ЛЕКЦИЯ 12. Кучное выщелачивание золота и урана

План:

1. Общие сведения о кучном  выщелачивании золота и практика применения метода зарубежными предприятиями .

2. Кучное выщелачивании золота из забалансовой руды карьера Мурунтау (ЦКВЗ« г.Зарафшан»).

3. Кучное выщелачивание урановых руд.

Цель занятий:

        Дать студентам  общие сведения и понятия о кучном выщелачивании золота и урана а также о результатах  внедрения КВ золота из забалансовой руды карьера Мурунтау .

Опорные слова:

процесс, отвал, руда, складирование, куча, раствор, орошения, перфорированный, фактор, эффективность.

Рекомендуемые материалы

1. В ряде случаев кучное выщелачивание золотосодержащих и урановых руд экономически значительно эффективнее, чем дру­гие методы извлечения этих металлов, особенно при разработке месторождений с незначительными запасами руды, а также при переработке старых отвалов или бедных забалансовых руд.

Кучное выщелачивание является наиболее приемлемым ме­тодом для отработки небольших месторождений золота и серебра ввиду низких капитальных и эксплуатационных затрат, возможности эффективного контроля состояния окружающей среды и гибкости управления при эксплуатации. Руда должна быть доступной для цианистых растворов, содержать мало угле­рода, сорбирующего золото - цианистые комплексы, в ней не должно быть избытка тонких фракций руды, препятствующих просачиванию растворов.

Для успешного проведения процесса необходимым условием являются недорогие водонепроницаемые основания, быстро мон­тируемые на месте, и недорогой процесс извлечения Au  из растворов на активированном угле (смоле). Обычно в США Au выщелачивают из больших куч при содержании в них 2,2 г/т Au. Руду отсыпают непосредственно на водонепро­ницаемую пленку, затем сверху орошают раствором цианида. Извлечение Au ведут в абсорбционных колонках, заполненных древесным углем, с последующей десорбцией золота и ре­генерацией угля. Золото десорбируют в горячих щелочных рас­творах и извлекают электроосаждением. Время выщелачивания составляет 60 дней при извлечении 70 % Au.

Основным фактором, определяющим эффективность процесса, является проницаемость слоя руды. Одним из методов органи­зации проницаемости кучи является отсыпка вначале конусов из руды метровой высоты. Последующие слои руды можно укладывать в форме кучи высотой более 5 м. Основание кучи, по данным практики, более целесообразно готовить из пластмас­совой водонепроницаемой пленки разового пользования, чем на асфальтовом основании толщиной 200 мм многократного поль­зования. Цианистые растворы содержат обычно 0,5-1 г/л NaCN, рН 10-10,5. Скорость подачи растворов на 9100-тонную кучу равна примерно 150 л/мин. Распределяют раствор в тече­ние 8 ч каждый день при скорости фильтрации 6 л/(ч.м²) по­верхности кучи.

На шахте «Эберли» (США) руда дробится до крупности -6 мм и складируется в кучи высотой 3,6 м. Выщелачивание про­водится раствором цианида концентрацией 250 г/т, рН 10-11, в течение 40-60 дней. Затем 20 дней руду отмывают от циа­нида водой. Извлечение золота составляет 70%. Общая годо­вая масса руды под выщелачиванием в кучах составляет 30 850 т. Из растворов после выщелачивания вначале извлекают 85 % Аg осаждением его сульфидом натрия. Раствор затем по­следовательно пропускают через четыре колонки, заполненные древесным углем для извлечения Аu, добавляют цианид, известь и вновь подают на орошение.

Золотосодержащий уголь направляют на гидрометаллургиче­ский завод, где вначале десорбируют Аu в растворе щелочи и этанола, доосаждают Аg, а Аu извлекают электроосаждением на катодах из стальной «ваты». В руде содержится в среднем 125 г/т Аg и 2,5 г/т Аu, запасы руды оценены в 272 тыс. т. В течение первых двух лет работы была получена прибыль в 274 тыс. долл. при эксплуатационных затратах около 10долл. на 1 т выщелоченной руды.

