Разработка технологии извлечения золота из хвостов обогащения полиметаллических руд

Богородский Е.В., заведующий лабораторией гидрометаллургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук

Бывальцев А.В., ведущий научный сотрудник лаборатории гидрометаллургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук

Василькова А.О., старший научный сотрудник лаборатории гидрометаллургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук

Актуальной задачей современной горнодобывающей промышленности является переработка техногенных ресурсов и получение из них ценных компонентов. Иргиредмет провел комплекс исследований, результатом которых стала технология прямого цианирования, обеспечившая извлечение золота из хвостов обогащения полиметаллических руд.

Введение

В России накоплены значительные объемы отходов цветной металлургии: лежалых хвостов обогатительных фабрик, пиритных огарков, клинкера и т.д. С учетом промышленных содержаний драгоценных (золото – 0,7–3,0 г/т) и цветных металлов (медь – 0,15–0,5 %, цинк – 0,3–0,8 %) объекты хранения такого сырья рассматриваются как крупные техногенные месторождения.

За последние десятилетия Иргиредмет выполнил обширные исследования по переработке техногенного сырья с применением гидрометаллургических, пирометаллургических и комбинированных способов извлечения ценных компонентов.

В рамках разработки технологии для одного из отечественных предприятий институт провел лабораторные исследования, полупромышленные и опытно-промышленные испытания по извлечению золота из хвостов медно-цинковой флотации.

Обогащение предусматривает частичный переход драгоценных металлов (до 20 %) в концентраты, однако существенная часть золота и серебра, связанных с пиритом, теряется с хвостами флотации, которых за годы эксплуатации предприятия накопилось примерно 120 млн т.

При среднем содержании золота в хвостах около 1,2 г/т и серебра около 10 г/т в хвостохранилище содержится приблизительно 140 и 1 200 т драгоценных металлов соответственно. Кроме того, в техногенном сырье находятся остаточные содержания меди и цинка, которые принципиально могут быть доизвлечены.

Эти расчеты позволяют рассматривать хвостохранилище как относительно крупное техногенное месторождение – в первую очередь золота, так как его стоимость кратно превосходит суммарную стоимость остальных металлов.

Такие обстоятельства стали основанием для проведения цикла исследований по разработке рациональной (рентабельной) технологии доизвлечения ценных компонентов из хвостов.

Содержание золота в изученных пробах составило 1,2–1,3 г/т, серебра – 8–16 г/т, меди – 0,11–0,13 %, цинка – 0,21– 0,30 %, железа сульфидного – 23–24 %, серы сульфидной – 24–28 %; крупность проб – 70–75 % класса минус 0,071 мм.

Основными минералами являлись пирит (45–52 %), кварц (18–26 %), гидрослюдистые образования и хлорит (9–12 %), плагиоклазы (3–5 %), гипс (3–6 %), гидроксиды железа (1–3 %), сульфаты железа (1 %). Доля халькопирита была на уровне 0,3 %, сфалерита – 0,2 %.

Золото присутствовало в основном в виде частиц крупностью менее 1 мкм и преимущественно было связано с сульфидами, что являлось главной причиной упорности к цианированию. По данным рационального анализа, в цианируемой форме находилось примерно 34 % драгоценного металла, вкраплено в сульфидах – около 61 %.

Лабораторные исследования

На лабораторной стадии были проведены поисковые исследования с широким варьированием параметров по обогатительным, пирометаллургическим и гидрометаллургическим способам.

Обогатительные приемы, основанные на гравитационных принципах (грохочение, обесшламливание в гидроциклоне, обогащение на концентрационном столе, магнитно-жидкостная сепарация), показали низкую эффективность – образовывались бедные концентраты (1,6–2,3 г/т золота), в которые извлекалось не более 30 % драгоценного металла.

Флотация также не дала удовлетворительных результатов по концентрированию золота. В результате варьирования марки, расхода, режима подачи флотореагентов (БКК, Т-92, AERO 3418А, МИБК), pH (3,5–10,4) и наличия перечистных операций извлечение драгоценного металла в концентраты составило 72,3– 82,8 % при выходе 59,73–64,1 %; получены продукты, содержащие 1,5–2,0 г/т золота.

Низкая эффективность гравитационного и флотационного обогащения наблюдалась и для меди, цинка и серебра.

Были исследованы различные варианты комбинированной пиро-гидрометаллургической переработки хвостов обогатительной фабрики.

Огарок, полученный в результате обжига при добавке различных реагентов (Na₂CO₃, CaO, NaCl, NaNO₃ и H₂SO₄) и варьирующейся температуре (200–600 °С), был подвергнут отмывке и цианированию. В бескислородном режиме окисления сульфидов и повышения извлечения ценных компонентов не наблюдалось.

Посредством гидрометаллургической обработки после окислительного обжига извлечение меди в раствор составило 27,2–32,1 %, цинка – 24,8–34,5 %, золота – 67,1–70,4 %, серебра – 72,7–74,5 %. Однако для достижения указанных показателей степень окисления сульфидной серы должна быть не менее 50 %. При этом возникает необходимость строительства дорогостоящих аппаратов и очистки пылегазовых выбросов, делающая пирометаллургические способы нерентабельными для столь бедного сырья.

Дополнительно была изучена возможность прямой гидрометаллургической переработки.

Для выщелачивания золота и серебра в качестве растворителей были испытаны тиокарбамидные, тиосульфатные, сульфитные и цианидные растворы в мягких условиях, допускающих рентабельную переработку пиритных хвостов обогащения (табл. 1).

