Промышленные испытания усовершенствованной технологии прямого цианирования упорной высокопирротиновой руды с применением нитрата свинца
Печенин Е.Ю., генеральный директор АО "Иргиредмет"
Бывальцев А.В., ведущий научный сотрудник, лаборатория гидрометаллургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук
Гриженаускас А.В., младший научный сотрудник, лаборатория гидрометаллургии АО "Иргиредмет"
Богородский Е.В., заведующий лабораторией гидрометаллургии АО "Иргиредмет", канд. техн. наук
Суханов Я.Г., директор проекта, отдел управления комплексными проектами АО "Иргиредмет"
Выделение избыточного тепла при переработке упорной руды с высоким содержанием пирротина привело к снижению извлечения золота и увеличению расхода цианида натрия. Проблема была решена Иргиредметом без ущерба для производственных и экономических показателей за счет разработки и внедрения усовершенствованной технологии.
Введение
В 2019–2020 годах Иргиредмет провел цикл исследований, разработал и внедрил технологию прямого цианирования уникальной пирротиновой руды. Она содержала около 3 г/т золота, аномально большое количество пирротина (до 30–40 %) и элементной серы (до 0,4 %).
Руда плохо обогащалась гравитацией и флотацией. Прямое цианирование оказалось единственным эффективным способом извлечения золота, однако было в крайней степени осложнено химической депрессией. Пирротин и элементная сера интенсивно потребляли все реагенты, необходимые для выщелачивания в стандартном режиме (СаО, NaCN, O2), поэтому извлечение Au снижалось до уровня менее 20 %.
С целью нейтрализации вредного действия пирротина в технологическую схему было внедрено несколько операций:
- добавка оксида свинца (PbO) в процесс рудоподготовки для химической пассивации пирротина;
- интенсивная известково-воздушная обработка (ИВО) перед цианированием;
- интенсивная аэрация в процессе цианирования;
- фильтрация и полусухое складирование необезвреженных хвостов;
- максимальный оборот необезвреженной жидкой фазы, дополнительно сокращающий расход реагентов и улучшающий показатели цианирования.
В 2021–2023 годах был разработан проект, построено предприятие. Пусконаладочные работы в 2023 году показали, что негативным эффектом превышения содержания пирротина в текущей руде (35–43 % вместо проектных 27 %) стало значительное количество тепла. Оно выделялось в результате окисления минерала при переработке по регламентной технологии практически на всех стадиях, от добычи до складирования хвостов золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ).
Из-за выделения избыточного тепла температура пульпы на цианировании поднималась до 50–80 °С. Этот процесс сопровождался резким увеличением расхода цианида натрия (NaCN) ввиду ускорения нецелевых химических реакций – с 4,7 кг/т (регламентная величина) до 14 кг/т, а также снижением извлечения золота до уровня менее 50 % (при регламентном показателе 83 %) в результате недостатка растворенного кислорода (О2) в жидкой фазе пульпы.
В середине 2024 года были проведены дополнительные исследования для повышения эффективности переработки руды с массовой долей пирротина около 40 %. Лабораторные эксперименты и полупромышленные испытания в колоннах высотой 8 м позволили установить, что использование нитрата свинца (Pb(NO3)2) в количестве 3 кг/т в три – пять раз снижает расход воздуха при увеличении динамики накислораживания (рис. 1).
Рисунок 1. Динамика накислораживания пульпы при ИВО и цианировании в ходе полупромышленных испытаний
Окисление пирротина воздухом является экзотермическим процессом, поэтому использование солей свинца, кроме прямого пассивирующего воздействия на минерал, повышает эффективность технологии за счет снижения тепловыделения. При прочих равных условиях добавка нитрата свинца позволила снизить расход цианида натрия и оксида кальция (СаО) примерно в два раза и достигнуть регламентных показателей извлечения золота.
На рис. 2 проиллюстрировано влияние добавок нитрата свинца на расход NaCN.
