В связи с истощением запасов легкообогатимых руд и вовлечением в переработку большого количества месторождений комплексного, упорного золотосодержащего сырья особую актуальность приобретает всесторонний качественный анализ его минералогических характеристик с использованием современных технических средств.
Исследование минералогии руды играет важнейшую роль в обеспечении эффективной работы на каждой стадии реализации проекта добычи золота — от поиска и разведки до проектирования технологических циклов, переработки и извлечения металла.
Актуальность минералогического анализа золотосодержащих руд
Минералогия относится к числу геологических наук и в широком смысле представляет собой теорию и практику исследования физических и химических свойств минералов с целью обеспечения эффективной работы предприятия на всех стадиях процесса реализации проекта освоения месторождения полезных ископаемых (ПИ) — от разведки и добычи до переработки и извлечения ценного компонента.
В геологоразведке результаты минералогических исследований используются в поиске месторождений ПИ, моделировании процессов рудообразования, прогнозировании характеристик минерального сырья с точки зрения его последующей переработки и обогащения, расчетах извлечения ценного компонента.
Минералогический анализ — неотъемлемая составляющая технико-экономического обоснования, проектирования, геометаллургических исследований, комплексного освоения месторождения. Качественные данные о минералогии вкупе с результатами металлургических испытаний обеспечивают выбор подходящих методов переработки и обогащения, оптимальной схемы технологического процесса, используются в оценке рисков проекта добычи ПИ с учетом неопределенностей, связанных с геологической изменчивостью и горнотехническими особенностями объекта.
Минералогия является важным фактором оптимизации производства, например, при изменении рабочих условий, обусловленном минералогическими особенностями руды или технологических продуктов. Зачастую недропользователи пренебрегают проведением полноценного минералогического анализа и вынуждены затрачивать множество средств и усилий на решение возникающих в результате затруднений post factum. Так, определенные производственные сложности могут быть вызваны некачественным минералогическим анализом тонкого золота, его носителей, безрудных минералов и цианисидов, которые способны оказать существенное и неблагоприятное влияние на процесс обогащения руды и цианирования драгоценного металла.
Минералогическое исследование хвостов и других технологических продуктов имеет две цели: первая — определить причины, почему не удалось достичь расчетной эффективности; вторая — составить представление о способах оптимизации производства, выделить имеющиеся возможности и средства повышения уровня извлечения.
Особую актуальность минералогический анализ приобретает в связи с истощением запасов легкообогатимых золотосодержащих руд и вовлечением в переработку большого количества месторождений комплексного, упорного сырья. Традиционные методы оптимизации технологических процессов в золотодобывающей промышленности основаны на пробирном анализе. Химический метод, однако, не позволяет получить всеобъемлющей информации и должен дополняться минералогическим анализом. Иными словами, чтобы разработать подходящую технологическую схему, обеспечить эффективность переработки золотосодержащего сырья и извлечения из него драгоценного металла, необходимо понимать причины упорности руды, и в этом плане исследование ее минералогии играет важнейшую роль.
Автоматизированный минералогический анализ золотосодержащих руд
Существуют разные методы минералогического анализа руд цветных металлов в целом и золота в частности: оптическая микроскопия, рентгеноструктурный (рентгенодифракционный) анализ, электронный микрозондовый анализ и т.д. Они продолжают активно использоваться в минералогических исследованиях, однако в последние годы большое распространение получили системы автоматизированного количественного анализа комплексного характера, то есть с интеграцией нескольких методов измерений, например, сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS).
Автоматизированный минералогический анализ применяется для решения задач поиска и разведки, описания месторождений золотосодержащих руд с целью повышения эффективности добычи и переработки минерального сырья за счет оптимизации технологических операций. Он позволяет выявлять недостаточное раскрытие минералов, накопление частиц, содержащих ценный компонент во фракциях определенной крупности, присутствие и формы нежелательных для металлургических процессов элементов (например, мышьяка, сурьмы, ртути), минимизировать потери ценного компонента.
Автоматизированные системы минералогического анализа выпускают несколько производителей. В рамках данной статьи будет рассмотрен интегрированный аналитический комплекс TESCAN TIMA (TESCAN Integrated Mineral Analyser) производства чешской компании TESCAN.
TESCAN TIMA — полностью автоматизированная высокопроизводительная аналитическая система, созданная специально для решения задач горнодобывающей промышленности, а именно минералогического анализа исходной руды и продуктов обогащения, идентификации и классификации минералов, расчета их массовых долей и распределения элементов по минералам. Система позволяет разделять частицы на классы в зависимости от минерального состава, морфологии, степени раскрытия минерала в частице. Кроме руды, она может использоваться для количественного изучения породы, которая составляет значительную часть горной массы и тем самым оказывает влияние на процессы переработки, обогащения и извлечения.
