Повышение извлечения мелкого и тонкого золота – основа развития золотодобычи в россии в ближайшем будущем

 

Месторождения россыпного золота, обилием которых можно было характеризовать Россию ХХ века, в течение многих десятилетий интенсивно эксплуатировались и сегодня заметно истощены из-за интенсивной эксплуатации самых богатых и легкообогатимых россыпей. 

 

В.В. Кармазин – Московский горный государственный университет, Москва 

 

Именно эти, достаточно простые по геологическому строению и условиям отработки богатые и легкообогатимые россыпи, стали основой золотодобывающей промышленности в конце прошлого века, причем соотношение объемов добычи золота россыпных и рудных (коренных россыпных и рудных (коренных) месторождений в России составляло 4:1. К настоящему времени в стране добыто 2/3 разведанных ранее запасов россыпного золота.. В 90-е годы значительно сократились инвестиции на геологоразведочные работы, что привело к резкому снижению технико-экономических показателей отработки золотосодержащих россыпей. Увеличилась также доля мелкого и тонкого золота (МТЗ), которое считается весьма труднообогатимым, так как почти не извлекается традиционными технологиями.

В настоящее время соотношение объемов россыпной и рудной золотодобычи стало быстро убывать за счет снижения объемов отработки россыпей и вовлечения в эксплуатацию коренных и месторождений.

В наше время увеличение запасов россыпных месторождений золота в основном производится за счет мелких по запасам участков. Об этом свидетельствует структура разведанных запасов, где все большую долю за последние годы составили сначала средние, затем мелкие месторождения. Данные Роскомдрагмета и ЦНИГРИ свидетельствуют, что около 40% россыпного золота в стране сосредоточено в месторождениях с запасами золота до 1 т при его содержании до 300 мг/м³. В Якутии (Республика Саха) разведано в настоящее время больше 2500 месторождений такого рода. Запасы золота на Дальнем Востоке также относятся к малообъемным россыпям, о чем свидетельствуют данные ЦГД ДВО РАН. Можно охарактеризовать эти запасы золота в кондиционных россыпях следующими показателями: по Амурской области – 256 мг/м³, по Хабаровскому краю – 185 мг/м³, по Приморскому краю – 91 мг/м³, а в забалансовых россыпях от 50 до 100 мг/м³.

В девяностых годах среднее содержание золота в песках снизилось в 2–3 раза, а в дражных песках снизилось на 28% и составило 180 мг/м³. Средняя крупность золота за этот период уменьшилась в 2,5–3 раза, что, естественно, вызвало увеличение дали мелкого труднообогатимого золота (до 40%), а в отдельных россыпях до 94%. Значительное сокращение балансовых запасов россыпного золота, а также снижение прироста разведанных запасов золота за последние годы до 35% от объемов добычи вызвало вовлечение в разработку техногенных образований (эфельные отвалы и хвосты ШОФ).

Техногенные образования представляют собой искусственные скопления минеральных веществ, разработка которых является экономически выгодной. Появление техногенных образований вызвано непрерывным увеличением объемов горного производства. За десятки лет добычи образовалась огромная масса отходов в виде отвалов и хвосто­хранилищ. В них содержится определенное количество ценных продуктов. Их можно отнести к разряду неизбежных потерь в связи с несовершенством техники и технологии.

Из-за неуклонного снижения минимального промышленного содержания золота в настоящее время эти техногенные образования представляют резерв для восполнения золотосодержащей сырьевой базы. В 1933 г. М.Г. Кожевников, занимаясь изучением старых золотоносных отвалов, предложил рассматривать их как «своеобразные месторождения золота», а в настоящее время такие отвалы уже переработаны иногда по несколько раз.

Учитывая реальное положение дел, необходимо считать месторождения, содержащие мелкое и тонкое золото новым видом сырья, для которого не существует эффективной технологии обогащения с высоким извлечением. В связи с этим одним из важнейших направлений преодоления технических и экономических проблем золотодобывающей промышленности является отказ от устаревшей технологии, рассчитанной на практически исчезнувшую категорию крупного золота.. Необходимо переходить к новым наукоемким процессам и аппаратам, новой экологически чистой технологии, обеспечивающей извлечение весьма тонких классов драгметаллов, т.е. основой для решения проблемы прироста продукции россыпной золотодобычи является создание новой техники и технологии для повышения извлечения МТЗ.

