Переработка Упорных Золотосодержащих Руд: Варианты и Компромиссы

Ключевые выводы

• Упорная золотосодержащая руда характеризуется низким извлечением при прямом цианировании, как правило, из-за того, что золото заключено внутри сульфидных минералов, таких как пирит или арсенопирит.
• Основные методы переработки направлены на разрушение или вскрытие этих сульфидов перед цианидным выщелачиванием: обжиг, автоклавное окисление (POX), бактериальное окисление, сверхтонкое измельчение и сверхтонкое измельчение в сочетании с атмосферным окислением (Albion Process™).
• На золотодобывающем проекте GPM в Армении внедрение Albion Process™ позволило повысить извлечение из сульфидного концентрата с 20 % до более чем 98 % после того, как существующая схема CIL обеспечивала извлечение лишь около 20–30 % золота.
• Выбор оптимальной технологии зависит от того, каким образом золото связано в руде, поэтому процесс подбора решения начинается с испытаний на измельчение и выщелачивание, а также минералогических исследований представительных проб.

Упорная золотосодержащая руда не обеспечивает экономически эффективного извлечения золота при использовании традиционного измельчения и прямого цианирования. По мере истощения легкообогатимых (free-milling) месторождений всё больше золотодобывающих проектов зависит от переработки упорных и полуупорных руд. Многие такие месторождения хорошо известны, однако до сих пор не разрабатываются.

Переработка упорных золотосодержащих руд является прежде всего задачей раскрытия золота. Золото присутствует в руде, но цианид не имеет к нему доступа. В данной статье рассматриваются причины упорности золотых руд, сравниваются основные технологии их переработки, объясняется принцип работы атмосферного окисления с использованием Albion Process™ для обработки упорных золотосодержащих концентратов, а также приводятся рекомендации по выбору оптимальной технологии для конкретного месторождения. Приведённые примеры и данные основаны на опубликованных технических статьях, практических кейсах и материалах Glencore Technology.

Что делает золотосодержащую руду упорной?

Золотосодержащая руда считается упорной, если цианид не способен растворить достаточное количество золота для обеспечения экономически эффективного извлечения. Чаще всего это связано с тем, что мелкодисперсное золото заключено внутри сульфидных минералов. Традиционное измельчение позволяет освободить сульфидный минерал, обычно пирит, от пустой породы, однако не может вскрыть золото, тонко вкраплённое в пирит или находящееся в твёрдом растворе. В результате прямое выщелачивание такого материала даёт низкое извлечение золота, поскольку цианид не имеет доступа к связанному золоту.

Пирит является основным золотоносным минералом в большинстве упорных золотосодержащих концентратов, хотя также широко встречается арсенопирит. Тип минерала-носителя имеет большое значение. Согласно результатам испытаний, опубликованным Kalgoorlie Consolidated Gold Mines (KCGM), золото, связанное с арсенопиритом, после тонкого измельчения не достигало такого же уровня извлечения, как золото, вкраплённое в пирит, поскольку частицы золота в арсенопирите были более мелкими.

Упорные концентраты также могут содержать другие минеральные фазы, усложняющие переработку. Теллуридные минералы способны содержать высокие концентрации золота и серебра. Углеродистое вещество может адсорбировать растворённое золото, что известно как эффект preg-robbing. Каждая из этих особенностей влияет на выбор наиболее подходящей технологии переработки.

Почему упорные золотосодержащие руды обеспечивают низкое извлечение?

Упорные золотосодержащие руды характеризуются низким извлечением, поскольку при традиционном цианидном выщелачивании растворяется только то золото, к которому цианид имеет физический доступ. Если золото остаётся заключённым внутри сульфидных минералов, цианид не может его растворить, и такое золото не извлекается.

Масштаб этой проблемы хорошо иллюстрирует золотодобывающий проект GPM в Армении. Компании GeoProMining (GPM) требовалось перерабатывать сульфидную руду, залегающую под окисленными рудами месторождения Зод. При использовании существующей традиционной схемы CIL (уголь в выщелачивании) извлечение золота из этого сульфидного материала составляло всего около 20–30 %. Золото присутствовало в руде, однако большая его часть не могла быть извлечена без предварительного разрушения содержащих его сульфидов.

