Особенности применения обжигово-цианистой технологии при извлечении золота из пиритных и мышьяково-пиритных руд

В табл. 8.4 дана краткая характеристика некоторых зарубежных предприятий, практикующих или применявших ранее технологию окислительный обжиг - цианирование при переработке упорных золотосодержащих руд с пирит-арсенопиритовой минерализацией.

На фабриках Кемпбелл, Джайсит Исллоунайф, Фэйрвью, обжиговом заводе Квекве и некоторых других предприятиях окислительному обжигу подвергают золото - мышьяковые флотационные концентраты. Получаемые огарки, после иx дополнительной подготовки (измельчение, водное или щелочное выщелачивание, гравитационное обогащение и т.д.) цианируют по классическим вариантам гидрометаллургической технологии с осаждением золота из растворов цинковой пылью или сорбцией из пульп на активированный уголь. Мышьяк, переходящий при обжиге в газовую фазу в виде As2O3, улавливается в системе пыле-газоочистки. Получаемый триоксид мышьяка в большинстве случаев реализуется сторонним организациям в качестве товарной продукции, используемой в деревообрабатывающей и других отраслях промышленности При отсутствии потребителей выделяемый из газов оксид мышьяка складируется а горных выработках или специальных хранилищах.

На фабриках Ашанти, Керр Эддисом, Эмперор, Калгурли, горнодобывающем комплексе Эрго и других предприятиях на основе окислительного обжига осуществляется переработка пиритных золотых концентратов. Некоторые из этих концентратов (Эмяерор, Калгуряи) содержат теллур, который извлекается из концентратов в виде попутного товарного продукта. На Эмперор, кроме золота и теллура, дополнительно получают цементную мель, выделяемую из растворов после водной отмывки огарков.

Как правило, окислительному обжигу подвергаются обогащенные золотом и сульфидами материалы, что позволяет вести процесс обжига автогенно, т.е. без дополнительных затрат топлива. Вместе с тем, в промышленной практике имеются примеры применения технологии обжиг - цианирование и непосредственно к упорным золотым рулам без их предварительного обогащения. Примером такого рода предприятий может служить фабрика Гетчелл, а также ряд рудников США, осуществляющих переработку углистых золотосодержащих руд (Кортес, Джеррит Кэньон, Карлин).

Обжиг необогащенных руд, характеризующихся относительно низким содержанием горючих веществ (сера, углерод), требует применения дополнительного топлива, в качестве которого чаще всего используют дрова, уголь, нефтепродукты или природный газ.

Патентом предложено применять для этой цели метанол CH3OH. При обжиге руды с исходным содержанием природной серы 2.3 % и золота 8 г/т добавка метанола обеспечила температуру а реакторе взвешенного слоя на уровне 560 °C. В результате получен огарок, содержащий менее 0,1 % S, из которого цианированием извлечено 90 % золота.

С целью интенсификации обжигового процесса на исходных рудах, осуществляемого в печах КС, в ряде случаев рекомендуется использовать кислород, который действует одновременно и как "горючий" газ, и как агент, создающий кипящий слой. Отмечено, что применение кислорода вместо воздуха значительно сокращает эксплуатационные и капитальные затраты и. как правило, обеспечивает более высокое извлечение золота в металлургическом цикле.

На большинстве предприятий обжиг золотосодержащих руд и концентратов производится в печах кипящего слоя. В ряде случаев (Эмперор, Калгурли, Квекве) для этой цели используются одноподовые обжиговые печи Эдвардса с механическим перегребанием.

Обжигово-цианистая технология переработки пиритных и мышьяково-пиритных золотосодержащих материалов постоянно совершенствуется и модернизируется (включая решение экологических проблем).

В 1988 г. на руднике Нью Консорт (ЮАР) пущена в строй установка по двухстадиальному обжигу в печах КС золотосодержащего концентрата (содержание серы 30-40 %; мышьяка 2-3 %; железа 30-33 %; золота 150-230 г/т) производительностью около 100 т концентрата в сутки. В качестве побочных товарных продуктов получаются триоксид мышьяка и серная кислота (соответственно 60 и 3000 т в месяц). Осуществляется полная очистка обжиговых газов и сточных вод от мышьяка и серы до требуемых норм.

На горнодобывающем комплексе Эрго, где осуществляется комплексная переработка старых отвалов цианистых заводов Рэнда с целью доизвлечения из них золота, урана и серы, с 1977 г. функционирует одна из наиболее крупных в отрасли промышленных установок по обжигу в КС пиритных золотосодержащих концентратов. Установка включает 3 параллельно работающих печи КС диаметром 14,5 м и вместимостью 1806 м3. Производительность каждой печи составляет 25 т концентрата в час (600 т в сутки). Получаемые при обжиге огарки подвергаются цианированию, а обжиговые газы перерабатываются на серную кислоту.