Рисунок 2. График расхода NaCN при цианировании в ходе полупромышленных испытаний
Краткое технико-экономическое сравнение показало, что по себестоимости золота вариант с нитратом свинца (1 514 руб./г) находился на уровне регламентного (1 547 руб./г). Было принято решение о проведении промышленных испытаний усовершенствованной технологии на ЗИФ.
Промышленные испытания
С целью снижения эффекта тепловыделения до ноября 2024 года ЗИФ перерабатывала шихту товарной высокопирротиновой руды и пустой породы в соотношении 6:4. Это обеспечивало регламентную массовую долю пирротина в питании фабрики примерно на уровне 27 %.
Работы по использованию нитрата свинца и повышению доли высокопирротиновой руды в питании ЗИФ проводили с поэтапным сокращением количества пустой породы в шихте:
- Режим № 1: на шихте с соотношением 6:4, соответствует технологическому регламенту (ТР).
- Режим № 2: на шихте с соотношением 7:3 (70 об. % руды), с добавкой Pb(NO3)2.
- Режим № 3: на шихте с соотношением 8:2 (80 об. % руды), с добавкой Pb(NO3)2.
- Режим № 4: на шихте с соотношением 9:1 (90 об. % руды), с добавкой Pb(NO3)2.
- Режим № 5: на руде (100 об. % руды), с добавкой Pb(NO3)2.
Результаты по режиму № 1 взяты из оперативных журналов ЗИФ за период до начала испытаний. Промышленные опыты с использованием нитрата свинца (режимы № 2–5) анализировались по данным прямых замеров, а также на основании сведений из оперативных журналов. Все анализы выполнялись в пробирно-аналитической лаборатории фабрики.
Нитрат свинца при растворении в воде подвергается частичному гидролизу с высвобождением свободной азотной кислоты. Значение pH раствора Pb(NO3)2 с концентрацией 100 г/л, приготовленного в условиях ЗИФ, составило 2,2.
Поскольку подача кислого реагента привела бы к скачкам pH пульпы на ИВО и в ходе промышленных испытаний для дозирования нитрата свинца использовали узел приготовления известкового молока, не предназначенный для работы с кислыми средами, при растворении на каждые 100 м3 воды и 10 т Pb(NO3)2 подавали также 2,5 т СаО для осаждения Pb(OH)2 и доведения pH полученной суспензии до 8–12. Фактически в головной агитатор ИВО добавляли "свинцовое молоко", состоявшее преимущественно из малорастворимого гидроксида свинца – аморфного осадка с развитой поверхностью.
Следует отметить, что тот же осадок, Pb(OH)2, мгновенно выпадает при подаче Pb(NO3)2 непосредственно в пульпу и является действующим веществом при пассивации сульфидной серы.
Технологическая схема гидрометаллургического передела ЗИФ на момент проведения промышленных испытаний включала следующие операции:
- ИВО сгущенной пульпы в течение 30 часов при pH = 11–12;
- предварительное цианирование в течение 15 часов;
- сорбционное цианирование с активным углем в течение 24 часов.
Сводные результаты испытаний представлены в таблице.
