От извлечения ценных компонентов до защиты окружающей среды: возможности использования хвостов

Верхозин С.С., редактор журнала "Золотодобыча", отдел маркетинга АО "Иргиредмет", канд. филол. наук

Хвосты горнодобывающего предприятия – это не отходы, которые можно уложить на хранение и забыть, а ценный ресурс. Они не только являются источником наиболее востребованных сегодня полезных ископаемых вроде меди и никеля, но и могут найти применение во множестве других областей.

Государственные и отраслевые проекты

Во многих странах с развитой горнодобывающей промышленностью в решении вопросов переработки и использования хвостов активное участие принимает государство.

В 2025 году Агентство национального развития Чили (Corfo) запустило трехлетнюю программу стимулирования производства из отходов критически важных полезных ископаемых, в частности кобальта и редкоземельных элементов.

Каждому проекту, предлагающему современный и экологичный подход к переработке и получению ценных компонентов, государство обещает финансирование в размере 3–4 млн долларов.

Компании, работающие над перспективными технологиями извлечения полезных ископаемых из хвостов, смогут получить до 3,15 млн долларов от властей австралийского штата Квинсленд.

"Наша первая цель – провести их [хвостов] оценку, а эти средства помогут бизнесу изучить отработанные объекты, выявить на них критически важные полезные ископаемые", – отметил министр ресурсов Квинсленда Скотт Стюарт.

Два года назад Великобритания объявила о выделении фирме Altilium около 900 тыс. долларов на реализацию двух проектов по производству из техногенного сырья меди и редкоземельных элементов.

Altilium принадлежат права на переработку материалов крупного хвостохранилища в Восточной Европе. Проведенный ранее анализ подтвердил существенное содержание в них меди, железа, алюминия и других металлов.

Гидрометаллургическую переработку хвостов Altilium планировала провести на полупромышленной установке в г. Тавистоке (Великобритания). Результатом должен стать инновационный и малоотходный метод выщелачивания и извлечения.

Различные самостоятельные или совместные инициативы предлагают крупные игроки отрасли, особенно заинтересованные в новых способах обращения с отходами своих предприятий.

В 2023 году горнодобывающие компании, среди которых – Barrick Gold, BHP, Freeport-McMoRan, Gold Fields, Newmont и Vale, учредили GeoStable Tailings Consortium (GSTC) – консорциум, целью которого является поиск инновационных методов использования хвостов.

Консорциум продолжил работу, которую проводила компания Goldcorp до ее поглощения Newmont в 2019 году. Goldcorp изучала возможности производства из хвостов и пустых пород геотехнически и геохимически устойчивых материалов, что позволило бы отказаться от строительства хвостохранилищ. Свою технологию компания успела испытать на рудниках Peñasquito (Мексика) и Marlin (Гватемала).

За последние годы участники GSTC провели теоретические и практические исследования, лабораторные тесты и опытные работы.

Извлечение золота

Отходы горнодобывающих предприятий сами по себе оказывают воздействие на окружающую среду, поэтому способы их переработки должны быть максимально экологичными.

Самым распространенным растворителем золота остается цианид – опасный для природы и человека реагент. Отрасль долгие годы пытается найти замену этому веществу, и одним из кандидатов является глицин.

В прошлом году компания Encore Minerals, дочернее предприятие производителя химических веществ Draslovka, подписало соглашение с горнодобывающей компанией Poseidon Nickel на переработку золото- и никельсодержащих хвостов в Западной Австралии.

Ценные компоненты Encore Minerals намерена извлекать с использованием технологий глицинового выщелачивания драгоценных металлов GlyCat и цветных металлов GlyLeach.

Работы будут проводиться в рамках проекта Windarra Tailings Project. Ранее по нему были выполнены предварительные технико-экономические расчеты по извлечению золота цианированием.

Стороны намерены выполнить дополнительные исследования, оптимизировать проект и подготовить техникоэкономическое обоснование, на основе которого будет принято инвестиционное решение. В случае успешного исхода Encore Minerals и Poseidon Nickel собираются построить фабрику глицинового выщелачивания.

Специалисты российского Университета науки и технологий МИСИС предложили способ получения золота из хвостов с помощью еще одной альтернативы цианиду – тиомочевины.

