Гравитационное обогащение, цианирование и флотация золотосодержащих руд. (Часть 3)

Часть 3 (окончание)

Основой современной технологии извлечения золота, а также серебра из руд коренных месторождений является цианирование, заключающееся в избирательном (селективном) выщелачивании благородных металлов водными растворами щелочных цианидов: натрия, калия, кальция. Затем растворенные металлы выделяются из растворов различными методами с получением в конечном итоге высококачественной товарной продукции — металлических слитков (металл Доре), направляемых на аффинажные заводы. В ряде случаев (Навоийский ГМК в Узбекистане и др.) аффинирование золота и серебра производится непосредственно на месте, т.е. в условиях золотодобывающего предприятия.

История мировой горно-металлургической промышленности, вероятнее всего, не знает других примеров столь динамичного развития и освоения технологических процессов, каковым является цианистое выщелачивание золота. Об этом, например, свидетельствуют следующие цифры. Процесс цианирования запатентован в октябре 1887 г. (Мак Артур и братья Форрест, Великобритания). В следующем 1888 г. в г. Равенсвуде (Австралия, штат Квинсленд) создана демонстрационная полупромышленная установка, а в 1889 г. на руднике «Краун Майн» в Новой Зеландии построена первая в мире фабрика с цианированием золотосодержащих руд. Еще через год на месторождении «Витватерсрэнд» в ЮАР (рудник «Робинсон») вступила в строй вторая промышленная установка цианирования, производство золота на которой за 4 года возросло с 9 кг (1890 г.) до 9 т (1893 г.), т.е. в тысячу раз. В этот же период (1891 г.) осуществлен пуск двух цианистых заводов на североамериканском континенте (в США): рудниках «Меркьюр» (штат Юта) и «Келемет» (штат Калифорния). Последовавшее за этим бурное развитие технологии цианирования привело к тому, что данный процесс очень быстро занял ведущее место в общем мировом производстве золота из рудного сырья, которое за 110 лет (1890-2000 гг.) выросло с 200 до 2500 т в год. В течение последних 20 лет с использованием цианирования из руд коренных месторождений получено в мире 92% золота (остальные 8% приходятся на долю металла, извлекаемого попутно из руд тяжелых цветных металлов: меди, свинца, сурьмы и др.).

Столь впечатляющее «шествие» цианистого процесса по планете объясняется его неоспоримыми преимуществами перед другими альтернативными методами извлечения золота.

Технологические преимущества цианирования, осуществляемого с использованием растворов с очень низкой концентрацией цианида (0,3-1 г/л и ниже) заключается, прежде всего, в том, что оно производится в слабощелочной среде (рН=9,5~11,5) при нормальной («комнатной») температуре и атмосферном давлении. Это ограничивает до минимума переход в растворы других «конкурирующих» металлов, а также исключает взаимодействие с цианидными растворами подавляющей массы присутствующих в рудах минеральных компонентов. Результатом является чрезвычайно низкий удельный расход растворителя (NaCN), обычно измеряемый десятками и первыми сотнями граммов на 1 т руды. Щелочные среды позволяют применять для изготовления технологического оборудования (перемешиватели, сгустители и прочие емкости, фильтры, трубопроводы, насосы и т.д.) относительно дешевые и недефицитные конструкционные материалы, облегчают обслуживание и ремонт аппаратов, увеличивают сроки их эксплуатации.

За более чем 100-летнюю историю существования цианистого процесса проведены миллионы технологических испытаний на золотосодержащих рудах самого различного состава, по результатам которых разработаны проекты тысяч предприятий, построенных и успешно функционирующих во многих странах мира. Проведена масса исследований по изучению химизма процесса. По мнению авторитетных ученых и экспертов, цианид, используемый в технологии производства золота, в настоящее время является одной из самых тщательно изученных промышленных химических систем. Осуществлены разработка и изготовление целого ряда новых эффективных аппаратов для гидрометаллургической переработки руд на всех стадиях процесса, включая выщелачивание, осаждение металла из растворов и нефильтрованных рудных пульп, обезвреживание и утилизацию обезметалленных растворов и т.д. Определены оптимальные сочетания аппаратов, позволивших создать непрерывно действующие технологические цепочки, легко поддающиеся механизации, автоматизации, управлению и контролю с использованием минимального количества операторов (2-3 чел. в смену).

Указанные выше обстоятельства определяют, соответственно, и высокую экономическую эффективность цианирования золотых руд. По зарубежным данным себестоимость переработки 1 т руды с использованием цианистого процесса колеблется в пределах от $2-3 до $7-10, — в зависимости от характера сырья, масштабов производства и других факторов, включая обеспечение экологической безопасности производства. Это дает возможность рентабельно перерабатывать руды (c учетом затрат на их добычу) с содержанием металла 2-3 г/т и даже ниже.

