Окислительное Выщелачивание: Руководство по Albion Process™

Ключевые выводы

• Окислительное выщелачивание разрушает сульфидные минералы с помощью кислорода, делая окисленный сульфидный концентрат пригодным для последующих традиционных методов извлечения, позволяющих получать связанные металлы, такие как золото, медь, никель, кобальт и цинк.
• Большинство сульфидных минералов не поддаются выщелачиванию при атмосферном давлении. Сверхтонкое измельчение до крупности, при которой 80 % материала проходит через 10–12 мкм, создаёт напряжения в кристаллической решётке минерала и предотвращает пассивацию, что делает возможным атмосферное окислительное выщелачивание.
• Albion Process™ сочетает сверхтонкое измельчение с использованием IsaMill™ с подачей кислорода на сверхзвуковой скорости в атмосферные реакторы выщелачивания, работающие при температуре, близкой к температуре кипения пульпы, без применения автоклавов высокого давления.
• По данным Glencore Technology, технология обеспечивает извлечение до 97 % из упорных золотосодержащих концентратов и более 99 % из медных концентратов, содержащих халькопирит.

Окислительное выщелачивание представляет собой процесс, который обеспечивает высвобождение металлов, заключённых внутри сульфидных минералов. Многие месторождения золота, меди, кобальта, цинка и никеля содержат основные ценные компоненты в таких сульфидных минералах, как пирит, арсенопирит, халькопирит и сфалерит. Эти минералы плохо растворяются, а в упорных золотосодержащих рудах они препятствуют доступу цианида к золоту. Окисление сульфидного концентрата разрушает минерал-носитель, после чего содержащийся в нём металл может быть извлечён традиционными методами, такими как цианидное выщелачивание либо экстракция растворителями с последующей электроэкстракцией.

Традиционно окисление осуществляется с использованием высоких температур, давления или бактерий. Albion Process™ использует иной подход, основанный на окислении тонкоизмельчённых концентратов при атмосферном давлении. В данной статье рассматриваются принципы окислительного выщелачивания, объясняется влияние крупности измельчения на возможность проведения процесса при атмосферном давлении, описываются устройство установки и химические механизмы процесса, рассматриваются типы металлов, для которых данная технология наиболее эффективна, а также этапы реализации проекта. Приведённые данные основаны на опубликованных технических материалах и опыте эксплуатации промышленных объектов Glencore Technology.

Что такое окислительное выщелачивание?

Окислительное выщелачивание представляет собой гидрометаллургический процесс, в котором кислород используется для разрушения сульфидных минералов, высвобождая содержащиеся в них металлы в раствор или в остаток, из которого они впоследствии могут быть извлечены. Сульфиды окисляются до элементарной серы или сульфатов, после чего ценный металл извлекается с использованием традиционных последующих технологий.

В Albion Process™ исходным материалом служит концентрат цветных или драгоценных металлов. Процесс позволяет повысить извлечение цинка, меди, молибдена, кобальта, никеля, свинца, металлов платиновой группы, а также упорных серебряных и золотых концентратов. Для драгоценных металлов окисленный остаток направляется на цианидное выщелачивание. Для цветных металлов извлечение осуществляется из раствора методом прямой электроэкстракции либо с использованием экстракции растворителями и последующей электроэкстракции.

Почему сульфидные минералы не выщелачиваются при атмосферном давлении?

Большинство сульфидных минералов не поддаются выщелачиванию в обычных атмосферных условиях по двум причинам: их неповреждённая кристаллическая решётка сопротивляется окислению, а продукты реакции покрывают поверхность минерала и препятствуют дальнейшему протеканию процесса. Это явление называется пассивацией.

Продукты выщелачивания, такие как оксиды железа и элементарная сера, осаждаются на поверхности минерала и блокируют доступ реагентов. Обычно пассивация становится полной, когда толщина этого слоя достигает примерно 2-3 мкм.

Сверхтонкое измельчение устраняет обе проблемы. Измельчение создаёт высокий уровень напряжений в кристаллической решётке сульфидного минерала, а количество межзерновых трещин и структурных дефектов увеличивается на несколько порядков по сравнению с неизмельчённым материалом. Это снижает энергию активации окисления и делает возможным выщелачивание при атмосферном давлении.

