Кучному выщелачиванию подвергают легкообогатимое сырье, в котором золото (и серебро) находится преимущественно в цианируемой форме. В основном это окисленные руды или коры выветривания коренных месторождений золота, отработка которых возможна открытым способом, а также забалансовые рудные отвалы и техногенное сырье – лежалые хвосты золотоизвлекательных фабрик, текущие хвосты переработки золотых руд. Качество перерабатываемого сырья варьируется в широких пределах. Опыт горных предприятий Казахстана показывает, что сырьем для кучного выщелачивания могут служить бедные товарные руды, забалансовые руды и минерализованная масса вскрышных пород с содержанием от 0,5–0,7 до 3–5 г/т, а также техногенные отходы с содержанием золота 1,5–2,0 г/т [1, 2].
Технологию кучного выщелачивания золота можно рекомендовать к широкому применению на золотодобывающих предприятиях Казахстана, и для интенсификации процесса можно использовать разработанный нами способ выщелачивания в тонком слое руды. Проекты кучного выщелачивания в тонком слое руды характеризуются быстрым вводом в эксплуатацию и получения товарного золота.
Для разработки технологии интенсивного кучного выщелачивания золота нами была получена представительная проба руды месторождения Акжал Восточного Казахстана и проведены лабораторные испытания по определению состава руды и пород, их физико-механических и химических характеристик, осуществлена корректировка основных параметров технологии интенсивного кучного выщелачивания.
На основании данных лабораторных исследований разработан технологический регламент для опытно-промышленных испытаний разработанной технологии.
Крепость горных пород – общепринятое условное понятие, символизирующее совокупность физико-механических свойств горных пород, проявляющуюся в различных технологических процессах при добыче и переработке полезных ископаемых [3]. Показатели крепости пород месторождения Акжал приведены в табл. 1.
Разведанные руды месторождения Акжал полускальные, встречаются крепкие глинистые сланцы, некрепкие песчаники, мягкие конгломераты. А также относятся к одному технологическому типу – типу окисленных руд, пригодных для технологии кучного выщелачивания без разделения по сортам.
Таблица 1
Показатели крепости руд месторождения Акжал
|
Категория пород |
Коэфф. крепости |
Горные породы |
Категория руд |
Показатель трудности разрушения Пр |
Класс пород |
|
Vа средней крепости |
6–8 |
Разнообразные сланцы, плотный мергель, глинистый доломит |
Полускальные |
4 |
Полускальные плотные и легкоразрушаемые, Пр = 0,2 – 5 |
|
V средней крепости |
8–10 |
Крепкий глинистый сланец, некрепкие песчаник и известняк, мягкий конгломерат, трещиноватый известняк и песчаники |
Полускальные |
4 |
Полускальные плотные и легкоразрушаемые, Пр = 0,2 – 5 |
Мощности рудных тел варьируются от 4 до 10 м, резкие раздувы и пережимы редки. Выклинивание их по простиранию большей частью естественное. Падение рудных тел преимущественно северо-восточное под углами 60–70 °. Балансовые запасы А + В + С1 + С2 – 899,52 т, забалансовые запасы – 10008 т.
На основании проведенных лабораторных испытаний установлено следующее: руды месторождения Акжал являются многокомпонентными, причем их единственным полезным компонентом является золото (коренное – 5–50 г/т, россыпное 0,3–2 г/т). Серебро присутствует в рудах на уровне 0,7–0,8 г/т, что явно не достаточно для учета его как экономически значимого компонента.
Ниже предоставлены результаты рентгенофазового полуколичественного анализа двух образцов месторождения Акжал.
Рентгенофазовый метод анализа (РФА) минералов позволяет исследовать структурные особенности минералов, горных пород и продуктов их технологической переработки. Выбранный для исследования метод основан на явлении дифракции рентгеновских лучей кристаллическими фазами исследуемого образца.