Важными достижениями золотодобывающей промышленности 2-й половины XX века, существенно повлиявшими на экономику цианистого процесса, следует считать разработки Горного Бюро США (Burea of Mine, US BM) по адсорбционному извлечению золота из цианистых cpeд гранулированными активированными углями (1952 г.) и кучному цианистому выщелачиванию (КВ) крупнокусковых руд и рудных отвалов (1969 г.).

Первое коммерческое предприятие кучного выщелачивания золота с угольной адсорбцией было создано в 1974 г. на руднике «Кортез» (штат Невада») применительно к отвалам горных пород, содержащим менее 2,5 г/т золота, что в то время делало нерентабельной переработку их по обычной фабричной технологии. В 80-х годах прошлого столетия процесс KB получил чрезвычайно широкое распространение в золотодобывающей промышленности США, а затем и в других странах. Этому способствовала очередная разработка USBM по предварительной агломерации тонкодробленых и шламистых руд перед KB (1979 г.). В России за последние 10 лет, при активном участии института «Иргиредмет» создано порядка 20 промышленных предприятий, осуществляющих кучное выщелачивание золоторудного сырья, с общим объемом переработки более 5 млн.т в год.

Как правило, кучному выщелачиванию подвергаются руды, добываемые открытым способом, с содержанием золота от 0,5 до 1,5 г/т, из которых цианированием извлекается от 50 до 80% металла. Это обеспечивает рентабельную работу предприятия различного масштаба: от 0,5 до 15 млн.т руды в год. В зарубежной практике имеются интересные примеры сочетания операций кучного и дамбового выщелачивания руд.

Такая технология, в частности, применяется на фабрике «Месквит» в США, перерабатывающей окисленные руды (7,7 млн.т в год) со средним содержанием золота 1,16 г/т. Основная масса руды подвергается кучному выщелачиванию после предварительного дробления до 65 мм и агломерации дробленой руды с известью и раствором цианида. Переработку бедных руд (Au менее 0,5 г/т ) производят без дробления и агломерации методом дамбового выщелачивания. Извлечение золота в растворы составляет 70%, в т.ч. 80% — при кучном и 65% — при дамбовом выщелачивании.

Другим направлением повышения эффективности гидрометаллургического процесса является интеграция операций кучного и дамбового выщелачивания с  фабричной технологией цианирования.

Наиболее интересными примерами такого рода технологии является практика переработки золотосодержащих руд на американских фабриках «Чимни Крик» и «Ньюмонт, фабрика №3».

На Чимни Крик исходную руду со средним содержанием золота 3,2 г/т разделяют по результатам опережающего опробования на 2 фракции: богатую (6-7 г/т) и бедную (около 1 г/т) — и подвергают цианированию соответственно по фабричной и дамбовой технологиям. Фабричная технология включает в себя дробление (до 340 мм), измельчение руды в цианистых растворах до крупности 80% класса минус 0,074 мм, сгущение пульпы, осаждение золота из сливов сгустителей в «угольных» колоннах (CIC) и дополнительное цианирование сгущенного продукта по технологии «уголь в пульпе» (CIP). Процесс дамбового выщелачивания осуществляют на руде «забойной» крупности без предварительного дробления. Извлечение золота из растворов производят на отдельной установке CIC. Насыщенные золотом угли обоих циклов выщелачивания объединяют и подвергают элюированию по стандартной технологии. Общее извлечение золота на фабрике составляет 90%, в том числе в цикле фабричной технологии — 95% и при дамбовом выщелачивании — 73%.

На фабрике «Ньюмонт» осуществляют переработку кварцево-сульфидных золотосодержащих руд (Au 2,5 г/т), характеризующихся изменчивым минеральным составом и различной твердостью. Исходную руду также разделяют на 2 фракции: богатую (5 г/т), поступающую на фабрику, и бедную (1 г/т),  подвергаемую кучному выщелачиванию. Дробление «фабричной» руды производят в 2 стадии до крупности минус 30 мм с последующим доизмельчением в среде цианистых растворов до 80% класса минус 0,074 мм и агитационным выщелачиванием в режиме CIP.

Руду, предназначенную для кучного выщелачивания, дробят в одну стадию до минус 165 мм с одновременным введением цемента. Извлечение золота характеризуется следующими цифрами: фабричная технология — 96%, кучное выщелачивание — 55% и общее — 93%.

