Оборудование для аффинажа
и выщелачивания - "Альфа-9М"
Золота хватит на всех!
УДК 669.334.7
Кучное выщелачивание
к.х.н. О.Н.Новиков
Ключевые слова: Выщелачивание, золото, щелочное выщелачивание, кучное выщелачивание, выщелачиваемость, Au
Основные этапы развития кучного выщелачивания и термины
Современная технология кучного выщелачивания благородных металлов получила свое развитие в основном в последние 20 лет, хотя применение этого метода имеет давнюю историю. На шахтах Венгрии извлекали медь из подотвальных медьсодержащих вод еще в середине XVII века, а горняки Испании делали то же самое, пропуская кислые растворы через крупные кучи окисленных медных руд на берегах Рио Тинго в 1752 году. К 1900 г. уже использовались такие технологии, как циклическое выщелачивание с выстаиванием с целью повышения извлечения металла. С конца 50-х годов кучное выщелачивание как кислыми, так и щелочными растворами активно практикуется в урановой отрасли.
Извлечение золота методом цианирования превратилось в коммерческий процесс благодаря классической работе шотландцев братьев Роберта и Уильямса Форрестов, а также Д.С. Макартура. В 1887 г. они получили британский патент, а в 1889 г. - целую серию американских патентов. Патенты охватывали процессы агитации пульпы в присутствии воздуха и последующее осаждение золота цинком (Zn) из выделяемого золотоцианидногораствора. Это стало подлинной вехой в развитии гидрометаллургии золота, поскольку был наконец, открыт химический метод переработки руд золота. Демонстрационная полупромышленная установка была построена в 1888 году в Равенсвуде, Квинсленд, а первая промышленная установка цианирования рудного золота - на руднике Краун Майн, провинция Окленд в Новой Зеландии. Использование цианида в Витватерсранде впервые произошло на руднике Робинсон в 1890 г. Две первые фабрики в США были пущены в 1891 г. в Меркуре, штат Юта и Калумете, штат Калифорния. Благодаря применению цианирования, производство золота в Южной Африке возросло с 300 унций в 1890 г. до 300000 унций в 1893 г. В период с 1892 по 1905 гг добыча золота в США увеличилось с 1,7 млн. унций до 4,6 млн. унций, и это существенно, поскольку большая часть прироста производства была получена за счет переработки руд, плохо поддававшихся гравитационному обогащению и амальгамации, а так же за счет повторной обработки хвостов.. Цианирование оказалось настолько дешевым и эффективным методом обработки золотосодержащих руд, что не только стало практически повсеместно применяться для обработки руд и хвостов на новых рудниках, ни и быстро вытеснило и полностью заменило все другие способы выщелачивания. Эволюционное развитие метода на практике шло на протяжении десятилетий, сопровождаясь иногда революционными прорывами, такими как разработанные Горным Бюро США и внедренные в 1952 г. методы извлечения золота из продуктивного раствора угольной адсорбцией и последующего каустического элюирования.
За последние 20 лет около 92% всего произведенного в мире золота получено с использованием цианидов; остальное - это главным образом попутный продукт, извлекаемый из флотационных концентратов основных цветных металлов путем плавки и рафинирования. Кучное выщелачивание руд благородных металлов с использованием цианирования впервые было предложено Горным бюро США в 1967 г. Первое коммерческое применение этого процесса было осуществлено в конце 60-х годов компанией Карлин Голд Майнинг в северной Неваде. Первое предприятие кучного выщелачивания промышленного масштаба (использовавшее метод угольной адсорбции) было запущено в Кортезе, штат Невада в 1974 г. Исходным сырьем являлись складированные на руднике бедные руды с содержанием золота менее 2,5 г/т. В США кучное цианирование для переработки бедных руд быстро развивалось, так как цены на золото в середине 1970-х годов стали расти. В 1980-е годы метод получил глобальное распространение, эффективность его возросла после реализации в 1979 году разработок Горного Бюро США по окомкованию (агломерации) руд. Многие из открытых в те годы месторождений золота не могли быть освоены с использованием традиционных методов кучного выщелачивания из-за того, что глинистые частицы (либо другая тонкая фракция, возникающая в результате дробления) препятствовали равномерному просачиванию раствора через рудный штабель. Технология агломерационного кучного выщелачивания оказалась пригодной для переработки большинства руд золота, отходов, хвостов гравитационного и флотационного обогащения и привела к резкому увеличению объемов производства золота. В последующие годы развитие и совершенствование кучного выщелачивания происходило по всем возможным направлениям. Были применены высокопроизводительные способы дробления и подготовки руд к выщелачиванию и укладки руды в штабели,системы регулируемого капельного орошения куч и эффективные режимы фильтрации, способы уменьшения потерь при хранении растворов, контроля и управления химическими реакциями, происходящими в процессе выщелачивания.
