Автоклавное окисление (Pressure Oxidation — POX) является в настоящее время одной из самых перспективных и экологичных технологий переработки упорных золотосодержащих руд, позволяющей в сочетании с последующими процессами цианирования и сорбции добиться высокого извлечения золота.
Автоклавное окисление (АО) — метод окислительного разложения сульфидных минералов железа и цветных металлов. При автоклавном окислении водная пульпа, содержащая сульфиды, нагревается в автоклаве до температуры 180–230 °С при давлении кислорода, превосходящем упругость пара раствора. Золото и серебро в окисленных сульфидах становится доступным для цианирования. Технология по схеме «автоклавное окисление - цианирование кека АО» позволяет получить извлечение драгметаллов из концентратов до 97% золота.
Эффективность автоклавного процесса оценивается двумя критериями:
1. Извлечение золота при цианировании кека АО.
2. Степень окисления сульфидов.
На эффективность автоклавного процесса влияет ряд факторов, среди которых следует назвать следующие:
- количество сульфидной серы в окисляемом материале;
- образующаяся в процессе автоклавного окисления элементарная сера;
- присутствие в руде или концентрате карбонатных минералов;
- органические вещества и хлор-ионы, которые могут находиться не только в окисляемом материале, но и в используемых в процессе АО водной пульпе и охлаждающей воде.
Для протекания процесса окисления в автотермическом режиме теоретически содержание сульфидной серы в окисляемом материале должно превышать 5,6 мас.%, поэтому в некоторых случаях, когда сульфидов меньше означенной цифры, в перерабатываемый материал специально добавляют сульфидные минералы. Даже во флотационных концентратах, получаемых из малосульфидных руд, количество сульфидной серы часто не достигает теоретического значения и автоклавное окисление проходит недостаточно эффективно. В этом случае приходится добавлять пирит. Такой факт имел место для флотокоцентрата одного из предприятий Забайкальского края.
Высокое содержание сульфидов в окисляемом материала — более 20% — также негативно сказывается на процессе АО. Для окисления таких материалов требуется более высокая температура в автоклаве (до 240 °С), также увеличивается продолжительность процесса — все это приводит к увеличению энергозатрат, не достигается необходимая степень окисления сульфидов, что вызывает снижение извлечения золота из кека АО.
Однако в промышленной практике автоклавных золотодобывающих заводов встречаются прецеденты, когда золото ассоциировано с легковскрываемыми сульфидами (арсенопиритом, сфалеритом или мелкозернистой фракцией пирита). В этих случаях нет необходимости полностью разлагать сульфидную серу, достаточно окислить только ту ее часть, с которой связан драгметалл. Например, на ЗИФ Лихир (месторождение Lihir, Папуа — Новая Гвинея) для извлечения 90% золота необходимо было окислять от 50 до 75% сульфидной серы, что позволяло существенно сэкономить на объеме оборудования (прежде всего, автоклавного) и расходуемом кислороде. Наиболее благоприятными золотосодержащими материалами для автоклавного окисления являются руды и концентраты с содержанием сульфидной серы от 5,6 до 10–12%.
Установлено, что при температуре 180 °С и ниже среди продуктов окисления образуется элементарная сера, вызывающая повышенный расход NaCN при последующей операции цианирования, что недопустимо. Но с ростом температуры выше 220 °С резко возрастает давление паров воды, что серьезно удорожает капитальные затраты на все оборудование процесса АО. Поэтому в целях недопущения образования элементарной серы необходимо подбирать такую оптимальную температуру АО, чтобы обеспечить полное исключение образования элементарной серы или ее минимальное присутствие в кеке АО, при котором не наблюдается повышенный расход цианида при растворении золота.
Осложняющее влияние органического вещества и хлор-ионов имеет место при автоклавном окислении углистых золотосодержащих руд и концентратов. Таким органическим веществом является углерод органический, который содержится в карбонатных минералах и природных углистых сланцах руды. Сочетание органического углерода и хлоридов приводит к окислению золота хлоридными соединениями трехвалентного железа Fe(III) в автоклаве с последующим восстановительным осаждением хлоридного комплекса Au(III) на рудное углистое вещество (РУВ) и потерей золота на стадии цианирования и сорбции. Этот процесс представляет собой явление автоклавного прег-роббинга или прег-роббинга второго рода.