В штат Невада более семи лет извлекают золото из бедных золотосодержащих руд кучным выщелачиванием с производи­тельностью по руде 2300 т/сутки и средним содержанием Au около 1,5 г/т руды: Подготовка кучи к выщелачиванию заключается в создании водонепроницаемой подушки, которую отсы­пают из мелкой руды и шламов, укатывают, сверху насыпают крупный гравий, а затем руду. Размеры кучи 107х137м. при высоте 6м. Количество руды в куче составляет 170 тыс. т. Для выщелачивания используют цианисто-известковые растворы при расходе 300 л/мин, которые затем направляют на сорбцию золота на угле с повторным возвращением в процесс раствора и угля. Расход NaCN на выщелачивание составляет 200 г/т руды. Отмечается, что длительное промышленное применение кучного выщелачивания золота показало его технико-экономи­ческую эффективность, особенно малы эксплуатационные рас­ходы.

Там же, компанией «Роунд Валли Мининг» возобновлены работы по извлечению золота кучным выщелачиванием из бед­ных руд с получением 2,5 т/год сплава Доре (67% Au и 33% Ag). Схема переработки включает дробление руды, цианисто-известковое выщелачивание, извлечение золота из раствора на активированном угле, электролиз и рафинирование. Производи­тельность цеха дробления составляет 8000 т/сутки руды, содер­жащей 1,7 г/т Au и 0,6 г/т Ag.

Руду дробят в три стадии с использованием гирационной и стандартных короткоконусных дробилок до крупности на вто­рой стадии 50 мм, из которой отсыпают кучу, и на третьей - до 94 % класса - 10 мм, из которой делают основание подкучу. Автосамосвалами грузоподъемностью 100 т руду распределяют по пяти кучам. Водонепроницаемая подушка в основании кучи делается из руды и слоя асфальта толщиной 18 мм. Руду оро­шают цианистыми растворами в течение 27-35 дней, рН 9,5-10,5 создают известью.

Из раствора после выщелачивания извлекают золото и се­ребро на активированном угле в адсорбционных аппаратах, рас­твор после подкрепления направляют на выщелачивание, а зо­лотосодержащий уголь на дальнейшую переработку.

Кучное выщелачивание нового месторождения золотосодер­жащей руды в Канаде оказалось наиболее оптимальным мето­дом. В руде содержится 7,2 г/т Au и 19,6 г/т Аg. Запасы руды невелики, месторождение разрабатывается открытым способом. Руда складируется на водонепроницаемом основании (для при­дания водонепроницаемых свойств почва покрывается слоем глины, асфальтом или бетоном) и орошается 0,1 процентным циани­стым раствором с рН 12 (создается с помощью подачи 0,07%-ного раствора NaOH). Продолжительность орошения состав­ляет 20 дней, скорость подачи выщелачивающего раствора - 136,4 л/мин.

Насыщенный золотосодержащий раствор (0,05 частей Au на 1 млн. частей Н₂О) пропускается через серию стальных колонн высотой 3,6 м и диаметром 0,6 м с коническим днищем. Колонны наполнены активированным углем крупностью около 1 мм. Из последней колонны обеззолоченный раствор попадает в чан, куда добавляется цианид до концентрации 0,1 % и NаОН для создания рН 12. Подкрепленный раствор вновь направляется на орошение кучи. Максимальная емкость угля по золоту состав­ляет 9,3 кг/т. По мере насыщения уголь разгружается через днище колонны, а в колонну загружается свежая порция угля. Насыщенный золотом уголь направляется на плавку.

Предварительные исследования этого процесса в лаборато­рных условиях показали возможность извлечения золота до 89,2%, а серебра 71,3%. Расход цианида составил 0,18 кг/т руды

При извлечении золота кучным выщелачиванием из за ба­лансовых руд в CНГ получают вполне удовлетворительные ре­зультаты.

Лабораторно-укрупненные и полупромышленные испытания выщелачивания крупнокусковой руды (-100 мм) показали возможность извлечения золота от 65 до 80 %

    В результате проведенных опытно-промышленных испытаний установлено, что технологические показатели кучного выщела­чивания золота зависят от содержания в руде глинистых мине­ралов и золота, от высоты рудного отвала, способа укладки руды и системы орошения. Решающим фактором является, как правило, заиленность руды. Глины при орошении сильно набу­хают, увеличиваются в объеме на 25-30%, при этом умень­шается пористость руды, снижается скорость продвижения филь­тратов.