Целью РФА является выявление их реального строения, т.е. структурного состояния степени упорядоченности кристаллической структуры и наличия примесей.
Рентгенограммы образцов были получены на дифрактометре ДРОН-3М в цифровом виде с применением кобальтового излучения и графитового монохроматора на дифрагированном пучке (табл. 2 и 4). Режимы съемки образцов следующие: напряжение на рентгеновской трубке 30 kV, ток трубки 30 mA, шаг движения гониометра 0,05 °20, и время замера интенсивности в точке – 1,0 сек. Во время съемки образец вращался в собственной плоскости со скоростью 60 об/мин.
Таблица 2
Рентгенометрические данные образца (месторождение Акжал, образец исходный № 1)
|
Angle 2-Theta |
d value Angstrom |
Intensity Count |
|
10,240 |
10,0233 |
455 |
|
14,459 |
7,1077 |
428 |
|
20,629 |
4,9956 |
427 |
|
23,021 |
4,4824 |
468 |
|
24,281 |
4,2530 |
1479 |
|
29,220 |
3,5461 |
427 |
|
31,042 |
3,3426 |
5224 |
|
34,313 |
3,0322 |
434 |
|
37,451 |
2,7862 |
420 |
|
40,435 |
2,5883 |
475 |
|
40,898 |
2,5602 |
537 |
|
42,724 |
2,4556 |
874 |
|
44,010 |
2,3872 |
406 |
|
46,196 |
2,2800 |
709 |
|
47,174 |
2,2354 |
516 |
|
49,746 |
2,1266 |
619 |
|
53,219 |
1,9970 |
385 |
|
53,759 |
1,9784 |
468 |
|
59,006 |
1,8163 |
771 |
|
64,742 |
1,6706 |
461 |
|
71,018 |
1,5400 |
681 |
|
76,111 |
1,4510 |
385 |
|
80,689 |
1,3817 |
523 |
|
81,333 |
1,3726 |
606 |
Таблица 3
Результаты полуколичественного анализа (образец № 1)
|
SiO2-Quartz |
62,6 % |
|
Muscovite |
21,4 % |
|
Illite |
9,4 % |
|
Kaolinite |
6,3 % |
|
CaCO3 |
0,2 % |
Рис. 1. Дифрактограмма образца (месторождение Акжал, образец № 1)
Таблица 4
Рентгенометрические данные образца (месторождение Акжал, образец ТФ № 2)
|
Angle 2-Theta |
d value Angstrom |
Intensity Count |
|
7,168 |
14,3083 |
360 |
|
10,224 |
10,0386 |
514 |
|
14,428 |
7,1227 |
476 |
|
20,654 |
4,9895 |
431 |
|
22,998 |
4,4869 |
508 |
|
24,256 |
4,2573 |
1552 |
|
29,172 |
3,5518 |
436 |
|
34,271 |
3,0358 |
423 |
|
37,372 |
2,7919 |
417 |
|
40,381 |
2,5916 |
455 |
|
40,863 |
2,5623 |
532 |
|
42,724 |
2,4556 |
847 |
|
43,964 |
2,3896 |
391 |
|
46,192 |
2,2802 |
603 |
|
47,180 |
2,2351 |
532 |
|
49,730 |
2,1272 |
661 |
|
53,175 |
1,9985 |
398 |
|
53,749 |
1,9787 |
462 |
|
58,964 |
1,8175 |
783 |
|
64,729 |
1,6709 |
411 |
|
70,954 |
1,5412 |
635 |
|
76,030 |
1,4524 |
372 |
|
80,670 |
1,3819 |
488 |
|
81,313 |
1,3729 |
641 |
Предварительная обработка рентгенограмм для определения углового положения и интенсивностей рефлексов проводилась программой Fpeak. При проведении фазового анализа использовалась программа PCPDFWIN с базой дифрактометрических PDF-2. В табл. 3 и 5 показаны результаты полуколичественного анализа месторождения Акжал.