Какие существуют варианты переработки упорных золотосодержащих руд?

Все технологии переработки упорных золотосодержащих руд направлены на разрушение или вскрытие сульфидных минералов-носителей, чтобы обеспечить доступ цианида к золоту. К основным методам относятся термическая обработка (обжиг), процессы под давлением (автоклавное окисление, POX), биологические методы (бактериальное окисление), механические методы (сверхтонкое измельчение) и атмосферное окисление в сочетании со сверхтонким измельчением.

Источники: Ellis, KCGM; Glencore Technology, The Albion Process for Refractory Gold; материалы Glencore Technology по Albion Process™.

Окислительные технологии являются металлургически эффективными и обеспечивают высокие показатели извлечения. Однако, как отмечается в публикациях KCGM, обработка продуктов окисления может существенно влиять на экономику проекта. Улавливание диоксида серы при обжиге или нейтрализация кислых растворов после автоклавного окисления могут значительно увеличивать затраты, делая альтернативные варианты более привлекательными.

В отдельных случаях практичным решением может быть и одно лишь сверхтонкое измельчение. Испытания KCGM показали, что измельчение упорного концентрата до 10 мкм позволило увеличить извлечение золота с 75 % до 92 % без разрушения минерала-носителя.

Как атмосферное окисление применяется для переработки упорных золотосодержащих руд?

Атмосферное окисление применяется для переработки упорных золотосодержащих руд путём сверхтонкого измельчения сульфидного концентрата с последующим окислением кислородом при атмосферном давлении, что обеспечивает вскрытие связанного золота для последующего цианирования. В Albion Process™ этот подход реализуется в три этапа.

1. Получение концентрата. Методом флотации получают коллективный сульфидный концентрат. Концентрат высокой чистоты не требуется, и обычно для его получения достаточно основной флотации (rougher flotation).
2. Сверхтонкое измельчение. Установка IsaMill™ измельчает концентрат до крупности, при которой 80 % материала проходит через сито 10–12 мкм. Это создаёт напряжения в кристаллической решётке сульфидов, позволяя им окисляться при атмосферном давлении и предотвращая пассивацию частиц продуктами выщелачивания.
3. Нейтральное окислительное выщелачивание. Кислород вводится в нижнюю часть реакторов Albion со сверхзвуковой скоростью. При переработке упорных золотосодержащих концентратов pH поддерживается на уровне 5,5 с помощью известняковой пульпы, что обеспечивает полное окисление серы до сульфата. Процесс протекает автотермически, обычно при температуре 90–98 °C, без использования автоклавов.

Практически нейтральный pH существенно влияет на последующие стадии процесса. Кислота и железо, выделяющиеся при окислении пирита, нейтрализуются непосредственно в процессе выщелачивания, поэтому окисленный остаток может направляться напрямую в схему угольного выщелачивания (CIL) без отдельной стадии разделения твёрдой и жидкой фаз или нейтрализации. В результате образуется единый поток хвостов.

Поскольку элементарная сера не образуется, остаток характеризуется очень низким расходом цианида по сравнению со схемами бактериального или автоклавного окисления. При этом полное растворение золота в процессе цианирования обычно достигается в течение 8–12 часов.

Эти же условия способствуют решению других проблем, характерных для упорных руд:

• Мышьяк. Мышьяк, высвобождающийся из арсенопирита, образует кристаллический арсенат железа, который отличается экологической стабильностью и низкой растворимостью.
• Теллуриды. Сверхтонкое измельчение ускоряет окисление теллуридов, которое эффективнее протекает при нейтральном или щелочном pH. При необходимости на заключительной стадии выщелачивания pH может быть повышен до 9 с использованием гашёной извести.
• Углеродистый материал с эффектом preg-robbing. Нейтральное выщелачивание не активирует углеродистые фазы, вызывающие эффект preg-robbing.
• Цветные металлы. Сульфиды меди, никеля и цинка не окисляются в нейтральных условиях, поэтому не расходуют реагенты.

