Некоторые результаты минералогического исследования пирротиновой руды

Кокорин В.И., младший научный сотрудник лаборатории обогащения руд, отдел обогащения минерального сырья АО "Иргиредмет"

Торбеева Т.С., заведующая группой минералогии и рационального анализа лаборатории обогащения руд, отдел обогащения минерального сырья АО "Иргиредмет"

Амиржанов А.А., специалист по хранению музейных предметов АО "Иргиредмет", канд. геол.-минерал. наук

Как известно, в последнее время в свете истощения запасов легкообогатимых руд во всем мире, в том числе в России, в освоение вовлекается все больше месторождений упорного золотосодержащего сырья, в котором присутствуют сульфидный и/или углеродистый компоненты, затрудняющие гидрометаллургическую переработку. В этом плане особое значение приобретает проведение минералогического анализа руд.

Влияние пирротина на цианирование золотосодержащей руды

Одним из сульфидных минералов, усложняющих гидрометаллургическую переработку золотосодержащей руды цианированием, является пирротин.

Пирротин – это сульфид железа с химической формулой Fe_nS_n+1. Его присутствие в золотосодержащей руде оказывает существенное влияние на растворение драгоценного металла цианистыми растворами.

Например, в работе [3] было показано, что пирротин в растворе цианида натрия (NaCN) растворяется намного медленнее золота. В то же время нежелательной трансформации Fe²⁺ в Fe³⁺, то есть процессу окисления, сопутствует значительный расход растворенных цианида и кислорода.

Учитывая, что пирротин присутствует в золотосодержащей руде в бо́льшей концентрации, чем Au, от его доли и степени окисления будет зависеть расход кислорода при переработке [2].

Свойства пирротина, в том числе растворимость, во многом определяются строением его кристаллической решетки. Различия в ее параметрах обуславливают образование двух полиморфных форм минерала – гексагональной и моноклинной, при этом для последней характерен значительный дефицит Fe.

Установлено, что гексагональный пирротин отличается крайне низкой растворимостью в насыщенных кислородом цианистых растворах [5]. Моноклинная форма этого минерала в свою очередь химически более активна, чем гексагональная [4], что связано с меньшей устойчивостью кристаллической решетки.

Было также обнаружено [3], что кинетика растворения синтетических проб гексагонального пирротина цианистым раствором зависит от стехиометрии минерала. Так, скорость его растворения линейно возрастает при изменении состава от Fe_0,97S до Fe_0,86S (то есть в области устойчивости моноклинного пирротина) и уменьшается по мере увеличения крупности частиц.

В рамках одного из исследований природные гексагональный и моноклинный пирротины подверглись окислительному растворению при выщелачивании в цианистом растворе в течение 24 часов [4]. Скорость растворения минерала при этом росла по мере увеличения температуры, парциального давления кислорода и уменьшения крупности частиц.

В любых экспериментальных условиях моноклинная форма проявляла бо́льшую химическую активность, чем гексагональная. В частности, при крупности фракции моноклинного пирротина 25–45 мкм, в отличие от гексагонального, наблюдалось существенное уменьшение концентрации растворенного кислорода в растворе. Разница в химической активности, по всей видимости, была связана с образованием гидроокиси железа (Fe(OH)₃) в виде слоев на частицах пирротина, замедляющей их растворение [4].

Минералогический анализ золотосодержащих руд, подлежащих цианированию, направлен главным образом на определение минералов руды, их количества, содержания и состава золота, однако более детальные исследования показывают, что этого недостаточно, поскольку некоторые особенности минералогии сырья – концентрация, кристаллическая структура или стехиометрический состав и т.д. – могут оказывать значительное влияние на гидрометаллургическую переработку.

Всесторонний, качественный анализ минералогических характеристик сульфидного золотосодержащего сырья с использованием современных технических средств играет важнейшую роль в понимании причин упорности, разработке оптимальной технологической схемы, обеспечении эффективности извлечения драгоценного металла из руды, рентабельности добычи золота в целом [1].

Минералогический анализ пирротина

В отделе обогащения руд АО "Иргиредмет" был проведен минералогический анализ на материале двух проб руды одного из месторождений в России, поступивших в 2019 и 2020 годах (Проба 2019, Проба 2020), с целью изучения магнитных характеристик пирротина и его цианисидных свойств.

Гранулометрическая характеристика проб руды приведена в табл. 1.

Таблица 1. Гранулометрическая характеристика проб руды

Из материала крупностью минус 0,016+0,071 мм были выделены тяжелые фракции (бромоформ, плотность – 2,89 г/см³), которые с помощью ручного магнита МПР-1 разделили по магнитным свойствам на четыре фракции (табл. 2).

Таблица 2. Фракционирование материала тяжелой фракции Пробы 2019 и Пробы 2020 по магнитным свойствам (класс крупности –0,16+0,071 мм)

Примечание: м1 и м2 – магнитные фракции, эм.ф. – электромагнитная фракция, н.ф. – немагнитная фракция, * – средневзвешенные содержания.