Обжиг золотосодержащих теллуристо-пиритных концентратов в печах КС высокой производительности (25 т в час) планировалось в 1989 г. ввести на фабрике Оройя, которая построена на месторождении Голден Майл в Австралии. Месторождение характеризуется значительными запасами руды и золота, что обуславливает возможность создания высокорентабельного предприятия годовой производительностью по руде до 6 млн т.

В этом же году в Фимстокс (Зап. Австралия) построена и пущена в эксплуатацию установка производительностью 575 т в сутки для обжига золотосодержащих пиритных концентратов в печах с циркулирующим слоем (ЦКС). Новая технология разработана компанией Лypги (ФРГ).

В соответствии с принятой технологией пиритный концентрат крупностью 50-60 % минус 38 мкм с содержанием серы 33-35 % подают в виде суспензии (содержание твердого 65 %) вместе с горячими газами в замкнутую циркуляционную систему - обжиговую печь, соединенную с камерой расслоения. Обжиг проводят при 640-750 °C. Из камеры расслоения в верхних потоках удаляют горячие газы на их очистку водой с электростатическим осаждением пылевых частиц. Конечное содержанием пыли снижается до 100 мг на 1 нм3. В нижней части камеры расслоения разгружается обожженный концентрат, который охлаждают во взвешенном слое: сверху - разбрызгиванием водой, снизу - потоками газа. Охлажденная суспензия при содержании твердого 45 % и температуре 60 °C поступает на выщелачивание золота. При обжиге на 98,5 % удаляют серу в виде SО2, а также углерод о виде CO. Остаточное содержание серы менее 0,1 %. Извлечение золота при выщелачивании достигает 98.5 %. Сравнительные испытания данного процесса с обычным обжигом во взвешенном слое показали, что обжиг в ЦКС легко управляем, более экономичен, характеризуется более высокой скоростью.

Обжиг упорных золотосодержащих руд с использованием технологии ЦКС успешно осуществлен по обогатительной фабрике Компании "Ньюмонт Голд", а также на одном из предприятий Индонезии.

Технология обжига в печах ЦКС планируется к внедрению на золотодобывающем предприятии Бакырчик (Казвхстан) для переработки углистых золото-мышьяковых флото- и гравиоконцентратов. Обжиг будет применен взамен или в дополнение к используемому в настоящее время "редокс"-процессу. Проектная мощность 1-го модуля завода по руде 1 млн.т в год.

Как показывает опыт мировой золотодобывающей промышленности, обжигово-цианистая технология переработки упорных золотосодержащих руд и концентратов обладает следующими преимуществами:

1. Обжиг не требует применения химических реагентов (кроме воздуха), а в случае переработки концентратов не связан с затратами энергоресурсов и даже может служить источником получения дополнительной тепловой энергии (опыт Керр Эддисон и др. предприятий). Положительный баланс тепла при обжиге позволяет в ряде случаев отказаться от предварительной сушки концентратов и направлять на обжиг материал влажностью 25-30 %.

2. Окислительный обжиг золотых сульфидных концентратов в комбинации с планированием обеспечивает достаточно высокую комплексность использования сырья. Кроме извлечения золота и серебра он допускает возможность утилизации серы и мышьяка в виде соответствующих товарных продуктов.

3. Процессы обжига и последующей металлургической переработки огарков хорошо отработаны в аппаратурном отношении, легко поддаются механизации и автоматизации.

Все это в совокупности делает технологию обжиг - цианирование достаточно экономичной. По данным зарубежной практики себестоимость переработки золотосодержащих концентратов по данной технологии колеблется в пределах 25-30 долл. США на 1 т концентрата. При этом стоимость самого обжига составляет 10-30 % от общей стоимости переработки руды.

Одной из главных задач дальнейшего усовершенствования данной технологии является улучшение показателен извлечения золота и серебра из огарков. Решить эту задачу можно путем:

а) тщательной оптимизации параметров обжига (температура, со став газовой среды и др.) в соответствии с особенностями вещественного состава исходных золоторудных материалов;

б) применения дополнительных технологических операций, способствующих довскрытию и доизвлечению упорного золота из огарков;

в) цианирования огарков в режиме "RIL" или "CIL", с целью предотвращения возможности сорбции золота остатками невыгоревшего углерода и другими минеральными компонентами.

