлечения золота из природных и техногенных минерально-сырьевых источников комбинированными методами кюветного и кучного выщелачивания 314
Выводы по главе 326
Заключение и выводы 327
Библиографический список 333
Приложения 361
- Упорные золотосодержащие руды и техногенные отходы как объект исследования труднообогатимого сырья
- Процессы интенсификации выщелачивания золота на основе использования нетрадиционных методов вскрытия упорных РУД
- Теоретическое обоснование кинетики процесса двух-стадиального окисления упорных минералов на основе инициирования образования активных центров
- Экспериментальные исследования влияния двухстадиального окисления на вскрытие минеральной матрицы перед выщелачиванием
Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в минерально-сырьевом комплексе России наметилась тенденция роста дисбаланса между добычей и приростом балансовых запасов, что создаёт серьезную проблему для развития экономики государства. Практически исчерпаны запасы богатого легкообогатимого золотосодержащего минерального сырья. Широкая распространенность в природе золотосодержащих руд с ультрадисперсными включениями ценного компонента обусловливает необходимость масштабного вовлечения их в переработку. Сложные многостадиальные схемы обогащения таких типов упорных руд не позволяют извлечь ультрадисперсное золото в полной мере, поэтому в большинстве случаев по экономическим и экологическим критериям такое минеральное сырьё не подлежит переработке и относится к некондиционному. Промышленное освоение сложных по вещественному составу руд с низким содержанием золота (1,0-2,0 г/т) по традиционной технологии обогащения сопровождается большими потерями ценных и попутных компонентов крупностью менее 40 мкм. На территории России накоплено более 12 млрд т отходов горной промышленности, в том числе 266 млн т золотодобывающей отрасли Забайкальского края. Содержание золота в этих отходах в ряде случаев превышает содержание в природных месторождениях.
Ведущие научно-исследовательские институты России (ИПКОН РАН, Иргиредмет, ЦНИГРИ, ИГД СО РАН, Гинцветмет и др.) разработали и успешно внедрили на горно-перерабатывающих предприятиях страны и ближнего зарубежья весьма эффективные технологии извлечения благородных металлов из золотосодержащих руд. Большой вклад в изучение теоретических основ процесса выщелачивания золота внесли отечественные ученые И.Н. Плаксин, Б.Н. Ласкорин, В.А. Чантурия, Г.В. Седельникова, В.Ж. Аренс, В.Е. Дементьев, Г.А. Строганов, В.В. Лодейщиков, Г.И. Войлошников, Э.В. Адамов, М.И. Фазлуллин, А.А. Абрамов, В.П. Небера, П.М. Соложенкин, Д.П. Лобанов, Г.И. Каравайко, С.И. Полькин, И.В. Шадрунова, М.В. Рыльникова, В.А. Гуров, В.А. Бочаров, А.Е. Воробьев, Т.В. Чекушина, В.Я. Кофман, Г.Г. Минеев, В.П. Мязин, В.А. Овсейчук, А.Г. Секисов, А.В. Фатьянов, В.В. Панин, Н.Г. Малухин, Г.Я. Дружинина, А.П. Татаринов, С.С. Гудков, Г.П. Федотов, Ю.И. Рубцов и др.
Как показывают исследования, за счет бедного упорного и техногенного сырья возможно увеличение минерально-сырьевой базы золота, что может быть достигнуто в результате повышения эффективности технологии переработки и полноты извлечения ценного компонента. Низкозатратным способом извлечения золота из бедного минерального сырья является кучное выщелачивание, но при тонковкрапленном и ультрадисперсном характере рудной минерализации и содержании вредных примесей (мышьяк, сурьма) более 1,0 % и углеродистых (органических) веществ более 0,2 % эффективность и целесообразность использования этой технологии представляются весьма проблематичными. Передовой, экологически безопасной технологией переработки упорного минерального сырья с нановключениями золота является биотехнология, имеющая, однако, ряд ограничений, обусловленных сложностью вещественного состава руд и концентратов (наличие углистых и органических включений), экстенсивностью процесса, рентабельностью только при относительно высоких содержаниях золота в исходном сырье.
Одним из главных путей повышения эффективности процесса выщелачивания золота из труднообогатимого сырья является интенсификация процесса вскрытия упорной матрицы химическими, биологическими, физическими методами. Несмотря на наличие большого количества известных и новых методов интенсификации процессов выщелачивания в промышленной практике они не применяются. Использование нетрадиционных методов сдерживается в большинстве случаев или слабой изученностью самого процесса, или отсутствием соответствующего технологического оборудования, а нередко и связано со слишком высокими капитальными и эксплуатационными затратами, не окупаемыми стоимостью дополнительно извлекаемого золота.
Для решения проблемы обеспечения подготовки труднообогатимых руд и техногенного сырья к выщелачиванию благородных металлов весьма перспективными представляются методы двухстадийного окисления, основанные на фотоэлектрохимическом воздействии на растворы реагентов с образованием сильных окислителей (активных форм кислорода и хлорсодержащих соединений) с последующим биоокислением упорных минералов, реализуемым в кюветном варианте, и раздельном извлечении золота из песковой (в кучном варианте) и глинисто-шламистой фракций. В связи с этим требуется новый научный подход к выбору эффективных способов воздействия на минеральную матрицу, их сочетания и параметров, которые зависят от содержания, уровня вкрапленности и форм ультрадисперсного золота.
Разработка и внедрение на горноперерабатывающих предприятиях экологически безопасных комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания золота из упорного сырья, обеспечивающих высокие показатели извлечения золота наноразмерного уровня, отвечают запросам практики обогащения полезных ископаемых и являются актуальной научной и важной хозяйственной проблемой, влияющей на развитие золотодобывающей отрасли и имеющей социальное значение. Реализации этой цели и посвящена представленная диссертационная работа, выполненная по региональной программе «Научное и техническое обеспечение социально-экономического развития Забайкальского края».
Цель диссертационной работы – научное обоснование и разработка комбинированных методов переработки упорного золотосодержащего сырья на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий с применением сильных окислителей в сочетании с процессами кюветного и кучного выщелачивания.