В настоящее время, когда богатые россыпи с крупным золотом уже отработаны, а поиски новых месторождений не приносят видимых результатов из-за снижения объемов геологоразведочных работ, половина балансовых запасов россыпного золота России имеет повышенное содержание МТЗ. По данным Иргиредмета, содержание мелкого золота Якутии и Восточной Сибири составляет в среднем 40–60%, иногда достигает 80–90%. 

Исследования переработки золотосодержащих россыпей показали, что основные потери золота имеют место в классах крупностью менее 0,5 мм и преимущественно в классе менее 0,25 мм. Потери золота этой крупности при промывке песков приводят к возникновению техногенных россыпей.

 

 

 

Рис. 1. Эпюры скоростей потока пульпы в промышленном гидрошлюзе при турбулентном режиме с ламинарностью в придонном слое за счет стандартных ковриков и трафаретов (1) и за счет магнетитового меха (2), и при ламинарном режиме 

 

 

 

Улавливание золота в шлюзах широко распространено из-за простоты их обслуживания и достаточно высокой производительности при почти удовлетворительных показателях извлечения. В то же время известно, что частицы золота крупности менее 0,15 мм шлюзами не улавливаются вообще даже при длине более 30 метров, поэтому увеличение объемов промывки проводит лишь к увеличению потерь металла за счет мелких классов, формирующих новые техногенные образования.

В результате создаются новые, техногенные месторождения с промышленным содержанием золота, представленного в основном мелкими, трудноизвлекаемыми классами. Повторная их отработка ведется снова по той же шлюзовой технологии, но, даже если применять для доизвлечения самые совершенные гравитационные аппараты – сепараторы Кнельсона, Фальконе, шламовые концентрационные столы и т.п., проблема не решается. Эти аппараты при небольшой производительности теоретически способны извлекать только частицы крупностью более 0,03 мм, а практически значительно выше.

Если при первичной переработке песков извлекается более половины исходного количества золота, то при повторной переработке извлекается не более 20%, а при третьей – не более 5% от исходного. В отвалах и шламохранилищах снова и снова формируются новые техногенные месторождения, соблазняя старателей легкой доступностью для повторной, но уже практически убыточной переработки.  

Отсадочная технология обеспечивает более эффективное извлечение МТЗ, в связи с чем она почти повсеместно вытеснила шлюзовую при дражном способе добычи золота.. Внедрение отсадочной технологии на драгах повышает извлечение золота в среднем на 10–30%, хотя иногда замена шлюзов на отсадочные машины на драгах ведет к росту потерь. Применение двухстадиальных схем обогащения «шлюз глубокого обогащения – отсадочная машина» позволяет извлекать около 40% золота класса крупности -0,25 мм (около 60%).

Уровень содержания МТЗ в хвостах обогащения в среднем составляет для эфельных отвалов от 70 до 400 мг/м³, для галечных отвалов от 60 до 280 мг/м³, хвостов ШОУ (черных шлихов) – до 6000 мг/м³. Содержание золота в отвалах гидравлик составляет от 60 до 2050 мг/т, в дражных отвалах от 120 до 300 мг/т, в хвостах ШОУ до 150–170 г/т. В данных условиях даже половинное извлечение МТЗ, теряемого с эфелями, могло бы повысить эффективность золотодобычи на 40–50%.

 Таким образом, МТЗ как полезное ископаемое в настоящее время необходимо оценивать с двух принципиально различных позиций:

·         как полезное ископаемое, добычу которого можно осуществлять самостоятельно;

·         как «попутное» полезное ископаемое, извлечение которого осуществляется из эфелей действующих промприборов и драг, песчано-гравийных смесей, техногенных образований в процессе их демеркуризации и т.д.

Наиболее перспективными и бурно развиваемыми в последнее десятилетие направлениями в области обогащения золотосодержащего минерального сырья с МТЗ является разработка и внедрение технологических процессов и оборудования на основе: 

·         прямых процессов сепарации, основанных на непосредственном воздействии электромагнитного поля на обладающие электрическими, ферро- или парамагнитными свойствами частицы ценного компонента, что приводит к извлечению последних в концентрат под воздействием сил тяжести и пондеромоторных сил, при этом за счет флокуляции мелких частиц под воздействием магнитного поля происходит их укрупнение и, таким образом, повышение извлечения;

·         косвенных или комбинированных процессов сепарации, обеспечивающих извлечение в концентрат немагнитных частиц за счет воздействия электромагнитного поля на окружающую их среду, приводящего к изменению структурированности и гидродинамики потока, или извлекаемые частицы, обеспечивая изменение их физических свойств, или одновременно на среду и извлекаемые частицы.