Кроме того, измельчение до крупности, при которой 80 % материала проходит через 10-12 мкм, предотвращает пассивацию, поскольку каждая частица разрушается раньше, чем осаждённый слой успевает достичь толщины, достаточной для остановки реакции.

Как работает атмосферное окислительное выщелачивание?

В Albion Process™ атмосферное окислительное выщелачивание включает два этапа: механическое вскрытие минералов с помощью IsaMill™, а затем химическое вскрытие в каскаде кислородных реакторов выщелачивания. На стадии сверхтонкого измельчения концентрат измельчается до узкого гранулометрического состава. IsaMill™ использует инертную мелющую среду, создаёт чистую поверхность минералов и может работать в открытом цикле при высокой плотности пульпы, ограничивая количество воды, поступающей в процесс выщелачивания.

После этого измельчённая пульпа проходит через серию взаимосвязанных Albion Leach Reactors. Кислород вводится в нижнюю часть каждого реактора со сверхзвуковой скоростью через фурмы HyperSparge™ компании Glencore Technology, что обеспечивает максимальную эффективность массопереноса кислорода. Каждый реактор оснащён гидродинамическими мешалками (hydrofoil impellers) и корпусом из коррозионностойкой легированной стали.

Процесс выщелачивания является автотермическим. Температура пульпы определяется теплом, выделяемым в ходе реакции окисления, и обычно находится в диапазоне 90-98 °C, близком к температуре кипения пульпы. Внутренние системы нагрева и охлаждения не требуются, а избыточное тепло удаляется через отходящие газы в виде водяного пара. Каждый реактор может быть выведен в обход (bypass), что позволяет проводить техническое обслуживание отдельного аппарата без остановки процесса выщелачивания.

Источники: Glencore Technology, The Albion Process for Refractory Gold; разделы Albion Process™ "How it Works" и "Flowsheet Options".

Какова химия окислительного выщелачивания?

В процессе Albion Process™ сульфидные минералы окисляются в две стадии: сначала до растворимого сульфата и элементарной серы, а затем элементарная сера окисляется до серной кислоты.

• Стадия 1: MS + H₂SO₄ + ½O₂ → MSO₄ + S⁰ + H₂O
• Стадия 2: S⁰ + H₂O + 3/2 O₂ → H₂SO₄

Основным параметром управления процессом является pH выщелачивания. Он определяет, какая доля элементарной серы окисляется на второй стадии, от нескольких процентов до полного окисления. Обычно используются значения pH в диапазоне от 1 до 6. Дальнейшие варианты технологической схемы зависят от металла, который необходимо извлечь.

Источник: страница Albion Process™ "Flowsheet Options".

Для переработки упорных золотосодержащих концентратов работа при pH, близком к нейтральному, имеет практические преимущества. Кислота и железо, высвобождающиеся при окислении пирита, нейтрализуются непосредственно в процессе выщелачивания, поэтому отдельная стадия разделения твёрдой и жидкой фаз или отдельный контур нейтрализации перед цианированием не требуются.

Кроме того, элементарная сера не образуется, поэтому остаток характеризуется очень низким расходом цианида по сравнению со схемами бактериального или автоклавного окисления.

Какие факторы влияют на эффективность окислительного выщелачивания?

Эффективность окислительного выщелачивания определяется пятью основными факторами: крупностью измельчения, массопереносом кислорода, контролем pH, температурой и минералогическим составом исходного материала.

• Крупность измельчения. Концентрат должен быть достаточно тонким для предотвращения пассивации. В Albion Process™ это означает крупность, при которой 80 % материала проходит через 10-12 мкм, при узком гранулометрическом составе.
• Массоперенос кислорода. Для протекания окисления кислород должен эффективно поступать к поверхности минерала. Сверхзвуковая подача через фурмы HyperSparge™, спроектированные совместно с системой перемешивания, обеспечивает высокую скорость массопереноса.
• Контроль pH. Значение pH определяет степень окисления серы и влияет на дальнейшую химическую схему процесса.
• Температура. Процесс выщелачивания является автотермическим: тепло, выделяемое при окислении, поддерживает температуру пульпы близкой к точке кипения без необходимости внешнего нагрева или охлаждения.