Природный «органический» углерод в концентрате, является главной причиной прег-роббинга. Органический углерод в ходе автоклавного окисления разлагается с образованием диоксида углерода, который выделяется в газовую фазу и снижает парциальное давление кислорода.
Помимо СО2 в ходе окисления в газовой фазе автоклава накапливаются инертные газы (азот и аргон). В связи с этим газовая фаза автоклава непрерывно обновляется за счет сброса паро-газовой смеси (абгаза) через систему очистки в атмосферу. При этом выяснилось, что органический углерод окисляется в автоклаве значительно медленнее, чем сульфидные золотовмещающие минералы. Для высокого извлечения Au следует стремиться к возможно более полному окислению органического углерода. Есть и второй способ борьбы с органическим углеродом — не окислять его в процессе АО, но удалять методом обжига автоклавного кека при температуре 500 °С.
Следует отметить, что присутствие хлор-ионов в пульпе и в охлаждающей воде является как бы антикатализатором, снижающим скорость и эффективность процесса окисления не только при переработке руд с органическим углеродом, но и для руд и концентратов без органического углерода.
На кривых (рис.) видно, что при концентрации хлор-ионов 5 мг/л извлечение золота начинает существенно снижаться даже в рудах с небольшим (0,3–0,8) содержанием органического углерода.
Установлено, что извлечение золота из кека АО снижается с увеличением содержания органического углерода и концентрации хлор-иона в пульпе. Так, например, при концентрации хлор-иона 15 мг/л и содержании углерода 0,8–1,0% извлечение золота уменьшается до 84% (см. рис.). На графике видно, что с увеличением содержания органического углерода до 2,4–2,8% и в присутствии хлор-ионов до 15 мг/л извлечение золота из кека АО снижается с 90 до 64%.
Хлор-ионы могут присутствовать как в водной пульпе, подаваемой в автоклав, так и в охлаждающей воде. Для удаления хлорид-ионов рекомендуется предварительная отмывка концентрата от хлорид-иона перед подачей в автоклав. Для удаления хлорид- ионов из охлаждающей воды и оборотных растворов успешно используется метод обратного осмоса. При небольших объемах переработки концентратов методом АО для удаления хлор-ионов из охлаждающей воды применяют дистилляцию.
Для достижения высокой эффективности автоклавного процесса установлено, что допустимое содержание органического углерода в перерабатываемом сырье должно составлять 0,4%, а концентрация хлор-ионов — 2–3 мг/л. При этом извлечение золота находится на уровне не менее 95%. Поэтому применяемая для АО охлаждающая вода должна содержать менее 5 мг/л. Если концентрация хлор-ионов в воде более 5 мг/л следует подвергать такую воду дистилляции или обратноосмотической очистке охлаждающей воды
Для преодоления перечисленных отрицательных факторов влияния на процесс АО необходимо усложнять технологическую схему, вводя в нее операции обезуглероживания концентрата, его отмывки от растворимых хлоридов, изменять профиль подачи кислорода в автоклав или проводить предварительную реагентную неокислительную обработку концентрата, подаваемого в автоклав, например, операцию декарбонизации перерабатываемого материала серной кислотой перед АО.
Естественно, операции по обезуглероживанию концентратов, очистке воды от хлор-ионов удорожают себестоимость переработки руды и концентратов методом автоклавного окисления. Однако преимущества технологии АО при крупномаcштабной переработке упорных руд и концентратов позволяют окупать капитальные и эксплуатационные затраты за несколько лет и обеспечивают максимальное извлечение золото.
Литература
1. Воробьев-Десятовский Н.В. Автоклавное окисление дважды упорных руд и концентратов
2. Долотов А.С. Физико-химические процессы с участием хлорид-, цианид- и тиоцианат-ионов в автоклавной технологии сульфидных золотосодержащих концентратов. Дисертация,2018 г.
3. Сидельникова Г.В. Сравнение автоклавного и бактериального выщелачивания.
4. Барченков В.В. Обогатительные и гидрометаллургические процессы извлечения золота из руд. Транзит ИКС 2022 г.
---------------------
ВНИМАНИЕ! Торопитесь приобристи новую книгу В.В.Барченкова.
Содержание книги и как заказать смотрите по ссылке:
«Обогатительные и гидрометаллургические процессы извлечения золота из руд»