Таблица. Сводные результаты промышленных испытаний
|
Показатель |
Значение |
|||||
|
Режим |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Доля руды в подаваемой шихте, % |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
Производительность по твердому, т/ч |
91 |
92 |
102 |
101 |
104 |
|
|
Содержание Au в шихте, подаваемой на ЗИФ, г/т |
2,90 |
3,37 |
3,17 |
4,54 |
2,96 |
|
|
Содержание пирротина в шихте, подаваемой на ЗИФ, % |
25,6 |
27,2 |
28,6 |
31,2 |
36,7 |
|
|
Расчетное содержание Au в исходной руде до разубоживания пустой породой, г/т |
4,83 |
4,81 |
3,96 |
5,04 |
2,96 |
|
|
Расчетное содержание пирротина в исходной руде до разубоживания пустой породой, % |
42,7 |
38,9 |
35,8 |
34,7 |
36,7 |
|
|
Расход реагентов |
PbO, кг/т |
1,2 |
1,2 |
1,1 |
1,1 |
1,0 |
|
Pb(NO3)2, кг/т |
– |
2,3 |
2,2 |
2,5 |
2,5 |
|
|
NaCN, кг/т |
2,0 |
1,2 |
0,8 |
0,7 |
0,8 |
|
|
CaO, кг/т |
2,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,1 |
|
|
Флокулянт, г/т |
9 |
13 |
12 |
13 |
14 |
|
|
Содержание золота в питании гидрометаллургии, г/т |
3,02 |
2,82 |
2,86 |
3,92 |
3,53 |
|
|
Температура пульпы на ИВО и цианировании, °С |
29–34 |
22–29 |
25–32 |
27–31 |
27–33 |
|
|
Концентрация О2 на цианировании *, мг/л |
>4 |
8,7–0,2 |
7,9–9,3 |
7,5–8,1 |
7,5–8,1 |
|
|
Рабочая концентрация NaCN, г/л |
В голове |
0,9 |
1,0 |
0,7 |
0,6 |
0,7 |
|
В хвостах |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
|
|
Содержание Au в хвостах, г/т |
0,27 |
0,27 |
0,29 |
0,35 |
0,36 |
|
|
Расчетное содержание Au в хвостах в пересчете на исходную руду до разубоживания, г/т |
0,45 |
0,39 |
0,36 |
0,39 |
0,36 |
|
|
Фактическое извлечение Au от исходного питания ЗИФ, % |
90,6 |
92,0 |
90,9 |
92,3 |
88,0 |
|
|
Приведенное извлечение Au для руды с содержанием 4,32 г/т **, % |
90,1 |
91,6 |
91,3 |
91,7 |
90,1 |
|
На рис. 3 приведено содержание золота в шихте, подаваемой на ЗИФ, которое в режимах № 1–5 составило 2,90–4,54 г/т. Содержание Au в исходной руде до ее разубоживания пустой породой в режимах № 1–4 было установлено на уровне 3,96–5,04 г/т, а в режиме № 5 снизилось до 2,96 г/т, что указывает на изменение вещественного состава во время испытаний.
Рисунок 3. Содержание золота в шихте, подаваемой на ЗИФ
На рис. 4 показана массовая доля пирротина в сырье, подаваемом на ЗИФ. В ходе промышленных испытаний этот показатель увеличился с 25,6 % (режим № 1) до 36,7 % (режим № 5).
Рисунок 4. Массовая доля пирротина в шихте, подаваемой на ЗИФ
Извлечение золота в режимах № 1–4 оставалось на приблизительно одном уровне – в пределах 90,6–92,3 %, однако в режиме № 5 снизилось до 88,0 %, в основном в связи с сокращением содержания Au в товарной руде (до разубоживания) с 3,96–5,04 до 2,96 г/т.
На рис. 5 указано содержание золота в хвостах ЗИФ. В режимах № 1–3 оно составило 0,27–0,29 г/т, в режимах № 4–5 возросло до 0,34–0,35 г/т.
Рисунок 5. Содержание золота в хвостах ЗИФ
Прирост содержания драгоценного металла в хвостах обусловлен повышением доли товарной руды в шихте, подаваемой на ЗИФ. В результате в пересчете на исходную руду до разубоживания этот показатель в режиме № 1 составил 0,45 г/т, в режимах № 2–5 с применением нитрата свинца – снизился до 0,36– 0,39 г/т.
На рис. 6 изображен график удельного расхода реагентов. Расход свинцового глета задавался директивно (подается на измельчение руды). В ходе промышленных испытаний в режимах № 1–5 его поддерживали на уровне 1,0–1,2 кг/т. В режимах № 2–5 использовали нитрат свинца с расходом 2,2–2,5 кг/т.
