Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние технологии кучного выщелачи вания в зарубежной и отечественной практике 8
1.1. Кучное выщелачивание золота - перспективное направление в технологии переработки руд и техногенного сырья 8
1.2. Опыт применения кучного выщелачивания золота в зарубежных странах 13
1.3. Опыт применения кучного выщелачивание золота в России и странах СНГ 15
1.4. Минерально-сырьевая база Восточного Забайкалья 26
1.5. Выводы 29
Глава 2. Анализ технологии извлечения золота в зарубежной и отечественной практике и особенности условий приме нения кучного выщелачивания золота в Восточном За байкалье 30
2.1. Анализ технологий кучного выщелачивания золота горно рудных предприятий зарубежных стран и России 30
2.1.1. Роль рудоподготовки в раскрытии полезных минералов и обеспечении требуемой фильтрации раствора при кучном выщелачивании 30
2.1.2. Влияние конструктивных особенностей штабелей на фильтрационные характеристики сооружений 36
2.1.3. Выбор высокоэффективного растворителя золота при кучном выщелачивании 39
2.1.4. Анализ технологических схем кучного выщелачивания золота на зарубежных и отечественных полигонах предприятий золотодобычи 44
2.1.5. Экологические проблемы при кучном выщелачивании золота и пути их решения 62
2.2. Условия применения кучного выщелачивания золота в Восточном Забайкалье 63
2.2.1. Климатические условия Восточного Забайкалья и их влияние на кучное выщелачивание 63
2.2.2. Минералогический состав золотосодержащих руд и кучное выщелачивание 66
2.2.3. Типы коренных месторождений и техногенных отходов золота Восточного Забайкалья, пригодных для переработки методом кучного выщелачивания 71
2.3. Выводы 81
Глава 3. Технологические исследования по кучному выщелачи ванию золота из забалансовых руд и техногенных отходов Дарасунского рудного поля 82
3.1. Цели и методика исследований 82
3.2. Особенности вещественного состава Дарасунского рудного поля 85
3.3. Тестовые исследования 86
3.4. Экспериментальные исследования в перколяторах 104
3.5. Анализ результатов исследований и проверка достоверности и надежности экспериментальных данных 112
3.6. Разработка рекомендуемой технологической схемы метода кучного выщелачивания совместной переработки бедных, забалансовых руд и техногенных отходов 118
3.6.1. Выбор технологической схемы. Основные технологические показатели 118
3.6.2. Основные технические решения по переработке техногенных отходов 120
3.6.3. Компоновочные решения 122
3.6.4. Аппаратурная схема 123
3.7. Выводы 128
Глава 4. Технико-экономическое обоснование минимального содержания золота в исходном сырье при кучном выщелачивании техногенных отходов и перспективы его внедрения в условиях Восточного Забайкалья 129
4.1. Технико-экономическое обоснование минимального содержания золота в исходном сырье при кучном выщелачиванииотходов горно-обогатительного производства 129
4.1.1. Определение капитальных вложений 129
4.1.2. Себестоимость переработки сырья 130
4.1.3. Определение технико-экономических показателей 132
4.1.4. Определение минимального содержания золота в исходном сырье при кучном выщелачивании отходов горнообогатительного производства 133
4.2. Перспективы внедрения технологии кучного выщелачивания в условиях Восточного Забайкалья 134
4.3. Выводы 137
Заключение 138
Список используемой литературы 140
Приложения 141
- Опыт применения кучного выщелачивание золота в России и странах СНГ
- Влияние конструктивных особенностей штабелей на фильтрационные характеристики сооружений
- Тестовые исследования
- Анализ результатов исследований и проверка достоверности и надежности экспериментальных данных
Введение к работе
Актуальность работы. На горнодобывающих и горноперерабатываю-щих предприятиях Забайкалья имеется большой объем золотосодержащих бедных и забалансовых руд, техногенных отходов, вскрышных и вмещающих пород, лежалых хвостов хвостохранилищ, которые могут стать объектами освоения методом кучного выщелачивания и позволят увеличить потенциальные запасы золота.
