На многих золотоизвлекательных фабриках и в цехах гидрометаллургии предприятий кучного выщелачивания (КВ) существует проблема циркуляции растворенного золота в оборотной воде и маточных растворах после сорбции золота.
Осветленные растворы хвостохранилищ и маточные растворы КВ, которые используются в качестве оборотных растворов, имеют остаточное содержание в них растворенного золота от 0,03 до 0,1 мг/л. Многие считают, что циркуляция такого золота на общее извлечение золота не влияет.
Автор считает, что это не так [1]. Остающееся в таких растворах золото не позволяет при выщелачивании создавать максимальный градиент концентраций золота в системе «руда – цианистый раствор». За счет этого снижается скорость и полнота растворения драгметаллов. Особенно это касается технологии кучного выщелачивания руды в штабелях.
Согласно теоретическим положениям процесса цианирования, чем выше содержание золота в исходном выщелачивающем растворе, приготовленном на маточном растворе после сорбции золота в колоннах, тем больше Au останется в руде. Если циркуляцию такого золота убрать или уменьшить до минимальной величины, то общее извлечение из руды возрастет на величину извлеченного золота.
На ЗИФ и предприятиях КВ циркулируют сотни тысяч и миллионы кубометров в год таких низкоконцентрированных растворов по золоту, а количество драгметаллов в них составляет сотни и тысячи килограммов. Работая на руднике Савкино (среднее по производительности предприятие КВ), автор подсчитал, что, если при производительности по продуктивным растворам 250 куб.м/час снизить содержание золота в маточном растворе после основной сорбции с 0,05 до 0,01 г/м3, то увеличение количества золота в товарную продукцию составит 87,6 кг (не считая серебра). Для предприятий КВ с производительностью по продуктивным золотосодержащим растворам 1000 и более м3/час эта цифра возрастает в разы.
Следует заметить, что в процессе сорбции на уголь или ионит проблему достижения содержания золота 0,01 г/м3 можно принципиально решить, однако в этом случае, как показывают исследования Иргиредмета, необходимо вчетверо увеличить в аппаратуре объем свежего или регенерированного сорбента, что приводит к увеличению золота в НЗП и количеству сорбционных колонн и, следовательно, к удорожанию эксплуатационных затрат.
Подсчитано, что решение проблемы извлечения золота из низкоконцентрарованных по золоту растворов может обеспечить увеличение общего извлечение драгметаллов из минерального сырья на 5–10%.
Десять лет назад над проблемой переработки и получения золота из растворов с низкой концентрацией начала работать группа исследователей под руководством Осиненко Е.П. Результаты этой работы были опубликованы в статьях на сайте «Зoлотодобыча» в 2015–2021 гг. [2–4]. В публикациях было рассказано о разработке высокоэффективной технологии и создании оригинального нестандартного оборудования для доизвлечения благородных металлов из цианистых растворов с низкой концентрацией с минимальными затратами. Изложим вкратце суть этих работ.
Вначале был разработан фильтр-цементатор для извлечения драгоценных металлов из растворов с низкой концентрацией золота, который представлял собой аналог американской установки «Меррилл-Кроу» для осаждения золота из растворов методом цементации на цинковый порошок. Как показала практика, американская установка становится рентабельной только при концентрации золота в растворе более 0,1 мг/л из-за больших энергетических затрат на удаление кислорода и работы высоконапорных насосов.
Схема работы фильтра-цементатора показана на рис. 1.
------
Золотосодержащий раствор — осветленная вода из хвостохранилища или маточный раствор после сорбции с содержанием металла от 0,05 до 0,2 г/м3 поступает в осветлитель (1) на фильтровальном волокне и набирается в буферную емкость (2), из которой насосом (3) подается в фильтр-цементатор (4). Фильтр-цементатор заполнен слоем (6) сульфида железа FeS2 и слоем (7) освинцованного цинкового порошка.