На рис. 1 показана дифрактограмма образца № 1 месторождения Акжал.
Таблица 5
Результаты полуколичественного анализа (образец ТФ № 2)
|
SiO2-Quartz |
58,3 % |
|
Muscovite |
23,2 % |
|
Illite |
10,0 % |
|
Kaolinite |
7,7 % |
|
CaCO3 |
0,9 % |
РФА анализ, выполненный для двух образцов месторождения Акжал, показал, что основой минеральной структуры является кварц (SiO2), количество которого колеблется от 62,6 до 58,3 %. Это самый распространенный минерал семейства кремнезема. Содержит в небольших количествах примеси алюминия, железа, кальция, магния, титана, калия, натрия, лития и других элементов. Кроме того, этот минерал обладает пьезоэлектрическими свойствами, что позволяет разрабатывать новые геотехнологии, учитывающие его чувствительность к механическим вибрациям. Этот минерал легко травится НF, при повышенных температурах и давлениях растворяется в водных щелочных и бикарбонатных растворах. Эти особенности его поведения в окружающей среде используются в современных технологиях подземного и кучного выщелачивания.
Рис. 2. Дифрактограмма образца (образец ТФ № 2)
Таблица 6
Химико-минералогический элементный состав образцов месторождения Акжал по данным спектрального анализа
|
Элемент |
Содержание, % |
||
|
исходный |
тяжелая фракция |
легкая фракция |
|
|
Золото, г/т |
5 |
5 |
4 |
|
Серебро 10 -5 |
100 |
80 |
30 |
|
Мышьяк 10 -3 |
> 1000 |
> 1000 |
> 1000 |
|
Фосфор 10 -3 |
4 |
3 |
3 |
|
Галлий 10 -4 |
8 |
6 |
10 |
|
Германий 10 -4 |
1 |
1 |
1 |
|
Висмут 10 -4 |
2 |
2 |
< 1 |
|
Сурьма 10 -3 |
3 |
2 |
2 |
|
Скандий 10 -3 |
2 |
2 |
2 |
|
Кадмий 10 -4 |
25 |
25 |
25 |
|
Вольфрам 10 -3 |
1,5 |
1,0 |
0,6 |
|
Ниобий 10 -4 |
8 |
8 |
8 |
|
Бериллий 10 -4 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
|
Литий 10 -3 |
2 |
< 2 |
3 |
|
Цинк 10 -2 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
|
Хром 10 -3 |
3 |
2 |
2 |
|
Свинец 10 -3 |
20 |
25 |
6 |
|
Титан 10 -1 |
2 |
1,5 |
1,0 |
|
Ванадий 10 -3 |
6 |
5 |
6 |
|
Марганец 10 -2 |
60 |
40 |
20 |
|
Никель 10 -3 |
10 |
8 |
6 |
|
Барий 10 -2 |
10 |
8 |
4 |
|
Молибден 10 -4 |
4 |
4 |
3 |
|
Олово 10 -4 |
2 |
2 |
6 |
|
Медь 10 -3 |
6 |
6 |
10 |
|
Иттрий 10 -3 |
2 |
2 |
2 |
|
Цинк 10 -3 |
100 |
60 |
100 |
|
Кобальт 10 -4 |
80 |
50 |
100 |
|
Стронций 10 -2 |
3 |
3 |
2 |
Минералы мусковит и иллит присутствуют в породе в меньших количествах: 21,4–23,2 и 9,4–10,0 % соответственно.
Фракция каолинита присутствует в пределах 6,3 и 7,7 %.
Остальные примеси распределены в образцах неравномерно и выявлены в малых количествах.
В малом количестве присутствует монтмориллонит.
На рис. 2 показана дифрактограмма образца ТФ № 2 месторождения Акжал.
Ниже показаны снимки образцов этого месторождения, распределенные по шкале крепости Протодьяконова М.М.