Идея диссертации заключается в том, что для эффективной подготовки к выщелачиванию золота из упорного минерального сырья, содержащего как ультрадисперсное золото, так и естественные сорбенты, его окисление может быть осуществлено в две стадии: физико-химическим методом на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий и последующим использованием бактериального или химического метода. При этом процесс окисления и предварительного выщелачивания золота следует проводить в кюветах или чанах с отделением по их завершении относительно крупнозернистой фракции и довыщелачиванием из неё металлов кучным методом.
Задачи исследований:
оценить потенциальные возможности двухстадийного окисления труднообогатимого минерального сырья и теоретически обосновать его применение для интенсификации процессов извлечения ультрадисперсного золота за счет эффективного использования дифференцированных способов подготовки к выщелачиванию в зависимости от вещественного состава и форм нахождения золота в минеральной матрице;
изучить влияние и особенности фотоэлектрохимических воздействий и бактериального окисления на изменение структуры поверхности упорных геоматериалов в процессе вскрытия минеральных сред;
провести экспериментальные исследования влияния двухстадийного окисления на вскрытие минеральной матрицы при переработке упорного минерального сырья;
обосновать рациональные физико-химические и технологические параметры процессов двухстадийного окисления перед выщелачиванием с целью повышения эффективности переработки минерального сырья;
разработать эффективные комбинированные методы кюветного и кучного выщелачивания упорного золотосодержащего сырья на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий;
оценить технико-экономическую эффективность применения комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания для переработки лежалых огарков Дарасунского рудника (в полупромышленном масштабе);
оценить принципиальную возможность переработки техногенного сырья гале-эфельных отвалов с ультрадисперсными включениями ценного компонента комбинированными методами кюветного и кучного выщелачивания (в полупромышленном масштабе) и определить минимальное содержание золота в исходном материале.
Объекты исследований – упорные золотосодержащие руды месторождений Дарасунского и Кокпатасского рудных полей, техногенное сырье Дарасунского и Ново-Широкинского рудников, техногенные россыпи гале-эфельных отвалов ООО «Артель старателей «Бальджа».
Предмет исследований – процессы физико-химического, бактериального и химического окисления при переработке упорных руд, а также техногенного сырья комбинированными методами кюветного и кучного выщелачивания золота.
Методы исследований. Использован комплекс методов, включающий теоретические исследования, обобщения, методы многофакторного планирования экспериментов, гранулометрический, минералогический, спектральный, химический (в том числе фазовый), рентгено-фазовый, оптический и электронно-микроскопический, микроскопический, бактериоскопический, атомно-абсорб-ционный, пробирный, рентгеноструктурный и другие методы анализа, технологическое тестирование, лабораторные исследования, укрупненные лабораторные и полупромышленные испытания комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания золота с предварительной подготовкой минерального сырья. Применялась математическая обработка экспериментальных данных.
Основные защищаемые положения:
-
Эффективность процесса подготовки упорных руд и техногенного сырья к выщелачиванию достигается путём окисления технологических продуктов, содержащих ультрадисперсное золото, в две стадии: первичное окисление поверхности сульфидных минералов физико-химическим методом на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий с развитием контактной поверхности, концентрированием растворенного кислорода, ионов водорода и двухвалентного железа в пленочной воде, контактирующей с минеральными частицами, и формированием микроучастков с элементной серой; последующее доокисление кислород- и (или) хлорсодержащими реагентами, синтезируемыми в электрохимическом и (или) фотоэлектрохимическом реакторах, и (или) бактериями Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans, интенсивно развивающимися на подготовленной поверхности.
-
Уровень извлечения ультрадисперсного (наноразмерного) золота из упорных (труднообогатимых) руд предопределяется особенностями осуществления процесса окисления минералов-носителей и выбором наиболее эффективных окисляющих агентов, способами проведения активации и наличием сорбционно-активных компонентов, способствующих переосаждению на них растворенного металла.
-
Двухстадийное окисление на основе физико-химического и бактериального или физико-химического и химического методов следует осуществлять в кювете с локальной активацией и перемещением мелкодробленой руды аэролифтами с раздельной технологической подачей выделяемой песковой фракции, направляемой на кучное доокисление и выщелачивание, и массопотоком глинисто-шламистой фракции, направляемой на сорбционное цианирование.
-
Направленная подготовка в кюветах упорных золотосодержащих руд и полученных из них концентратов, а также техногенного сырья к выщелачиванию включает выделение отдельных типов на основе учета особенностей вещественного состава сырья и форм нахождения золота:
-
сульфидных сложных руд и техногенного сырья с включениями сульфосолевых и сульфоарсенидных микроминералов – с использованием комбинации пероксидно-гидроксидных комплексов, продуцируемых барботажем межэлектродного пространства электролитической ячейки в сернокислотной среде озонированным воздухом с последующим доокислением гетеротрофными бактериями;
-
сульфидно-углистых руд или техногенного сырья – с использованием процессов электрохимического и фотоэлектрохимического окисления в гипохлорит-хлоридной среде, последующим доокислением бактериями Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans в сернокислой среде, или растворами с активным кислородом;
-
окисленных золото-кварцевых руд или техногенного сырья, образованного в процессе обогащения россыпей, с ультрадисперсными включениями золота – предварительной подготовкой пероксидом водорода с последующей обработкой кислородом воздуха, сопровождающим процесс выщелачивания цианидами щелочных металлов.
-
Научная новизна работы
1. Теоретически обосновано и экспериментально установлено, что эффективная подготовка упорной матрицы сульфидно-арсенидных и сульфидных минералов с включениями золотосодержащих углистых веществ к выщелачиванию достигается путем окисления технологических продуктов с ультрадисперсным золотом в две стадии: первичное окисление поверхности минералов физико-химическим методом на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий с образованием активных форм кислорода (О3, Н2О2, , НnOn) и (или) хлорсодержащих реагентов (Cl0, NaClO, HCl, HClO) с высоким окислительным потенциалом и далее бактериями Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans, интенсивно развивающимися на подготовленной поверхности.
