СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ШТАБЕЛЕЙ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к гидрометаллургической переработке техногенного минерального сырья и, в частности, к биогидрометаллургическому вскрытию золота в отработанных штабелях кучного выщелачивания.

Способ может быть использован в горно-обогатительной, горно-химической, металлургической отраслях.

Современная стратегия недропользования направлена на сбалансированное потребление природных ресурсов с высокой степенью комплексности их использования, включая утилизацию образовавшихся (лежалых) и образующихся (текущего производства) отходов переработки.

Минерально-сырьевая база благородных металлов РФ в последние десятилетия прогрессивно сокращается, качество вовлекаемых в переработку руд ухудшается с изменением их вещественного состава, снижением содержания благородных металлов и уменьшением размерности минеральных фаз от тонкой до эмульсионной и т.д. В связи с истощением запасов богатых золотых россыпей и золотосодержащих руд все чаще в качестве стратегического направления развития выбирают разработку месторождений бедных и забалансовых руд, маломощных по запасам месторождений относительно богатых руд, отходов горных, обогатительных и металлургических производств. В этих условиях принципиальное значение имеет создание таких технологий переработки полезных ископаемых, в особенности руд благородных металлов, которые обеспечивают увеличение объемов получаемой товарной продукции с одновременным снижением потерь ценных компонентов и возможно более высокой степенью утилизации образующихся отходов переработки. Для переработки таких руд, как правило, используют методы кучного выщелачивания (КВ).

Отработанные штабели кучного выщелачивания содержат благородные (золото, серебро), цветные (медь, цинк, свинец), черные (железо, марганец) металлы и другие компоненты, которые могут стать дополнительным источником товарной продукции и пополнить ресурсную базу страны. Штабели представляют собой весьма большие по массе техногенные объекты, требующие специальных мер для их обезвреживания и рекультивации, поскольку основными технологическими приемами извлечения золота и серебра являются экологически небезопасные цианидный и кислотный процессы. Кроме того, отработанные штабели оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду, занимая огромные земельные площади и являясь источником как дренажа подотвальных вод, так и пылеобразования. Причин потерь золота при кучном цианировании рудных материалов множество, в том числе приуроченность золота к гидроксидам железа по пириту, которые имеют плотное внутреннее строение и заключены в матрице массивного кварца; связь золота с микрокристаллическим неокисленным пиритом и другими сульфидами в массивном кварце, недоступными для воздействия цианистых растворов; наличие на частицах золота налетов тонко дисперсных агрегатов гидроксидов железа и слюдисто-глинистых минералов; гнездообразный характер выделений микроскопических и субмикроскопических частиц золота в минералах породы и др. Учитывая, что извлечение золота из руд кучным цианидным способом составляет в среднем 50-65%, а серебра 30-50%, в отработанных штабелях остается значительное количество этих металлов при содержании золота от 0,3 до 2,0 г/т серебра - 1,0-10 г/т и более, в зависимости от вещественного состава и степени раскрытия золота в закладываемом в штабель исходном материале.

Эффективное извлечение благородных металлов из лежалых материалов штабелей практически неосуществимо без применения предварительных комплексных технологических решений по вскрытию металлов. Примеры прямых прототипов по доизвлечению благородных металлов из лежалых материалов штабелей кучного выщелачивания золота отсутствуют.

Известен способ кучного выщелачивания металлов из отвалов горных пород горнорудных предприятий, включающий орошение отвала оборотными сернокислотными растворами, окисление сульфидов металлов кислородом воздуха, катализируемым микроорганизмами Thiobacillus ferrooxidans, растворение получаемых сульфатов меди, цинка и железа, обработку продуктивного раствора сернистым натрием с переводом меди и цинка в осадок медно-цинкового концентрата, жидкая фаза из которого возвращается на орошение (патент RU 2188872, опубл. 10.09.2002).

Способ касается выщелачивания меди и цинка из добычных отвалов, которые не подвергались кучному цианидному выщелачиванию и не рассматривались как источник дополнительного извлечения золота.

Цель изобретения - повышение полноты извлечения запасов путем более эффективной переработки минерального сырья с максимально полным доизвлечением ценных компонентов, созданием условий для глубокой утилизации складированных отходов и снижением экологической нагрузки на окружающую среду.