Исходный раствор поступает от насоса в ложное днище, из которого фильтруется через слой аморфного свежеосажденного сульфида железа FeS2, помещенного равномерно в волокнистый материал. Сульфид железа активно реагирует с кислородом, содержащимся в исходном растворе, и связывает его в сернокислую соль железа. В слое (7) золото из обескислороженного раствора осаждается освинцованным цинковым порошком.
-------
Фильтр-цементатор можно использовать в двух вариантах: в режиме сорбции золота из оборотной воды на мелкодисперсный уголь и в режиме цементации золота на освинцованный цинковый порошок.
Первые полупромышленные испытания в режиме сорбции авторы проводили на фильтре производительностью 1–3 м3/час, заряженного активированным углем размером минус 20 мкм. Объект испытания — растворы участка КВ Покровского рудника компании «Петропавловск». Результаты испытания оказались положительными, они опубликованы в статье «Горного журнала» N 4, 2014 г.
В режиме цементации испытания проводились на оборотных растворах «Южуралзолото». Был получен цинковый концентрат с содержанием золота 10 кг/т. Но удаление кислорода не производилось.
На этих же растворах фильтр испытали в режиме сорбции золота при загрузке углем размером менее 20 мкм в количестве 25 кг и производительности по раствору 12–15 м3/час. Испытания проводили в течение 3 суток, при этом содержание Аu на входе составляло 0,09 мг/л, на выходе из фильтра — 0,01 мг/л Au. Извлечение золота на уголь составило 88%. Это хороший результат.
Статья о фильтре-цементаторе вызвала широкую дискуссию специалистов в комментариях к статье. В общем и целом специалисты согласились, что проблема с извлечением золота из низкоконцентрированных растворов существует и ее надо решать. Тем не менее в комментариях был высказан ряд замечаний по предлагаемой технологии. Серьезные замечания касались фильтрации рудных частиц из оборотной воды на тонковолокнистые фильтры, которые в процессе работы будут часто забивать фильтр и требовать очистки. Хотя авторы технологии уверяют, что эта проблема решается установкой резервных фильтров, а очистка от грязи каждого фильтра занимает немного времени, тем не менее следует сказать, что фильтрация грязи не устраняет проблемы получения хорошего цементата.
Высказано также серьезное замечание по удалению кислорода свежевысаженным сульфидом железа. Реакция взаимодействия сульфида железа сопровождается понижением рН раствора, вследствие чего образующуюся кислоту необходимо нейтрализовать либо щелочью, либо СаО, что весьма нежелательно, т.к. произойдет кальцинация мелкодисперсного угля. Это замечание авторы приняли, но предложили вместо сульфида железа использовать железный порошок марки ПЖРВ 200, который легко окисляется и дегазирует раствор
При использовании мелкодисперсного угля крупностью минус 20 мкм скорость сорбции возрастает в несколько раз за счет кратного увеличения поверхности частиц угля. Однако в этом случае возникают проблемы с его регенерацией после насыщения золотом. Авторы технологии предлагают решение не регенерировать уголь, а попросту сжигать его и плавить золу на слиток, уверяя, что сжигание дешевле регенерации угля. Но мелкодисперсный уголь значительно дороже крупного и в полномасштабном производстве его расход станет значительным, что повлияет на экономику процесса. Да и неразумно такой рабочий инструмент, как уголь, использовать одноразово для улавливания золота.
Автор технологии Осиненко Е.П. показал расчетом, что стоимость извлечения 1 г Au из низко-концентрированных растворов составит 3–5$, что минимум в 5 раз меньше, чем сорбция Au на обычный уголь крупностью 1–3 мм.
Осиненко Е.П. предложил золотодобывающим компаниям провести большие промышленные испытания на модуле фильтра производительностью 100 м3/час, при этом затраты на разработку и изготовление нового оборудование берет на себя. К сожалению, желающих провести такие испытания не нашлось.
Тем не менее работы группы Осиненко Е.П. по совершенствованию технологии и аппаратуры продолжались. Для сорбции из растворов с малой концентрацией золота была разработана конструкция тонкодисперсного фильтра, где используется активированный уголь или ионит марки PuroGold размером менее 40 мкм в количестве 0,5–1,0 т.