Ниже предоставлены химико-минералогический элементный состав трех образцов – представителей от данной пробы (табл. 6) и результаты петрографического анализа образцов месторождения Акжал (табл. 7).
При нормальных условиях золото не взаимодействует ни с кислородом, ни с серой. Золото обычно растворяется в водных растворах, содержащих лиганд (образующий с золотом комплексы) и окислитель, но каждый из них в отдельности не способен его растворить. В царской водке (смесь 3:1 (HCl + HNО3) золото растворяется с образованием золото хлористоводородной кислоты H[AuCl4]. Оно так же растворяется в хромовой кислоте в присутствии хлоридов и бромидов щелочных металлов в цианидных растворах в присутствии воздуха или пероксида водорода, в растворах тиосульфата, тиомочевины, в смеси kj + j2.
Результаты спектрального анализа получены в лаборатории «Геоаналитика» на атомноэмесионном спектрометре для определения содержания 70 элементов при содержании их до 10-5 % с возможностью одновременного определения в каждой пробе до 40 элементов.
Как видно, результаты элементного и петрографического анализа подтверждают данные РФА по минералогическому составу, остальные элементы распределены по классу примесей.
Степени окисления золота + 1, + 2, + 3, + 5 [1]. В соединениях золото наиболее часто проявляет валентность + 1 и + 3. Двухвалентное золото устойчиво лишь в форме сульфида, остальные соединения разлагаются водой.
Таблица 7
Результаты петрографического анализа образцов месторождения Акжал
|
Наименование |
Содержание, % |
||
|
исходный |
тяжелая фракция |
легкая фракция |
|
|
Окись кремния |
> 50 |
> 50 |
> 50 |
|
Окись алюминия |
> 10 |
> 10 |
> 10 |
|
Окись железа, общий |
25 |
25 |
20 |
|
Окись магния |
3 |
2 |
5 |
|
Окись кальция |
5 |
5 |
3 |
|
Окись натрия |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
|
Окись калия |
3 |
3 |
3 |
Таблица 8
Гранулометрический состав окисленной золотоносной руды месторождении Акжал
|
Вариант |
Выход фракции при дроблении |
Содержание золота во фракциях, % |
|
|
фракция, мм |
фракция, % |
||
|
1 |
– 40…+ 20 |
43,0 |
4,8 |
|
– 20…+ 10 |
34,0 |
1,3 |
|
|
– 10…+ 5 |
10,0 |
1,1 |
|
|
– 5…+ 2 |
5,0 |
0,5 |
|
|
– 2…0 |
8,0 |
0,3 |
|
|
2 |
– 20…+ 10 |
39,1 |
3,4 |
|
– 10…+ 5 |
10,0 |
0,8 |
|
|
– 5…+ 2 |
16,0 |
1,0 |
|
|
– 2…0 |
23,9 |
1,6 |
|
|
3 |
– 10…+ 5 |
9,9 |
0,08 |
|
– 5…+ 2 |
36,1 |
1,38 |
|
|
– 2…0 |
54,0 |
7,08 |
|
При повышенной температуре оно взаимодействует с теллуром с образованием Au Te2, реагирует со всеми галогенами. Наиболее реакционноспособен бром: с порошком золота он вступает в экзотермическую реакцию при комнатной температуре. Реакция золота с хромом проходит чрезвычайно медленно, благодаря образованию поверхностных соединений [4, 5]. При восстановлении солей золота дихлоридом олова образуется стойкий коллоидный раствор ярко-красного цвета, т.н. «кассиев пурпур».
Красно-бурый гидроксид Au(OH)3 выпадает в осадок при действии сильных щелочей на AuCl3. Соли Au(OH)3 с основаниями аураты образуются при его растворении в сильных щелочах.
Характерная особенность золота – резко выраженная склонность к образованию комплексных соединений. Известны такие соединения, как: [AuCl2], [AuCl4], Au(OH), [Au(OH)2], AuJ2 и др.