Многочисленные исследования выявили следующую зависи­мость: с увеличением содержания глинистых минералов в руде с 15 до 60 % скорость фильтрации цианистых растворов сни­жается с 25 до 0,4 см/сутки, а продолжительность кучного вы­щелачивания возрастает с 15 до 120 суток. Наиболее целесооб­разно кучное выщелачивание руд, содержащих менее 30-35 % глины.

2. Совместное предприятие «Зарафшан - Ньюмонт» (СП) создано в феврале 1992 г. компанией «Ньюмонт» (США), Государственным комитетом по геологии и минеральным ресурсам Республики Узбекистан (Госкомгеология) и Навоийс-ким горно-металлургическим комбинатом для переработки методом кучного выщелачивания за балансовой руды, накопленной на складах карьера Мурунтау за 25 лет его  существования. Доля иностранного партнера в уставном капитале СП составляет 50 %. Согласно договору, совместному предприятию для переработки передано 220 млн. т руды со средним содержанием 1,4 г/т.

Строительство предприятия кучного выщелачивания является элементом адаптации существующей сырьевой базы к новой экономической ситуации. При этом предусмат­ривается часть за балансовой руды переработать кучным выщелачиванием (извлечение золота 50 %), а остальную руду, хвосты кучного выщелачивания и руду от сортировки отвалов вскрышных пород переработать на ГМЗ-2 (извле­чение золота 85-94 %) после окончания горных работ в карьере Мурунтау.

При построении стратегии использования сырьевых ресурсов месторожде­ний Мурунтау применен принцип цикличности производства (см. разд. 2.1), ко­гда отходы карьера (за балансовая руда) используется для кучного выщелачивания золота (ЦКВЗ «г.Зарафшан»), отходы которого, в свою очередь, предусматривается перерабатывать на ГМЗ-2.

Совместное предприятие «Зарафшан-Ньюмонт» является первым пред­приятием по коммерческой добыче золота, проект которого был успешно реали­зован в Республике Узбекистан.

         Капитальные затраты по проекту составили 225 миллионов долларов США.

Строительство перерабатывающего завода началось в октябре 1993 года и закончилось в апреле 1995 года, а первое золото было выплавлено в мае 1995 года. За это время было выполнено: земляных работ в объеме 2 200 000 м³; уло­жено 15 300 м³ бетона; проведено 88 000 м трубопроводов и 121 000 м кабель­ных линий энергоснабжения; смонтировано 6 880 т металлоконструкций и 511 единиц механического оборудования; принято 41 000 т различных грузов. Сред­ние затраты труда на строительно-монтажные и пуско-наладочные работы со­ставили 70 чел. ч на 1 т принятого груза.

На совместном предприятии в настоящее время работает около 750 человек, в том числе 34 иностранных специалиста.

Проектная производи­тельность завода по руде составляет 13,8 млн. т/год с ежегодным выпуском зо­лота в количестве 12 и 7 т соответственно.

 Упрощенная схема завода кучного выщелачивания представлена на рис. 1, а производственные операции осуществляются следующим образом.

Три бульдозера D10L подают руду в зону работы трех фронтальных по­грузчиков D992 (вместимость ковша 10,8 м³), которыми она доставляется в при­емный бункер щековой дробилки «Нордберг 1560», установленной на самоход­ном шасси «Локотрэк», где она измельчается до крупности -150 мм.

Рис. 12.1. Упрощенная схема организации производства ЦКВЗ «г.Зарафшан»

Вибраци­онный колосниковый грохот, размещенный перед дробилкой, направляет рудную массу кондиционного размера непосредственно на конвейер. Наличие самоходного шасси позволяет размещать дробилку в непосредственной близости от забоя, что повышает эффективность работы оборудования.