2. Экспериментально установлено влияние фотоэлектрохимических воздействий с образованием сильных окислителей (перекиси водорода и активных форм кислорода, хлорсодержащих соединений) на изменение вещественно-структурных параметров матрицы сульфидных и сульфидно-арсенидных минералов, а также на скорость последующего биоокисления. В процессе двухстадийного окисления минералов с вкрапленным золотом по сравнению с данными, полученными в экспериментах по бактериальному окислению без фотоэлектрохимических воздействий, существенно увеличились следующие показатели: концентрация Fe3+ и мышьяка в жидкой фазе, степень окисления сульфидов и сульфидной серы, скорость биоокисления. При этом наблюдалось снижение рН пульпы и повышение Еh продуктивного раствора, отмечалось образование новых минеральных фаз.
3. Экспериментально подтверждено, что повышение скорости растворения ультрадисперсного золота достигается при применении двухстадийного окисления на основе выбора эффективных окисляющих агентов и способов проведения активации. Установлены рациональные параметры фотоэлектрохимических воздействий: продолжительность облучения и барботажа озонированным воздухом, напряжение на электродах в электролизере, расход NaCl, концентрация H2SO4. Установлено, что подготовка двухстадийным окислением к выщелачиванию, как сульфидных руд, так и техногенного сырья приводит к приросту извлечения металла в жидкую фазу и на смолу. Обработка экспериментальных данных с использованием методов математической статистики позволила получить уравнения, характеризующие зависимость степени окисления сульфидных минералов и сульфидной серы от значений параметров физико-химических воздействий. На основании математической обработки экспериментальных данных, полученных в ходе лабораторных исследований упорного минерального сырья с применением двухстадийного окисления перед выщелачиванием, выведена эмпирическая формула зависимости извлечения золота от геолого-минералогических и технологических параметров.
4. Экспериментально установлен эффект интенсификации процесса извлечения металла из упорных минералов за счет применения двухстадийного окисления с дифференцированными способами подготовки отдельных типов руд к выщелачиванию с учетом особенностей вещественного состава и форм нахождения золота:
- сложных сульфидных руд и техногенного сырья – пероксидной подготовкой с последующим доокислением бактериями. Физико-химические процессы, протекающие в жидкой и твердой фазах при воздействии полиреагентным комплексом, интенсифицируют первичное окисление сульфидной матрицы, что в последующем создает благоприятные условия для бактериального окисления (быстрое развитие очагов роста бактерий в минеральной массе), в результате которых снижается рН и повышается Eh, сульфидно-сульфосолевой модуль уменьшается, время последующего биоокисления и цианирования сокращается, содержание золота в хвостах переработки уменьшается, а извлечение золота (по твердой фазе) – возрастает;
- сульфидно-углистых руд – хлоридно-пероксидной подготовкой с целью глубокого окисления как минеральной матрицы, так и органической составляющей активными хлор- и кислородсодержащими пероксидно-гидроксидными и пероксидно-гидроксильными комплексами, с последующим доокислением бактериями Acidithiobacillus ferrooxidans и Acidithiobacillus thiooxidans. В процессе фотоэлектрохимического окисления сульфидно-углистых руд содержание органического углерода в твердой фазе снижается, содержание хлора в жидкой фазе пульпы увеличивается, снижается сорбционная активность углистых включений, что свидетельствует о вскрытии золотосодержащей матрицы;
-техногенного сырья, образованного в процессе обогащения россыпей с ультрадисперсными включениями золота в шлихах – хлоридно-пероксидной подготовкой с последующей обработкой растворами с активным кислородом;
- окисленных золото-кварцевых руд и техногенного сырья – предварительной подготовкой пероксидом водорода с последующей обработкой кислородом воздуха, сопровождающим процесс выщелачивания цианидами щелочных металлов.
5. Экспериментально подтверждена эффективность переработки упорного золотосодержащего сырья комбинированными методами кюветного и кучного выщелачивания на основе направленных фотоэлектрохимических воздействий за счет повышения сквозного извлечения благородных металлов в зависимости от вещественного состава на 15,3-28,0 %.
Достоверность результатов работы обоснована корректностью поставленных задач; подтверждением правильности разработанной теоретической модели двухстадийного окисления; результатами, полученными при экспериментальном изучении и исследовании влияния фотоэлектрохимических воздействий и биоокисления на процесс химического вскрытия сульфидных минералов, а также данными, полученными в процессе технологического тестирования, лабораторных исследований, укрупненных лабораторных и полупромышленных испытаний.
Личный вклад автора состоит в постановке задач и их решении, участии в проведении экспериментальных исследований, разработке теоретических основ методов интенсификации процессов подготовки упорных руд и техногенного минерального сырья к извлечению ультрадисперсного золота, разработке технологических схем извлечения золота наноразмерного уровня из труднообогатимого минерального сырья, методологии выбора рациональных схем переработки упорных золотосодержащих руд и техногенного сырья, обобщении полученных результатов и обосновании выводов.
Практическая значимость работы
1. Разработаны патентозащищенные комбинированные методы кюветного и кучного выщелачивания упорного минерального сырья на основе использования фотоэлектрохимических воздействий, заключающиеся в том, что подготовку упорных руд, полученных из них продуктов обогащения или техногенного сырья осуществляют дифференцированно с учетом технологических типов, выделяемых по вещественному составу и формам нахождения золота. Это позволило повысить извлечение ценного компонента при переработке бедного пирит-арсено-пиритового золотосодержащего концентрата на 18 %, сульфидно-углистой руды с включениями золотосодержащих углистых веществ на 28 %, окисленной руды с включениями золота наноразмерного уровня на 15,3 %, техногенного сырья с ультрадисперсным золотом: лежалых огарков на 16,6 %, техногенных россыпей гале-эфельных отвалов на 27,6 %.
2. Предложены перспективные направления использования метода кучного выщелачивания золота из упорных руд, позволяющие увеличить извлечение металла на 5-10 % за счет переработки техногенных отходов с низким содержанием золота – 0,5 г/т и более (забалансовая руда и лежалые хвосты в соотношении 1:1) при совместном окомковании в процессе рудоподготовки; глубокой диффузии концентрированных выщелачивающих растворов в штабеле фракционированной по крупности руды; увеличения скорости процесса в результате снижения негативного эффекта кольматации и повышения температуры в штабеле руды, а также уменьшения выбросов загрязняющих веществ.