Возможность рентабельной переработки методом цианирования бедных золоторудных материалов подтверждается практикой работы предприятий, осуществляющих доизвлечение золота из лежалых хвостов обогащения прошлых лет. Данный вопрос, учитывая его значимость (в том числе и для российской золотодобывающей промышленности), заслуживает специального рассмотрения в отдельной публикации. Здесь следует лишь отметить, что с учетом минимальных затрат на разработку данного вида «технологенных» месторождений золота и подготовку лежалых хвостов к последующей гидрометаллургической переработке (цианирование по фабричной технологии) рентабельность процесса обеспечивается при извлечении золота на уровне 0,4-0,5 г/т исходного сырья (фабрики «Фимтелс», «Вилуна», «Микатара», «Келтейс» в Австралии; «РМЗ Сити Дип», «Краун Сэндс», «Ланкастер Дамп» в ЮАР и др.). К этой же группе относится выдающееся предприятие мира по цианированию лежалых хвостов «Дагафонтейн» (14 млн.т в год с содержанием общего золота 0,54 и цианируемого — 0,27 г/т) с самой низкой в ЮАР стоимостью переработки золоторудного сырья — 3,5 R (1,3 долл. США) на 1 т.

Объектами применения цианирования являются не только бедные, но и достаточно богатые золотосодержащие материалы, в частности, концентраты флотационного и гравитационного обогащения руд.

Гидрометаллургическая переработка флотационных концентратов, при наличии в них золота преимущественно в цианируемой форме, давно практикуется в золотодобывающей промышленности. По технологии флотации с цианированием получаемых концентратов работают как крупные предприятия (например, «Морру Ду Уро» в Бразилии; «Джеймстаун» в США, «Кумтор» в Кыргызстане с годовой производительностью по руде соответственно 9,6, 2,5 и 5,2 млн.т), так и небольшие ЗИФ, в том числе на территории Российской Федерации и других республик бывшего СССР. Такого рода технология по рекомендациям Иргиредмета заложена и в проекте крупнейшего в России золоторудного комбината на базе руд месторождения «Сухой Лог» (Иркутская обл.).

Что касается гравитационных золотосодержащих концентратов, то до последнего времени единственным приемлемым методом их переработки считалась глубокая доводка (перечистка) с последующей плавкой получаемых «золотых головок» на металлические слитки. Однако сейчас созданы специальные аппараты, позволяющие выщелачивать цианистыми растворами крупные зерна металлического золота (барабанные перемешиватели «Гекко», конусные реакторы «Акация» и др.). На этой основе разработана и успешно применяется на ряде золотодобывающих предприятий (Морила, Бразилия; Ист Голд, ЮАР; Кэмчиб, Канада и др.) гидрометаллургическая технология переработки золотосодержащих гравиоконцентратов с цианистым выщелачиванием золота и электролитическим извлечением металла из растворов. Значительные работы по указанной технологии проводятся и в институте «Иргиредмет».

Важным направлением использования цианистого процесса является переработка упорных руд и концентратов. К таковым относят материалы, содержащие дисперсные включения золота в плотных и нерастворимых в цианиде зернах сульфидов железа: пирите и арсенопирите. Длительное время изучалась возможность переработки таких материалов «бесцианидными» гидро- или пирометаллургическими методами. Но положительных, с экономической точки зрения, результатов так и не получено. Поэтому практически все ныне действующие золотодобывающие предприятия осуществляют извлечение золота из упорных пиритных и мышьяково-пиритных руд (концентратов) тем же цианистым процессом, но только после дополнительного механического (тонкий и сверхтонкий помол), химического (автоклавное окисление), термохимического (обжиг) или биохимического вскрытия золотосодержащих сульфидов. Как правило, эти подготовительные операции стоят значительно дороже, чем само цианирование. Однако в совокупности они обеспечивают высокое извлечение золота в конечную товарную продукцию и общую экономическую эффективность технологического процесса.

Существенную роль цианирование играет и при переработке комплексных золотых руд, содержащих медь, свинец, сурьму, цинк и другие тяжелые цветные металлы, попутное извлечение которых представляется технологически возможным и экономически целесообразным.

В аналитическом обзоре Иргиредмета «Золотоизвлекательные фабрики мира» (Иркутск, 2005 г.) представлена краткая характеристика более 200 предприятий из 30 стран, осуществляющих (или осуществлявших в недалеком прошлом) переработку золотосодержащих руд различного вещественного состава с применением различных технологических вариантов. Как показано в таблице, подавляющее большинство ЗИФ (209 из 239 подвергнутых анализу) применяют цианистый способ извлечения золота. При этом 107 фабрик используют цианирование в качестве единственного технологического процесса, а остальные 102 — в сочетании с операциями гравитационного и флотационного обогащения.

Масштабы применения цианирования на золотоизвлекательных фабриках

Приведенные в таблице данные являются еще одним подтверждением масштабности применения цианистого процесса и его роли в металлургии благородных металлов. Очевидно, что такая тенденция сохранится еще достаточно долго, поскольку пока не видно надежных альтернативных вариантов, которые могли бы заменить цианирование в качестве основного способа производства золота (а также серебра) из руд коренных месторождений.