Комплексных исследований по кучному выщелачиванию (KB) золота из минерального сырья с низким содержанием ценного компонента из месторождений Восточного Забайкалья проведено, к сожалению, недостаточно. Поэтому многие специфические проблемы метода остаются пока не исследованы. Кроме того, в регионе мало предприятий, осуществляющих переработку золотосодержащего сырья по данной технологии, что не позволяет говорить о достаточной промышленной апробации метода.
Большой вклад в анализ проблем KB золота внесли отечественные ученые. К ним, в первую очередь, следует отнести научные труды В.А. Чантурии, М.И. Фазлуллина, Г.В. Седельниковой, а также В.А. Бочарова, А.Е. Воробьева, С.С. Гудкова, В.Я. Кофмана, Г.С. Крыловой, В.В. Лодейщикова, Г.Г. Минеева, В.П. Мязина, А.В. Рашкина, Ю.И. Рубцова, Г.А. Строганова, А.П. Татаринова, А.В. Фатьянова и многих других.
Высокая эффективность технологии KB золотосодержащих руд доказана уже 40-летней зарубежной практикой, что является позитивной предпосылкой для успешного внедрения KB в условиях Забайкалье.
Таким образом, актуальность работы обусловлена существующими предпосылками разработки эффективной технологии извлечения золота из бедных, забалансовых руд и техногенных отходов Восточного Забайкалья и переработки больших объемов некондиционного сырья.
Основная научная идея работы заключается в том, что разработав технологию KB, можно обеспечить извлечение золота из бедного минерального сырья при совместной переработке бедных, забалансовых руд и техногенных отходов.
Цель диссертационной работы - разработка технологии кучного выщелачивания золота из бедных руд и техногенных отходов Дарасунского рудного поля и обоснование перспектив ее применения в Восточном Забайкалье.
Основные задачи исследований
Анализ состояния и выявление изученности вопроса по кучному выщелачиванию золота из бедных, забалансовых руд месторождений и техногенных отходов в зарубежной и российской практике, а также в условиях Забайкалья.
Разработка комплексной методики технологических исследований по кучному выщелачиванию золота из забалансовой руды и техногенных отходов Дарасунского рудного поля.
Проведение тестовых и экспериментальных исследований по кучному выщелачиванию золота из минерального сырья с низким содержанием золота Дарасунского рудного поля и разработка технологической схемы его переработки.
Технико-экономическое обоснование минимального содержания золота в исходном сырье при кучном выщелачивании техногенных отходов и разработка рекомендаций по реализации метода в условиях Восточного Забайкалья.
Объект исследования - золотосодержащее минеральное сырье Дарасунского рудника: руда месторождения «Теремки»; забалансовая руда месторождения «Талатуй»; лежалые хвосты хвостохранилища Дарасунской золотоизвле-кательной фабрики.
Предмет исследования - метод кучного выщелачивания золота.
Методы исследований - гранулометрический, минералогический, спектральный, химический, пробирный, фазовый, микроскопический, пробирно-атомно-абсорбционный анализы исходного сырья и продуктов обогащения; методы многофакторного планирования эксперимента; гравитационный метод обогащения; цианирование в бутылочном агитаторе и в перколяторах.
Защищаемые научные положения
Комплексная методика технологических исследований кучного выщелачивания золота из забалансовых руд и техногенных отходов Дарасунского рудного поля, позволяющая выявить возможность извлечения ценного компонента из бедного минерального сырья.
Особенности разработанной технологической схемы позволяют обеспечить извлечение золота из минерального сырья с низким содержанием ценного компонента и осуществлять совместную подготовку и переработку методом KB бедных, забалансовых руд и техногенных отходов в условиях Восточного Забайкалья.
Технико-экономическое обоснование минимального содержания золота в исходном сырье 0,5 г/т при реализации кучного выщелачивания из техно-
генных отходов в условиях Восточного Забайкалья позволяет расширить минерально-сырьевую базу золотодобычи региона.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается представительностью изученных проб, достаточным количеством опытных данных и измерений, сходимостью экспериментальных результатов с расчетными на 96 %.
