Мировые тенденции и российские перспективы переработки упорных золотосодержащих руд

Емельянов Ю.Е., ведущий научный сотрудник лаборатории металлургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук

Богородский А.В., ведущий научный сотрудник лаборатории металлургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук

Существует несколько основных способов вскрытия упорного золотосодержащего сырья, к которым, в частности, относятся бактериальное и атмосферное окисление. Оба метода в целом схожи и предусматривают продолжительное окисление тонкоизмельченного концентрата воздухом или кислородом в реакторах с механическим перемешиванием. Выбор того или иного варианта обосновывается результатами научно-исследовательских работ, расчетами капитальных и операционных затрат, возможностью поставки оборудования.

Классический способ переработки упорных золотосодержащих руд заключается в концентрировании целевого продукта методом флотации с последующим окислением сульфидных минералов, которые являются носителями ценного компонента. В процессе окисления сульфидов золото и частично серебро становятся доступными для выщелачивания цианистыми растворами.

До середины XX столетия для окисления сульфидов широко применялся относительно простой и недорогой процесс окислительного обжига. Однако в настоящее время этот прием используют редко по экологическим причинам. Выделяющиеся в процессе переработки сернистые газы требуют проведения весьма дорогостоящих операций улавливания и утилизации продуктов улавливания. Обжиг возможен при наличии потребителя серной кислоты, получаемой из образующегося диоксида серы.

В середине прошлого века на смену окислительному обжигу пришло автоклавное окисление. Сегодня в эксплуатации находится более полутора десятков золотоизвлекательных фабрик (ЗИФ), практикующих данный метод переработки золотосодержащих рудных материалов. При этом на четырех из них на окисление подают непосредственно руду, то есть этот процесс привлекателен еще и тем, что может быть реализован без использования флотационного передела, так как объем автоклава зависит главным образом не от массы перерабатываемого концентрата, а от массы сульфидов, которые необходимо окислить.

К недостаткам автоклавного окисления стоит отнести высокие капитальные и операционные затраты и строгие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Следует также отметить, что основное оборудование для автоклавного окисления производится в недружественных России странах. Два российских автоклавных завода в Хабаровском крае и Амурской области были построены до начала санкционного давления.

Амурский гидрометаллургический комбинат и Покровский рудник, использующие автоклавное окисление золотосодержащих концентратов, могут принимать на переработку давальческое сырье. Зачетное извлечение золота и стоимость переработки определяются в зависимости от вещественного состава концентрата.

У российской золотодобывающей промышленности существует вариант отправки золотосодержащих концентратов на уральские медеплавильные заводы – в случае, если их транспортировка в принципе возможна. Так, АО "Уралэлектромедь" гарантирует извлечение золота на уровне 96,8 % и в оплату своих услуг забирает 19,5 % металла при условии его содержания в сырье более 25 г/т. По нашему мнению, это интересное предложение.

На рис. 1 показана диаграмма использования различных методов переработки золотосодержащих руд в мире.

Рисунок 1. Доли различных технологий переработки золотосодержащих руд в мире

В настоящий момент в России при необходимости переработки золоторудного сырья на месте добычи актуальными являются два способа окисления сульфидных минералов для вскрытия упорного золота: бактериальное и атмосферное (низкотемпературное) выщелачивание.

По нашим сведениям, в мире эксплуатируется около 25 золотоизвлекательных фабрик с бактериальным циклом окисления флотационных концентратов, в том числе в России, Узбекистане и Казахстане.

Атмосферное выщелачивание (процесс Albion) – относительно новый прием подготовки упорного сырья к цианированию. Первоначально он использовался в кислотном варианте для выщелачивания цинковых и медных концентратов. Сегодня работают две фабрики в щелочном варианте для окисления золотосодержащих сульфидов – в Доминиканской Республике и Армении. Имеются сведения о проекте внедрения этой технологии в Казахстане.

В России низкотемпературное выщелачивание золотосодержащих концентратов реализовано на Березняковской ЗИФ на Южном Урале. Процесс эксплуатируется в кислотном варианте, так как в золотосодержащем концентрате присутствует медь.

В целом процессы бактериального и атмосферного выщелачивания (окисления) схожи. Тонкоизмельченный концентрат продолжительно окисляют воздухом (бактериальное выщелачивание) или кислородом (атмосферное выщелачивание) в большеобъемных реакторах с механическим перемешиванием.

В настоящей статье представлено сравнение этих технологических приемов на примере переработки флотационного концентрата руды месторождения Sari Gunay в Иране.

Руда и концентрат с этого месторождения являются типичным упорным золотосодержащим сырьем. Прямым цианированием из них извлекается не более 20 % золота. Упорность обусловлена тонкой ассоциацией драгоценного металла с сульфидами – пиритом и частично реальгаром. Содержание сульфидной серы и золота в концентрате составляет 24 % и 22 г/т соответственно. Сорбционная активность у материала отсутствует. Тонкое измельчение концентрата заметного эффекта на последующее цианирование не оказывает.

