Кучное выщелачивание золотосодержащих руд

Лекция 10. Кучное выщелачивание золотосодержащих руд

Сущность процесса заключается в том, что руда, уложенная в ви­де штабелей (кучи) на водонепроницаемом основании, орошается сверху цианистым раствором рис….

Рис… Схема кучного выщелачивания

1- площадка; 2- куча; 3-устройство для разбрызгивания цианистых растворов ; 4,6- ёмкости для сбора растворов; 5- устройство для отделения (выделения) металла из растворов.

 Этот метод пригоден для переработки пористых руд и песков, структура которых доступна для просачива­ния растворов цианида по трещинам зернистого материала к свобод­ным частицам золота. Наилучшие результаты (извлечение золота > 50 %) кучное выщелачивание показывает при использовании в ка­честве объекта выщелачивания руд коры выветривания (извлечение золота порядка 80...90 %), а также большей части окисленных руд, отвалов горных пород и лежалых хвостов. Менее пригодны для куч­ного выщелачивания первичные руды, в которых золото ассоцииро­вано с сульфидами и присутствует сорбционно-активное углероди­стое вещество. Крупность материала для выщелачивания золота дробленой руды 5.. .20 мм, недробленой - до 100 мм.

Глинистые вещества снижают проницаемость для растворов, за­медляют скорость процесса и уменьшают извлечение золота. Для таких руд рекомендуют проводить предварительное окомкование с добавкой цемента, цианида и извести.

Площадку для формирования штабелей в кучу покрывают слоем  бетона, асфальта или утрамбованной глины; иногда применяют пленки из синтетических материалов. Уклон площадки для стока растворов (2...4 град). Отсыпку кучи ведут фронтальным погрузчи­ком или бульдозером. Куча имеет форму четырехугольной усечённой пирамиды. Высота кучи изменяется от 3 до 10(15) м, а вместимость по руде составляет 100...200 тыс.т и более.

Кучное выщелачивание в основном развивается в связи с необхо­димостью переработки отвалов, глинистых забалансовых руд и хво­стов флотации золотоизвлекающих предприятий. Поэтому окомко­вание и агломерация являются весьма важными способами подготов­ки материала для кучного выщелачивания. Агломерации подвергают или весь дробленый материал или только часть отклассифицированной тонкой шламистой фракции.

Рекомендуемые материалы

Для получения агломерационного материала требуемого качества необходимо выдерживать:

-   количество вяжущего (портланд цемента), добавляемого к ис­ходной руде и извести;

-   количество воды и цианидного раствора;

-   время выдержки.

Прочность окатышей зависит также от типа минерального сырья и в частности от реакции обмена ионов натрия в глинистой состав­ляющей руды на ионы кальция в цементирующей добавке. Возможно окомкование мелочи с крупными кусками и только мелочи в проч­ные окатыши. Глинистые руды окомковывают с помощью извести и портландцемента. Один портландцемент применяют для окомкования тонкого материала — хвостов, не содержащих глины или с малым её содержанием. Оптимальное содержание влаги при окомковании материала - 12 %, допустимые колебания - 8... 16 %. При большей влажности вяжущие добавки теряют способность формировать ока­тыши. Для золото-серебряных руд разработаны три типа агломераторов: ленточный, барабанный и чашевый.

На выбор площадки для формирования кучи влияют рельеф мест­ности,  тип грунта поверхности, положение грунтовых вод и питье­вых водоисточников, климатические условия, расположение энерге­тических источников и транспортных коммуникаций, объем и гео­метрические формы штабеля. Все это определяет технико-экономические показатели кучного выщелачивания (КВ).

Применяют три вида площадок: повторно используемые, посто­янно наращиваемые и площадки под дамбовое выщелачивание. Раз­меры площадок определяются продолжительностью цикла выщела­чивания. На площадках первого типа оптимальное время выщелачи­вания - до суток. Высота площадок второго типа может доходить при многократном наращивании до 60 м. Площадки дамбового вы­щелачивания применяют на местности с уклоном (седловины, впа­дины) и последующим подъемом площадки вверх по склону. Пре­имущества этого метода заключается в увеличении времени выщела­чивания до нескольких лет.

