Геотехнологические условия применения кучного выщелачивания при освоении месторождений золота в Кызылкумском регионе

11.06.2019

Эффективность применения физико-химических технологий при освоении месторождений золота во многом обусловливается правильным учетом геотехнологических условий. Под ними понимается комплекс природных и технологических факторов, которые по аналогии с подземным выщелачиванием урана подразделяются по степени влияния на решающие, главные и второстепенные, а по условиям применения - на весьма благоприятные, благоприятные и неблагоприятные (табл. 1.6).

К решающим факторам относятся содержание золота в руде и запасы полезного ископаемого, определяющие принципиальную пригодность его переработки методом кучного выщелачивания. В практике освоения месторождений золота довольно часто складывается ситуация, когда руду с высоким содержанием, но небольшими запасами целесообразно переработать на базовом заводе, отказавшись от применения кучного выщелачивания на месте.


К решающим факторам в ряде случаев может быть отнесен характер рудной минерализации и форма нахождения золота в комплексе с вредными примесями, что влечет за собой применение сложного процесса рудоподготовки и потерю экономической целесообразности переработки таких руд методом кучного выщелачивания.

Золото в рудах присутствует преимущественно в металлическом состоянии. По характеру ассоциации золотин с рудными компонентами они могут быть разделены на три основные категории:

- золотины с полностью обнаженной поверхностью («свободное» золото);

- золотины с частично обнаженной поверхностью (в сростках, покрытое несплошными пленками и т.п.);

- золотины, поверхность которых полностью изолирована от контакта с растворителями (главным образом, тонковкрапленное золото).

Наличие в руде тонковкрапленного золота является одной из главных причин технологической упорности золоторудного сырья. В этом случае минералы-носители такого золота должны обладать механической структурой, абсолютно непроницаемой для цианистых растворителей. В максимальной степени этим условиям соответствуют кварц и сульфиды, ведущее место среди которых по распространенности и значимости для золоторудной промышленности принадлежит пириту FeS2 и арсенопириту FeAsS.

Исследования А.А. Иванова показали, что золото не адсорбировано на поверхности этих сульфидов и только в арсенопирите изоморфно замещает в кристаллической решетке мышьяк вследствие близости физических свойств атомов As и Au. Золото в них существует в виде субмикроскопических включений размером менее 0,2 мкм, что позволяет отнести их к коллоидным частицам.

К главным факторам, определяющим экономическую эффективность кучного выщелачивания золота, следует отнести источник поступления руды для кучного выщелачивания, производительность предприятия, необходимость предварительной рудоподготовки, степень дробления руды, влияние мощности выщелачиваемого слоя на скорость фильтрации растворов, наличие воды.

Источниками поступления руды для переработки методом кучного выщелачивания могут быть техногенные месторождения (склады забалансовой руды, золотосодержащая горная масса в отвалах и т.п.) и действующие карьеры (попутно добываемая забалансовая руда и золотосодержащие вскрышные породы), месторождения, пригодные для открытой или подземной добычи с целью поставки руды для кучного выщелачивания.

Необходимость предварительной подготовки руды для кучного выщелачивания определяется формой нахождения и крупностью частиц золота и может включать крупное, среднее или мелкое дробление руды, порционную или покусковую сортировку горной массы, окомкование и т.п. Процесс растворения золота в щелочных цианистых растворах носит ярко выраженный диффузионный характер. Исследования показывают, что присутствие в выщелачиваемой руде зерен золота размером более 0,1-0,2 мм может рассматриваться как один из признаков упорности исходного сырья. Поэтому при наличии крупного (более 0,2 мм) золота его целесообразно перед укладкой руды в штабель извлечь гравитационным способом.

Существенное влияние на показатели выщелачивания может оказывать минеральная форма нахождения золота. Известно, что наиболее быстро и полно в цианидах растворяются частицы высокопробного золота, несколько хуже - зерна природных серебро-золотых и медно-золотых сплавов. Низкая скорость растворения золота наблюдается из его соединений с ртутью, платиной и платиноидами, теллуром и сурьмой.

Вредные примеси (сульфиды, углесодержащие породы и т.п.) требуют применения специальных рабочих растворов либо технологий кучного выщелачивания. Так, например, для разложения сульфидов могут использоваться определенные виды бактерий, а для нейтрализации сорбционной способности углесодержащих пород - специальные реагенты, что усложняет и удорожает переработку руды.

Вредные примеси могут препятствовать растворению золота цианистыми растворами, образуя на поверхности золотин пленки (соединения сурьмы, меди, быстроокисляющиеся сульфиды железа - пирит, марказит, пирротин), либо сорбировать растворенное золото (углистое вещество, глинистые материалы).

С точки зрения кучного выщелачивания золота минеральный состав и технологические свойства руд месторождения Мурунтау представляют особый интерес. В руде преобладают весьма тонкие выделения золота в кварце, реже в трещинах и на поверхности сульфидов. На частицы золота размером 0,2-1,0 мм приходится до 59,5%, размером 0,05-0,2 мм - 37% и размером менее 0,05 мм - около 3,5% его массы. Таким образом, около 97% свободного золота в руде имеет крупность частиц более 0,05 мм, что определяет тонину помола рудной массы для обеспечения высокого извлечения золота. Так, например, при переработке руды на гидрометаллургическом заводе ее измельчают до размера - 0,074 мм (80%).