3. Предложена методология выбора рациональных технологических схем переработки упорного золотосодержащего минерального сырья. Обоснована возможность расширения сырьевой базы золотодобычи Забайкальского края за счет вовлечения в переработку ранее нерентабельного труднообогатимого и бедного минерального сырья, некондиционных руд, техногенного сырья, которые эффективно перерабатываются комбинированными методами кюветного и кучного выщелачивания.
4. Результаты научной работы используются в учебном процессе высших и среднеспециальных учебных заведений по специальности «Обогащение полезных ископаемых» направления подготовки «Горное дело» (акты внедрения: № 27-16/2879 от 10.10.2006 г.; № 63 от 21.05.2008 г.; № 01 от 29.01.2009 г.).
Практическая значимость и приоритет новых технологических решений подтверждены шестью патентами Российской Федерации: 1) на способы подготовки к выщелачиванию упорных сульфидных руд и концентратов, содержащих ультрадисперсное золото, а также бедного золоторудного сырья, включая низкосортные руды, рудные отвалы, лежалые хвосты золотоизвлекательных фабрик и других техногенных отходов (№ 2361937); 2) на способ кюветного и кучного выщелачивания металлов, в том числе благородных, из минеральной массы (№ 2350665); 3) на способы интенсификации кучного выщелачивания золота из минерального сырья (№ 2283883, № 2283879, № 2351664, № 2361076).
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены на объектах золотодобычи ООО «Руссдрагмет» (ООО НПО «Экопромтехнология») для извлечения золота из лежалых огарков, Au=92,2 % (протокол № 25 от 15.06.2010 г.) и ООО «Артель старателей «Бальджа», Au=91,7 % (протокол № 5 от 12.01.2010 г.); рекомендованы к использованию при разработке технологических регламентов: ООО «ЗабНИИ-технология» на переработку золотосодержащих руд Кондуякского месторождения и Петровской техногенной россыпи (акт внедрения от 12.09.2008 г.), а также ОАО «Ново-Широкинский рудник» и ООО «Тасеевское» на переработку техногенных отходов (лежалых хвостов) обогащения руд Балейского и Тасеевского месторождений Балейской золотоизвлекательной фабрики (акт внедрения от 16.11.2009 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе на Международных совещаниях «Неделя горняка»: Москва, 2002-2009 гг.; «Плаксинские чтения»: Москва-Чита, 2002 г., Красноярск, 2006 г., Владивосток, 2008 г., Новосибирск, 2009 г.; Пятой Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (Москва, 2006 г.); Седьмой, Восьмой Международных конференциях «Новые идеи в науке о земле» (Москва, 2007 г.); Третьей Международной научно-практической конференции, посвященной году планеты Земля и 85-летию Республики Бурятия «Приоритеты и особенности развития Байкальского региона» (Улан-Удэ, 2008 г.); Пятой Международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI в. глазами молодых» (Москва, 2008 г.); Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2009 г.); Первой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда» (Курск, 2009 г.); Пятой, Шестой, Седьмой, Восьмой Всероссийских научно-практических конференциях «Кулагинские чтения» (Чита, 2005 г., 2006 г., 2007 г., 2008 г.); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Анализ состояния и развития Байкальской природной территории: минерально-сырьевой комплекс» (Улан-Удэ, 2006 г.); Третьей межрегиональной научно-практической конференции ЧитГУ (Чита, 2003 г.), Межрегиональных научно-практических конференциях «Перспективы развития золотодобычи в Забайкалье» (Чита, 2003 г.), Молодежном академическом форуме «Молодежь и наука Сибири» (Чита, 2003); Третьей, Четвертой, Пятой научно-практических конференциях горного института ЧитГУ (Чита, 2003 г., 2004 г.); научной конференции, посвященной 25-летию Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН и памяти члена-корреспондента АН СССР Федора Петровича Кренделева «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы геосферных исследований» (Чита, 2006 г.); Седьмой, Восьмой Межрегиональных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей образовательных учреждений среднего и высшего профессионального образования (в рамках празднования 90-летия Забайкальского горного колледжа) (Чита, 2007 г.). Работа заслушивалась на расширенном научно-техническом совете ЧитГУ и ИГД СО РАН (Чита, 2009 г.); на ученом совете ОАО «Иргиредмет» (Иркутск, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 70 работ, 15 из них – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также монография и соответствующие разделы в двух монографиях, 6 патентов, 2 учебных пособия, 10 отчетов по НИР.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 360 страницах машинописного текста, содержит 126 рис., 55 табл., библиографический список из 384 наименований и 15 приложений.
Автор глубоко признателен Заслуженному деятелю науки РФ, д-ру техн. наук Ю.Н. Резнику за консультации при выполнении диссертационной работы.
Автор выражает благодарность за поддержку и методическую помощь д-ру техн. наук Г.В. Седельниковой, д-ру техн. наук В.Ж. Аренсу, д-ру техн. наук А.Г. Секисову, д-ру техн. наук В.П. Мязину, д-ру техн. наук Е.Т. Воронову, д-ру геол.-минер. наук А.И. Трубачеву, д-ру техн. наук А.В. Рашкину, д-ру геол.-минер. наук Л.Ф. Наркелюну; за плодотворную совместную научную работу канд. техн. наук Н.В. Зыкову, канд. техн. наук А.Ю. Лаврову, канд. геол.-минер. наук Д.В. Манзыреву, директору представительства ООО «Руссдрагмет» в г. Чита С.М. Жирякову, генеральному директору ООО «Артель старателей «Бальджа» Л.Х. Гуревичу, инженеру-химику Т.Г. Конаревой, а также другим участникам совместных исследований.
Упорные золотосодержащие руды и техногенные отходы как объект исследования труднообогатимого сырья
По последним данным ИПКОН РАН, в мире наблюдается снижение добычи различных минералов на каждого жителя Земли - с 2,038 т в 1985 г. до 1,873.т в 2002 г. Процессы первичной переработки руд сопровождаются большими потерями ценных компонентов: 35...40 % со сростками и 30...35 % с тонкими частицами (менее 40 мкм) [254]. Потери на стадии обогащения полезных ископаемых составляют 50...80 % от общих потерь в горно-металлургическом производстве, поэтому комплекс процессов обогащения становится ключевым в решении важнейших горнотехнических проблем рационального использования минеральных ресурсов. В связи с этим перспективы золодобывающей индустрии должны основываться, главным образом, на создании и применении новых высокоэффективных, малоотходных и экологически безопасных технологий переработки упорного минерального сырья на основе интенсификации классических и создании новых способов извлечения металла.