Основание для укладки должно удовлетворять следующим требо­ ваниям: прочность и устойчивость при нагрузках рудной массы и техники; химическая стойкость к растворам выщелачивания; исклю­чение утечки растворов. Используют три типа оснований: однослой­ные; двухслойные, имеющие два низкопроницаемых экрана; трех­слойные, состоящие из трех низкопроницаемых экранов.

В качестве покрытия площадок используют разные материалы. Так,  для наращиваемой площадки рекомендуют высокоплотный по­лиэтилен, гипалон, поливинилхлорид, глину, а для постоянно ис­пользуемой площадки применяют асфальт, защищенную синтетику или глину. Неизменным материалом при выборе типа покрытий ос­нований являются геомембраны, покрытия из грунтов и специально обработанные грунты. Учитываются свойства геомембранных экра­нов (толщина, прочность, долговечность) и свойства покрывного и подстилающего материалов. При использовании грунтов оценивают их свойства (водопроводность, пластичность, химическую стойкость, обрабатываемость), а также эксплуатационные особенности - тол­щину экрана, подготовку грунтов (смешивание, уплотнение, влаж­ность, набухание).

При двухслойном экране верхний слой - синтетический материал, нижний - грунтовый. Между экранами находится дренажная система из песка, гравелита или геотекстиля. Эксплуатационные качества глинистого экрана зависят от состава и характеристики материала. Чем выше содержание тонкозернистых частиц в материале, тем ниже проницаемость. Чем выше предел насыщенности влагой и величина пластичности, тем ниже проницаемость. Для глинистого экрана важ­ны такие свойства, как уплотнение, водопроницаемость, а также ве­роятность повреждения.     

Уплотняют глины укатыванием, трамбова­нием, виброуплотнением. Монтмориллонитовые глины имеют меньшую проницаемость, чем каолинитовые.

Грунтовые материалы для экранов могут быть улучшены при вве­дении  глин, химических добавок и т.д. Из глины в грунт добавляют бентонит, в качестве химических веществ используют нефтяную смолу, БИО-КЭТ-300. Рекомендуемая толщина улучшенного грунта для основания - не менее 15 см.

Большая часть экранов, используе­мых при КВ золота за рубежом, состоит из геомембран. Основной их частью являются полимеры, которые выполняются в виде кристал­лических термопластиков, эластомеров и бутиловой резины, исполь­зуют также тканые материалы. Наибольшее распространение полу­чили двойные и тройные экраны с чередованием слоев геомембран и природных материалов. Схема строения слоев покрытия, образую­щих экраны, приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема строения одиночного (а), двойных (б) и тройных (в)

покрытий, образующих экран:1 - геомембрана; 2 - грунтовое

основание или нижнее покрытие; 3 - дренаж; 4 - глина;

5 - фракционное подстилающее покрытие

Для КВ применяется множество различных типов противофильт-рационных экранов разных конструкций:

-   экран глиняный (толщина - не менее 0,5 м). Он укладывается на породы с низкой фильтрацией (суглинки, глины);

- экран глиняно-грунтовый. Имеет два слоя: верхний — из глины, а нижний - естественный грунт, пропитанный на глубину 10...30 см гли­нистым гелем - цементным раствором, битумом и укатанный катками;

-   экран грунтовый с водонепроницаемым покрытием, выполнен­ным путем разбрызгивания полимерных и битумных составов. Армирующей основой может быть нейлоновая ткань или сетка. Толщи­на экрана составляет несколько миллиметров;

-   асфальтобетонные конструкции толщиной - от 4 до  10 см. Земляное полотно готовят пропиткой грунта на глубину 10... 15 см битумом или сырой нефтью;

-   экраны с применением пленочных и листовых материалов, в которых полиэтиленовая пленка укладывается между двумя слоями глинистых грунтов с добавками цемента, битума, смолы, бентонита. Толщина слоев (80 % глин) 13 см;

-   экраны двухслойные. В них в водонепроницаемый слой, рас­положенный между двумя экранами, подают воду под давлением, превышающим напор выщелачиваемого раствора.  Напорная вода выполняет роль гидроэкрана;

-   экраны из полиэтилена применяют при положительной темпе­ратуре воздуха, подстилающим слоем является слой грунта толщи­ной 0,1.. .0,3 м. Материалы на картонной основе (рубероид, толь) для долговременной эксплуатации (более одного года) не применяются;

-   новые гидроизоляционные материалы улучшенного качества -полимерные пленки ПЭНП, ПВХ и другие позволяют выполнить по­крытие в два слоя.