Пирротин из полученных фракций был исследован рентгеноструктурным фазовым (дифрактометрическим) анализом, выполненным на аппарате XRD-6000 (производства Shimadzu) при Cu-фильтрованном излучении, и на сканирующем электронном микроскопе TESCAN TIMA3 LMH FEG. Сравнение полученных рентгенограмм двух проб исходной руды (рис. 1 и 2) теоретически позволяет сделать вывод о том, что в Пробе 2020 доля моноклинного пирротина примерно в два раза выше, а гексагонального – ниже, чем в Пробе 2019.

Рисунок 1. Фрагмент рентгенограммы Пробы 2019: гексагональный пирротин выделен зеленым цветом, моноклинный – оранжевым

Рисунок 2. Фрагмент рентгенограммы Пробы 2020: гексагональный пирротин выделен зеленым цветом, моноклинный – оранжевым

Для выявления объемных соотношений моноклинной и гексагональной фаз пирротинов сняты рентгенограммы по четырем выделенным фракциям. Они свидетельствуют о том, что во всех фракциях исследуемых проб (рис. 3 и 4) присутствуют пирротины моноклинной и гексагональной сингонии, разница заключается только в их соотношении между собой. Моноклинный пирротин, обладающий ферромагнитными свойствами, концентрируется в магнитной фракции (м1). Гексагональный пирротин относится к парамагнетикам и сосредоточен в основном в электромагнитной и немагнитной фракциях (эм.ф. и н.ф.).

Рисунок 3. Фрагмент рентгенограммы Пробы 2019: фракция м1 выделена красным цветом, м2 – синим, эм.ф. – розовым, н.м. – зеленым

Рисунок 4. Фрагмент рентгенограммы Пробы 2020: фракция м1 выделена красным цветом, м2 – синим, эм.ф. – розовым, н.м. – зеленым

Из результатов, полученных при исследовании сканирующим электронным микроскопом фракции минус 0,016+0,071 мм, следует, что в Пробе 2019 соотношение между пирротинами гексагональной и моноклинной сингоний составляет 79,5 и 20,5 %, а в Пробе 2020 – 47,7 и 52,3 % соответственно.

Гексагональный и моноклинный пирротины в пробах находятся в тесном срастании между собой (рис. 5–8). Установлено, что моноклинный пирротин замещает гексагональный вследствие роста парциального давления серы во флюидах вплоть до кристаллизации пирита (FeS₂). Таким образом, общая тенденция ретроградного минералообразования имеет вид: пирротин гексагональный → пирротин моноклинный → пирит. Как видно из рис. 5–8, на заключительной стадии гидротермального процесса и в гипергенных условиях в руде развивается гематит (Fe₂O₃).

Рисунок 5. Проба 2019: гексагональный пирротин выделен синим цветом, моноклинный – желтым, пирит – красным, силикатные фазы – коричневым

Рисунок 6. Проба 2019: гексагональный пирротин выделен синим цветом, моноклинный – желтым, пирит – красным, силикатные фазы – коричневым

Рисунок 7. Проба 2020: гексагональный пирротин выделен синим цветом, моноклинный – желтым, пирит – красным, силикатные фазы – коричневым

Рисунок 8. Проба 2020: гексагональный пирротин выделен синим цветом, моноклинный – желтым, пирит – красным, силикатные фазы – коричневым

Выводы

Рассматриваемое месторождение является уникальным из-за мощно проявленного процесса пирротинизации как магматитов, так и вмещающих пород, вплоть до формирования сливных массивных пирротиновых руд.

В этой связи крайне важно знать ареалы распространения пирротинов разных полиморфных форм – в плане и в разрезе месторождения и его флангов, – поскольку они обладают разной способностью концентрировать золото и разными минералого-технологическими свойствами. Это знание позволяет прогнозировать масштабы и зональность оруденения и помогает выбрать оптимальные технологические схемы переработки руд.

Список использованных источников

1. Кокорин В. И., Торбеева Т. С. Возможности и преимущества минералогических исследований с использованием автоматизированного аналитического комплекса TESCAN // Золотодобыча. – 2022. – №4(281). – С. 27–32.
2. Deschênes, G., Hall, D., Fulton, M. Cyanidation of a pyrrhotite-bearing gold ore // The European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection Vol.3, No.3, 1303-0868, 2003, pp. 353–361
3. Dunn, J.G., Hollbach, D.J., Ibraho, A.S., The dissolution of pyrrhotite in cyanide solution. Proceedings Randol Gold Forum, 1995, 145–148, Perth, Australia.
4. Lehmann, M.N., Kaur, P., Pennifold, R.M., Dunn, J.G., A comparative study of the dissolution of hexagonal and monoclinic pyrrhotites in cyanide solution. Hydrometallurgy, 2000, 55, 255–273.
5. Linge, H.G., Anodic oxidation of pyrrhotite in simulated CIP liquors. Minerals Engineering, 1995, 8(7), 795–806.