Метод основан на применении гидроакустического реактора и тиомочевинной обработки. Установка подает диоксид серы (стабилизатор тиомочевины), и благодаря конструктивным особенностям гидроакустических излучателей происходит измельчение руды со вскрытием мелкого, включенного в различные минералы драгоценного металла.

Извлечение золота по этой технологии достигает 93,5 %. В МИСИС указали, что по сравнению с традиционным цианированием она позволит увеличить производство, сократить себестоимость продукции и снизить воздействие на окружающую среду.

Согласно оценкам министерства природных ресурсов Канады, отвалы хвостов на территории страны содержат золото на сумму до 7 млрд долларов. Бактериальный способ его извлечения предложила компания Tersa Earth Innovations.

В основе разработки – специальный биоэлектрический элемент. В него помещаются бактерии, вырабатывающие электрический ток, под действием которого происходит выделение ценного компонента из раствора.

Технология отличается способностью функционировать в непрерывном режиме и, как считают в Tersa Earth Innovations, может найти применение не только на закрытых объектах, но и на действующих предприятиях.

Биологические процессы извлечения

Возможность получения из пирротиновых хвостов такого востребованного металла, как никель, продемонстрировали сотрудники Университета Торонто (Канада).

В 2010 году в пробе пирротиновых хвостов с отвала фабрики в Онтарио был обнаружен новый штамм бактерии Acidithiobacillus ferridurans, способный существовать в чрезвычайно кислой и насыщенной тяжелыми металлами среде. Ученые назвали его Acidithiobacillus ferridurans JAGS (JAGS – инициалы двух студентов, участвовавших в проекте).

Специалисты университета исследовали геном бактерии и занялись улучшением ее способностей. В результате появился новый штамм с выраженными ацидофильными особенностями, благоприятствующими эффективному биовыщелачиванию.

Конечная цель работы – создать микроорганизм, который позволит предотвратить образование серной кислоты, обеспечит получение элементарной серы и никеля.

Весной 2023 года представители отрасли, включая Vale, Glencore и Metso, выделили на реализацию этого проекта 4,2 млн долларов. Специалисты планировали разработать готовый к полноценным испытаниям процесс в течение трех-пяти лет.

Еще один канадский вуз, Университет Ватерлоо, предложил метод биоизвлечения ценных компонентов из сухих хвостов.

Исследователи показали, что с помощью бактерий можно ускорить процессы разложения содержащихся в хвостах минералов и добиться извлечения из них ценных компонентов.

Важным результатом стало выявление возможности улавливания микроорганизмами углерода из окружающей среды и его хранения в хвостах за счет так называемой микробной карбонизации, благодаря которой снижается концентрация СО₂ в атмосфере и повышается устойчивость отвала.

При разложении хвостов магний и кальций растворяются, а полученные растворы вступают в реакцию с СО₂ в атмосфере с образованием карбонатов. Бактерии способны существенно ускорить данный процесс.

Авторы уверены, что в перспективе с помощью микробной карбонизации можно будет более чем на 30 % снизить выбросы СО₂ на предприятии, а отходы горных работ – превратить в эффективный поглотитель углерода.

Финансовую поддержку канадскому исследовательскому проекту по биологической переработке хвостов предоставит некоммерческая организация Genome British Columbia, созданная при участии горнодобывающих компаний и научно-исследовательских центров, в том числе Teck Resources и Rio Tinto.

В рамках проекта специалисты намерены выявить микробов, способных агрегировать частицы ценных компонентов, например меди, и облегчить их последующее извлечение.

"В отвалах содержатся буквально горы меди; нам всего лишь нужно найти устойчивый и рентабельный способ ее извлечения при минимальном влиянии на окружающую среду", – указал Стивен Халлам, профессор факультета микробиологии и иммунологии Университета Британской Колумбии.

Из Северной Америки перенесемся в Европу, для которой хвосты имеют особую ценность в силу дефицита минеральных ресурсов, высокой себестоимости добычи, зависимости от импорта, экологической повестки и других причин.

Сотрудники Университета Линнеус (Швеция) провели исследование по извлечению ценных компонентов из отходов горнодобывающей промышленности с помощью образованных микроорганизмами кислот.