 Прямые процессы магнитной сепарации достаточно изучены и широко применяются при обогащении руд черных и редких металлов. Хотя, как известно, золото относится к числу немагнитных минералов, во многих случаях данные процессы могут и успешно используются и для его извлечения. Во-первых, зачастую значительное количество золота, теряемого при гравитационном обогащении, связано с минералами железа – покрыто окислами и гидроокислами железа и титанистого железняка, содержит их вкрапления («ржавое» золото, золото «в рубашке»), что приводит к проявлению данными частицами золота слабо- и среднемагнитных свойств. Так, по данным, приведенным в работе Ковлекова И.И., частота встречаемости примесей железа в самородном золоте составляет до 97,9%, в россыпях магнитными свойствами обладает до 28,14% золота, в хвостах обогащения рудного золота – от 42,67% до 100%.

Магнитные свойства проявляют также золотосодержащие амальгамы, особенно «железные амальгамы», образование которых осуществляется путем восстановления меди на поверхности железных частиц и последующего извлечения омедненных частиц железа в медную амальгаму.

Наконец, известны способы придания магнитных свойств частицам золота.. В частности, путем его обработки карбонилами металлов VIII группы таблицы Менделеева (Fe, Ni, Co), усиливающими их магнитную восприимчивость, или обработкой в пульпе с железными опилками.

Все, сказанное о золоте, в еще большей степени относится к платине.. Так, магнитность изоферроплатины (содержание железа в ее составе в россыпях составляет не менее 7% ) и возможная вкрапленность элементов платиновой группы в магнетит россыпей способствует ее извлечению в магнитные продукты обогащения (до 30% платиноидов). В среднем доля магнитной платины в россыпях составляет около 43,2%.

Целесообразность и эффективность использования для извлечения золота процессов прямой магнитной сепарации и реализующих ее аппаратов научно обоснована в многочисленных исследованиях и доказана практикой. Так, по данным Ускова Н.М. и др., электромагнитной сепарацией получен концентрат с содержанием золота 60% (класс крупности -160+50 мкм) при извлечении 71%.

В ЮАР (Chadwick E.R., Corrans I.J., Louw G.D., Laxen P.A., Levin J. и др.) с середины 1970-х годов успешно проводятся испытания и внедрение в практику высокоградиентной магнитной сепарации в сильном магнитном поле золотосодержащих руд, хвостов флотации и хвостов цианирования с использованием различного типа сред-матриц (шаров различного диаметра, стальной ваты и др.). При этом минеральный анализ исходных продуктов и концентратов сепарации показал, что, как правило, извлекаемые из хвостов флотации и цианирования золотины имели пленки оксидов железа, однако в основном существенное количество золота было связано с немагнитным пиритом, что может свидетельствовать о том, что извлечение золота осуществлялось не только за счет процессов прямой магнитной сепарации.

Комбинированные (непрямые) процессы магнитно-гравитационной сепарации являются относительно новыми. Наиболее известны из них следующие: 

·         магнитно-флокуляционная концентрация (МФК) – комбинированный магнитно-гравита­ционный процесс обогащения, в котором в качестве разделительной среды-постели используются сфлокулированные под воздействием магнитного поля из ферромагнитных частиц магнетита структуры различной плотности и подвижности;

·         магнитогравиметрическая сепарация (МГМ), с использованием в качестве разделительной среды коллоидных растворов ферро- и ферримагнетиков;

·         магнитогидростатическая сепарация (МГС), осуществляемая в водных растворах сильных парамагнитных солей;

·         магнитогидродинамическая сепарация (МГД), основанная на эффекте Фарадея – воздействии пондеромоторных сил скрещенных электрических и магнитных полей на минерал-проводник в растворе электролита;

·         электродинамическая сепарация (ЭДС), осуществляемая путем создания в частицах металлов вихревых токов воздействием высокочастотного магнитого поля, сообщающих этим частицам собственное магнитное поле.

Работы по научному обоснованию и исследованию процесса ЭДС начаты в Днепропетровском горном институте им. Артема. Лабораторные испытания показали высокие извлечение и степень концентрации золота, однако при дальнейших работах установлена низкая эффективность ЭДС для извлечения золота крупностью менее 0,2 мм.

В последующие годы был предложен целый ряд технических решений, использующих данные предложения, в частности, конструкции электростатических сепараторов и орбитального дискового концентратора КОД-3 института «Механобрчермет» (Суббота Л.Ф. и др.). Последний выполнен с декой, покрытой резиной с наполнителем из феррита бария, намагниченной в виде чередующихся в радиальном направлении колец разной полярности. Его испытания на Зарафшанском ГМЗ-2 показали также высокую эффективность извлечения МТЗ (извлечение свыше 70% при степени концентрации 10–15), что, по мнению авторов, обусловлено торможением скорости движения частиц по поверхности деки, увеличением шероховатости рабочей поверхности за счет создания на ней магнетитовой постели и соответствующим повышением динамичности воздействия деки на слой пульпы.