Научная новизна работы
Разработана комплексная методика технологических исследований по кучному выщелачиванию золота из минерального сырья с низким содержанием ценного компонента с учетом вещественного состава.
На основании выполненных экспериментальных исследований по извлечению золота методом KB разработана экономически рентабельная технология переработки минерального сырья с низким содержанием ценного компонента за счет совместной подготовки и переработки бедных, забалансовых руд и техногенных отходов.
Обосновано минимальное содержание золота в исходном сырье по технологии кучного выщелачивания техногенных отходов для условий Восточного Забайкалья. Разработаны рекомендации по геолого-экономической и геолого-технологической переоценке коренных месторождений золота и техногенных отходов, что позволяет расширить минерально-сырьевые ресурсы золотодобычи Забайкалья.
Впервые проанализированы, обобщены и систематизированы данные по золоторудным объектам Восточного Забайкалья с низким содержанием золота, перспективным для кучного выщелачивания.
Практическая значимость
Предложенная технология переработки бедных, забалансовых руд и техногенных отходов позволяет решить одну из актуальных проблем комплексного освоения недр и расширить минерально-сырьевую базу золотодобычи Забайкалья.
Переработка бедных, забалансовых руд и техногенных отходов в комплексе помогает решать экономические, сырьевые, экологические и социальные проблемы градообразующих горных предприятий Забайкалья.
Предложены рекомендации ООО «Дарасунский рудник» для внедрения технологии KB на горном предприятии.
Разработанные в диссертации положения о перспективах применения KB золота для бедного минерального сырья Забайкалья рекомендованы для использования при чтении лекций в курсе «Технология обогащения полезных ис-
копаемых» для студентов Читинского государственного университета по специальности «Обогащение полезных ископаемых», а также при курсовом и дипломном проектировании.
Рекомендации по использованию результатов работы
Результаты исследований рекомендуется использовать при проектировании полигонов кучного выщелачивания золота из бедных, забалансовых руд и техногенных отходов в условиях Восточного Забайкалья.
Личный вклад соискателя состоит в:
проведении тестовых и экспериментальных исследований по KB золота на золотосодержащих пробах Дарасунского рудного поля;
разработке технологической схемы извлечения золота методом KB при совместной подготовке и переработке бедных, забалансовых руд и техногенных отходов;
технико-экономическом обосновании минимального содержания золота при KB техногенных отходов для условий Восточного Забайкалья;
систематизации данных по золотосодержащим объектам Восточного Забайкалья с низким содержанием золота, перспективным для КВ.
Апробация работы
Результаты работы обсуждались на Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения)» (Москва - Чита, 16-19 сентября 2002 г.); 1-й Международной конференции молодых ученных и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI в. глазами молодых» (Москва, 21-23 октября 2002 г.); Межрегиональной научно-практической конференции «Перспективы развития золотодобычи в Забайкалье» (Чита, июнь 2003 г.); Четвертой научно-технической конференции Горного института. (Чита, 21-27 апреля 2003 г.); Третьей научно-практической конференции Читинского государственного технического университета «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: ресурсы, экология, управление» (Чита: ЧГТУ, 20-22 мая 2003 г.); Третьей межрегиональной научно-практической конференции Читинского государственного университета «Технические науки, технологии и экономика». (Чита, 23-24 октября 2003 г.); Молодёжном академическом форуме «Молодежь и наука Сибири». (Чита, 16-19 декабря 2003 г.); Международном молодёжном научном конгрессе «Молодёжь. Наука. Общество» - открытом конкурсе рефератов (Москва, июнь 2003 г.); «Недели горняка - 2004» Московского государственного горного университета (Москва, январь 2004 г.); Пятой научно-практической конференции, посвященной 30-летию Горного института (Чита, 26-28 октября 2004 г.).
Опыт применения кучного выщелачивание золота в России и странах СНГ
Метод кучного выщелачивания золота впервые был применен в США в конце 60-х г.г. Здесь на рудах месторождений золотого пояса Карлин Тренд в штате Невада были проведены крупные лабораторные работы по KB с применением цианида натрия, имеющие промышленное значение.