Страница вариантов технологических схем демонстрирует различия между конфигурациями для золота и цветных металлов.

Каких результатов удалось достичь при использовании атмосферного окисления для переработки упорных золотосодержащих руд?

По данным Glencore Technology, Albion Process™ позволяет достигать извлечения до 97 % из упорных золотосодержащих концентратов. Опубликованные проекты и результаты испытаний демонстрируют эффективность технологии на различных месторождениях.

Источники: кейс GPM, перечень промышленных установок и публикации Glencore Technology.

Для более детального сравнения с автоклавным окислением (POX) компания Glencore Technology опубликовала техническую работу "Case Study Reviews of the Albion Process™ as an Effective Alternative to Pressure Oxidation", представленную на конференции CMP 2024.

Какой процесс выщелачивания является оптимальным для упорной золотосодержащей руды?

Не существует единственного процесса выщелачивания, который был бы оптимальным для всех типов упорных золотосодержащих руд. Выбор подходящей технологии зависит от формы нахождения золота, минералогического состава концентрата, масштаба проекта и особенностей площадки. Цианидное выщелачивание по-прежнему остаётся стадией, на которой извлекается золото. Основной вопрос заключается в том, какой метод предварительной обработки позволит наиболее экономично вскрыть золото для конкретного месторождения.

Сузить выбор помогают несколько ключевых вопросов:

• Где находится золото? Золото, связанное с пиритом, хорошо поддаётся извлечению после тонкого измельчения и окисления. Очень мелкое золото в арсенопирите может потребовать полного окисления минерала-носителя.
• Что ещё содержится в концентрате? Мышьяк, теллуриды, углеродистое вещество и сульфиды цветных металлов влияют на расход реагентов, показатели извлечения и стабильность остатков.

• Какие ограничения существуют на площадке? Обращение с диоксидом серы, нейтрализация кислых растворов, необходимость использования оборудования высокого давления, бюджет проекта и сроки ввода в эксплуатацию оказывают существенное влияние на экономическую эффективность решения.

   

Как выбрать технологию переработки упорной золотосодержащей руды?

Выбор технологии переработки начинается с проведения испытаний на представительных образцах для оценки того, как золото реагирует на различные методы обработки.

На начальном этапе образцы измельчают до нескольких целевых размеров и проводят выщелачивание каждого продукта. Это позволяет оценить потенциальное извлечение и получить первичное представление о ключевых экономических факторах: энергопотреблении, стоимости реагентов и уровне извлечения золота.

Дополнительную информацию предоставляет минералогический анализ. Такие методы, как QEMSCAN и MLA, позволяют определять степень раскрытия минералов и размер золотых частиц вплоть до примерно 5 мкм. Для более мелких частиц применяются методы, такие как SIMS (вторичная ионная масс-спектрометрия).

Для Albion Process™ разработка проекта начинается с программы испытаний, предназначенной для подтверждения пригодности концентрата к переработке данным методом и получения исходных данных для проектирования. После этого Glencore Technology может подготовить исследование класса 4 (+35%) по капитальным и эксплуатационным затратам. Проведение пилотных испытаний не требуется, при этом предоставляется технологическая гарантия процесса.

Часто Задаваемые Вопросы

Что такое упорная золотосодержащая руда?

Упорная золотосодержащая руда характеризуется низким извлечением золота при использовании традиционного измельчения и прямого цианирования. В большинстве случаев мелкие частицы золота заключены внутри сульфидных минералов, таких как пирит или арсенопирит, поэтому цианид не может получить к ним доступ. Такие руды требуют предварительной обработки, обеспечивающей разрушение или вскрытие сульфидов перед цианированием.

Можно ли извлекать золото из упорных руд без обжига или автоклавного окисления?