Ввиду возможности отгрузки концентратов на автоклавные заводы и с целью сопоставления было также проведено автоклавное окисление флотационного концентрата.

Была опробована схема, включающая автоклавное окисление измельченного концентрата при температуре 220 °С и избыточном давлении кислорода – 0,7 МПа, кондиционирование окисленной пульпы при 90 °С, фильтрацию и сорбционное цианирование кека.

Атмосферное (низкотемпературное) окисление измельченного в бисерной мельнице концентрата проводили при температуре 95 °С. Было опробовано два варианта окисления: кислотный – при значении рН менее 2 (КАО); щелочной – при значении рН более 6 с периодическим внесением извести (ЩАО). После окисления пульпу фильтровали с промывкой кека на фильтре, кек подвергали сорбционному цианированию.

На начальной стадии бактериального окисления были выполнены мероприятия по адаптации микроорганизмов к руде данного месторождения. Использовали коллекционную культуральную жидкость, содержащую бактерии типа Аcidithiobacillus thiooxidans и Аcidithiobacillus ferrooxidans.

Бактериальное выщелачивание измельченного концентрата осуществлялось с использованием адаптированных микроорганизмов в обычных для этого процесса условиях. После окисления пульпу фильтровали с промывкой на фильтре, кек подвергали сорбционному цианированию.

Условия и результаты окисления концентрата и цианирования продуктов окисления представлены в таблице.

Условия и результаты окисления концентрата и цианирования продуктов окисления

Результаты опытов показали, что все методы обеспечивают близкие и достаточно высокие показатели по окислению сульфидов и извлечению золота. Аналогичные результаты получены и при исследовании других подобных сырьевых объектов.

Если же руда (концентрат) обладает двойной упорностью, то есть имеет сорбционную активность, результаты могут быть иными. Так, автоклавное выщелачивание активирует сорбционные свойства углистого вещества, а бактериальное выщелачивание частично их подавляет.

Для выбора оптимального варианта переработки золотосодержащего сырья двойной упорности необходимы детальные исследования на конкретном сырье, и вероятен случай, когда единственным вариантом может быть окислительный обжиг.

При сопоставлении и выборе приема окисления упорных концентратов – бактериального или атмосферного выщелачивания – следует учитывать следующие факторы:

• Практически все оборудование для этих процессов можно изготовить или приобрести в России за исключением мельниц сверхтонкого измельчения – их производят западные фирмы: Metso Outotec – вертикальные мельницы SMD и Vertimill для двухстадиального измельчения, Glencore Technology – горизонтальные мельницы IsaMill для одностадиального измельчения. Аналог SMD, мельницу "МУИ-450", производит "БФК Инжиниринг" в Казахстане, аналог IsaMill, ALC-1500L, выпускают в КНР. Вопросы поставки этого оборудования в Россию решаются в индивидуальном порядке.
• Мельницы сверхтонкого измельчения – весьма дорогостоящее и энергоемкое оборудование. При бактериальном окислении доизмельчение концентрата можно проводить в стандартных шаровых мельницах – это является преимуществом данного метода.
• При бактериальном выщелачивании следует учитывать необходимость строгого соблюдения температурного режима, так как в случае гибели биомассы из-за перегрева пуск предприятия может занимать несколько недель. При атмосферном выщелачивании такие риски исключены.
• Главное преимущество атмосферного окисления перед бактериальным – это возможность проводить процесс в щелочной среде. Чаны бактериального окисления выполняются из дорогостоящих кислотостойких сплавов.
• Процесс в щелочной среде эффективен для концентратов относительно простого вещественного состава. Если в концентрате содержится медь, которую необходимо выщелочить, то процесс ведут в кислой среде, и главное преимущество атмосферного выщелачивания перед бактериальным исчезает. Это частично компенсируется возможностью получения товарного медного концентрата.
• Для окисления сульфидов при бактериальном выщелачивании используется воздух, а при атмосферном – кислород, то есть требуется кислородная станция. Производство кислорода – энергоемкий процесс: для получения 1 нм³ O₂ потребляется примерно 0,6 кВт∙ч. В принципе при атмосферном выщелачивании можно использовать воздух, но тогда продолжительность операции по разным причинам увеличится и приблизится к продолжительности бактериального окисления.

Таким образом, можно заключить, что если предприятие не намерено реализовать упорные золотосодержащие концентраты сторонним компаниям, а предпочитает перерабатывать их на месте добычи, то актуальными являются технологии бактериального и атмосферного выщелачивания.

По технологическим показателям оба способа примерно равны. Выбор той или иной технологии может быть обоснован результатами научно-исследовательских работ, технико-экономическими расчетами капитальных и операционных затрат (рис. 2), а также возможностью поставки импортного оборудования.

Рисунок 2. Сравнение капитальных и операционных затрат на унцию произведенного золота по различным технологиям окисления при производительности ЗИФ 600 тыс. т в год (содержание золота – 2 г/т)

"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 7 (308), ИЮЛЬ 2024 ГОДА

© АО "Иргиредмет", 2024