Высокие показатели технологии KB золотосодержащих руд уже более 40 лет доказываются эффективной работой горнорудных предприятий. Так, увеличение производства золота в США в последние годы обеспечивается за счет забалансовых руд, которые перерабатываются методом кучного цианидного выщелачивания.
Причем объекты KB золота, по данным анализа работы 25 рудников США, имеют следующую характеристику: запасы руды месторождений от 1,0 до 25 млн т, содержание золота в добытой руде 0,5-4,8 г/т, при среднем его значении 1,65 г/т, производительность установок KB - от 30-2600 тыс т/год руды, время выщелачивания золота, определяемое минерало-гическим и гранулометрическим составом руд, колеблется от 30 суток до 3 лет, расход цианида натрия на 1 т руды составляет от 0,125 до 0,9 кг, извлечение золота изменяется от 50 до 85 % (Приложения 2 и 3).
Эффективность кучного выщелачивания золотосодержащих руд резко повышается с применением методов предварительного окомкования глинистых и шламистых руд, что значительно расширяет область использования KB и позволяет повысить извлечение золота от 35 до 90 % при сокращении времени выщелачивания с двух месяцев до трех недель [6].KB золота в США распространено столь широко, что почти все золоторудные предприятии имеют полигоны кучного выщелачивания.
В настоящее время кучное выщелачивание золота широко используется также в других зарубежных странах: Австралии, Канаде, ЮАР, Китае. За рубежом выявлено более 1500 месторождений золота, запасы которых распределены следующим образом (табл. 2).
Внедрение метода KB обусловило в ряде стран увеличение производства золота. Так, добыча золота с 1975 по 1992 гг. в Канаде возросла в 3 раза, в США - в 10 раз и Австралии - в 15 раз, при этом большая часть золота была получена за счет кучного выщелачивания. По показателям прироста запасов золота Австралия вошла в число ведущих золотодобывающих стран мира.Растет число полигонов по KB золота в странах Латинской Америки, Папуа-Новая Гвинея, Филиппинах. Появляются они в Гане, Саудовской Аравии, Судане и других странах [3].
Кучное выщелачивание золота как высокорентабельный процесс прочно вошло в технологию переработки золотосодержащих руд зарубежных стран. Внедрение этой технологии идет очень быстро и весьма эффективно.Большой материал по разработке и результатам KB золота в зарубежных странах приведен во многих научных публикациях исследователей, которые имеют значение для внедрения этого метода в России. Сюда относятся некоторые научные работы Л.А. Давыдовой и др. (1982), В.Я. Кофмана и Л.Е. Хомен-ко (1985), В.Н. Мосинца (1996), Б.А. Пахтанова и СИ. Черных (1997), В.П. Ры-сева и др. (1994), Г.В. Седельниковой (1996, 2001), Л.Е. Телегиной (1986), В.А. Царькова и В.В. Доброскокина (2000), В.А. Чантурии и Г.В. Седельниковой (1998) и многих других.1.3. Опыт применения кучного выщелачивание золота в России и странах СНГ
Несмотря на большой объем выполненных опытно-лабораторных работ в бывшем СССР, кучное выщелачивание золота не было внедрено в промышленность. Одна из причин этого - ориентация на простой и выгодный способ добычи золота из россыпей старательскими артелями. Однако по причине резкого уменьшения запасов россыпного золота и общего снижения его концентраций в рудах, горнодобывающие предприятия вынуждены обратиться к коренным месторождениям с бедным золотом и переработкой их кучным выщелачиванием как к наиболее простому и дешевому способу получения золота из руд.
Первым объектом в СССР, где были внедрены результаты исследовательских работ в промышленность, было золото-кварцевое умеренно сульфидное Васильковское месторождение (Казахстан). Здесь в 1991 г. была пущена установка по ЬСВ золота проектной производительностью 300 тыс т руды в год. Руда без предварительного дробления и окомкования выщелачивалась цианистым натрием в штабелях. Исходное содержание золота в руде 2 г/т, извлечение -60 %.