Этот фильтр представляет собой двухкамерную конструкцию (см. рис. 2), в которой предусматривается автоматическая очистка золотосодержащих растворов от взвесей в процессе рабочего цикла в течение 3–5 минут без остановки. Когда идет очистка от взвесей, производительность фильтра по растворам снижается на 30–50%.
Ионитовый (PuroGold) или угольный порошок крупностью менее 40 микрон равномерно наносится на фильтровальный волокнистый материал по специальной технологии, что обеспечивает высокую эффективность осаждения золота и высокую скорость фильтрации растворов (порядка 30–40 м3/ч на 1 м2).
Фильтр может непрерывно работать в течение 15–20 суток, имея при этом на выходе содержание Au не более 0,01 мг/л. После набора необходимой емкости (3,0–4,0 кг/т Au) фильтр ставится на регенерацию горячими щелочными растворами (4% NaOH, 95 °С для угля и 2% NaCN + 1% NaOH, 60–70 °C для ионита) в течение 2–4 часов. Полученный маточный раствор направляется на фильтр-цементатор (освинцованный цинк на волокне) с получением золото-цинкового концентрата с содержанием Au более 500 кг/т, который затем плавится на металл Доре.
Регенерация ионита PuroGold в отличие от угля проводится в одну стадию щелочными цианистыми растворами, что позволяет использовать обычную сталь в изготовлении фильтра. При этом для регенерации используются растворы с более низкой температурой 60–70 °С вместо 95 °С для угля.
В работе тонкодисперсного угольного (ионитового) фильтра применены новые патентованные технологии, которые упростили и удешевили ряд необходимых технологических операций. Технология защищена патентами.
Укрупненные испытания угольного фильтра производительностью 10–20 м3/ч проводились на оборотных растворах ЗИФ компании «Южуралзолото». При загрузке 25 кг (объем волокна — 200 л) активированного угля средней крупности (10 мкм) и производительности 10–15 м3/ч по растворам остаточное содержание в выходном растворе составило менее 0,01 мг/л Au, а на входе было 0,09 мг/л Au.
Для извлечения золота из оборотной воды ЗИФ промышленная установка производительностью 100–200 м3 /ч выглядит, как показано на рис. 3.
В угольный фильтр загружается 5 т мелкодисперсного угля крупностью менее 400 мкм (минус 0,4 мм) и через него пропускается оборотный раствор ЗИФ с объемной скоростью не более 150–200 м3/ч. Если объем растворов больше этой производительности, устанавливается параллельно еще один или два фильтра.
Одной загрузки фильтра должно хватить минимум на 10 циклов — это порядка 6–7 месяцев непрерывной работы. Фильтр в режиме сорбции может непрерывно работать в течение 15–30 суток, имея при этом на выходе содержание Au не более 0,01 мг/л. После набора необходимой емкости (1,0–5,0 кг/т Au) фильтр ставится на элюацию золота и серебра горячими щелочными растворами (1–4% NaOH + 0,1 NaCN, Т= 90 °С) в течение 6–8 часов.
Полученный после десорбции золотосодержащий раствор элюата направляется на фильтр-цементатор, где происходит цементация золота и серебра на цинковый порошок. Цементатор представляет собой цилиндр Д=300–400 мм, в который помещается 4 секциями в синтепоне цинково-платиновый порошок. Получаемый золото-цинковый концентрат с содержанием 500–700 кг/т Au можно плавить на слиток сплава Доре.
В июле 2020 г. в АО «Золото Селигдара» были проведены промышленные испытания по извлечению золота из маточных растворов угольной сорбции участка кучного выщелачивания (УКВ) месторождения Надежда с использованием одного тонкодисперсного угольного фильтра производительностью 50 м3/час.
В ходе испытаний сорбционный цикл набора металла составил 24 дня, при этом через угольный фильтр было пропущено порядка 14920 м3 растворов со средним содержанием золота 0,022 мг/л. Остаточное содержание Au после элюирования угольного фильтра составило 0,05–0,1 кг/т, элюирование проводилось до остаточного содержания золота в растворе 0,5–1,0 мг/л.