При переработке упорного сырья с нановключениями золота к основным причинам потерь ценного, компонента можно отнести: 1) способы механической дезинтеграции матрицы твердого сырья, не позволяющие измельчить материал размером частиц менее 0,001 см, что не обеспечивает вскрытие микронных включений золота; 2) гидрометаллургические и пирометаллургические процессы, протекающие при низком окислительно-восстановительном потенциале, уровень которого не обеспечивает окисления упорной части матрицы сырья; 3) поглощение растворенного золота из жидкой фазы пульпы при стандартном цианировании глинистыми минералами и углистым веществом, активированными в ходе рудоподготовки, без дополнительных способов, подавляющих сорбционные свойства комплексов; 4) окислительный обжиг или окислительно-восстановительная плавка с возможностью потери с парами, пылью и реакционными газами ультрадисперсного золота в пределах 95... 100 %.
Проведенные аналитические исследования по обобщению практики работы золотоперерабатывающих предприятий-, использующих способы кучного, в том числе опытных установок кучного бактериального выщелачивания золота, результатов опытно-лабораторных и промышленных испытаний способов интенсификации процесса цианидного выщелачивания золота из упорного минерального сырья, сравнительный анализ технико-экономических показателей работы компаний зарубежных стран и России, а также результаты собственных исследований позволяют сделать вывод о том, что повышение извлечения золота наноразмерного уровня и интенсификацию процесса извлечения ценного компонента, снижение технологических потерь можно осуществить за счет эффективной подготовки окислением сульфидного сырья к выщелачиванию. Постановка этой проблемы обусловила необходимость проведения исследований способов активационной подготовки золотосодержащего минерального сырья к выщелачиванию с целью разработки эффективной технологии извлечения ультрадисперсного золота из упорных руд и техногенных отходов, позволяющей перерабатывать большие объемы некондиционного сырья. Информационная база данных о формах нахождения дисперсного золота в рудах является основой для технологической оценки минерального сырья и для принятия стратегических решений по предполагаемой технологии переработки руды с минимизацией сопутствующих рисков, так как для выполнения геологоразведочных работ, минералого-аналитических и технологических исследований, отработки месторождений и переработке руд привлекаются организации с различной формой собственности.
С целью извлечения ультрадисперсного золота из руд и продуктов их переработки автором высказана гипотеза эффективной подготовки упорного сырья двухстадиальным окислением к выщелачиванию, разработана теоретическая физико-химическая модель и механизм двухстадиального окисления упорного сырья различного вещественного состава с использованием научно обоснованных и разработанных комбинированных методов кюветного и кучного выщелачивания (КМККВ). Для экспериментального подтверждения адекватности теоретической модели и параметров двухстадиального окисления с применением КМККВ реально протекающим процессам проведены экспериментальные исследования по комплексной методике, включающие четыре этапа: 1) технологическое тестирование руд; 2) лабораторные исследования; 3) укрупненные лабораторные испытания; 4) полупромышленные испытания.
Технологические исследования выполнялись на основании договоров, заключенных между ГОУ ВПО «Читинский государственный университет» и Управляющей компанией ООО «Руссдрагмет» (Читинское представительство) от 07.06.2009 г., а также ООО «Артель старателей «Бальджа» от 10.02.2008 г. и в соответствии с региональной программой «Научное и техническое обеспечение социально-экономического развития Забайкальского края».
Объекты исследований — упорное минеральное сырье: 1) Дарасунского рудного поля — техногенные отходы добычи и переработки руд: забалансовая руда отвалов (карьер «Талатуй» ООО «Дарасунский рудник»); техногенное сырье Дарасунской золотоизвлекательной фабрики, полученное при переработке золотосодержащих руд Дарасунского месторождения - хвосты флотации, лежалые хвосты, лежалые огарки обжига флотационного концентрата; 2) Кокпатасского рудного поля: окисленная руда месторождения Кокпатас; сульфидная руда и сульфидно-углистая руда месторождения Кокпатас; шихта сульфидных руд, состоящая из частных проб месторождений Кокпатас и Даугызтау.
По месту отбора, литологическому составу рудной массы и технологическим типам полученные технологические пробы являлись наиболее представительными для всех минерально-сырьевых объектов. Подготовка материалов к исследованиям осуществлялась по стандартной методике [130], приведенной в Приложении 1. Гранулометрический состав сырья объектов исследования приведен в табл. 2, 3 и 4. Гранулометрический состав сырья Кокпатасского рудного поля представлен на рис. 9, 10.
Процессы интенсификации выщелачивания золота на основе использования нетрадиционных методов вскрытия упорных РУД
За последние годы накоплен практический опыт по совершенствованию и интенсификации процесса кучного выщелачивания. Все операции KB направлены на обеспечение максимального, со сравнительно высокой кинетикой извлечения золота из твердой фазу в жидкую. Являясь медленно протекающим процессом, требующим больших объемов растворов выщелачивания, KB проигрывает заводскому процессу на стадии переработки растворов за счет относительно низкого содержания золота в растворе. Для успешного внедрения способа KB при формировании штабелей целесообразно предусмотреть системы интенсификации процесса в период отрицательных температур: использование обрушения руды за счет компенсационного пространства, которое формируется во время подготовки штабеля, например, с помощью полых конструкций; закладку электродов и электрохимическую обработку руд; сооружение в штабеле подвижного основания в виде надувных баллонов или гидравлических секций; выщелачивание под воздействием упругих колебаний ультразвукового диапазона; использование упругих колебаний звукового диапазона (в качестве источника акустических колебаний применяются различного рода гидродинамические преобразователи); применение мощных импульсов электрической энергии; механические воздействия — рыхление, взрывание, дополнительное дробление руды; использование аэрирования, введения окислителей, подогрева рабочих растворов, скоростного KB с использованием поршневого режима орошения и накислораживания циркуляционных растворов; воздействие ионизирующей радиации и радиоактивного излучения [39, 283].