Иргиредметом, Внипигорцветметом, Вниихимической технологии, ВПО «Союззолото», цнигри, Цниицветметом экономики и информации, геологоразведочными и другими организациями был проведен большой объем научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по ЬСВ золота и рекомендованы для промышленного использования конкретные объекты.
В 1993 г. по технологии и проекту, разработанному в ЦНИГРИ, была введена в эксплуатацию первая в России опытно-промышленная установка по ЬСВ золота из техногенного сырья - лежалых хвостов золотоизвлекательной фабрики АООТ «Южуралзолото». Здесь на установке производительностью 50 тыс т руды в год, перерабатывались окомкованные руды с содержанием 0,8-3 г/т золота с продолжительностью выщелачивания 60 суток.
Исследования показали, что именно ЬСВ является тем методом, который может существенно повлиять на выход золотодобывающей промышленности на передовые рубежи и способствовать увеличению производства золота в России. Темпы развития ЬСВ в России показаны на рис. 1.
Влияние конструктивных особенностей штабелей на фильтрационные характеристики сооружений
Сооружения штабелей является одной из наиболее ответственных и решающих операций, определяющих конечный результат КВ.Перед формированием куч и штабелей необходимо подготовить площадку выщелачивания. Выбор способа сооружения площадки и ее элементов должен определяться поиском наиболее экономичного метода отсыпки штабеля, управления процессом, технической оснащенности и охраны окружающей среды. Основное требование к площадке - она должна оставаться непроницаемой в течение всего периода эксплуатации полигона и дополнительного времени, необходимого для «жизни» штабеля на стадии его обезвоживания химическими способами или же за счет естественного разложения оставшегося цианида [35]. Наиболее распространены двойные и тройные экраны и в этом случае крайне важно подобрать чередование слоев геомембран и природных материалов [36].
В практике эксплуатации полигонов KB выделены следующие основные признаки группировки штабелей KB золота: крупность горной массы, рельеф местности, количество штабелей, качество оснований, интенсификация процессов выщелачивания, параметры отработки штабелей, температурный режим и др. При формировании штабелей на ряде предприятий предусматриваются системы интенсификации процесса КВ. Процесс KB золота происходит на открытых площадках, поэтому зависит от сезонных колебаний температур. Для сокращения сроков выщелачивания применяются различные способы интенсификации извлечения золота в раствор: дополнительное дробление руды; деш-ламация; агломерация; рыхление механическими, взрывными и другими способами; аэрирование, введение окислителей, подогрев рабочих растворов; наложение электромагнитных полей различных колебаний и др. 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 [38, 39, 40, 41].
Неблагоприятными для процесса KB являются руды с содержанием сульфидов более 20 %. В настоящее время в золотосодержащей промышленности различных стран мира пока еще отсутствуют эффективные, экономичные и природосберегательные технологии переработки сложных по составу руд в т.ч. золото-мышьяковых сульфидных концентратов. Гидрометаллургические способы, основанные на бактериальном окислении сульфидных минералов в кислотной среде (рН = 1,2 - 2,0), позволяют решить эту проблему. Использование предварительного бактериального выщелачивания перед кучным, позволяет увеличить извлечение, как правило, до 90 - 97 % и в значительной степени исключить загрязнение окружающей среды.
В условиях Севера одним из факторов, интенсифицирующих процесс выщелачивания металлов, являются экзотермические реакции окисления сульфидов, при которых происходит разогрев горной массы. Так, руда, содержащая 1 — 2 % сульфидов, при окислении может разогреться до 50 С.В качестве пород и минералов саморазогревающегося слоя могут выступать сульфиды различных металлов, так как их окисление является экзотермической реакцией и при этом происходит значительное выделение тепла, приводящее к саморазогреву данного слоя и, при наличии воды и ее циркуляции, всего массива штабеля горных пород.Основное требование к стадии орошения - равномерное распределение выщелачиваемого раствора по всей поверхности штабеля.Орошение осуществляют обычно в следующих режимах: одновременное насыщение штабеля раствором (заводнение), непрерывное орошение и циклическое орошение.