Сооружение штабелей является решающей операцией, опреде­ляющей конечный результат КВ. Штабели могут сооружаться в один или несколько слоев (этажей). Высота штабеля зависит от прочности фундамента (основания), изоляции, профиля местности, физических и химических свойств руды. Основная задача сооружения штабеля - обеспечение однородности материала по фильтрационным характе­ристикам.

Рзличают три метода сооружения штабелей КВ:

Первый метод - сооружение из несортированной руды, применя­ется для руд высоко кремнистого состава. До высоты штабеля 1...2 м отсыпку ведут самосвалом — бульдозером, самосвалом, самосвалом -экскаватором, а до высоты 10 м и более самосвалами - фронтальны­ми погрузчиками-грейдерами;

Второй метод используют, если руда при механическом воздей­ствии образует большое количество мелкого материала или если ру­да уже агломерирована и не допускается заметного механического воздействия на нее. Высота штабеля - около 2.. .4 м;

Третий метод - конвейерный, высокопроизводительный, мини­мально  воздействует на руду, высота штабеля - до 6 м. От высоты штабеля КВ зависят размеры занимаемых площадей, объемы перера ботки и эффективность процесса. В отдельных редких случаях она может достигать 40...60 м. Получили распространение послойные штабели, когда выщелачивание осуществляется последовательно слой за слоем.

Верхняя площадка и боковые стороны штабеля необходимо изо­лировать с целью предупреждения испарения раствора. Откосы за­щищают с помощью грунтового слоя, пленочных покрытий. Перед пленкой предварительно укладывают слой рубероида, стеклоткани и резинотканевый материал.

Система орошения кучи состоит из следующих элементов: ороси­ тельных устройств в штабеле, схемы орошения, режима и вида ороси­телей. При использовании цианидов при выщелачивании открытых штабелей высотой > 4 м применяют закрытую укладку оросителей. Коллекторы изолируют инертным материалом (песок, грунт, руда), водонепроницаемой пленкой. Пространственное расположение труб коллектора оросителя - самое разнообразное. Орошение может быть постоянным, цикличным, точечным, разбрызгиванием через форсун­ки; применяют орошение через канавы, траншеи и прудки.

Дренажная система состоит из серии элементов сбора раствора, прошедшего через штабель, и транспортирования в емкость для про­дуктивных растворов. Дренажная система в пределах штабеля состо­ит из коллекторной части, фильтрующего материала и сборных тру­бок, а внутри штабеля определяется уклоном площадки, проницае­мостью руды, объемом раствора. Рудная масса при хорошей прони­цаемости сама может служить дренажом. Дренажная система снару­жи штабеля должна пропускать растворы выщелачивания и потоки во время ливней. Применяют следующие системы дренажа:

-   дренажи   продуктивных   растворов   через   песчано-гравийный слой, уложенный на гидроизоляционный экран штабеля; сток раство­ров поступает в приемный зумпф или траншею на границе штабеля;

-   отвод растворов через дренажные трубы, уложенные горизон­тально на песчаной подушке основания штабеля; все трубы соедине­ны в сборный коллектор, по которому раствор поступает в приемную емкость;

-   дренаж растворов в откачные скважины через фильтры, уста­новленные над изоляционным экраном, откуда растворы перекачи­вают в сборную емкость;

-   сбор растворов в дренажные колодцы или траншеи, сооружен­ные в песчано-гравийном слое основания штабеля; затем растворы стекают в сборные емкости за пределами штабеля.

Прудки (карты) продуктивных растворов должны иметь необходи­мый  объем для сбора продуктивных растворов и воды, а также запас для аварийного сброса воды и приема сезонных атмосферных осадков.

