Методы получения золота из руды

Введение

Россия относится к числу стран с богатейшими природными ресурсами драгоценных металлов и традиционно находится в первом ряду производителей золота и других драгметаллов. Отечественный рынок является экспортно-ориентированным - добываемых драгоценных металлов хватает не только на обеспечение своих нужд, но еще и для довольно массовой продажи другим странам.
Золотодобывающая промышленность на сегодняшний день является одной из доминирующих отраслей. Рост производства золота наблюдается во всех странах мира. Доминирующим продуцентом золота в СНГ остается Россия, хотя с 1994 г. в течение трех лет наблюдалось последовательное снижение производства этого металла. В 1997 г. ситуация изменилась, и выпуск золота в России увеличился. С увеличением роста производства золота складываются предпосылки для разработки принципиально новых технологий.
В настоящее время более 80 % запасов золота резервных месторождений сосредоточено в рудах с низким его содержанием - менее 3,5 г/т.
Соответственно, перспективы увеличения золотодобычи в России связаны с необходимостью вовлечения в эксплуатацию объектов с низким содержанием драгоценных металлов, в частности. Для эффективного освоения различных объектов требуется применение новых инновационных технологий на всех стадиях добычи и переработки руды.


1.1. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЗОЛОТА ИЗ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ, НОВЫЙ МЕТОД
Технология бактериального выщелачивания, широко применяемая на одном из крупнейших золотодобывающих предприятий - ЗАО «Полюс», на долю которого приходится значительный объем добычи золота страны.
Технологическая схема (рис. 1) переработки руд Олимпиадинского месторождения включает следующие операции:
1)рудоподготовки;
2)флотации;
3)бактериального окисления флото-концентрата для вскрытия упорного тонкодисперсного золота, связанного с сульфидами, главным образом с арсенопиритом;
4)отделения противоточной декантацией бактериальных растворов от твердых продуктов биоокисления, направляемых на сорбционное цианирование;
5)сорбционного цианирования хвостов основной флотации и концентрата дофлотации сульфидов в зависимости от состава перерабатываемых руд;
6)нейтрализации бактериальных растворов и обезвреживания хвостов сорбционного цианирования.

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема переработки золотосодержащих руд Олимпиадинского месторождения

Рудоподготовка осуществляется следующим образом: руда поступает в дробилку ШДЗ 1000/320, затем направляется на двухстадиальное измельчение до крупности 85-90 % класса -0,074 мм.
Далее измельченная руда поступает в контактный чан, где производится ее обработка следующими реагентами: медным купоросом (активатор), бутиловым ксантогенатом (коллектор) и Т-92 (вспениватель). Обработанная руда поступает на флотацию. Полученный флотоконцентрат после сгущения поступает на биоокисление. Выход флотоконцентрата составляет 7 %.
Разрабатываемые руды Олимпиадинского месторождения характеризуются весьма сложным химическим составом и разнообразием минеральных форм.
Химический состав руды отличается высоким содержанием кремнезема (50,48 %) и низким содержанием оксида кальция (16,44 %) и серы (< 1 %). Золото в руде присутствует в виде пылевидных и тонкодисперсных частиц. Основная его часть (88 %) представлена классом -0,044 мм и частично коллоидной формой.
Минеральный состав руды относительно простой. Руды представлены кварц-слюдисто-карбонатными метасоматитами, содержащими до 10 % жильного материала.
Породообразующими минералами являются карбонаты, кварц, слюды и др. (таблица 1).
Рудные минералы представлены сульфидами на 3,5-5 %: пирротином (в основном), арсенопиритом, антимонитом, пиритом. Остальные минералы присутствуют в подчиненных количествах. Золото в преобладающей степени связано с арсенопиритовой минерализацией, которая представляет, как правило, равномерную вкрапленность тонкоигольчатых и короткопризматических кристаллов размером до 2 мм.
Для окисления сульфидных минералов в концентрате используется комплекс тио-новых железо-серуокисляющих бактерий, в котором ведущую роль играют бактерии Thiobacillus ferrooxidans, окисляющие наряду с серой и закисным железом широкий класс сульфидных минералов [3].
Присутствие в концентратах значительного количества легкоокисляемого сульфидного минерала с образованием элементной серы создает благоприятные условия для развития других тионовых бактерий Thiobacillus thiooxidans; ускорению процесса биоокисления концентрата способствуют также железоокисляющие бактерии Leptospirillum ferrooxidans.
Данные микроорганизмы [1] представляют собой неспорообразующие подвижные клетки длиной 0,8-1 мкм и толщиной 0,4-0,5 мкм. Передвигаются они с помощью полярного жгутика, длина которого во много раз превышает длину самой клетки (12 мкм). Масса клетки около 4-10"13 г, плотность 1,055 г/см3. Химический состав бактерий сложный. Главным компонентом бактериальной клетки является вода (70-85 %).
В сухом остатке (30-15 %) содержатся органогенные и зольные элементы, входящие в состав клеткообразующих органических (белки, углеводы, жиры и кислоты) и неорганических (фосфаты, нитраты, сульфаты и др.) соединений.
Снаружи клетка Thiobacillus имеет жгутик, размещенный вдоль или поперек удлинения клетки, и реснички. Вместе они образуют аппарат движения клетки. Поверхность клетки покрыта слизистой капсулой, служащей средством захвата и прикрепления к другим особям (образование колоний) и к косному субстрату. Слизистый слой состоит из воды (98 %) и органического (полисахаридного) вещества. В слизистую капсулу происходит захват минеральных частиц. В ней, начиная со смачивания минерала слизью капсулы, начинается процесс его окисления. Слизистое вещество обладает высокой ферментативной активностью.
Таблица 1
Минеральный состав руд, %
Минералы Проба Т-26 Проба Т-18
Кварц 36,4 32,0
Карбонаты: кальцит, доломит, олигонит
32,4 42,0
Слюды: мусковит, биотит, хлорит 25,3 20,0
Примеси: тремолит, цоизир, циркон,апатит
3,4 2,0
Сульфиды: пирротин, пирит, арсенопирит, халькопирит 3,2 3,3
Антимонит, бертьерит, сфалерит 0,3 0,4