Особого внимания заслуживают мероприятия, объединенные в группу "б". К ним, в частности, могут быть отнесены: щелочное (NaOH) выщелачивание и флотационная доводка огарков перед цианированием. Возможности использования такого рода приемов достаточно убедительно проиллюстрированы нами на примере бакырчикских концентратов, представляющих собой наиболее упорную разновидность золоторудного сырья. В промышленных условиях иногда практикуется гравитационная доводка огарков с целью вывода из них медленно растворяющихся в NaCN крупных, часто оплавленных частиц золота. Извлечение золота из получаемых гравио-концентратов производится плавкой или амальгамацией (фабрики Кемпбелл, Фэйрвью и др.). Практически на всех предприятиях, применяющих обжиг, золотосодержащие огарки перед цианированием подвергаются доизмельчению и водной отмывке от сульфатов железе, меди и других "цианисидов". В ряде случаев эффект по доизвлечению золота достигается в результате дополнительной обработки хвостов цианирования.

По информации, в районе месторождения Йеллоунайф (северо-запад Канады) накоплено значительное количество отходов и промпродуктов окислительного обжига золото-мышьяковистых руд и концентратов. Указанные продукты характеризуются повышенным содержанием золота, а также мышьяка. Последний представлен, в основном, водорастворимыми формами, что создаст определенную экологическую опасность при хранении отходов. Для утилизации данных продуктов предложено окислительное автоклавное выщелачивание с последующим цианированием остатков. Режим автоклавного выщелачивания: температура 210 °С, давление 2500 кПа, парциальное давление Ch (60-65 %) 700-750 кПа, продолжительность 2 ч, рН=2, расход H2SO4 35 кг/т с добавкой 1 % элементарной серы, плотность пульпы 18-24 % твердого. В процессе такой обработки происходит стабилизация мышьяксодержащих соединений с переводом их в малотоксичный арсенат железа. Извлечение золота из остатков автоклавного окисления составляет 90 % (на 6 % выше, чем при прямом цианировании отходов). На основе полученных результатов разработана программа промышленных испытаний технологии.

Достаточно актуальной проблемой при реализации технологии окислительный обжиг - цианирование остается утилизация обжиговых газов. О том, что эта проблема в принципе является решаемой, свидетельствует опыт таких предприятий как Нью Консорт. Интересен в этом плане и завод Сальсинь (Франция), характеристика которого приведена в главе 17. Если существует спрос на мышьяковую продукцию, то стоимость реализуемого мышьяка практически окупает все затраты на обжиг и пылегазовое хозяйство золотоизвлекательных фабрик (цена 1 т белого мышьяка, содержащего не менее 95 % As2O3, в США в 1982 г. составляла 880 долл.). В противном случае возникает необходимость специального захоронения мышьяковистых продуктов, большинство из которых относится к категории СДЯВ. По расчетам советских специалистов затраты на захоронение мышьяка с учетом существующих требований хранения высокотоксичных отходов в иенах 1985 г. определялись величиной 150-200 руб. в год на 1 т оксида мышьяка, а доля этих затрат в стоимости переработки концентратов (содержащих 10 % мышьяка в пересчете нa AS2O3) составила 15-20 %.

Существенным недостатком многих действующих предприятий, применяющих окислительный обжиг, является отсутствие на них систем улавливания и утилизации сернистого ангидрида. В условиях современного производства такое положение не может считаться нормальным, тем более, что опыт Нью Консорта, Сальсиня, некоторых австралийских фабрик, а также южноафриканских предприятий, осуществляющих комплексную переработку золото-урановых руд, убедительно свидетельствует о возможности переработки получаемых сернистых газов (после соответствующей очистки их от мышьяка) на техническую серную кислоту.

Известную сложность при этом представляет тот факт, что большинство обжиговых газов от обработки золотосодержащих концентратов характеризуется низким содержанием SO2 (как правило, менее 1 %). что затрудняет производство H2SO4 даже наиболее пригодным для этой цели нитрозным способом, применяемым, в частности, на заводе Сальсинь. Эта проблема в целом характерна не только для предприятий золотодобывающей промышленности, но и для других металлургических производств. Одним из эффективных путей решения проблемы утилизации бедных сернистых газов в настоящее время признается обработка их на серную кислоту и другие серусодержащие продукты после предварительного концентрирования газов по SCh методами адсорбции на твердых сорбентах. В качестве последних рекомендуется использовать активированные угли, а также природные сорбенты, например, цеолиты Технология переработки слабосернистых газов на серную кислоту с применением адсорбционных методов характеризуется высокой степенью очистки газов (98-99 %) и предполагает возможность многократного использования сорбентов после их регенерации в производственном цикле.