Рисунок 6. Удельный расход реагентов
Расход извести был снижен с 2,8 кг/т (режим № 1) до 2,0–2,4 кг/т, в среднем – на 21 %; NaCN – с 2,0 кг/т (режим № 1) до 0,7–1,2 кг/т, в среднем – на 55 %.
Рис. 7 демонстрирует динамику температуры пульпы по агитаторам ИВО, цианирования и сорбции. Резкое уменьшение этого показателя в начале режима № 2 связано с длительным планово-предупредительным ремонтом (1–6 ноября 2024 года), когда температура пульпы в технологическом оборудовании заметно снизилась.
Рисунок 7. Температура пульпы в агитаторах ИВО, цианирования и сорбции
В режимах № 2–5 температура увеличивалась, но связано это было с большой тепловой инерцией ЗИФ. Предположительно, рост наблюдался бы и без проведения промышленных испытаний. С другой стороны, максимальная температура в гидрометаллургическом отделении не превышала 35 °С, что соответствует допустимой величине, определенной на лабораторной стадии научно-исследовательской работы (НИР) – не более 40 °С.
На рис. 8 приведена динамика концентрации растворенного кислорода в жидкой фазе пульпы в агитаторах ИВО, цианирования и сорбции. Концентрация O2 на цианировании (7,5– 10,2 мг/л) в режимах № 2–5 превышала регламентные требования (не менее 4 мг/л), что является хорошим показателем, обуславливающим высокие показатели цианирования и относительно небольшой расход реагентов.
Рисунок 8. Концентрация растворенного О2 в агитаторах ИВО, цианирования и сорбции
Выводы по промышленным испытаниям
Переработка руды с регламентным содержанием пирротина (27 %) и в регламентном режиме (без применения Pb(NO3)2) характеризовалась лучшими показателями по сравнению с ТР:
- Фактическое извлечение золота – 90,1–90,6 % при содержании в руде 4,32–4,83 г/т; по ТР – 83,0 % при содержании в руде 3,98 г/т.
- Фактический расход NaCN –2,0 кг/т, СаО – 2,8 кг/т, PbO – 1,2 кг/т; по ТР – 4,7; 26; 1,2 кг/т соответственно.
Применение Pb(NO3)2 в количестве 2,2–2,5 кг/т при переработке руд (шихт) с массовой долей пирротина 27,2–36,7 % позволило получить соразмерное извлечение золота – 88,0–92,3 %, сократив расход NaCN с 2,0 до 0,7–1,2 кг/т, СаО – с 2,8 до 2,0–2,4 кг/т.
Следует отметить достаточно высокие показатели накислораживания пульпы при применении Pb(NO3)2: концентрация O2 в питании цианирования достигала 7,5–10,2 мг/л, что находится на пределе насыщения воды кислородом.
Температура пульпы на ИВО и цианировании составляла 22–33 °С, при этом критическим, согласно лабораторным испытаниям, является увеличение этого показателя свыше 40 °С.
Результаты промышленных испытаний подтвердили эффективность регламентной и усовершенствованной технологий:
- Регламентная технология: получено более высокое извлечение золота при меньшем расходе реагентов по сравнению с ТР.
- Усовершенствованная технология с применением нитрата свинца для переработки руды с повышенным содержанием пирротина (30–40 %): удалось перевести ЗИФ на переработку 100 % руды без разубоживания пустой породой при сохранении высокого извлечения золота и сокращении расхода NaCN и СаО.
Технико-экономические расчеты показали, что дополнительная выручка при применении нитрата свинца и исключении из переработки пустой породы за период испытаний (14 суток) составила 302 млн рублей, дополнительные затраты на реагенты – 14 млн.
Проведенная НИР позволила отработать и усовершенствовать уникальную технологию переработки руд, характеризующихся рекордно высокой химической депрессией при цианировании. Изучение столь упорного сырья дает специалистам Иргиредмета бесценные знания и практический опыт.
"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 9 (322), СЕНТЯБРЬ 2025 ГОДА
© АО "Иргиредмет", 2026