Система отличается эффективностью в выявлении причин технологических потерь золота и предоставляет такую информацию, как степень раскрытия, описание минералов-носителей, площадь свободной поверхности частиц металла, а также успешно применяется для поиска микронного золота, которое рассеяно в материалах с очень низким содержанием, например в хвостах и остатках выщелачивания.
В отличие от ручных методов минералогического анализа, TESCAN TIMA более экономична с точки зрения затрачиваемых средств и позволяет получать более качественные результаты, нивелируя вероятность и степень человеческой ошибки. Системе можно задать минимальный размер зерна, начиная с которого будет вестись поиск искомых минералов.
TESCAN TIMA базируется на сканирующем электронном микроскопе TESCAN MIRA (рис. 1), который способен работать с образцами различных форм: прозрачными, полированными шлифами произвольной формы размером до 50 мм, брикетными шайбами диаметром 30 мм, зернистым и порошковым материалом.
Благодаря автоматизации микроскоп непрерывно сканирует выбранное количество образцов и самостоятельно фокусирует электронный луч с учетом заданных параметров. Сфокусированный поток позволяет регистрировать вторичные (SE) и отраженные (BSE) электроны с ограниченной площади поверхности изучаемого объекта. SE-детектор используется тогда, когда необходимо получить информацию о строении и форме поверхности, BSE — визуализировать разницу в элементном составе образца.
Программное обеспечение (ПО) накапливает спектры с каждого отсканированного пикселя для последующей идентификации состава. После завершения сканирования можно создать собственную классификационную схему или использовать имеющуюся базу данных. В соответствии со схемой система рассчитывает минеральный и элементный состав, распределение зерен минералов и другие характеристики.
Автоматическое накопление данных о минералогическом составе происходит в три этапа:
1. Разбивка площади поверхности образца на участки с последовательным сбором данных по каждому из них; перемещение между участками — в автоматическим режиме с помощью программируемой системы развертки и специальных прецизионных моторизованных столиков.
2. Выявление всех частиц на каждом участке; расчет количества зерен, образующих частицы, площади каждого зерна; установление типа минерала, к которому относится каждое зерно; идентификация и оконтуривание минералов.
3. Фиксация данных обо всех обнаруженных минералах и их взаимном расположении в частицах.
ПО TESCAN TIMA также располагает специальным модулем Bright Phase Search (BFS) для поиска минералов, содержащих золото. Его использование существенно увеличивает скорость сбора данных за счет быстродействия и накопления рентгеновских спектров не по всем зернам, а только по тем, которые могут являться искомыми минералами (подтверждается или опровергается последующим анализом спектра).
Минералогический анализ золота в медно-колчеданной руде
С применением автоматизированного комплекса TESCAN TIMA АО «Ир-гиредмет» было проведено минералогическое исследование золота в медно-колчеданной руде одного из месторождений Урала.
Одной из основных проблем обогащения золотосодержащих колчеданных руд является крайне низкое извлечение золота. Значительная доля драгоценного металла теряется с отвальными хвостами и пиритным концентратом, поэтому установление форм выделения золота в рудах имеет большое значение для эффективного технологического вскрытия и извлечения его из рассматриваемых руд.
Анализируемая руда была представлена преимущественно пиритом — 77,0%, суммарная доля других сульфидов не превышала 3,0%. Золото относилось к сопутствующему полезному компоненту. Доля свободного Au — на уровне следов.
По результатам рационального анализа руда была классифицирована как сырье, упорное к сорбционному цианистому процессу: извлечение золота цианированием составило 58,1%. Основная причина упорности — ассоциация с сульфидами. По расчетным данным, существенная масса золота представлена частицами менее
1–2 мкм с редкими включениями от 2 до 10 мкм.
Для определения форм выделения, состава, ассоциаций самородного золота и его разновидностей из материала исходной руды и продуктов обогащения были изготовлены реплики, проанализированные с использованием TESCAN TIMA с шагом сканирования 0,2 мкм.
При исследовании реплик были зафиксированы свободные частицы самородного золота, сростки и вкрапления золота в пирите, реже — халькопирите, а также аурикуприд, теллуриды золота, серебра, свинца и ртути.
Размеры видимых свободных золотин — 1–2 мкм. Содержание золота в них колебалось от 66,0 до 99,7% (рис. 2). В виде примесей присутствовали серебро (0,3–29,7%), медь (до 17,6%) и железо (до 0,27%).