Золотодобывающие компании США и Канады широко используют комплексные заводы по переработке продуктивных растворов кучного выщелачивания, совмещающие в себе традиционный процесс осаждения золота цинковой пылью и современную индукционную плавку цинковых шламов после их сернокислотной обработки и обжига на золотосеребряный сплав. Кучное выщелачивание, позволившее вовлекать в отработку крупные месторождения с бедными (1-1,5 г/т) рудами, стало главным фактором развития золотодобычи в США, Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии, Чили и других странах и дало им возможность за двадцать лет в 2-3 раза увеличить добычу золота. Использование кучного выщелачивания позволило вовлекать в отработку не только крупные месторождения бедных руд, но также и вскрышные породы, техногенное золотосодержащее сырье (хвосты обогащения руд цветных и драгоценных металлов) и небольшие по запасам месторождения (от нескольких десятков килограммов до 1-2 тонн), расположенные в малоосвоенных районах. В настоящее время примерно половина мировой добычи золота приходится на технологию кучного выщелачивания. Несмотря на довольно большой объем исследований, технология кучного выщелачивания золота в бывшем СССР долго не была востребована из-за преобладавшего здесь простого и выгодного способа добычи золота из аллювиальных россыпей. Первая установка была запущена в Казахстане на Васильковском ГОКе в 1991 году. Первые установки были запущены на Урале на отвалах ЗИФ ОАО "Южуралзолото" (ООО "Колорадо) в 1993 году и в Хакасии на Майском месторождении (старательская артель "Саяны", позднее ЗДК "Золотая Звезда") в 1994г. В 2000 г. в России действовало 10 установок суммарной производительностью по руде 2 млн.т/год и объемом добычи золота 4000 кг.
Выщелачивание называют так же экстрагированием или экстракцией.
Выщелачивание - извлечение отдельных составляющих твердого материала с помощью растворителя. Выщелачивание основано на способности извлекаемого вещества растворяться лучше, чем остальные составляющие материала, подвергаемого выщелачиванию. Выщелачивание применяют в горном деле (например, для добычи соли), гидрометаллургии, химической промышленности, сахарном производстве, для извлечения дубильных и других полезных веществ из растительного сырья. Выщелачивание горных пород. Выщелачивание горных пород - процесс избирательного растворения и выноса подземными водами отдельных компонентов горных пород. Выщелачивание особенно широко развито в условиях выветривания. Способность воды к выщелачиванию повышается, если в ней присутствуют углекислота и кислород. При выщелачивании из горных пород удаляются прежде всего легко растворимые хлориды Na, K и другие, затем сульфаты Са и карбонаты Са. Примером проявления процессов выщелачивания горных пород может служить карст, возникающий в результате действия фильтрующихся вод на соли, гипс, доломиты или известняки. Процессы выщелачивания оказывают существенное влияние на минерализацию подземных вод.
Выщелачиваемость. Выщелачиваемость - способность различных элементов, содержащихся в минералах и породах переходить в растворы (как ювенильные, так и вадозные) без нарушения целостности кристаллической решетки минерала. Степень выщелачивания (выщелачиваемость) того или иного элемента зависит от его физико-химических свойств, положения в кристаллической решетке, температуры и давления воздействующих растворов и от продолжительности их воздействия. Из минералов выщелачиваются в основном элементы, находящиеся не в узлах кристаллической решетки, а расположенные в промежутках между ними, в микротрещинах и капиллярах. Выщелачиваемость является одним из критериев сохранности минерала, так как большой процент выщелачиваемости указывает на плохую сохранность образца. Химическое выветривание горных пород. Выветривание в целом и химическое выветривание в частности горных пород происходит под воздействием воды, кислорода и углекислоты воздуха, а так же биохимических процессов, связанных с жизнедеятельностью организмов, особенно бактерий в почвенном слое, а так же с разложением органического вещества. Вода действует (выветривание) путем непосредственного растворения, гидратации (вытеснения ионом Н+ оснований из минералов) и гидролиза - полный распад минералов. Кислород является энергичным окислителем, углекислота повышает химическую активность вод - увеличивает концентрацию водородных ионов. При химическом выветривании минералы глубинных зон земли, возникающие в условиях высоких давления и температуры, разрушаются с образованием минералов, устойчивых на поверхности земли. Например, полевые шпаты и слюды превращаются в гидрослюды и каолинит, реже в монтморилонит (выветривание). При этом процессе значительная часть вещества переходит в раствор (коллоидный и ионный) и вступает на путь миграции. Гидрометаллургия. Гидрометаллургия (от гидро.. и металлургия) - извлечение металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи водных растворов химических реагентов с последующим выделением металлов из этих растворов (гидрометаллургия).