Тестовые исследования
Целью исследований пробы руды шахты «Теремки» является установление возможности доизвлечения золота методом цианирования из хвостов обогащения. Для проведения исследований была отобрана представительная технологическая проба руды шахты «Теремки» массой 40 кг.
Методика проводимых исследований предусматривала выполнение следующих работ:- отбор, разделка и подготовка пробы к исследованиям; - изучение вещественного состава; - изучение возможности предварительного извлечения крупного свободного золота из руды гравитационными методами; - проведение тестовых испытаний по цианированию с целью извлечения золота из хвостов гравитационного обогащения. Определение оптимальной плотности пульпы и времени цианирования. Подготовка лабораторной пробы включала операции грохочения, дробления, измельчения, сокращения и отбора навесок для лабораторных технологических исследований и различных анализов. Подготовку пробы к исследованию проводили по разработанной схеме, приведенной на рис. 23 [75, 76].
Изучение вещественного состава проводилось на представительной навеске исходной пробы массой 1000 г, измельченной до 2,0 мм.Вещественный состав пробы изучали по программе: проведение полуколичественного спектрального анализа, определение содержания золота, установление химическим анализом содержания основных полезных компонентов, проведение минералогического анализа. При изучении вещественного состава ставилась цель - обнаружение признака вещественного состава руды, которые определяют ее обогатимость. Оценку форм нахождения золота определяли фа зовым анализом. Результаты этого анализа в сочетании с показателями обогащения позволили дать оценку руде и отнести ее к определенному технологическому типу [57, 58].
Подготовка пробы для анализа включала рассев на ситах с диаметром 1,0; 0,5; 0,25 и 0,01 мм и разделение каждого класса в бромоформе с сохранением легких фракций; магнитную и электромагнитную сепарации с применением магнитов МРЧ, Сочнева и электромагнита УЭМ-1. Все магнитные фракции взвешивались и изучались под бинокуляром, при необходимости в иммерсионных препаратах. Содержание минералов во фракциях определялось методом подсчета зерен. Содержание свободного золота во фракциях менее 0,25 мм оп ределялось методом амальгамации, в более крупных фракциях золото извлекалось под бинокуляром и взвешивалось.Результаты полуколичественного спектрального анализа исходной пробы приведены в табл. 12. Количественный минеральный состав пробы приведен в табл. 13.
В процессе минералогического изучения технологической пробы определялось содержание не только рудных и жильных минералов, но и минералов вмещающих пород. Установленный в результате минералогических исследований минеральный состав сопоставлялся с расчетным (по данным полного химического анализа). В процессе минералогического изучения помимо определения качественного и количественного состава проб, изучались следующие вопросы, влияющие на извлечение золота:- текстурные и структурные особенности руды (форма и размер минеральных частиц, характер вкрапленности минералов и срастания минеральных образований); - наличие в руде различных генераций минералов; - степень и характер изменения руды, происшедших в результате различных природных процессов; - наличие микровключений других минералов; - характеристика золота (форма, размер, структура и состояние поверхности частиц, ассоциация с другими минералами, наличие теллуридов). Характер распределения свободного золота по классам крупности показан в табл. 14.
По данным ситового анализа установлено, что основная масса золота (82,40 %) по классификации В.И. Зеленова относится к крупному и 17,60 % к мелкому.Золото отмечается в виде скелетных и комковидных форм, реже дендри-товидные сростки неполнообразованных кристаллов. Поверхность золотин чистая, гладкая. Золото ярко-желтого цвета с сильным металлическим блеском. Сростков золота с другими минералами не обнаружено.
Анализ результатов исследований и проверка достоверности и надежности экспериментальных данных
Кинетика и механизм процесса выщелачивания определяется структурой и (фазовым и химическим) составом растворяемого вещества, физико-химическими свойствами реагента-растворителя. Скорость процесса выщелачивания (количество вещества, перешедшее в раствор в единицу времени) зависит от многих факторов: концентрации реагентов в растворе, температуры, интенсивности перемешивания, крупности материала и т.д. [79, 80].
