Сверхтонкое измельчение сульфидных золотосодержащих концентратов с целью интенсификации последующего выщелачивания и преодоления упорности сырья

ВВЕДЕНИЕ

Современная золотодобывающая промышленность все чаще сталкивается с необходимостью переработки упорных и труднообогатимых руд, содержание золота в которых тесно ассоциировано с сульфидными минералами, преимущественно пиритом и арсенопиритом. В таких концентратах золото часто присутствует в виде микроскопических или даже субмикроскопических включений, полностью заключенных внутри кристаллической решетки сульфидов, что делает его недоступным для прямого контакта с реагентами в процессах гидрометаллургического извлечения, в первую очередь — с цианидными растворами, традиционно используемыми в выщелачивании. Это явление получило название «упорности» (рефрактерности1) золотосодержащего сырья и представляет собой одну из ключевых технологических проблем при освоении многих месторождений, особенно в условиях истощения запасов свободно выщелачиваемых руд.
Традиционные методы обогащения и выщелачивания в таких случаях оказываются малоэффективными, что требует внедрения предварительной стадии предподготовки концентрата для «освобождения» золота или создания условий, при которых оно становится доступным для реакции с выщелачивающими агентами. Среди существующих технологий предподготовки — окислительный обжиг, автоклавное окисление, биоокисление и механическая активация, в том числе сверхтонкое измельчение. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, однако в последние десятилетия все большее внимание привлекает именно механический путь интенсификации процессов выщелачивания, поскольку он не требует применения агрессивных химических реагентов, высоких температур и давлений или длительных биотехнологических циклов. Сверхтонкое измельчение (или ультратонкое дробление) представляет собой процесс механической обработки концентрата до достижения среднего размера частиц менее 10 мкм, а в ряде случаев — до нанометрового диапазона. При этом не только увеличивается общая удельная поверхность твердой фазы, улучшая условия массопередачи, но и происходят глубокие структурные и энергетические изменения в минералах: разрушаются кристаллические решетки, образуются дефекты, активные центры, аморфные зоны и даже новые фазы, что значительно повышает реакционную способность минералов по отношению к выщелачивающим растворам. В случае сульфидных золотосодержащих концентратов такое измельчение позволяет разрушить оболочки пирита и арсенопирита, в которых заключено золото, либо создать сеть микротрещин и пор, обеспечивающих проникновение цианидных или других выщелачивающих растворов непосредственно к включениям золота.
Важно отметить, что эффективность сверхтонкого измельчения напрямую зависит от минералогических особенностей конкретного концентрата, степени упорности, распределения золота по минеральным фазам, а также от параметров самого процесса измельчения — типа оборудования, продолжительности, плотности пульпы, наличия модификаторов и т.д. Несмотря на очевидные преимущества, данный метод также сопряжен с рядом технических и экономических вызовов, таких как высокое энергопотребление, износ оборудования, необходимость предотвращения реагломерации частиц и снижения активности поверхности в результате ее поверхностной релаксации или пассивации. Тем не менее, в сочетании с современными технологиями измельчения, такими как планетарные мельницы, вибрационные мельницы, мельницы с циркулирующим слоем и другие устройства, обеспечивающие высокую интенсивность энерговвода2
, сверхтонкое измельчение становится все более привлекательным и перспективным направлением в области переработки упорного золотосодержащего сырья.
Цель работы – изучить сверхтонкое измельчение сульфидных золотосодержащих концентратов с целью интенсификации последующего выщелачивания и преодоления упорности сырья.
Задачи:
1. Выделить понятие упорности золотосодержащих сульфидных концентратов и ее минералогические причины;
2. Рассмотреть механизмы воздействия сверхтонкого измельчения на структуру сульфидных минералов;
3. Описать влияние степени измельчения на кинетику и полноту выщелачивания золота;
4. Охарактеризовать технологическое оборудование и режимы сверхтонкого измельчения в практике переработки упорных концентратов;
5. Привести экономическую и экологическую эффективность применения сверхтонкого измельчения в золотодобыче.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ивановский, М.Д. Металлургия золота / М.Д. Ивановский. - М.: ЁЁ Медиа, 2020. - 843 c.
2. Гудков А.С. Извлечение золота из упорного сульфидного сырья с применением автоклавного окисления и серосодержащих растворителей: дисс. … канд. технических наук. – Иркутск, 2010. – 141с.
3. Chamberlin P.J., Pajar M.J. Gold and silver leaching practices in the United States // Bureau of Mines information Circular. – 1981. – P. 8-16.
4. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд. ОАО «Иргиредмет». – Иркутск, 1999. – Т. 2. – 786 с.
5. Оспанов Х.К., Оспанов А.Х. Физико-химические основы переработки золотосодержащего сырья методом мокрого хлорирования. – Алматы, 2002. – 201 с.
6. Золотарев Ф. Д. и др. Применение сверхтонкого помола упорного золотосодержащего флотоконцентрата в технологии автоклавного окисления //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2014. – №. 12. – С. 96-100.
7. Набойченко С.С., Шнеерсон Я.М., Чугаев Л.В., Калашникова М.И. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Т. 1. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2008. - 376 с.
8. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. - М.: Недра, 1988. - 208 с.
9. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1990. - 301 с.
10. Шмид Р., Сапунов В.Н. Неформальная кинетика. В поисках путей химических реакций: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – 264 с.
11. Плаксин, И.Н. Автоклавный метод переработки сульфидных полиметаллических золотосодержащих концентратов / И.Н. Плаксин, А.И. Синельникова // Металлургия цветных металлов. Московский институт цветных металлов и золота. – 1958. – №31. – С. 298-300.
12. Мазурова, А.А. О применении автоклавного выщелачивания под давлением кислорода для переработки золотосодержащих пиритомышьяковых концентратов / А.А. Мазурова, И.Н. Плаксин // Изв. Вузов. Цветная металлургия. – 1958. – №2. – С. 100-107.
13. Синельникова, А.И. Автоклавное выщелачивание золота и серебра из продуктов сложного состава / А.И. Синельникова, И.Н. Плаксин // Изв. Вузов. Цветная металлургия. – 1960. – №5. – С. 95-98.
14. McMullen, J. Gold roasting, autoclaving or bio-oxidation process selection based on benchscale and pilot plant test work and costs / J. McMullen, K. G. Thomas // Mineral Processing Plant Design, Practice, and Control. – 2002. – P. 211-250.
15. Thomas, K. G. Pressure oxidation overview / K. G. Thomas // Developments in Mineral Processing. – 2005. – Vol. 15. – P. 346-369.