Основные операции гидрометаллургии - механическая обработка руды (дробление, измельчение, классификация, сгущение), изменение химического состава руды или концентрата (обжиг, спекание, разложение химическими реагентами), выщелачивание, обезвоживание и промывка, осветление растворов и удаление вредных примесей, осаждение металлов или их соединений из растворов, переработка осадков.
Выщелачивание золота (Au)
Золото - химический элемент, символ Au (латынь Aurum), атомный номер 79, атомная масса 196,9665. Золото - металл красивого желтого цвета, тяжелый, мягкий и очень пластичный; плотность 19320 кг/м3, температура плавления 1064о С. Химически золото, как и другие благородные металлы, весьма инертно. В природе встречается главным образом самородное золото. Промышленный интерес представляют как коренные месторождения золота, так и его россыпи (в коренных месторождениях мелкие частицы золота вкраплены в твердые горные породы; при их разрушении золото вместе с песком и глиной уносится водой в русла рек, где и образуются россыпи). При извлечении золота важное значение имеют процессы амальгамации и цианирования. В технике золото применяют в виде сплавов с другими металлами, что повышает прочность и твердость золота и позволяет экономить его. Содержание золота в ювелирных изделиях, монетах, медалях, полуфабрикатах зубопротезного производства выражают пробой; обычно добавкой служит медь. В сплавах с платиной золото используют в производстве химически стойкой аппаратуры, в сплавах с платиной и серебром - в электротехнике. Золото в условиях товарного производства выполняет функцию всеобщего эквивалента стоимости.
Золото в экономических отношениях - специфический товар, естественные свойства которого - однородность, делимость, сохраняемость, портативность (большая стоимость при небольшом объеме и массе) сделали золото наиболее подходящим для роли всеобщего эквивалента, т.е. денег. Золото, товар, потребительская стоимость которого - способность выражать и измерять стоимость всех других товаров. Золото обращалось в форме слитков и монет в докапиталистических формациях и при золотом стандарте в период капитализма. Золото сохраняет свою роль и в условиях социализма. Золотые руды. Золотые руды содержат золото, главным образом в самородном виде теллуридов. Коренные месторождения золота - гидротермальные. Выделяют золото-сульфидно-кварцевые золотые руды (с содержанием золота 10-50 до 1000 г/т), существенно сульфидные золотые руды (обычно 1-2 г/т). Последние извлекаются попутно с другими металлами. В россыпных месторождениях содержание золота от десятков мг/м3 до кг/м3. Особый тип месторождений золота - метаморфизованные россыпи. Общие запасы золота (без социалистических стран) около 70 тысяч тонн, из них свыше половины в Южно-Африканской республике. Главные добывающие страны: Южно-Африканская республика, Канада, США, Ганна, Гвинея. Мировое производство (без социалистических стран) около 0,95 тысяч тонн (1978г.) Знаковое золото (знаки золота). Знаки золота - частицы золота (массой менее 1-3 мг, редко больше), имеющие важное значение при поисках золота. В поисковой практике по количеству частиц золота различают единичные знаки золота, знаки золота и весовые знаки. Золото в рубашке. Золото в рубашке - самородное золото из россыпей, покрытое тонкой пленкой окислов железа и марганца. Золото в рубашке чаще встречается в нижних частях золотых россыпей. Золото в рубашке плохо альмагируется. Синоним - золото упорное.
Золото косовое. Золото косовое - мелкочешуйчатое хорошо отшлифованное россыпное золото, встречающееся на речных косах. Косовое золото нередко уносится далеко от коренного месторождения и неоднократно переотлагается в процессе транспортировки.