После первой стадии дробления рудная масса системой конвейеров подается на буферный склад, из которого она направляется сначала в дробилку второй стадии (стандартная конусная дробилка «Нордберг МР-1000»), а затем в дробилки третьей стадии (две короткоконусные дробилки «Нордберг МР-1000»), где она последова­тельно измельчается до 13 мм.                                                      

Дробилки работают в открытом цикле, а перед ними установлены грохоты типа «банан» фирмы «Нордберг» для предварительного уда­ления мелкого материала. Грохоты этого типа характеризуются высокой эффектив­ностью работы при изменяющихся нагрузках. Наличие буферного склада (вместимость 41 000 т) между первой и второй стадиями дробления сводит к мини­муму простои добычного и перерабатывающего оборудования.

Четвертая стадия дробления включает 16 дробилок роторного типа с вер­тикальным валом, работающих в замкнутом цикле с 14 грохотами ти­па «банан» фирмы «Нордберг». Здесь руда измельчается  до крупности -3,25 мм (94 %), соответствующей экономи­чески оптимально­му извлечению зо­лота в процессе вы­щелачивания. Руду, прошед­шую четвертую ста­дию измельчения, системой конвейе­ров подают на участок выщелачивания, где она при помощи системы из тридцати самоходных конвейеров и одного отвалообразователя - штабелера (стакера) заходками шири­ной 80 м и высотой 10 м укладывается на подушку выщелачивания.     

После отсыпки очередного слоя руды система конвейеров и стакер переме­щаются для укладки следующего слоя. Проектная высота кучи составляет 80 м (8 слоев высотой по 10 м каждый).

На конвейере, соединяющем четвертую стадию дробления с участком вы­щелачивания, к измельченной руде добавляют цемент, известь и воду. Цемент связывает мелкие частицы, уменьшает пылевыделение и повышает скорость фильтрации выщелачивающего раствора через руду, одновременно увеличивая устойчивость кучи. Известь используется для регулирования рН раствора, по­скольку цианистый натрий разрушается в кислотной среде.

Выщелачивающий раствор через систему трубопроводов и капельные эмит­теры с расходом 7 л/м² в час подается на верхнюю площадку слоя рудного мате­риала. Применение капельного орошения снижает потери воды на испарение и обеспечивает его равномерное распределение по всей поверхности кучи. Раствор просачивается вниз сквозь кучу, растворяя содержащееся в руде золото, и через сеть дренажных труб, проложенных под кучей, по двум каналам самотеком на­правляется в сборные резервуары. Из сборных резервуаров раствор возвращает­ся на выщелачивание до тех пор, пока концентрация золота не достигнет уровня, достаточного для его эффективного извлечения.

Насыщенный раствор пропускается через фильтрующие элементы для уда­ления взвесей, а затем подвергается вакуумной деаэрации в двух башнях для удаления кислорода. После этого к раствору добавляется цинковая пыль и азотно-кислый свинец (нитрат свинца), в результате чего золото и другие металлы, соединяясь с цинком, осаждаются. Образовавшийся осадок собирается в четырех фильтрах-прессах, а отработанный раствор возвращается в процесс кучного вы­щелачивания и цикл повторяется.

Полученный осадок прокаливается в двух печах при температуре 650 °С для окисления основных металлов. Прокаленный осадок смешивается с флю­сом (смесь буры, селитры и кремнезема), а затем плавится в дуговой плавильной печи.

Во время плавки окисленные металлы переходят в шлак, а частицы золота соединяются друг с другом и оседают под действием силы тяжести, собираясь в нижней части плавильного тигля. По окончании плавки из тигля сначала выли­вают шлак, а затем - золото.

Сплав золота, получаемый после плавки, содержит до 10 % серебра, до 5 % У меди, 3-4 % свинца, 2-3 % других примесей. Аффинаж этого сплава и полу­чение готовой продукции с содержанием золота 99,99 % осуществляется на ГМЗ-2. Серебро, накапливающееся во время аффинажного процесса, также из­влекается и продается в качестве попутного продукта.

Рис.12.2. Типичный разрез подушки  выщелачивания

Определенный интерес представляет конструкция основания (подушки), на которое укладывается руда для выщелачивания (рис. 12.2). Площадка для размещения кучи предварительно очи­щалась от растительного слоя, на нее наносился слой уплотненной глины.