Известное геохимическое сродство золота и железа определяет одновременное их присутствие в россыпях. Содержание магнетита в них изменяется от нескольких долей процента до 90% и более для техногенных образований (отвалов ШОУ). Это позволяет осуществлять процесс МФ-концентрации с самогенерированием улавливающей постели из магнетита, содержащегося в исходных песках.

Флотационные методы обогащения песков в целом не нашли широкого применения, с одной стороны вследствие высокой капиталоемкости, сложности процессов, дороговизны, с другой стороны – развития дешевых и простых в использовании амальгамационных технологий. Второй этап начался где-то в 80-х годах ХХ века на фоне полного запрета использования ртути в обогатительных процессах. В 1981 г. К. Конвел (Сonwell C.N.), основываясь на том, что гравитационные методы с применением отсадочных машин, концентрационных столов и винтовых сепараторов ограничены по крупностям выделяемых фракций свободного золота, предложил после тонкого грохочения проводить флотацию подрешетного продукта.

В. Веньян с Дж. Полингом (W. Wenqian and G. Poling) на основе анализа методов выделения мелкого россыпного золота сделали вывод, что наиболее экономичной технологией в данном плане может стать пенная флотация, которая в сравнении с обогащением на концентрационном столе позволяет увеличить извлечение золота в концентрат в 2 раза с повышением степени концентрации в 4 раза. Расчеты данных авторов показали, что флотационные технологии эффективны при содержаниях золота в песках на уровне не менее 300 г/т (если при цене 500 долл. за унцию (29,8 г) и извлечении 90% эксплуатационные расходы составят 4 долл./т). Отметим, что по другому варианту они в качестве альтернативы гравитационному обогащению предлагали флотацию для первичной переработки тонкого золота с последующей магнитогидростатической сепарацией для перечистки.

П.М. Соложенкин с соавторами показали, что извлечение золота на существующих обогатительных комплексах СОФ-700 и КФП-180 составляет порядка 91,3–93,0%. В целях усовершенствования технологии обогащения песков разрабатываются схемы доводочных обогатительных фабрик, где, помимо операций доводки шлюзового промпродукта и черных шлихов, предполагается включить операцию флотации мелкого и пылевидного золота..

Судя по статистике представленных данных, наиболее приемлемыми режимами флотации являются Ж:Т = 3:1, продолжительность процесса не более 15 мин, при использовании таких реагентов, как бутиловый ксантогенат, аэрофлот 280, Т-80, жидкое стекло и (или) крахмал. Крайне интересным представляется применение в качестве собирателя дизельного топлива, что очень удобно в условиях старательских артелей и автономных добычных полигонов. 

В научно-техническом центре «Горно-обога­тительные установки» МГГУ уже 15 лет проводятся НИР и ОКР по созданию экологически приемлемых процессов для извлечения мелкого и тонкого золота из хвостов текущей добычи, отвалов, шламохранилищ и илоотстойников:

·         новый процесс сегрегационно-диффузионной концентрации в СД-концентраторе и новая комбинированная технологическая схема обогащения хвостов золотодобычи и доводки черновых концентратов;

·         рудоподготовительный комплекс, сокращающий фронт промывки песков в 2–3 раза практически без потерь металла;

·         магнитно-флокуляционные концентраторы, извлекающие мелкое и тонкое золото из магнетитсодержащих песков;

·         новые покрытия (коврики) селективного действия;

·         гравитационно-колоннофлотационные комплексы для извлечения тонкого золота из шламохранилищ и илоотстойников;

·         многоступенчатые батарейные мультициклонные комплексы;

·         электрофорезные сепараторы для извлечения особо тонкого и коллоидного золота;

·         высокоградиентные сепараторы на постоянных магнитах для извлечения магнитной части МТЗ (как правило, все золото Якутии).

Оптимизация разделительного массопереноса в промышленных гидрошлюзах

Теоретический анализ процесса сепарации частиц в гидрошлюзах показывает, что важнейшим и, возможно, единственным способом повышения извлечения мелкого и тонкого золота является их «захват», когда они попадают в придонный слой. Такой «захват» происходит естественно, так как в этой зоне существует ламинарный слой, скорость осаждения частиц в котором в тысячи раз больше, чем в основном турбулентном потоке.