• Минералогия исходного материала. Каждый концентрат реагирует по-разному, поэтому любой проект начинается с испытаний на представительных образцах.

   

Какие металлы можно извлекать с помощью окислительного выщелачивания?

Атмосферное окислительное выщелачивание позволяет извлекать широкий спектр цветных и драгоценных металлов из сульфидных концентратов. Предприятия, использующие Albion Process™, перерабатывали упорные золотосодержащие концентраты, халькопиритовые медные концентраты, цинковые концентраты и пыли медеплавильного производства.

Согласно опубликованному перечню промышленных установок Glencore Technology, технология применяется на предприятиях по переработке упорных золотосодержащих концентратов в Las Lagunas (Доминиканская Республика) и Ararat (Армения), для переработки медных концентратов на предприятии Sable (Замбия), медеплавильных пылей на заводе MIM (Австралия), а также на предприятиях по переработке свинцово-цинковых концентратов в Испании, Германии и на месторождении McArthur River (Австралия).

На золотодобывающем проекте GPM в Армении существующая схема CIL обеспечивала извлечение лишь около 20-30 % золота из сульфидного материала. После внедрения установки Albion Process™ для окисления сульфидного концентрата извлечение из концентрата увеличилось с 20 % до более чем 98 %, а общее извлечение по фабрике достигло 88 % при проектном показателе 86 %.

Как атмосферное окислительное выщелачивание сравнивается с автоклавным окислением?

Основное отличие атмосферного окислительного выщелачивания от автоклавного окисления (POX) заключается в отсутствии необходимости использования автоклава. По данным Glencore Technology, Albion Process™ требует значительно меньших капитальных затрат по сравнению с установками POX и, благодаря работе при атмосферном давлении, позволяет избежать рисков, связанных с эксплуатацией автоклавов. Компания также ссылается на недавнее исследование, согласно которому текущие эксплуатационные затраты могут быть примерно на треть ниже. 

Сама установка отличается более простой конструкцией. Albion Leach Reactors представляют собой атмосферные аппараты, а не сосуды высокого давления. В процессе отсутствует сложное оборудование, работающее под высоким давлением, а отдельные реакторы могут быть выведены в обход (bypass) при необходимости. Известны проекты, где Albion Process™ был введён в эксплуатацию и достиг проектной производительности и показателей извлечения всего за шесть недель.

В 2026 году компания Rox Resources выбрала Albion Process™ для проекта Youanmi после масштабной программы металлургических испытаний и оценки нескольких технологических вариантов. Технология была выбрана как более практичная и менее капиталоёмкая альтернатива автоклавному окислению при сохранении требуемых металлургических показателей.

Как разрабатывается установка окислительного выщелачивания?

Разработка предприятия на базе Albion Process™ осуществляется поэтапно, начиная с лабораторных испытаний и заканчивая промышленной эксплуатацией, без необходимости строительства пилотной установки. При этом предоставляется технологическая гарантия процесса. По данным Glencore Technology, трёхэтапный подход к разработке проекта обеспечивает достижение проектной производительности и целевых показателей извлечения.

Первым этапом разработки проекта является программа технологических испытаний, предназначенная для подтверждения пригодности исходного сырья для данного процесса и получения исходных данных для проектирования. После этого Glencore Technology может подготовить исследование класса 4 (+35 %) по капитальным и эксплуатационным затратам. На начальном этапе компания также предлагает бесплатную предварительную оценку капитальных и эксплуатационных затрат на основе состава концентрата и планируемой производительности предприятия. Glencore Technology поставляет установку по контракту на комплексное проектирование и поставку оборудования, включая участок измельчения IsaMill™ и модульный контур окислительного выщелачивания.

Часто Задаваемые Вопросы

В чём разница между окислительным выщелачиванием и цианированием?

Окислительное выщелачивание и цианирование выполняют разные задачи. Окислительное выщелачивание разрушает сульфидные минералы, чтобы вскрыть связанное золото. Затем цианирование растворяет уже вскрытое золото. В Albion Process™ окисленный остаток после переработки упорного золотосодержащего концентрата направляется непосредственно на цианирование без отдельной стадии нейтрализации между этими процессами.