Золото плавучее. Золото плавучее вследствие своей тонкочешуйчатой формы может удерживаться на поверхности воды силой поверхностного нятяжения. Самородное золото. Самородное золото - металл, Au, примеси серебро, медь, селен, висмут, платина, иридий. Кристаллы кубические, октаэдрические, додекаэдрические, искаженные пластинчатые, скелетные. Двойники простые. Спайности нет. Агрегаты первичного самородного золота: зерна, чешуйки, листочки, самородки до десятков килограмм, древовидные и сетчатые, мелкодисперсные включения в сульфидах. Вторичное самородное золото образует пленки, каемки, губчатые образования. Цвет самородного золота от золотисто-желтого до серебрянно-белого. Блеск золота очень сильный, металлический. Твердость золота 2-3. Удельный вес золота 15,6-18,3. Золото ковко, тягуче. В мельчайших выделениях самородное золото встречается в изверженных, осадочных и метаморфизованных горных породах, в пегматитах и скарнах. Самородное золото концентрируется в гидротермальных месторождениях - в кварцевых жилах, часто с сульфидами, в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с карбонатами, цеолитами и флюоритом. Самородное золото широко распространено в россыпях, в зоне окисления сульфидных месторождений. В соответствии с формой золотин выделяют самородное золото кристаллическое, дендритовидное, пластинчатое, листовое, чешуйчатое, проволочное, пылевидное, зернистое и др. Разновидности самородного золота: электрум, порпецит, бисмутоаурид, родит, иридистое и платинистое самородное золото.
Свободное золото. Золото свободное - не связанное химически с другими элементами (кроме серебра) и не являющееся дисперсным включением в других минералах. Свободное золото делится на шлиховое и тонкое. Шлиховое золото получают при промывке золотоносных песков в ковше, лотке, бутаре, вашгерде. Свободное золото, это относительно крупные золотинки, которые хорошо выделяются в воде. Тонкое золото выделяется только способом амальгамации, при промывке в воде оно обычно теряется. Золото шлиховое. Шлиховое золото, это самородное золото, добытое из россыпей.
Связанное золото. Золото связанное находится в виде тонкодисперсных включений в сульфидах или в виде химических соединений. Содержание такого золота промывкой и амальгамацией не устанавливается, оно определяется пробирным анализом. Золотоносная кочка. Золотоносная кочка, это часть золотой россыпи неправильной или округлой формы (площадью не более единиц квадратных метров), обогащенная золотом. Золотоносная струя. Золотоносная струя, это часть золотой россыпи, имеющая вытянутую форму, обогащенная золотом. Золотоносной струей иногда называют золотоносную полосу, особенно в узких долинах, составляющую собственно золотую россыпь. Размеры золотоносной струи изменяются в широких пределах. Россыпь обычно состоит из одной или нескольких прерывистых золотоносных струй. Золотоносный пласт. Золотоносный пласт - часть рыхлых отложений, содержащих золото в промышленном количестве. Золотоносный пласт обычно располагается в нижней части рыхлых аллювиальных или других отложений. Реже встречаются "подвесные" золотоносные пласты, залегающие на глинистых пластах (ложные плотики) как в нижних, так в средних и верхних частях толщи рыхлых отложений. Золотоносный пласт может иметь различный состав. Золотоносный пласт чаще состоит из галечно-песчаного или илисто-песчаного материала, иногда с включениями валунов. Этот же термин применяется и к золотоносным пластам погребенных россыпей.
Амальгама. Амальгама (французское, amalgame, от позднелатинского amalgama, буквально - сплав; слово арабско-греческого происхождения) - сплав, одним из компонентов которого является ртуть. В зависимости от соотношения ртути и другого металла амальгама может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой и твердой. Амальгама образуется при смачивании металла ртутью в результате диффузии ртути в металл. Амальгаму применяют при золочении металлических изделий, производстве зеркал и в других областях.
Цианиды - соли цианистоводородной (синильной) кислоты HCN, например, цианид калия (цианистый калий) KCN, применяемый в гальванопластике, при извлечении золота и серебра из руд, в органическом синтезе. Цианиды чрезвычайно ядовиты. Название происходит от греческого kyanos - темно-синий, по цвету берлинской лазури и турнбулевой сини, содержащих радикал циан CN. Цианиды - это соли синильной кислоты. Цианиды щелочных металлов MeCN и щёлочноземельных металлов Me (CN)2 (где Me — металл) термически устойчивы, в водных растворах гидролизуются. Цианиды тяжёлых металлов термически неустойчивы, в воде, кроме Hg (CN)2, нерастворимы. При окислении цианиды образуют цианаты (например, 2KCN + O2 ® 2KOCN). Многие металлы при действии избытка цианида калия или цианада натрия дают комплексные соединения, что используется, например, для извлечения золота и серебра из руд:
4NaCN + 2Au+1/2O2 + H2O ® 2Na [Au (CN)2] + 2NaOH
Ключевые слова: Выщелачивание, золото, щелочное выщелачивание, извлечение лигнина из древесины, кучное выщелачивание, выщелачиваемость, Au
Статья полностью: https://ecolcom.wixsite.com/aurum/leaching