Эксперименты показали, что вырабатываемые микробами кислоты позволяют извлечь из магнийсодержащих хвостов около 100 % Mg, из бокситовых хвостов – 68 % алюминия, 80 % кальция и 59 % титана, а также некоторые редкоземельные элементы.

"Кислотное разложение – перспективный способ получения ценных ресурсов. Он сокращает количество отходов, обеспечивает защиту окружающей среды и производство сырья для промышленности, продлевает срок эксплуатации месторождений. Еще это зеленая технология, внедрение которой создаст рабочие места", – заявил автор исследования Натан ван Вик.

Строительство и сельское хозяйство

Дополнительным преимуществом метода, разработанного Университетом Линнеус, является перспектива использования переработанных материалов в получении быстро затвердевающего бетона.

Производство строительных материалов – одно из направлений использования отходов горнодобывающей промышленности. Им занимается Auxilium Technology Group, которая стала финалистом конкурса BHP Tailings Challenge.

Компания предложила процесс очистки и дальнейшего использования хвостов добычи и переработки медных руд в качестве строительного материала или для создания геопены, применяемой в изоляции.

На следующем этапе Auxilium Technology Group планировала построить опытную фабрику на площадке лаборатории San Xavier Underground Mining Laboratory при Аризонском университете в США.

Вторым финалистом конкурса стала компания Americas Tailings, презентовавшая процесс извлечения из хвостов питательных веществ и производства удобрений.

Всего организаторы BHP Tailings Challenge получили 150 заявок из 19 стран мира. В 2023 году оба финалиста завершили контрольные тесты и перешли к анализу результатов для проведения полевых испытаний.

Защита окружающей среды

Упомянутая организация Genome British Columbia финансово поддержит еще одну разработку, связанную с биологической переработкой отходов. Она нацелена на выявление и культивирование бактерий, которые в процессе жизнедеятельности создают на поверхности хвостов твердую кальцийсодержащую корку, подавляющую пыль, предотвращающую эрозию и снижающую проницаемость для жидкостей.

Специалисты Квинслендского университета, в свою очередь, предложили метод преобразования хвостов в почву. Он состоит в выращивании на хвостохранилищах определенных видов микроорганизмов.

Микробы потребляют органику и минеральные компоненты, содержащиеся в хвостах, превращая их в функциональные агрегаты, "строительные блоки" почвы.

Авторы подсчитали, что для преобразования отходов добычи в почву естественным путем требуются тысячи лет, а процесс трансформации хвостов в почвоподобный материал, на котором могут произрастать растения, по разработанной технологии занимает всего около года.

Отдельным и довольно обширным направлением использования отходов является улавливание и хранение углекислого газа, которое помогает бороться с глобальным потеплением и защищать окружающую среду.

В 2023 году компания Arca Climate Technologies получила около 1 млн долларов от Центра инноваций и чистой энергетики Британской Колумбии на реализацию пилотного проекта по минерализации углекислого газа в хвостах на предприятии Nickel West в Австралии.

Минерализация предполагает улавливание CO₂ из атмосферы и его преобразование в твердую карбонатную форму некоторыми породами и минералами. Этот процесс обычно происходит естественным путем: на хвостохранилище Nickel West – одном из крупнейших в Австралии – таким образом ежегодно улавливается около 40 тыс. т углекислого газа, что эквивалентно выбросам 15 тыс. автомобилей.

Минерализацию, однако, можно ускорить – для этого и предназначена технология Arca Climate Technologies. В перспективе она позволит превратить хвостохранилище Nickel West в большой поглотитель углерода.

Сущность подхода заключается в повышении эффективности минерализации за счет использования специальных технических средств, операций и машинного обучения.

Испытания на Nickel West стартовали в конце ноября 2023 года и были рассчитаны на полтора года.

Заключение

Проектов, связанных с использованием отходов горнодобывающей промышленности, множество. Их количество будет расти по мере истощения ресурсов, увеличения спроса на полезные ископаемые, востребованные современной экономикой, ужесточения экологической политики и усиления мер по борьбе с климатическими изменениями.

В настоящее время всем этим инициативам не хватает главного: перехода из категории планов, перспективных разработок и испытаний в категорию действующих объектов. Когда это произойдет, выгоду получат и отрасль, и природа, и общество.

"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 4 (317), АПРЕЛЬ 2025 ГОДА

© АО "Иргиредмет", 2025