В последние годы на практике отмечается переход на вариант выщелачивания, когда раствор пропускают через низкосортную руду, руду со средним качеством и свежую руду высокого качества с целью увеличения содержания в нем металла (противоточный вариант) [85]. В другом варианте применяют циркуляционный режим с многократной подачей раствора на орошение без выведения его на сорбцию или осаждение до накопления определенной концентрации полезного компонента.
В ряде случаев применяют пульсирующее орошение, при котором раствор реагента подают на штабель или отдельные его участки в течение 8... 12 ч/сут, в остальное время руда «отдыхает», а раствор используют для орошения других участков. По своему механизму пульсирующее орошение не увеличивает скорость выщелачивания по сравнению с непрерывным орошением. Этот режим позволяет подвергнуть активному выщелачиванию в два-три раза большее количество руды тем же самым объемом раствора выщелачивания, который потребовался бы при непрерывном орошении одного участка. Противо-точное KB может быть совмещено с пульсирующим режимом. Преимущества рассмотренных схем заключаются в возможности использовать узел переработки растворов меньшей производительности, естественно, с меньшими затратами на его строительство и эксплуатацию.
Интерес представляет и интенсификация процесса KB под воздействием ионизирующей радиации и радиоактивного излучения. При спонтанном распаде радиоактивных элементов в рудах возникают дефекты, изменяющие структурные, механические, электронные и другие свойства минералов, что положительно влияет на скорость выщелачивания. Воздействием ионизирующей радиации на твердый скелет горных пород процесс их радиационно-химического разрушения и растворения не ограничивается. При этом имеет место радиолиз жидкой фазы системы вода-металлосодержащие минералы. Радиолиз воды ведет к появлению в ней кислорода (в виде гидроксильных групп, гидроперекис-ных радикалов, перекиси водорода), углекислоты, азотной, серной и органических кислот, атомарного хлора, что обусловливает выщелачивание из минералов обычно труднорастворимых металлов [181].
Интенсификация процессов KB также достигается и за счет взрывного нарушения гидродинамических каналов, образовавшихся в период обработки массива руды растворами реагентов, а также процессы KB можно интенсифицировать, если рассматривать, например, золотосодержащие арсенопирит-пирротиновые руды с позиций электрохимического растворения металлов как систему, состоящую из трех минералов: арсенопирит-пирротин-самородное золото. В ходе электрохимических реакций в первую очередь будет растворяться наиболее электроотрицательный минерал этой триады. Положительный эффект данного способа заключается в повышении эффективности процесса электрохимического KB путем предварительного восстановления свободного кислорода, содержащегося в технологических растворах [54, 241]. Российскими учеными разработана эффективная технология выщелачивания золота из штабелей руды с использованием созревания окомкованной руды с цианидом натрия, поршневого режима орошения и накислороживания циркуляционных растворов. Выщелачивание золота проходило в 2...5 раз быстрее, чем это достигается с использованием классической технологии КВ. Извлечение золота в продукционные растворы составило 75...82 %. Реализация предложенной принципиальной технологической схемы, включающей скоростное выщелачивание руды, довыщелачивание хвостов цианирования вместе с забалансовыми рудами, позволила получить извлечение золота из кондиционной руды 83...86 % и дополнительно перерабатывать забалансовые руды. Эффективность интенсификации разработанных технологий проверена на укрупненных и полупромышленных испытаниях, опытах на пилотных установках (Норильский ГМК, Рязанский завод цветных металлов, ЗИФ «Новинка», Компания ЗАО «Баунт», ООО «Дарасунский рудник», ООО «Заб-НИИ-технология», ФГУП «Лабораторно-исследовательский центр по изучению минерального сырья», ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»). Отдельные элементы по разработке экологически малоопасных технологий для KB внедрены на объединении «Полиметалл» и на установке кучного выщелачивания в Мурунтау. Новизна разработок защищена более 20 патентами и авторскими свидетельствами РФ [3, 132, 139, 140, 141, 143, 144, 193, 194, 195, 196]. Предполагаемый экономический эффект от мероприятий по интенсификации может достигнуть значительных величин [137, 138, 146].
Теоретическое обоснование кинетики процесса двух-стадиального окисления упорных минералов на основе инициирования образования активных центров
Для этого пульпу (40...50 % твердого), подогреваемую острым паром, последовательно обрабатывали в нескольких чанах с добацками соды (25 кг/т). Воздух вдували в днище реакторов (8,5...9,1 м /мин) через перфорированные кольца, откуда он поступал вверх, где диспергировался турбинной мешалкой. Затем пульпу охлаждали до 50 С и обрабатывали хлором последовательно в 6 чанах при общем времени контакта 25...30 ч. Расход хлора составлял 25 кг/т руды. Обработанную пульпу смешивали с пульпой на основе окисленной руды и направляли на цианирование с последующим осаждением золота цинком. Извлечение золота составляло около 87 %.
Исследованиями по изучению влияния поверхностно-активных веществ на скорость выщелачивания доказано, что увеличение ее возможно в 1,5...2 раза за счет различных добавок (например, для образования защитных покрытий, блокирующих контакт РУВ с золотосодержащими растворами, для чего используется керосин, дизельное топливо, РВ-2 [343, 355]. Этот прием применяли, в частности, на Керр Эддисон Майн (Канада), Прести (Гана) и в опытном масштабе в России [308]).
Сорбционное выщелачивание может применяться для интенсификации процесса выщелачивания, когда скорость растворения контролируется внешней диффузией и процесс протекает в условиях, близких к равновесным. В этом случае повышение концентрации растворимого продукта реакции может значительно замедлить выщелачивание [208, 209].
Биологические способы интенсификации выщелачивания значительно превосходят химические. Путем адаптации, а также используя мутагенные факторы, можно получить культуры новых бактерий, обеспечивающих еще большую скорость выщелачивания. В СССР первые крупные теоретические и экспериментальные разработки в данном направлении выполнены в Московском институте стали и сплавов (СИ. Полькин, Э.В. Адамов, В.В. Панин) и Институте микробиологии АН СССР (ИНМИ) (Г.И. Каравайко и др.) [4, 67, 69, 165, 374].