В последние годы в мире наметилась тенденция снижения спроса на серную кислоту в связи с резким сокращением производства фосфорных удобрений (60 % потребляемой кислоты), никеля, цинка и титановых пигментов. С 1989 по 1993 г. стоимость серной кислоты уменьшилась в 2,5 раза. В США мощности по кислоте используются всего на 68 %. Основными сырьевыми источниками производства H2SO4 в настоящее время являются самородная сера (65 %), пиритные концентраты (15 %) и сульфидные руды цветных металлов (20 %). Сокращение производства серной кислоты происходит, в основном, за счет первых двух источников. Масштабы получения кислоты из сульфидных руд пока остаются на прежнем уровне, однако в перспективе должны существенно возрасти в связи с дальнейшим развитием цветной металлургии (в том числе и золотодобывающей промышленности). Ожидается, что к 2000 году общее производство серной кислоты должно составить 12 млн.т (по сравнению с 6 млн.т в 1993 г.). что в условиях снижения спроса па кислоту ставит дополнительные проблемы по ее производству и реализации. В наибольшей степени это касается золотодобывающих предприятий, которые имеют, как правило, меньшую (по сравнению с предприятиями других подотраслей цветной металлургии) производственную мощность и расположены в менее благоприятных географических условиях. В этом плане важным направлением деятельности золотоизвлекательных фабрик, применяющих обжигово-цианистую технологию, является изыскание альтернативных возможностей утилизации сернистых газов. В зарубежной практике известны примеры (Эмперор, Грейт Боулдер - в Австралии; Лэйк Шор - в Канаде), когда образующийся при обжиге золотосодержащих концентратов сернистый газ используется на этих же предприятиях по флотационном цикле в качестве реагента - активатора сульфидов и теллуридов, а также регулятора среды при флотационном обогащении хвостов цианирования руд.

Весьма перспективным, как показали работы последних лет, является применение сернистого газа для очистки сточных вод и хвостов ЗИФ от цианидов. Данный способ, названный "Inco SO2/Air" и запатентованный в 1984 г. фирмой "Инко-Металс", уже реализован на ряде фабрик Cеверной Америки. Сущность процесса заключается в том, что цианиды окисляются до цианатов в щелочной среде смесью воздуха и SO2 в присутствии ионов меди в качестве катализатора.

По рекомендуемой технологии хвосты цианирования золотосодержащих руд (концентратов, огарков) направляют в контактный чан для интенсивного перемешивания с диоксидом серы, который подают в газообразном или жидком состоянии. Туда же добавляют щелочь, например, Ca(OH): (для создания pH от 7 до 10) и сульфат меди. Через дно чана с помощью компрессора подают воздух, который повышает скорость разложения цианистых солей. Данный способ применим для детоксикации хвостов как чанового, так и кучного выщелачивания. При апробации его на 12 крупнейших предприятиях Северной Америки получены следующие показатели: расход SO2 от 2.8 до 7,0 г, щелочи -0,12-9,2 г и Cu2+ 0,01-0,3 г на 1 г цианидов; снижение концентрации цианистых солей с 150-300 до 0,2-0,4 мг/л. Метод может быть применен и с целью обеспечения полного разрушения цианидов при направлении очищенных стоков в природные водохранилища. Процесс "Inco ..." является более дешевым по сравнению с другими известными методами обезвреживания цианидов. Его стоимость (включая получение cернистогo газа сжиганием элементарной серы) в 3 разя меньше стоимости хлорирования. В этой связи при реализации технологии обжиг-цианирование представляется интересным взаимное обезвреживание обжиговых газов и цианистых стоков на основе изложенного выше принципа.

При невозможности или экономической нецелесообразности утилизации SCh могут быть применены способы нейтрализации сернистою ангидрида, основанные на связывании его в малоактивные химические соединения. Обстоятельный обзор современных методов улавливания и использования SO2, выделяющегося при обжиге золотых руд. В частности, рассмотрены: скрубберное орошение отходящих обжиговых газов морской водой или солеными грунтовыми водами; связывание SО2 в CaSO4 непосредственно в процессе обжига вводимой в шихту гашеной известью; фиксация SO2 шламами, инжектируемыми в скруббере газоочистки. В качестве последних упомянуты шламы известняка, фосфатной руды, магнезиальных отходов и красный шлам процесса Байерa. Из перечисленных выше методов особого внимания заслуживает процесс обжига пиритных и мышьяково-пиритиых золотых руд (концентратов) с известью, который рассмотрен нами далее.