Задачи, на решение которых направлен предлагаемый способ: доизвлечение благородных и цветных металлов из отработанных штабелей кучного выщелачивания путем их глубокой биогидрометаллургической переработки, отвечающей высоким экологическим требованиям; снижение потерь ценных компонентов до уровня, позволяющего рекультивировать вторично отработанные штабели руды либо использовать их материал в стройиндустрии без вреда для окружающей среды.

Техническим результатом является повышение глубины переработки минерального сырья с получением дополнительной товарной продукции.

Суть способа заключается в следующем. После естественного природного обезвреживания (экохимической очистки) штабеля кучного выщелачивания золота до допустимого остаточного содержания цианида (ПДК - 0,1 мг/л) определяют крупность непродуктивной (не содержащей значимых количеств золота и серебра) фракции, которую удаляют посредством мокрого высокоинтенсивного виброгрохочения с одновременной промывкой материала свежей водой, продуктивную фракцию направляют на окомкование, укладывают в новый штабель и подвергают цианированию с последующей контрольной водной промывкой штабеля перед рекультивацией.

Экохимическое обезвреживание штабеля под действием естественного комплекса физических, химических и биологических процессов длится от 2,5 до 5 лет и является экономически и экологически приемлемым вследствие относительно низкой стоимости по сравнению с химической очисткой (гипохлорирование, окисление перекисью водорода, продувка смесью сернистого газа и воздуха, цианосорбция и пр.), уменьшения вторичного загрязнения отходов, обеспечения одновременной очистки от нескольких загрязнителей, соответствия современным экологическим нормативам. За этот срок цианид в штабеле распадается на естественные составляющие (углерод и азот), из которых азот является активным источником жизнеобеспечения бактерий. Визуальным критерием готовности отработанного штабеля к вторичной переработке является появление на его поверхности интенсивной растительности.

При высокоинтенсивном виброгрохочении происходит максимальная дезинтеграция материала с раскрытием сростков золота с другими минералами за счет больших ускорений, создаваемых на поверхности сетки и в толще материала (ок. 1000 g), многочастотного характера нелинейных вибраций (на сетке одновременно присутствует сплошной широкий спектр частот), сильных вибрационных импульсов, исходящих от многочастотной возбуждающей системы. Подаваемая свежая вода выполняет функции промывной. Отмеченные характеристики грохочения могут быть реализованы при использовании, например, грохота «Ultimate Screener™» (Kroosh Tehnologies Ltd., HYDROLA Ltd., Израиль) для мокрого и сухого просеивания зернистых смесей с дополнительной промывкой материала и без нее и обеспечением высокой производительности (до 50 т/час на 1 кв. м сетки грохота). Кроме классификации по крупности и дезинтеграции слежавшегося материала штабеля виброгрохочение выполняет также функцию насыщения руды кислородом воздуха перед биовскрытием.

К непродуктивной фракции обезвреженного штабеля чаще всего относится фракция крупностью более 10 мм, в которой содержание золота находится на уровне 0,09-0,15 г/т, серебра - на уровне 0,15-10 г/т при распределении металлов на уровне 5-7% и выходе фракции 28-48% от массы первоначально заложенного на выщелачивание материала.

Отвальный по содержанию золота материал крупностью более 10 мм может быть частично уложен в основание вторичного штабеля при переукладке, а также использоваться для организации нижних слоев новых штабелей кучного выщелачивания при расширении производства.

Окомкование продуктивной фракции (подрешетного продукта виброгрохота) проводят при расходе цемента 5-10 кг/т материала, сульфата двухвалентного железа - 0,5-1,5 кг/т, воды в составе раствора сульфата железа - 150 л/т при концентрации Fe(II) в растворе 3-10 г/л. Влажность окатышей - 12-16%.