Научные основы технологии чанового бактериального окисления железа и выщелачивания сульфидов, технологические схемы для переработки руд и концентратов различного состава, методы интенсификации процесса разработаны специалистами кафедры обогащения руд цветных и редких металлов ФГОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» в сотрудничестве с микробиологами Института микробиологии РАН. Большую роль в развитии и продвижении технологии бактериального выщелачивания сыграл заведующий лабораторией ИНМИ член-корреспондент РАН Г.И. Каравайко [26]. В МИСиС исследования по бактериальному выщелачиванию начаты в 1964 г. под руководством заведующего кафедрой обогащения руд СИ. Полькина. Проведены технологические исследования и опытно-промышленные испытания технологии бактериального выщелачивания (БВ) упорных золотосодержащих концентратов руд около 20 месторождений, в том числе Майского, Нежданинского, Бакырчикского, Кокпатасского и др. Опытно-промышленные испытания технологии бактериального выщелачивания с 1972 г. проводились на установках Тульского филиала ЦНИГРИ, в институте Гидро-цветмет (Новосибирск), на Приморском ГОКе.
В процессе экспериментальных исследований установлено, что максимальная скорость биоокисления сульфидов железа бактериями T.f. достигается при соблюдении следующих режимов: окислительно-восстановительный потенциал среды 0,4...0,8 В; рН=0,8...3,0; температура пульпы 28...40 С; плот ность пульпы 10...20 % твердого; скорость окисления по Fe(II) 2...5 г/л в час [10, 22, 26, 316, 321, 360, 361, 376]. Представляется интересной информация о поведении в биоокислительном процессе таких минералов как халькопирит, ко-веллин, халькозин, сфалерит, антимонит, галенит и др. в сопоставлении с пиритом и арсенопиритом. По данным, приведенным в [26, 165, 309, 357], последовательный ряд сульфидов по способности к биоокислению может быть представлен в следующем виде: пирротин арсенопирит антимонит пирит сфалерит халькопирит галенит [104].
По результатам большого объема исследовательских работ, начатых еще в 1960-х гг., впервые на базе Тульского филиала ЦНИГРИ была построена и сдана в эксплуатацию в 1973 г. полупромышленная биометаллургическая установка, на которой проверены схемы переработки упорных арсенопиритных концентратов практически всех разведанных и эксплуатируемых месторождений СССР. По результатам испытаний были подготовлены технологические регламенты и ТЭО для опытно-промышленных, а в 1989-1994 гг. и промышленных установок на наиболее крупных месторождениях [70, 73, 86, 163, 166, 167. 168, 169, 304,]. Достижения в этой области получили положительный резонанс за; рубежом; Это обеспечило проведение в 1982 г. в рамках программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) международных учебных курсов и семинара-для специалистов различных стран на базе Тульского филиал ЦНИГРИ и ИНМИ АН СССР, что послужило толчком для развития за рубежом технологии БВ [87, 106, 153, 154, 336. 378].
В ОАО «Иргиредмет» проведены исследования процесса бактериального вскрытия золота в лабораторных и полупромышленных условиях на ряде упорных руд и концентратов («Бакырчик», «Бестюбе», «Жолымбет», «Аксу», «Кю-чус», «Албазино», «Олимпиада», «Делита», «Тасеевка», «Кокпатас», «Березняки») и испытания в замкнутом цикле на полупромышленной установке. На многих месторождениях проведены испытания по кучному бактериальному выщелачиванию (КБВ). Извлечение золота в большинстве случаев составило 85...95 % [42, 52, 53, 54, 57, 58, 60, 61, 62]. гическому вскрытию и выщелачиванию упорных золотосодержащих минералов, концентратов и руд выполнены институтом в рамках проекта «Биогеотех-нология золота и серебра» государственной научно-технической программы «Новейшие методы биоинженерии» в период 1988-1993 гг. Биохимическое вскрытие золотосодержащих сульфидов (пирита, арсенопирита и др.) с использованием автотрофных серу- и железоокисляющих бактерий типа Thiobacillus ferrooxidans (Th. ferr.), в которой принимали участие специалисты Иргиредмета В.В. Лодейщиков, П.Д. Горбунов, В.Е. Дементьев, А.С. Малышева, Л.Ф. Пара-дина, А.А. Синакевич, В.Н. Смагунов, Н.В. Смагунов, Г.А. Строганов, И.Л. Фурсова, Б.И. Хлебников, СИ. Храмченко, Л.Е. Шкетова и др. [72, 88, 90, 92, 93. 94, 95, 96, 97, 99, 119, 120, 121, 124, 215, 220, 221, 223, 224, 225, 228, 229, 231,244].
В 1989-1991 гг. в Иргиредмете (С.С. Гудков, Д.П. Семенова, В.Е. Дементьев) выполнен комплекс технологических исследований по разработке процесса КБВ применительно к упорным золотосодержащим флотоконцентратам [91]. В 1989 г. Иргиредметом произведена технологическая оценка концентратов девяти действующих, а также четырех проектируемых золотоизвлекательных фабрик на предмет возможности обработки их руд по технологии БВ-цианирование. При этом для большинства концентратов, кроме углистых, достигнуты показатели извлечения золота на уровне 95...98 %, что существенно (в ряде случаев на 10... 15 %) превышает извлечение золота при прямом цианировании концентратов, проводимом в наиболее жестком технологическом режиме (табл. 19) [98, 134, 135, 136].
Экспериментальные исследования влияния двухстадиального окисления на вскрытие минеральной матрицы перед выщелачиванием
Во многих случаях наличие природного углерода в рудах создает проблемы при обжиге, так как высокая температура, необходимая для выжигания углерода, приводит к спеканию, в результате чего огарок имеет малую пористость. Обжиг таких руд оправдан, если его целью является ликвидация всего углерода. Параметры такого обжига, однако, должны строго контролироваться, так как при неполном выжигании углерод, оставшийся в огарке, обладает большей сорбционной активностью, чем в исходной руде [373]. В этом случае потери золота могут бьть количественно оценены с помощью аналитического метода TOF-LIMS [329].
Нитрокс- и Арсено-процессы, при которых для вскрытия золотосодержащих руд используют азотную кислоту и оксиды азота [74], применимы и для переработки углеродистых руд, так как эти реагенты окисляют РУВ и уменьшают его сорбционную активность [308]. Вместе с тем, наиболее часто в промышленной практике используют автоклавное окисление кислородом (воздухом) при повышенных температурах (180...220 С) и давлении (1800...2200 кПа). Этот метод применяют на заводе Бэрри Меркьюр и Гетчелл (США) для переработки углеродистых руд.