На слой глины укладывалась изоля­ционная прокладка толщиной 1-1,5 мм из пропилена низкой плотности, на которую отсыпался защитный слой из крупно- и среднезернистого песка. Защитный слой перекрывался дре­нажным слоем из рудного материала фракции -60+25 мм, внутри которого на расстоянии 15 м друг от друга ук­ладывались дренажные трубы диаметром 100 мм. Такая конструкция основания предотвращает потери продуктивного раствора и обеспечивает сохранность дре­нажных труб при формировании кучи.

Анализ работы СП «Зарафшан - Ньюмонт» показывает, что производи­тельность перерабатывающего завода приблизилась к проектной (табл.12.1), а в целом кучное выщелачивание представляет собой экологически приемлемую технологию с замкнутым производственным циклом без сброса отходов за пре­делы промышленной площадки.

Таблица12.1.

Динамика выпуска золота СП «Зарафшан—Ньюмонт»

3. Кучное выщелачивание урановых руд осуществляется во Франции и в других странах. Бедные руды месторождения Бружо (Франция) содержат урановую смолку со средним со­держанием урана около 0,017%. Кондиционные руды относят к рудам, содержащим более 0,02 % U,  бедные руды - от 0,01 до 0,02% U и пустую породу - с содержанием менее 0,01 % U. Начиная с 1963 г. бедные руды перерабатывают методом куч­ного выщелачивания.

Опытно-промышленные испытания проведены на кучах мас­сой 1000, 10 тыс. и 16 тыс. т бедной руды. В трех кучах по 1000 т содержание урана было 0,034 %, рН раствора для оро­шения 1,4; расход раствора для орошения - 2,5 л/(т-ч). В I и II кучах гранулометрический состав руды представлен клас­сами 0-120 мм. Раствор для орошения в I куче - вода и сер­ная кислота, во II куче - отходы заводского процесса и серная кислота. Отходы образуются после обработки руды серной кис­лотой на химическом заводе; они содержат Fе₂(SО₄)з, около 2 г/л Н₂SО₄, имеют рН 1,6. III куча имеет гранулометрический состав руды крупностью 0-400 мм; раствор для орошения ана­логичен II куче. Здесь получены наиболее благоприятные ре­зультаты: извлечение урана после выщелачивания - 80% при концентрации его в растворе 1,6 г/л.

Осуществлялось промышленное выщелачивание руды в кучах массой 10 тыс. т, содержание урана в руде 0,018% (1800 кг), крупность руды 0-400 мм. Использована установка по выщела­чиванию кучи III. Площадка под кучу готовилась из поливиниловых пластин, к ней примыкал резервуар вместимостью 300 м³ также из поливинила, предназначенный для растворов, содер­жащих уран. Куча имела высоту 4 м и обрабатывалась раство­ром при рН 1. Куча выщелачивалась с октября по июль с пере­рывом на два зимних месяца. Было извлечено 79,8 % U (1437 кг), расход Н₂SO₄ составил 12,5 кг/т руды. Себестоимость 1 кг урана - 81,5 франка.

Промышленное выщелачивание в кучах массой 16 000 т про­водилось с сентября по март в условиях выщелачивания кучи массой 10 тыс. т, но концентрация кислоты в растворе в началь­ной фазе выщелачивания была выше (рН 0,9). Содержание урана в куче - 0,024% (3840 кг), крупность руды 0-400 мм, высота кучи 5 м, извлечено урана 68% (2622 кг). Расход Н₂SО₄-10,5 кг/т руды, себестоимость 1 кг урана 44 франка. Низкая себестоимость урана объясняется тем, что не учиты­вается себестоимость руды, которую брали из отвалов, а также близостью расположения кучи от завода и месторождения (от­вала) руды.

Опыты по кучному выщелачиванию урановых руд месторож­дения Бружо оказались благоприятными и Комитет по атомной энергии Франции считал целесообразным использовать кучное выщелачивание для извлечения урана на других более мощных объектах.