В качестве бактериального комплекса используют раствор, содержащий штаммы тионовых железоокисляющих микроорганизмов Acidithiobacillus ferrooxidans и тионовых сероокисляющих микроорганизмов Acidithiobacillus thiooxidans, выделенных из исходных руд, материала отработанных штабелей или близрасположенных непроточных водных источников. Методы выделения, накопления (культивирования), количественного учета, определения активности и изучения микроорганизмов детально описаны в литературных источниках (например, лит. 1-4). В минеральном субстрате отработанного штабеля уже имеются практически все источники питания для микроорганизмов окислительного действия. Полученные штаммы смешивают в соотношении 1:1 с созданием биокомплекса микроорганизмов, который затем культивируют на питательной среде 9К (табл.) для достижения необходимой удельной концентрации биоклеток на уровне 10⁶-10⁷ клеток/мл в течение 10 суток. Исходные параметры бактериального раствора: pH 1,8-2,1, Eh 640-680 мВ, температура 30-35°C. Удельный расход бактериального раствора составляет 0,5-2 л/час на 1 м² поверхности (12-48 л/сут. на 1 м²), длительность орошения - 6-12 месяцев с последующей выдержкой штабеля без орошения в течение 3 месяцев, после чего проводят цианидное выщелачивание благородных металлов. Через 5-6 месяцев после окончания цианирования штабель подвергают контрольной водной промывке для дополнительного доизвлечения золота и серебра, поскольку процесс бактериального окисления, а следовательно и процесс вскрытия благородных металлов обладает пролонгированным действием.

Способ позволяет:

- повысить эффективность переработки минерального сырья;

- повысить полноту и комплексность использования природного минерального сырья за счет доизвлечения золота на 30-40%, серебра - на 40-60%, цветных металлов (медь, цинк) относительно этих показателей при первичном кучном выщелачивании;

- получить дополнительную высоколиквидную товарную продукцию;

- использовать экохимическое природное обезвреживание штабеля под действием естественных процессов, которое экономически и экологически более выгодно вследствие относительно более низкой стоимости в сравнении с химическим обезвреживанием, уменьшения вторичного загрязнения отходов, обеспечения одновременной очистки от нескольких загрязнителей, соответствия современным экологическим нормативам;

- создать условия для использования материалов отработанных штабелей в производстве стройматериалов;

- снизить отрицательное воздействие складированных отходов и экологическую нагрузку на окружающую среду.

Пример 1

Первоначально кучному цианидному выщелачиванию золота подвергали рыхлые окисленные золотоносные пирит-кварцевые руды одного из якутских золоторудных месторождений с содержанием золота 2,3 г/т, рудная минерализация которых была представлена сульфидами, в основном пиритом. Более 80% золота в рудах присутствовало в виде «невидимого» субмикроскопической размерности. Материал отработанного штабеля после естественного природного обезвреживания в течение 3-х лет представлял собой дробленый продукт агломерации руды (с цементом) крупностью менее 40 мм, в котором более 75% золота приходилось на долю нецианируемого, нераскрытого, связанного с сульфидами, породными и кислоторастворимыми минералами. Материал штабеля направляли на высокоинтенсивное виброгрохочение с достижением максимальной дезинтеграции материала, раскрытия сростков, разрушения пленок гидроксидов железа на частицах золота и с одновременной промывкой водой. Удаляемая непродуктивная фракция (надрешетный продукт виброгрохочения) крупностью более 10 мм содержала 0,10 г/т золота и выходе фракции 28,5%.

Продуктивную фракцию (подрешетный продукт виброгрохочения) крупностью -10+0 мм, содержащую 3,95 г/т золота при выходе фракции 71,5%, направляли на окомкование при расходе цемента 4,9 кг/т, сульфата двухвалентного железа - 0,8 кг/т, воды 150 л/т (концентрация Fe(II) в растворе - 5,3 г/л) и укладку в новый штабель с основанием, выложенным непродуктивной фракцией первичного штабеля крупностью более 10 мм.

Из выделенных из исходных руд штаммов микроорганизмов Ac. ferrooxidans и Ас. thiooxidans создали биокомплекс при их соотношении 1:1, который культивировали на питательной среде 9К до достижения удельной концентрации биоклеток на уровне 10⁶-10⁷ клеток/мл в течение 10 суток. Полученным раствором с начальными значениями pH 1,91, Eh 659 мВ, температуры 33°C орошали поверхность нового штабеля с удельным расходом 0,6 л/час на 1 м² поверхности (14,4 л на 1 м² в сутки) в течение 10 месяцев с последующей выдержкой штабеля без орошения в течение 3 месяцев. После окончания биовскрытия проводили цианирование и сорбцию золота из продуктивного раствора известным способом. Из продуктивной фракции материала отработанного штабеля кучного выщелачивания с содержанием золота 3,95 г/т извлечение золота составило 93,92%. Увеличение извлечения золота относительно этого показателя при первичном кучном выщелачивании - 38,8%; остаточное содержание золота в штабеле - 0,24 г/т. Через 5,5 месяцев путем контрольной водной промывки штабеля доизвлечено 2,67% золота, и его содержание в отработанном штабеле снижено до отвального значения (0,13 г/т). Итоговый показатель сквозного извлечения золота из руды - 96,59%.