В системе орошения штабелей КВ могут появляться твердые осадки,  происхождение которых имеет два источника. Первый - перенос тонких частиц горной массы из штабеля продуктивными растворами. Много осадков выносится из штабеля после сильных дождей в коллекторную систему.     Второй источник осадков - химическое взаимодействие руд­ного материала с выщелачивающими агентами. Изменение температу­ры, давления, смешение растворов, аэрация приводят к выпадению осадков из растворов. Образованию осадков способствует наличие в горной массе щелочных пород, карбонатов кальция и гипса. Из-за мно­гократного оборота растворов происходит насыщение их ионами каль­ция, карбоната, бикарбоната, сульфата. Эффективные приемы борьбы с образованием химических осадков -предотвращение получения пере­сыщенных растворов и уменьшение концентрации кальция в растворе.

Продуктивные растворы КВ перерабатывают с целью извлечения из них золота, применяя следующие способы:

-   цементацию (осаждение) на активных металлах (цинке, алю­минии, свинце, железе);

-   сорбционные методы, включая адсорбцию на активированном угле и ионообменных смолах;

-   электролитическое извлечение;

-   осаждение в виде нерастворимых сульфидов.

Наибольшее распространение в зарубежной практике получили цементация на цинке и адсорбция на активных углях.

Эти методы осаж­дения применяют также для извлечения золота и серебра из цианидных, тиомочевинных, тиосульфатных и хлоридных сред.

После окончания процесса КВ в системах присутствуют остаточ­ные  цианиды и тяжелые металлы. Горная масса и растворы должны быть обезврежены. Для обезвреживания цианистых соединений применяют деструктивные методы: химическое окисление и биологиче­скую очистку.

Химическое окисление проводят гипохлоритом, пероксидом водорода, перманганатом калия, озоном, сернистым газом и воздухом, известью в сочетании с сульфатом трехвалентного желе­за, а также разложением в автоклавах.

Несмотря на очевидные преимущества, КВ имеет определенные  недостатки: высокий расход химических реагентов, изымаются из хо­зяйственного обращения большие площади, высокие затраты (трудо­вые и материальные) на противофилырационное основание штабеля.

Для ряда упорных (сульфидных) руд и хвостов метод КВ малоэф­ фективен. Цианидное КВ эффективно для регионов с умеренным климатом, когда можно этот процесс вести круглый год или 6-8 ме­сяцев в году. В более северных районах, когда теплый период со­ставляет всего три месяца, цианидное КВ малоэффективно.

Во ВНИИХТе (Россия) разработан альтернативный процесс КВ с примене­нием  сернокислотно-хлоридного выщелачивания (СХВ) в присутст­вии диоксида марганца. Процесс идет с высокой интенсивностью в течение нескольких суток. Сущность процесса заключается в раство­рении гидратированного диоксида марганца в сернокислотно-хлоридной среде с образованием хлоридных комплексов четырех- и трехвалентного марганца, которые переводят в раствор благородные металлы. По сравнению с цианидным процесс кучного СХВ имеет следующие преимущества:

-   меньшая экологическая опасность;

В лекции "Испания в межвоенные годы" также много полезной информации.

-   большая экономическая эффективность в  связи  с  природо­охранными мероприятиями;

-   более высокая интенсивность;

-   более высокое извлечение благородных металлов;

-   прямое извлечение золота из упорных сульфидно-мышьяковистых руд.

По этой технологии обогащают руды месторождения Кумусты в Узбекистане. Несмотря на высокий расход серной кислоты (до 50 кг на 1 г золота), переработка руды рентабельна. На отдельных пробах руды расход серной кислоты составляет 20...208 кг на 1 г золота и диоксида марганца 4... 128 кг на 1 г золота. При содержании в руде 2,8...7,5 г/т золота, извлечение золота составляет 80...94 %, а кон­центрация золота в растворе 1,0...4,8 мг/л. Продолжительность вы­щелачивания 13...48 ч.

Кучное выщелачивание благородных металлов используется в ос­новном для бедных руд, и часто из-за высоких расходов растворите­ля процесс выщелачивания становится нерентабельным.