Термическая реактивация угля в фильтре после каждого цикла «сорбции-десорбции» не проводилась, т.к. потери угля при обжиге из-за малого размера частиц угля и большой площади поверхности обгорания составляют более 50%. По мнению разработчиков технологии, при содержании золота в растворе 0,1 мг/л через 10 циклов «сорбция-десорбция», уголь в фильтре нужно менять на новый и это будет дешевле, чем проводить термическую реактивацию в ретортной электропечи.
Съём золота с угля проводили горячими щелочными растворами с добавлением цианида (10 г/л NaOH, 2 г/л NaCN). Количество полученного золото-цинкового осадка составило 4,5 кг по весу сухого. Содержание Au в цементате составило 12% или всего 4500 г х 0,12 = 540 г, что очень близко по анализам и расчетам содержания металла в элюатах (543,5 г).
В ходе промышленных испытаний извлечение золота из низкоконцентрированных растворов составило 90%. Промышленные испытания подтвердили высокую эффективность извлечения Au из растворов с низкой концентрацией, при этом, минуя автоклавное элюирование и электролизеры, был получен цементат с высоким содержанием золота, пригодный к плавке на слиток.
Преимуществами технологии извлечения золота из технологических растворов с низкой 0,05–0,2 г/м3 концентрацией золота являются:
1. Высокая степень извлечения — более 90% при остаточной концентрации золота менее 0,01 мг/л.
2. Снижение разовой загрузки угля в 4–5 раз.
3. Исключается дорогостоящее оборудование процесса высокотемпературной элюации и электролизеры.
4. Технология может напрямую применяться для технологии КВ руд с низким содержанием золота 0,2–0,4 г/т.
5. Себестоимость получения 1 г Au при этом составляет порядка $2–3.
Разработчики считают, что данная технология может быть также применима к переработке техногенных отвалов золотодобывающих предприятий, где содержание золота находится в пределах 0,3–0,4 г/т (забалансовые руды). Такие руды можно рентабельно перерабатывать КВ, но потребуется перерабатывать большие объемы продуктивных растворов с низкой концентрацией золота в растворе (0,05–0,15 мг/л).
Перерабатывать низкоконцентрированные растворы намного экономичнее именно по этой технологии. Вовлекая в оборот техногенные отвалы, золотодобывающие предприятия могут значительно нарастить запасы золота, не вкладывая при этом средства в геологоразведку золота.
В заключение следует сказать, что проблема извлечения золота из растворов с низкой концентрацией золота можно считать решенной: разработаны и изготовляется нестандартное оборудование; проведены промышленные испытания технологии на действующих золотодобывающих объектах, которые дали положительные результаты. Предварительные экономические расчеты показывают, что применение новых технологий обеспечивают низкую себестоимость получения 1 г золота. Использование этих технологий и оборудования позволят окупить затраты в кратчайшие сроки.
Учитывая преимущества и эффективность новых технологий извлечения золота из растворов с низкой концентрацией золота, автор считает, что настала пора применять эти технологии в промышленном масштабе.
Литература
1. Барченков В.В. Обогатительные и гидрометаллургические процессы извлечения золота из руд. г.Владимир, Транзит ИКС, 2022 г.
2. Осиненко Е.П. Новая технология и новое оборудование для извлечения драгоценных металлов из цианистых растворов с низкой концентрацией менее 0,2 мг/л Au. (сайт «Золотодобыча», дата публикации — 10.04.2015 г.).
3. Осиненко Е.П. Тонкодисперсный угольный (ионитовый) фильтр для извлечения Au, Ag из растворов с низкой концентрацией (сайт «Золотодобыча», дата публикации — 14.08.2017 г.).
4. Осиненко Е.П. Эффективная технология извлечения благородных металлов из растворов (сайт «Золотодобыча», дата публикации — 20.09.2021 г.).