Для руды месторождения Твин Крикс (США) с 2,3...8,3 % сульфидной серы и 0,13... 1,36 % органического углерода опробована автоклавно-окислительная обработка при следующих параметрах: температура 225 С, общее давление в системе (НС1 + Ог) 3170 кПа, парциальное давление кислорода 690 кПа, время обработки 45...90 мин, крупность измельчения 80 % руды -0,02 мм. Последующее цианирование дало извлечение золота 92...96 % при условии окисления сульфидной серы на 99,0...99,5 % и введения СОз -иона в составе доломита или известняка. С использованием SEM-анализа установлено наличие элементного золота (-0,2 мкм), выделившегося на органическом углероде. Это позволило предположить, что в процессе автоклавной обработки золото сначала растворялось, а затем переосаждалось, восстанавливаясь углеродом [371, 341].
Большой научный интерес представляет способ переработки упорного минерального сырья, содержащего металлы, включающий выщелачивание в водном растворе кислоты с концентрацией 1,8...50 г/дм активным кислородом в присутствии ионов трехвалентного железа и извлечение металлов из получаемых продуктов, что позволило повысить степень извлечения металлов, сократить временя выщелачивания, снизить энергетические затраты и повысить экологичность переработки [145].
В соответствии с клатратно-кластерной теоретической моделью перевода в жидкую фазу дисперсного золота, д-ром техн. наук А.Г. Секисовым разработана технологическая схема, запатентованная в США [366], на основании которой создана лабораторная установка, обеспечивающая возможность интенсивного образования метастабильных комплексных радикалов и ионов при фотоэлектрохимической обработке сравнительно простых первичных реагентов.
В настоящее время также ведутся исследования нетрадиционных методов воздействия на упорное минеральное сырье следующими способами: 1) электрическим током низкого напряжения за счет чего скорость выщелачивания золота увеличивается в 2...3 раза. Воздействие током высокой частоты на сульфидные руды повышает скорость выщелачивания в 5...6 раз; 2) источниками колебаний с использованием механических и электро-магнитных вибраторов (испытано на стадии лабораторных исследований), вибрационных грохотов и измельчителей; 3) наложением пульсаций, вызывающих поступательное движение жидкости, в результате чего увеличивается интенсивность масообмена в экстракционных и ионообменных процессах. Подобного интенсифицирующего эффекта пульсаций можно ожидать и при выщелачивании; 4) упругими колебаниями ультразвукового диапазона на процесс масообмена и границы звукокапилярного эффекта, способствующего проникновению жидкости в микропоры, а также снятию исходных покрытий, пленок и оболочек новой твердой фазы под воздействием эффекта кавитации. Современный уровень развития ультразвуковой аппаратуры пока ограничивает использование ультразвука в гидрометаллургии в промышленном масштабе; 5) упругими колебаниями звукового диапазона, в качестве источника которых применяются различного рода гидродинамические преобразователи. По механизму действия данный способ не отличается от ультразвукового, но он более прост в практическом применении. Эффективность действия ротационно-пульсационных аппаратов проверена в содовом автоклавном процессе разложения шеелитовых концентратов. Установлена также перспективность использования этого метода для интенсификации выщелачивания золота цианистыми растворами; 6) электрохимическое, которое используется, главным образом, в окислительно-восстановительных процессах, протекающих с участием кислорода и водорода. Получение последнего достигается путем протекания через пульпу постоянного электрического тока, инициирующего диссоциацию воды с выделением газов, избирательно используемых для интенсификации соответствующих окислительных и восстановительных реакций. Эффективность применения метода проверена при электрохимическом окислении упорных золотомышья-ковых концентратов и цианировании золотосодержащих продуктов. Механизм электрохимического окисления пирита и арсенопирита, ассоциирующих ионно-дисперсное золото, заключается в разложении сульфидов при протекании постоянного электрического тока через минеральные суспензии в растворах ки- слот или щелочей. При электролитическом окислении сульфидов в отношении пирита к арсенопириту 3:1 установлено, что скорость их окисления прямо пропорциональна объемной плотности тока и достигает максимума при 10 А/л, тогда как последующее повышение плотности тока приводит к замедлению процесса вследствие образования пленки гидроксида железа на поверхности сульфидов, которая тормозит доступ окислителя к сульфидной поверхности.
Для определения оптимальных условий электролитического окисления сульфидов найден критерий процесса, которым является отношение объемной плотности тока к поверхности сульфида. Полученный критерий позволяет моделировать электролитическое окисление сульфидов в зависимости от объема переработки руды и расхода электроэнергии. Экспериментально установлено, что при значениях критерия для пирита и арсенопирита, равных 103 и 35 А/м , достигают максимальных скоростей окисления пирита и арсенопирита 0,835 и 0,270 г/(м -мин) соответственно. При выборе оптимальных условий в случае окисления сульфидов в смеси необходимо ориентироваться на критерий для арсенопирита. Оптимальная концентрация хлорида натрия - 200...300 г/л. Электролитическая обработка сульфидных руд благородных металлов сопровождается переходом последних в хлоридный раствор, что, в свою очередь, приводит к их частичному выделению на катоде. В сравнении с обычной технологией выщелачивания использование дополнительного электрохимического вскрытия обеспечило прирост извлечения золота с 60,8 до 78, 2 % при сокращении расхода реагентов на 20 % [241]. Разработанный способ электрохимической обработки пульпы продуктов бактериального окисления упорных золото-мышьяковых концентратов месторождений Нежданинское, Майское, Пезинок и др. позволяет увеличить окислительную способность пульпы за счет повышения концентрации кислорода с 6...8 до 30...35 мг/л, доокислить неразложившиеся при бактериальном выщелачивании сульфиды, устранить их отрицательное влияние как поглотителей кислорода и оптимальной смеси реагентов по сравнению с «чистыми» продуктами [197, 198, 202, 204]. Применение метода сдерживается его недостаточной изученностью и отсутствием специальной аппаратуры, обеспечивающий возможность непрерывного осуществления процесса.