Наконец, основную часть клетки составляет цитоплазма (протоплазма с диффузным ядром), заключенная в цигоплазменной мембране. В цитоплазме сосредоточен генетический аппарат клетки: здесь протекают процессы, приводящие клетку к делению, совершается конструктивный метаболизм, т.е. биохимические превращения, сопровождаемые накоплением биомассы. Размножение бактерий, происходящее делением, совершается весьма интенсивно: через 20-30 мин количество клеток обычно удваивается. За сутки одна особь дает 60-70 поколений [8].
Эти бактерии строго авготрофны, не используют органические вещества для своей жизнедеятельности, поэтому не опасны для человека и животных. Бактерии для своего роста и развития нуждаются лишь в неорганических соединениях железа, серы, сульфидных минералах и используют кислород и углекислый газ воздуха

. Развиваются лишь в серно-кислотной среде при оптимальных значениях pH = 1,5 2,5 и температуре 28-30 °С.
В силу своей новизны процесс бактериального выщелачивания имеет широкие возможности модернизации. Поскольку на собственно процесс влияет множество факторов (pH среды, температура, концентрация кислорода и углекислого газа в подаваемом воздухе и др.), самым правильным путем к усовершенствованию процесса является оптимизация его параметров. [7]
Технологические расчеты показали, что обеспечение оптимальных условий тепломассообмена и оптимизация условий протекания процесса позволят увеличить объем перерабатываемого сырья в 1,2 раза.
1.2. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ЗОЛОТА ИЗ РУД
Сорбция золота из рудной пульпы с помощью ионитов позволяет исключить из технологических схем переработки руд — фильтрацию, осветление растворов, осаждение золота цинковой пылью и переработку шламов. За счет снижения потерь растворенного золота в хвостах повышается его извлечение. Это технология позволяет получать на фабриках готовый продукт с содержанием благородных металлов 85—96%.
Наибольшего эффекта сорбционной технологии получается при переработке глинистых руд, требующих большого фронта фильтрации, а также при переработке мышьяковистых и углистых руд. Для извлечения цианистого комплексного аниона применяют анионообменные смолы (аниониты). Принципиальная схема переработки золотосодержащих руд с использованием анионитов приведена на рисунке.
Разработанная в ГП «ИМР» методика использования ионообменных смол при гидрометаллургическом переделе золотосодержащих руд и концентратов включает:
1.Определение и оценку ионного состава жидкой фазы цианистой пульпы.
2.Выбор марки анионита и установление на рабочих цианистых растворах основных показателей сорбента:
•емкости по золоту, серебру и неблагородным металлам, присутствующим в жидкой фазе цианистой пульпы;
•селективности по отношению к золоту;
•кинетики обмена;
•изотермы сорбции золота;
•механической прочности сорбентов;