Как видно из приведенных результатов, из вредных примесей присутствует мышьяк, содержание которого в среднем не превышают 0,1 %. Каких-либо других вредных примесей и попутных компонентов в рудах не обнаружено. Содержание кремнезема колеблется от 47,94 до 66,76 %, т.е. руды относятся к классу силикозоопасных.
Как было сказано выше, для предварительного исследования были отобраны пробы массой 25 кг окисленной золотосодержащей руды из отвала месторождения Акжал. Представительная проба была отобрана из отвала способом поверхностного вычерпывания, усреднена методом сбрасывания на конце, раздроблена, рассеяна и направлена на разделение по фракциям (табл. 8).
Как видно из приведенных в табл. 8 данных, при дроблении руды на фракции минус 40…0 наиболее высокое содержание золота наблюдается во фракции минус 40…+ 20 (вариант 1). При дроблении руды на фракции минус 20…0 наибольшая доля золота сконцентрирована в более крупной фракции – минус 20…+ 10.
Однако при дроблении руды до крупности минус 10…0 большая часть золота концентрируется в наиболее мелкой фракции – минус 2…0. Следовательно, с целью снижения потерь и повышения коэффициента извлечения золота руда должна быть раздроблена до крупности минус 40…+ 20. При более мелком дроблении, когда основное количество золота сконцентрировано во фракции минус 2…0, склонной к заиливанию, извлечение золота в раствор при выщелачивании может быть низким. Поэтому для мелких фракций рекомендуется процесс окомкования.
Таким образом, на этапе подготовки руды при предположенной технологии интенсивного кучного выщелачивания необходимо применять процессы дробления и окомкования.
Исследования показали, что с увеличением размера кусков руды от 40 мм и более (забойная крупность) извлечение золота снижается на 30 %. Измельчение руды до крупности минус 20…0 мм не способствует увеличению извлечения золота, что обусловлено свойствами руды и высокой степенью ее разрушения.
Исследования также показали, что в зависимости от крупности руды изменяется количество поглощенной кислоты, а это, в свою очередь, влияет на скорость выщелачивания. В табл. 9 приведены результаты исследований влияния гранулометрического состава руды на ее поглощающие способности для двух типов пород: легкоразрушающиеся (крепость 6–8) и трудноразрушающиеся (крепость 8–10).
Таблица 9
Зависимость поглощающей способности рудой цианистой кислоты от гранулометрического состава
|
Тип руды |
Гранулометрический состав руды после дробления |
|
|
фракция, мм |
выход фракции |
|
|
Трудноразрушаемая |
– 40…+ 20 |
62,4 |
|
– 20…+ 10 |
20,4 |
|
|
– 10…+ 5 |
7,3 |
|
|
– 5…+ 2 |
3,4 |
|
|
– 2…0 |
6,8 |
|
|
Легкоразрушаемая |
– 40…+ 20 |
43,0 |
|
– 20…+ 10 |
34,0 |
|
|
– 10…+ 5 |
10,0 |
|
|
– 5…+ 2 |
5,0 |
|
|
– 2…0 |
8,0 |
|
Полученные результаты позволили перейти к следующему этапу исследований – к определению способа складирования и последовательности складирования в зависимости от гранулометрического состава.
Укладку руды в штабель и ее обработку концентрированной кислотой предложено осуществлять особым образом. Куче при выдержке придается форма полусферы, причем крупные фракции руды закладываются в нижнюю часть кучи, а мелкие фракции – сверху. Это обеспечивает сохранение тепла внутри кучи длительное время и улучшает процесс вскрытия минералов за счет лучшего сохранения тепла, выделяемого при экзотермических реакциях.
Данные, полученные в лабораторных условиях, дают представление о перераспределении элементов в каждой фазе, что является основанием для применения технологии интенсивного кучного выщелачивания золота месторождения Акжал.