В пирите тонкодисперсное золото образовывало отдельные включения, их скопления либо заполняло микрополости и микротрещины. В массивных зернах пирита размер видимых включений золота — от 0,01 до 1,0 мкм. Пробность Au составила 99,8–80,2%. В виде примесей присутствовало серебро — от 0,12 до 19,8% (рис. 3).
Размер золотин, заполняющих микропоры и микротрещины в пирите (рис. 4), составил от 0,48 до 4,0 мкм. Пробность золота колебалась от 95,6 до 69,8%. Основной примесью являлось серебро, количество его изменялось от 4,4 до 30,2%, в незначительных количествах присутствовали медь и железо.
Помимо получения практических результатов, выраженных в анализе причин технологических потерь драгоценного металла, одним из важнейших следствий проведенного исследования является то, что прибору в автоматическом режиме удалось обнаружить упорное золото, которое по размерам составляет десятки и единицы нанометров. Подобные показатели — на пределе возможностей системы: учитывая, что параметры решетки золота составляют 4,0781 Å, это всего порядка тысячи атомов Au. Анализ публикаций показывает, что добиться подобных результатов, которых добились специалисты АО «Иргиредмет», в России и за рубежом мало кому удавалось. В настоящее время выявление столь мелкого золота имеет, скорее, академический интерес, однако в будущем, по мере совершенствования технологий, такие теоретические знания и умения принесут большую пользу практике.
Выводы
Автоматизированный минералогический анализ продемонстрировал и подтвердил результаты проведенных ранее исследований, что основные потери золота связаны с преобладающей формой металла — тонкими и тонкодисперсными частицами, находящимися в тесной ассоциации с пиритом, который в ходе обогащения руды переходит в хвостовой продукт.
Размер зафиксированных частиц золота — от 0,01 до 4,0 мкм, однако для подавляющего количества золотин он не превышал 1–2 мкм. Содержание Au в частицах колебалось от 66,0 до 99,8%. Из примесей присутствовали серебро (0,3–30,2%), медь (до 17,6%) и железо (до 0,27%).
Золото в виде тонкодисперсных включений в пирите является более упорным к сорбционному цианированию, чем золото, заполняющее его микропоры и микротрещины.
Помимо зерен самородного золота, в пирите регистрировались теллуриды золота и серебра, аурикуприд.
Список использованной литературы:
- Лукашова, М. В. TESCAN TIMA. Автоматический минералогический анализ на базе сканирующего электронного микроскопа TESCAN / М. В. Лукашова. — Текст : непосредственный // Золото и технологии. — 2012. — № 3(17). — С. 52–56.
- Торбеева, Т. С. Система автоматизированного минералогического анализа на базе сканирующего электронного микроскопа TESCAN TIMA3 LMH FEG / Т. С. Торбеева, В. И. Кокорин, А. В. Николаев. — Текст : непосредственный // Золотодобыча. — 2020. — № 9 (262). — С. 16–19.
- Chryssoulis, S.L. and McMullen, J. (2005) Mineralogical Investigation of Gold Ores. In: Adams, M.D., Ed., Advances in Gold Ore Processing, Elsevier, The Netherlands, 21–71. http://dx.doi.org/10.1016/S0167–4528(05)15002-9.
- Goodall, W.R., Scales, P.J. An overview of the advantages and disadvantages of the determination of gold mineralogy by automated mineralogy, Minerals Engineering, Volume 20, Issue 5, 2007, Pages 506-517 (https://doi.org/10.1016/j.mineng.2007.01.010).
- Hrstka, Tomáš & Gottlieb, Paul & Skala, Roman & Breiter, K. & Motl, D. (2018). Automated mineralogy and petrology — applications of TESCAN Integrated Mineral Analyzer (TIMA). Journal of Geosciences. 63. 47-63. 10.3190/jgeosci.250.
- Olson Hoal, K., Woodhead, J.D., Smith, K.S. The importance of mineralogical input into geometallurgy programs, The Second AusIMM International Geometallurgy Conference Proceedings, 2013, Pages 17-26.
- Petruk, W Applied Mineralogy in the Mining Industry / W Petruk. — : Elsevier Science, 2000. — pp. 1–5.
- TIMA (TESCAN Integrated Mineral Analyser) – автоматизированный минералогический анализ . — Текст : электронный // TESCAN : [сайт]. — URL: https://tescan.ru/product/skaniruyushchie-elektronnye-mikroskopy/tescan-tima-x/.