Принципиальная схема переработки золотосодержащих руд с использованием анионитов
•десорбции золота и регенерации анионита, насыщенного комплексными анионами из рабочего роствора;
•изменения емкости и кинетической характеристики анионита при повторном использовании его в цикле сорбции.
3.Методика сорбционного выщелачивания руд.
4.Укрупненные испытания ионообменного процесса.
Ионообменные смолы производятся в виде частиц сферической форме различной величины. Для выполнения работ в лабораторных условиях выбирается зерен смолы: -0,8 + 0,5 мм—для опытов на растворах и -1,2 + 0,8(0,6) мм — для работы на пульпе.
Количество поглощенного смолой золота определяют по изменению концентрации его в фильтрах до и после контакта с сорбентом, либо непосредственным анализом смолы.
Анализ растворов и смолы на золото и серебро рекомендуется проводить атомно-абсорбционным методом. Смолу после сушки и взвешивание сжигают в муфеле при 800—900 °С, а золу обрабатывают царской водкой (1:2 ÷ 4).
Смолу на золото можно анализировать и пробирным методом. Для этого анионит плавят по шихте следующего состава, г: сода — 50; глет — 35; бура — 10; уголь — 0,5—1,0. Навеска анионита — 1—10 г. Необходимое количество серебра присаживают в шихту, в виде хлорного либо в вериблей в виде металлического.
При содержании золота в цианистых растворах до 2 г/м3 удовлетворительной емкостью сорбента по золоту следует считать не менее 4—10 мг/г сухой смолы и не менее 20—30 мг/г при содержании золота более 2 г/м3 цианистого раствора.
Изучение кинетики ионного обмена проводят в статических условиях на свежих и регенерированных анионитах путем контакта их [100 мг] с цианистым раствором [400 мл] в течение 0,5; 1; 2; 4; 6; 10; 16 и 24 ч.
Желательна высокая скорость реакции обмена анионов золота — Au(CN)2_ как на свежих, так и на регенерированных анионитах особенно в течение первого часа сорбции. Резкое снижение кинетики сорбции золота на регенерированном анионите указывает на неудовлетворительную регенерацию сорбента. Сильноосновной анионит марка AM и аниониты смешанной основности обладают удовлетворительной кинетикой сорбции золота; слабоосновной анионит АН-18 характеризуется худшей кинетикой сорбции (таблица).
Аниониты с высокими кинетическими данными позволяют значительно сократить объем сорбционной аппаратуры и единовременную загрузку ионита. Условия испытания анионита на механическую прочность. Объем пульпы — 1 л; навеска анионита АМ-2Б — 2—4 г на 1 л пульпы; крупность зерен анионита в набухшем состоянии — +0,8—1,2 мм, ж:т = 1,5 ÷ 2:1; степень изменения — 0,15 мм; продолжительность контакта смолы с пульпой — 24 ч. [4]
По окончании процесса пульпы выгружают из аппарата, пропускают через сито 0,21 мм для отделения анионита от пульпы и отмывают сорбент водой от илов. С сита анионит переводят в чашу и рассевают его на 2 класса:-0,8+0,5 мм и -0,5+0 мм.
Класс -0,5 мм — безвозвратные потери анионита с обеззолоченной пульпой, за счет истирания зерен при сорбционном процессе.
В случае механически прочных анионитов количество кл. -0,5+0 мм не должно превышать 5—20 г на 1 т руды. Рассматривая зерна кл. -0,8 мм под бинокуляром можно установить причину изменения ситовой характеристики анионита. Целые зерна указывают на изменение нобухаемости анионита.
Десорбцию золото проводят кислыми растворами тиомочевинны с образованием в растворе катионного комплексе золота, либо щелочным растворам роданистого аммония, за счет ионного обмена. Оба элюента обеспечивают высокое извлечение золота, серебра (97— 99%) и меди (92—97%). Десорбцию золота проводят в динамических условиях (в колонке) с последующим извлечением металла из алюатов электролизом, либо в процессе электроэлюирования, совмещая во времени и в одном аппарате элюирование и электролиз.
Электроэлюирование более эффективный процесс чем динамическое элюирование в колонках. Он позволяет сократить нужный объем элюента в 2,5— 10 раз и продолжительность ионообменного процесса, а также достигнуть более высокого извлечения золота из смолы.
Условия десорбции золота с анионита АП-2 в колоннах. Состав элюента: 0,4— 0,7 н CS(NH2) 2+ 0,7 н H2S04 (0,5 н HCI) элюента: V смолы = 10:1; скорость фильтрации элюента — 100 мл в час; объем смолы — не менее 10 мл; t элюента — 50 °С. Десорбция золота в процессе электроэлюирования Для предупреждения анодного разложения тиомочевины электроэлюирование следует проводить с использованием ионитовых диафрагм — мембран. Отличительными особенностями ионитовых мембран являются: небольшое электрическое сопротивления и высокое диффузионное сопротивление. [2]
Кинетика сорбции золота на аниониты АН-18 и АМ. Состав исходного раствора: Аи — 9,25 m/л; cnacn — 0,04%, концентрация защитной щелочи по сао — 0,02%; концентрация смолы в растворе — 0,25 г/л
Продолжительность сорбции, час Извлечение из растворов, %

AM (6% ДВЕ) АН-18 (8% ДВБ) макропористый
1 42,7 —
4 81,1 27,1
6 84,4 43,2
8 97,6 50,9
12 98,0 53,0
24 99,0 89,0

Состав электролита аналогичен применяемому для динамического элюирования в колонках.
Состав аналита — 0,6—0,7 н H2S04; объем смолы — более 10 мл; катодная плотность тока — 10—20 а/м2; уд