Требуется ли для окислительного выщелачивания оборудование высокого давления?

Нет, если используется Albion Process™. Сверхтонкое измельчение делает сульфиды достаточно реакционноспособными для окисления при атмосферном давлении, поэтому процесс проводится в атмосферных Albion Leach Reactors, а не в автоклавах. Реакторы работают при температуре, близкой к температуре кипения пульпы, а нагрев обеспечивается исключительно теплом, выделяемым в процессе окисления.

Какая крупность измельчения необходима для атмосферного окислительного выщелачивания?

В Albion Process™ концентрат измельчается до крупности, при которой 80 % материала имеет размер менее 10-12 мкм. Продукты выщелачивания вызывают пассивацию сульфидной частицы после формирования слоя толщиной около 2-3 мкм. При такой крупности измельчения каждая частица разрушается раньше, чем этот слой успевает сформироваться, что позволяет процессу выщелачивания эффективно протекать при атмосферном давлении.

Можно ли спроектировать установку окислительного выщелачивания без пилотной установки?

Да. Предприятие на базе Albion Process™ разрабатывается в три этапа, от лабораторных испытаний до промышленной эксплуатации, и, по данным Glencore Technology, строительство пилотной установки не требуется. Предоставляется технологическая гарантия процесса. Испытания на представительных образцах концентрата подтверждают пригодность материала для переработки данным методом и обеспечивают исходные данные для проектирования промышленной установки.

Сколько стоит установка окислительного выщелачивания?

Стоимость зависит от состава концентрата и проектной производительности. Glencore Technology предоставляет бесплатную предварительную оценку капитальных (CapEx) и эксплуатационных (OpEx) затрат после получения этих данных. По результатам испытаний также может быть подготовлено исследование класса 4 (+35 %) по капитальным и эксплуатационным затратам. Калькулятор Albion Process™ позволяет получить ориентировочную оценку CapEx и OpEx, а также перечень основного технологического оборудования высокого уровня.

Начало работы с окислительным выщелачиванием

Окислительное выщелачивание позволяет извлекать металлы из сульфидных концентратов, переработка которых традиционными методами является экономически неэффективной. Традиционные технологии основаны на использовании высоких температур, давления или бактерий. Атмосферное окислительное выщелачивание использует иной принцип: концентрат измельчается до такой степени, чтобы сульфиды могли эффективно окисляться в простых атмосферных реакторах.

Ключевые принципы остаются одинаковыми для всех описанных выше установок. Крупность измельчения определяет возможность проведения процесса, поскольку крупность, при которой 80 % материала имеет размер менее 10-12 мкм, предотвращает пассивацию. Массоперенос кислорода и контроль pH определяют скорость и полноту окисления сульфидов, а также характер последующих химических процессов. Кроме того, благодаря отсутствию автоклава установка отличается более простой конструкцией и может быть введена в эксплуатацию в более короткие сроки, а отдельные реакторы могут выводиться в обход для проведения технического обслуживания без остановки процесса.

Этот подход одинаково применим для золота, меди, цинка и других цветных металлов, при этом параметры выщелачивания адаптируются под свойства каждого концентрата. На проекте GPM в Армении технология позволила повысить извлечение из сульфидного концентрата с 20 % до более чем 98 %.

Каждый концентрат обладает своими особенностями, поэтому любой проект начинается с программы технологических испытаний. Чтобы оценить возможность применения окислительного выщелачивания для вашего концентрата, воспользуйтесь Калькулятором Albion Process™, ознакомьтесь с разделом Как работает Albion Process™ или свяжитесь со специалистами Albion Process™ для получения бесплатной предварительной оценки затрат на основе состава концентрата и планируемой производительности.

Tехнические источники

• Glencore Technology. The Albion Process for Refractory Gold.
• Glencore Technology. Introduction to the Albion Process.
• Glencore Technology. Albion Process™ Installation List.
• TOMS Institute. Technology for Processing of Refractory Gold-Containing Concentrates (IMPC 2016).