Таблица 1. Результаты опытов по выщелачиванию золота и серебра из хвостов обогатительной фабрики в мягких условиях

Цианирование оказалось единственным эффективным способом извлечения золота и серебра из хвостов. В мягких условиях, при умеренном расходе NaCN (1,0 кг/т) и Ж:Т = 1:1, было извлечено 32,0 % Au и 34,2 % Ag.

Поиск оптимального режима цианирования (продолжительность – 12 часов, Ж:Т = 1:1) показал возможность сокращения расхода NaCN (около 0,3 кг/т) и обеспечения сопоставимого извлечения золота (32–33 %). Серебро при этом практически не выщелачивается, а дополнительно затраченный цианид натрия не окупается извлеченным металлом.

Было установлено, что бисерный помол хвостов до крупности 90 % класса минус 30 мкм, при энергозатратах не более 10 кВт∙ч/т, позволяет повысить извлечение золота при цианировании до 40–45 % (см. рис.).

Зависимость количества дополнительно извлекаемого золота от удельных затрат энергии на предварительный бисерный помол

Оптимизированный режим цианирования был испытан в укрупненнолабораторном масштабе.

Укрупненно-лабораторные испытания

Были испытаны два варианта цианирования: с исходной крупностью сырья и после бисерного помола до 90 % класса 30 мкм.

Помол был проведен в полупромышленной бисерной мельнице непрерывного действия с использованием керамического бисера типа ZS (силикат циркония) диаметром 1,6–2,0 мм при энергозатратах 9,6 кВт∙ч/т.

Непрерывные динамические испытания включали операции предварительного и сорбционного цианирования с применением активного угля, выбранного на лабораторной стадии исследований.

Испытания подтвердили перспективность технологии цианирования. При умеренном расходе NaCN (0,3–0,6 кг/т) извлечение золота из хвостов исходной крупности составило 30,4 %, из доизмельченных хвостов – 42,0 %.

Был получен насыщенный уголь приемлемого качества с содержанием золота 0,34–0,36 мг/г. Медь, серебро, цинк и железо в жидкой фазе пульпы присутствовали в относительно малых концентрациях.

Операционное извлечение серебра и меди на активный уголь в процессе цианирования не превышало 3 %. Основной примесью в жидкой фазе хвостов являлся тиоцианат-ион (CNS^–) с концентрацией в пределах 47,9–154,0 мг/л.

Опытно-промышленные испытания

На представительной пробе текущих хвостов массой 67 т с содержанием золота 1,35 г/т были проведены опытно-промышленные испытания.

Технология переработки включала распульповку сырья, предварительную известковую обработку с целью моделирования щелочной пульпы, поступающей с обогатительной фабрики, и цианирование, которое проводили в цепочке из трех пачуков предварительного цианирования и шести пачуков сорбционного выщелачивания объемом по 0,4 м³.

Режим цианирования (оптимальный):

• Отношение Ж:Т – 1:1.
• Расход NaCN (100 %) – 135 г/т.
• Продолжительность – 12 часов.
• Удельный поток угля – 1,6 кг/т, емкость насыщенного угля по золоту – 0,3 мг/г.

Результаты цианирования:

• Потери золота с жидкой фазой хвостов сорбции – 0,02 мг/л.
• Потери золота с твердой фазой хвостов сорбции – 0,91 г/т.
• Извлечение золота на сорбент – 30,8 %, или 0,416 г/т.

Результаты испытаний приведены в табл. 2. Практически все растворимое золото оказалось извлечено из твердой фазы, что подтвердило данные лабораторных тестов. Положительный итог обусловлен оптимальным режимом расходования NaCN и применением системы автоматического регулирования его концентрации.

Таблица 2. Сводные результаты опытно-промышленных испытаний технологии цианирования хвостов медно-цинковой флотации

Для переработки угля рекомендована технология, включающая предварительное обезмеживание, автоклавно-щелочную десорбцию, вторичное концентрирование и электроосаждение золота.

Эта технология проверена в лабораторном масштабе, все стадии прошли достаточно эффективно; получен уголь с остаточным содержанием драгоценного металла не более 0,05 мг/г и катодный осадок приемлемого для аффинажа качества.

Концентрация цианидов и цветных металлов (меди и цинка) в жидкой фазе хвостов технологии следовая. Единственной стабильной примесью, возникшей в процессе цианирования, являлись тиоцианаты (роданиды) с содержанием приблизительно до 50 мг/л.

Заключение

Разработка технологии переработки хвостов медно-цинковой флотации с целью извлечения золота является актуальной задачей в контексте рационального использования минеральных и, в частности, техногенных ресурсов.

Проведенный комплекс лабораторных, укрупненных и опытно-промышленных испытаний показал, что традиционные методы – гравитационное и флотационное обогащение – малоэффективны для переработки пиритных хвостов с ультрадисперсным золотом. Пирометаллургические подходы требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат, что делает их нецелесообразными для бедного сырья.

Наиболее перспективной оказалась технология прямого цианирования с предварительным известкованием, которая позволяет извлечь 30,8 % золота при расходе NaCN 135 г/т. Использование бисерного помола повысило извлечение драгоценного металла до 42,0 % при малом расходе цианида натрия (0,3–0,6 кг/т).

Технология цианирования была испытана в опытно-промышленном масштабе и подтвердила свою эффективность для переработки бедного высокосульфидного сырья.

Существенным результатом является эффективное извлечение золота при применении особо низких рабочих концентраций и расходов цианида. Это контрастирует с традиционным подходом, при котором сульфидное сырье требует повышенных дозировок реагента из-за конкурирующих процессов потребления. Такое решение открывает перспективы эксплуатации техногенных колчеданных месторождений.

"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 4 (317), АПРЕЛЬ 2025 ГОДА

© АО "Иргиредмет", 2025