Использование метода выщелачивания урановой руды без предварительного измельчения позволяет получать уран в тех случаях, когда экономически нецелесообразно использовать классические методы обогащения. Метод может быть применен как для бедной горной массы, так и для отходов заводской обработки. Высота кучи обрабатываемого материала колеб­лется от нескольких до 10-20 м. Раствор Н₂SО₄ подается по перфорированным пластмассовым трубам с дебитом 1 до 25 л/(ч-м²). Затем руда промывается и просушивается. При­менение этого метода позволило в зависимости от грануломет­рического состава руды увеличить производительность и из­влечение урана до 80 %.

Более богатую руду предварительно измельчают до крупно­сти 250-300 мм, иногда до 30-15 мм (в среднем до 70-80 мм), а затем выщелачивают. Полный цикл обработки в этом случае длится около месяца, готовый продукт - уранат окиси магния. В настоящее время во Франции работает такой комплекс с го­довой производительностью более 100 т урана.

В Испании с 1975 г. в провинции Саламанка работает уста­новка по извлечению урана кучным выщелачиванием. Место­рождение представлено сланцами, по трещинам которых вклю­чены минералы урана - главным образом урановая смолка. Среднее содержание U₃O₈ в руде 0,09%, бортовое - 0,02%. Годовая производительность по руде 200 тыс. т при общем объ­еме добычи 1,2 млн. т породы. При добыче руду   сортируют, затем дробят до крупности -50 мм и отсыпают в кучи высотой не более 3 м. Отсыпают и выщелачивают отдельно богатую руду (более 0,07% U₃О₈) и бедную (0,02-0,07% U₃О₈).

Вначале на землю кладут полиэтиленовую пленку, на кото­рую осторожно укладывают руду послойно. После отсыпки на поверхности кучи проводят борозды и кучу орошают кислым раствором, содержащим 0-28 г/л Н₂SО₄. Урансодержащие растворы (0,3-3 г/л UзО₈) с рН 1,2-1,4 направляют на экс­тракцию урана аланином 336 и изодеканолом в керосине. Все сточные воды обрабатывают известью и хлористым барием, на­правляют в хвостохранилище, слив которого сбрасывается. Обслуживают весь завод около 100 человек. В год получают в среднем 75 т UзО₈. Планируется увеличение производства U₃О₈ до 500 т/год.

Выщелачивание урана из богатых маломощных месторожде­ний осуществляется в Эль-Нопаль (Мексика). Это месторож­дение имеет запасы 115 тыс. т руды со средним содержанием 0,28%U₃О₈(300 т UзО₈). Руду дробят до крупности 38 мм, укладывают в кучу и орошают растворами Н₂SО₄, проводят противоточную промывку и из раствора экстрагируют уран. Изучены следующие основные факторы, влияющие на выщела­чивание: геометрия кучи, размер кусков руды и их распреде­ление, расход выщелачивающего раствора и режим орошения, способ орошения и промывки. Эффективность выщелачивания составляет 80—85 % при времени выщелачивания 1000 ч. Рас­ход кислоты - обычно менее 25 кг/т руды. Содержание U₃0₈ в выщелачивающих растворах 7 г/л при соотношении Т:Ж = 3:1. В качестве экстрагента для извлечения урана исполь­зуют аланин 336 (трикаприламин) и изодеканол в керосине. После реэкстракции и осаждения получают товарный урановый продукт.                                        

Вопросы для повторения:

1. Кучное выщелачивание и его  принципиальное отличие от других видов    выщелачивания?

2. Кучное выщелачивание  золота и необходимые условия для проведения этого процесса?

3. Основные факторы, определяющие  эффективность процесса КВ?

4. Практика применения  КВ зарубежными предприятиями?

5. Что вы знайте о совместном предприятии СП «Зарафшан—Ньюмонт»?

6. Опишите упрошенную схему завода?

 7.Какой последовательностью осуществляется производственные операции?

8.   Опишите конструкции основания (подушки) для выщелачивания?

9. Что вы знайте о  кучном выщелачивании урановых руд?

10. Практика применения КВ  урановых руд?

Предмет: «Биотехнологические процессы в металлургии»

                                Преподаватель: доц. Абдурахманов Э.  

                                Количество студентов и курс: 48 студентов, 4 курс

                                Продолжительность занятия: 80 минут

Технология «Смысл понятие»