Да. Albion Process™ сочетает сверхтонкое измельчение с окислительным выщелачиванием при атмосферном давлении, без использования обжиговых печей и автоклавов. Для некоторых руд достаточно одного сверхтонкого измельчения. Испытания KCGM показали, что измельчение упорного концентрата до 10 мкм позволило повысить извлечение золота с 75 % до 92 %.

Что происходит с мышьяком при окислении упорного золотосодержащего концентрата?

В процессе нейтрального выщелачивания Albion Process™ мышьяк, высвобождающийся из арсенопирита, образует кристаллический арсенат железа. Это соединение отличается экологической стабильностью и низкой растворимостью. Оно остаётся в остатке выщелачивания, который затем направляется на цианирование и далее поступает в единый поток хвостов.

Увеличивает ли атмосферное окисление расход цианида?

Нет. В Albion Process™ выщелачивание упорных золотосодержащих концентратов проводится при практически нейтральном pH, поэтому элементарная сера не образуется. В результате окисленный остаток характеризуется очень низким расходом цианида по сравнению со схемами бактериального или автоклавного окисления. Полное растворение золота в процессе цианирования обычно достигается в течение 8–12 часов.

Какого уровня извлечения позволяет достичь Albion Process™ при переработке упорных золотосодержащих руд?

По данным Glencore Technology, Albion Process™ обеспечивает извлечение до 97 % из упорных золотосодержащих концентратов. На золотодобывающем проекте GPM в Армении извлечение из сульфидного концентрата увеличилось с 20 % до более чем 98 %. На проекте Freegold на Аляске металлургические испытания показали извлечение свыше 93 % при использовании окисления по технологии Albion Process™ с последующим процессом CIL.

Планирование переработки упорных золотосодержащих руд

Упорные золотосодержащие руды приобретают всё большее значение по мере истощения легкообогатимых (free-milling) месторождений, а многие известные упорные месторождения до сих пор не разрабатываются из-за того, что золото заключено в сульфидных минералах. Их переработка представляет собой прежде всего задачу по раскрытию золота, и для её решения существует несколько подходов.

Обжиг, автоклавное окисление и бактериальное окисление позволяют разрушать сульфиды, однако каждый из этих методов связан с дополнительными затратами на очистку отходящих газов, нейтрализацию кислых растворов, оборудование высокого давления или последующие операции разделения фаз. В отдельных случаях эффективным решением может быть только сверхтонкое измельчение, особенно когда золото вкраплено в пирит. Albion Process™ сочетает сверхтонкое измельчение с окислением в атмосферных реакторах, обеспечивает нейтрализацию кислоты непосредственно в процессе выщелачивания и направляет остаток напрямую на цианирование. На проекте GPM эта технология позволила превратить сульфидный ресурс с извлечением золота на уровне 20–30 % в предприятие, превысившее проектные показатели извлечения.

Выбор оптимальной технологии для конкретной упорной золотосодержащей руды всегда зависит от её минералогических характеристик, поэтому отправной точкой должны быть технологические испытания. Испытания по измельчению и выщелачиванию в сочетании с минералогическими исследованиями позволяют определить форму нахождения золота и выбрать наиболее экономически эффективный способ его вскрытия.

Чтобы оценить возможность применения атмосферного окисления для вашей упорной золотосодержащей руды, воспользуйтесь калькулятором Albion Process™ для получения ориентировочной оценки затрат, ознакомьтесь с принципом работы Albion Process™ или свяжитесь со специалистами Albion Process™ для получения бесплатной предварительной оценки капитальных и эксплуатационных затрат на основе состава и производительности вашего концентрата.

Tехнические источники

• Ellis, S. Ultra Fine Grinding: A Practical Alternative to Oxidative Treatment of Refractory Gold Ores. Kalgoorlie Consolidated Gold Mines.
• Glencore Technology. The Albion Process for Refractory Gold.
• TOMS Institute. Technology for Processing of Refractory Gold-Containing Concentrates (IMPC 2016).
• Glencore Technology. Albion Process™ Installation List.