Пример 2

Биовскрытию подвергали материал кучного выщелачивания золотоносных пирит-кварцевых метасоматитов (березитов) по субщелочным кварцевым сиенитам одного из месторождений Восточной Сибири, по вещественному составу представлявший собой продукт агломерации (с цементом) окисленных дробленых до 40 мм руд после экохимического обезвреживания штабеля в течение 3,5 лет и содержащего 1,45 г/т золота и 52,7 г/т серебра. Потери золота были обусловлены высокой долей (более 70%) нецианируемого золота в плотных сростках породообразующих минералов, сульфидах и кислоторастворимых минералах. Большая часть золота присутствовала в виде эмульсионного и «невидимого», то есть имела субмикроскопическую размерность. Основными причинами потерь серебра также являлись тонкая вкрапленность серебросодержащих минералов и их невскрытые сростки с породообразующими и сульфидными минералами.

Материал первичного отработанного штабеля направляли на высокоинтенсивное виброгрохочение с одновременной водной промывкой и достижением максимальной дезинтеграции материала и раскрытия сростков за счет создаваемых больших ускорений, многочастотного характера нелинейных вибраций и сильных вибрационных импульсов.

Непродуктивная фракция грохочения крупностью более 10 мм содержала 0,2 г/т золота при распределении 6,42% и выходе фракции 46,5%; 9,76 г/т серебра при распределении 8,62%. Продуктивную фракцию крупностью менее 10 мм, содержащую 2,53 г/т золота и 89,76 г/т серебра при выходе фракции 53,65%, направляли на окомкование при расходе цемента 6 кг/т, сульфата двухвалентного железа - 1,2 кг/т, воды 150 л/т (концентрация Fe(II) в растворе - 8 г/л) и укладку в новый штабель с основанием, частично выложенным непродуктивной фракцией крупностью более 10 мм.

Предварительно подготовленным раствором биокомплекса микроорганизмов Ас. ferrooxidans и Ac. thiooxidans (см. пример 1) с начальными значениями pH 1,8, Eh 665 мВ, температуры 32°C орошали поверхность нового штабеля со скоростью 0,6 л/час на 1 м² поверхности (14,4 л на 1 м² в сутки) в течение 12 месяцев с последующей выдержкой штабеля без орошения в течение 3 месяцев. После окончания биовскрытия проводили цианирование и сорбцию металлов из продуктивного раствора известным способом. Из продуктивной фракции материала отработанного штабеля кучного выщелачивания с содержанием золота 1,45 г/т извлечение золота составило 88,4%, серебра - 90,2% Увеличение извлечений металлов относительно этих показателей при первичном кучном выщелачивании составило 40,7% золота и 48,6% серебра. Контрольная водная промывка штабеля через 6 месяцев позволила доизвлечь 3,8% золота и 5,2% серебра. Сквозное извлечение золота из руды составило 92,2%, серебра - 95,4%.

Список литературы

1. Каравайко Г.И. Микроорганизмы рудных месторождений, их физиология и использование в гидрометаллургии. Автореф. дисс. на соискание учен. степени докт. биол. наук. М., 1973.

2. Биотехнология металлов. Практическое руководство (Науч. редакторы: Г.И. Каравайко (СССР), Дж. Росси (Италия), А. Агате (Индия), С. Грудев (Болгария), З.A. Авакян (СССР). М.: Центр Международных проектов ГКНТ в соответствии с программой международного проекта СССР/ЮНЕП «Биотехнология металлов как экономически приемлемый метод рационального использования минеральных ресурсов», 1989. 375 с.

3. Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. М.: «Недра», 1982. 288 с.

4. Васючков Ю.Ф. Биотехнология горных работ: Учебник. М.: Изд-во «Горная книга», 2011. 351 с.