Обычно формирование ламинарного потока в шлюзах достигается за счет ковриков, ворсистых поверхностей (эффект травяного покрова русел). В этом случае увеличение высоты ламинарного слоя влечет за собой не только значительное повышение извлечения мелкого золота, но и снижение качества шлиха за счет засорения его пустой породой. Трафареты, турбулизируя поток, очищают осадительные поверхности от песка, что, в свою очередь, снижает извлечение золота..

В ряде случаев в питании присутствует магнетит. Создавая в донной части шлюза волновое магнитное поле с помощью постоянных магнитов, можно сформировать слой магнетитовых флоккул, которые существенно увеличивают высоту ламинарного слоя, но более селективно захватывают золотины. По этому принципу работает созданный в НТЦ МГГУ промышленный магнитно-флокуляционный концентратор КПМФ производительностью 50 м³/ч. Опытная партия концентраторов КПМФ успешно испытана на золотодобывающих предприятиях Читинской и Амурской областей. Потери золота при этом уменьшились на 20–30%.

Процесс накопления золота в постели МФК зависит от конструкции концентратора и значительно выше, чем у шлюза типа ПГШ (рис. 2). Сильномагнитная фракция, содержание которой в шлихах магнитного шлюза-концентратора может составлять 60%, отделяется при шлиходоводке магнитной сепарацией.

 

 

Рис. 2. Динамика концентрации золота в типовом и магнитных шлюзах 

1 – магнитный шлюз (Саха-Якутия, И.И. Ковлеков); 

2 – магнитный шлюз – концентратор (НТЦ МГГУ); 

3 – типовой шлюз.

 

 

 

В настоящее время применяется два типа магнитных сепараторов: с вращающейся обечайкой барабана и неподвижной, секторной магнитной системой и с вращающейся круговой (замкнутой) магнитной системой и неподвижной обечайкой, иногда используется простой ручной магнит.

Невысокая эффективность этих аппаратов, особенно при переработке шлиховых продуктов с повышенным содержанием сильномагнитной фракции (потери полезного компонента могут достигать 20%), обуславливается механическим защемлением немагнитных частиц во флокулах вследствие жесткой флокуляции, недостаточной величиной конкурирующих с магнитными силами центробежных сил, а также недостаточной величиной частоты «бегущего» магнитного поля на поверхности барабана. Явление магнитной флокуляции, необходимое в шлюзе-концентраторе, затрудняет в определенной степени процесс сепарации шлихов.

Если же использование магнитно-флокуля­ци­онной концентрации по каким-либо причинам исключается (например – отсутствие магнетита в питании), целесообразно применять многокаскадное гидроциклонирование. Исследования, проведенные в НТЦ МГГУ на полупромышленном стенде, включающем до 10 мультициклонных каскадов (насосы и батареи циклонов диаметром от 15 до 30 мм) и работающем в противоточном и комбинированном режимах, показали возможность получения из золотосодержащих илов и шламов Полярнинского ГОКа крупностью 20 мкм концентратов, содержащих до 1 кг/т золота при извлечении 70–84%. Производительность стенда составляла 1 м³/ч при содержании в пульпе 15–20% твердого.

Универсальной, хотя и более сложной технологией, позволяющей извлекать все минеральные формы золота из отвальных продуктов, является комбинированная гравитационно-флотационно-электромагнитная технология. По этой технологии в промывочный сезон в течение августа-сентября 1999 г. на шламо- и илоотстойниках шахты «Восточная» АООТ «Полярнинский ГОК» работала промышленная передвижная модульная обогатительная фабрика (МОФ).

На МОФ исходный материал, содержащий свободное, сростковое, сульфидное, арсенидное золото и золото в «рубашке», после промывки и удаления галечника разделяется по граничной крупности 0,15 мм в спиральном классификаторе КСН-1,5. Крупный класс направляется на гравитационную доводку для получения зернистого шлиха, а класс -0,15 мм на флотацию в колонных машинах с использованием в качестве собирателя или аполярных реагентов (технических масел), или ксантогената.

При флотации содержание золота в концентрате повышается с 0,5 до 20–80 г/т (выход концентрата не превышает 1%). После сгущения, сушки и дезинтеграции концентрата из него в лабораторных условиях методами магнитной и электрической сепарации получают продукт, содержащий более 1 кг/т металла, что существенно повышает рентабельность дальнейшей металлургической переработки. 

 

Источник: журнал «Золотодобывающая промышленность» #6(36)-09