Наиболее полная модель процесса выщелачивания соответствует условиям, когда в ходе химической реакции, протекающей на минеральной поверхности, образуется нерастворимое соединение. Такой процесс включает следующие стадии (рис. 31):1) транспорт реагента из объема раствора к границе раздела фаз твердое - жидкое - внешнедиффузная зона; 2) транспорт реагента через слой нерастворимого продукта реакции -внутридиффузная зона; 3) собственно химическая реакция на минеральной поверхности - кинетическая область; 4) транспорт растворенного вещества от поверхности реакции через слой нерастворимого продукта реакции; 5) транспорт растворенного вещества в объем раствора через слой жидкости на границе раздела фаз твердое - жидкое. Даже если в ходе выщелачивания не образуется новая твердая фаза, процесс включает все стадии в тех случаях, когда выщелачиваемое вещество находится в трещинах, порах или в виде вкраплений в инертном материале. 112
Каждая из стадий характеризуется своей индивидуальной скоростью диффузии, и любая из них может оказаться самой медленной (лимитирующей) и определяет в связи с этим общую скорость процесса в целом.
Если выщелачивание сопровождается образованием плотного слоя труднорастворимого продукта реакции, то лимитирующей стадией процесса будет диффузия вещества через этот слой, то есть процесс в данном случае будет протекать во внутридиффузной области. Основным признаком протекания процесса во внутридиффузной области является снижение удельной скорости выщелачивания по мере увеличения его продолжительности.Экспериментальные данные зависимости извлечения золота от продолжительности выщелачивания сравнивались с теоретическими значениями, полученными расчетным путем по закону Фика.
В процессе исследований кучного выщелачивания цианированию подвергалась мелкодробленая руда с размерами кусков - 20 мм. При этом процесс выщелачивания контролируется внутренней диффузией реагентов. Скорость растворения золота в этих условиях возрастает параллельно с повышением концентрации кислорода и не зависит от концентрации цианида, если его содержание выше 0,06 %. Основное влияние на скорость цианирования оказывает размер золотин, крупность дробленой руды и ее микропористость. По истечении определенного времени, вследствие растворения и уменьшения размера золотин скорость растворения снижается по параболическому закону. В диффузионном режиме выщелачивания скорость растворения зависит от вязкости раствора и снижается с ее ростом. Внутри дробленого куска руды тонкие поры сначала заполняются раствором, а затем по этим микропорам происходит внутренняя диффузия реагентов и продуктов реакции. Если реакция протекает на плоской границе раздела золото - раствор, то, как правило, толщина пленки раствора, в которой происходит изменение концентрации реагентов составляет 30-50 мк. Если же реакция с золотиной протекает внутри дробленого куска руды, то путь, преодолеваемый реагентами под воздействием диффузии, составляет от нескольких миллиметров до нескольких десятков миллиметров [81].
Так как при изучении вещественного состава проб ТТЛ-3 и ХТЛ-4 методом амальгамации в материале определено золото крупностью 0,071 мм, поэтому для математического определения продолжительности выщелачивания всего золота считаем крупность золотин 0,071 мм.
Предположим, что золотина имеет кубическую форму. Необходимо провести растворение золотины кубической формы с ребром 0,071 мм, расположенной в центре дробленого куска руды в 2 см. Путь, проходимый реагентами113 до поверхности золотины, составляет 1 см. В диффузионном режиме концентрация реагентов на поверхности золотины близка к нулю (реализуется режим, когда скорость химической реакции много больше скорости подвода реагентов из объема раствора).
В режиме молекулярной диффузии с помощью микропор осуществляется доставка реагентов к золотине. В этом случае количество цианида или кислорода, проходящее по нормали к поверхности золотины, пропорционально площади этой поверхности, продолжительности диффузии и градинту концентрации реагента на поверхности золотины и на поверхности куска руды или в объеме рабочего раствора (закон Фика)M = -D S t(dc/dx), (1)где М - масса реагента, необходимая для растворения золотины размером 0,071 мм; D - коэффициент диффузии, см2/с; S - площадь золотины, на которой протекает реакция, см2; т - продолжительность реакции; dc / dx - градиент концентрации реагента, который лимитирует реакцию.