На 90-95% золотые руды месторождения представляют собой в различной степени метасоматические измененные метитерригенные породы с переменным количеством жильного кварца и имеют алюмосиликатный состав. В значительно меньшей степени руды представлены только жильным кварцем и имеют существенно силикатный состав. Кварцевая разновидность руд выделяется более высокими содержаниями золота и частым присутствием шеелита (CaWO4).

Из породообразующих минералов в рудах преобладают (табл. 1.7) кварц, калиевый полевой шпат (ортоклаз и микроклин), биотит, серицит, хлорит, плагиоклаз (альбит), В отдельных рудных интервалах присутствуют амфиболы (антинолит и тремолит) эпидот и карбонаты (кальцит и доломит). Из акцессорных: циркон, турмалин, сфен, апатит. Среди них, циркон - только обломочный, турмалин как обломочный, так и новообразованный, апатит и сфен -только новообразованные. Наиболее характерные рудные минералы: самородное золото, шеелит, арсенопирит, пирит и пирротин. Химический состав руд Мурунтау по данным технологического опробования включает: 1-29 г/т Au, 0,8-7,2 г/т Ag, 0,003-0,6%WО3 0,07-2,19% S, 0,03-1,73% As и 0,08-1,81% С.

Арсенопирит наиболее золотоносный сульфидный минерал. Его содержание в рудах обычно 1-2%, редко больше. Ю.Г. Зарембо, Н.Г. Кореннова (1970) определили среднюю золотоносность арсенопирита в 55,3 г/т при разбросе содержаний от 2,4 до 583 г/т; серебра в нем 20,5 г/т (0,3-23,5). В балансовых рудах месторождения Мютенбай В.Х. Клявин определил золотоносность арсенопирита в пределах 1,5-104 г/т при среднем 24,2 г/т.

Пирит присутствует в рудах в количествах, сопоставимых с арсенопиритом. Среднее содержание золота в пирите 3,9-5,5 г/т при разбросе от 1,4 до 50 г/т, серебра 0,8-10,42 г/т при разбросе 0,5-58,4 г/т.

Продуктивность главных сульфидных минералов (арсенопирита и пирита) обусловлена наличием в них неравномерно рассеянного тонкодисперсного золота и, реже, включениями самородного золота.

Пирротин (как вкрапленный в породах, так и в жильных образованиях) не содержит золота более 0,4 г/т. Пирротиновая вкрапленность в породах несет признаки развития минерала по пириту.

Шеелит редко выходит из контуров промышленного золотого оруденения. Типичная обстановка его проявлений - субпластовые кварцевые штокверки, в которых минерал располагается мелкими одиночными или крупными (до 1 см) выделениями (иногда кристаллы) в метапородах околожильных зон, либо непосредственно в прожилках и жилах, где его полизерниетые обособления достигают 5 см в поперечнике. Изредка наблюдаются линзы и гнезда кварца размером до 0,5 м, в которых содержания шеелита достигают 10-30% от объема. В калийшпатизированных породах, особенно в брекчиевидных разностях, шеелит обычно тяготеет к сферолито-зернистым скоплениям бледно окрашенных слюд с калиевым полевым шпатом и кварцем. Строение зерен обычно однородное, но нередко в них присутствуют включения кварца, слюд, золота. Часты тесные срастания с пирротином, пиритом, золотом.

В субсогласных жилах и жильно-прожилковых системах шеелит имеет обычно коричневато-оранжевую окраску; менее распространен бесцветный полупрозрачный шеелит, чаще встречающийся мелкими зернами в богатых рудных телах с большим количеством крутопадающих прожилков кварца. Прямых возрастных соотношений двух разновидностей шеелита не наблюдалось, но они резко отличаются по содержаниям редких земель: в оранжевом их практически нет, в бесцветном спектральным анализом двух проб с месторождения Мютенбай выявлены (%): церий (0,1), лантан (0,01), иттрий (0,3) и иттербий (0,001). Рентгеновским микроанализатором «Камебакс» выявлена обогащенность неокрашенного шеелита из рудных тел окисью вольфрама и обедненность его окисью кальция в сравнении с оранжевым из безрудных метасоматитов (%): в бесцветном (10 проб) CaO-17,09-18,69, WO3-SO, 83-82,75; в оранжевом (6 проб) СаО-18,68-19,33, WО3-78, 75-81,34. Установлена «стерильность» оранжевого шеелита по ряду элементов; спектрально в нем обнаружены лишь барий, стронций, молибден (до 0,03%), серебро и золото (до 0,0004%).

Золото в рудах почти исключительно самородное. Из других минералов упоминаются палладистое золото, креннерит и золотая амальгама. Преобладающая масса самородного золота связана с шеелит-золото-камишпат-биотит-кварцевой ассоциацией, что подтверждается микросростками самородного золота с кварцем, биотитом, хлоритом, камишпатом, шеелитом, углеродистым веществом. Часто золото заполняет межминеральные интерстиции или целиком вкраплено в кварц, калишпат, биотит и хлорит, шеелит. В кварцевожильных телах самородное золото приурочено к реликтам вмещающих пород, скоплениям биотита, сульфидов, границам кварцевых зерен, зонам грануляции, микротрещиноватости. Золотинки образуют неравномерно распределенные просечки, микрогнезда, мельчайшие включения, образующие прерывистые цепочки.

По размерам гипогенное золото Мурунтау - пылевидное (0,01-0,05 мм), очень мелкое (0,05-0,1 мм) и мелкое (0,1-0,9 мм). В богатых рудах из кварцевожильных тел встречаются крупное (1-2 мм) и весьма крупное (3-4 мм) золото, часто «пропитанное» частицами углеродистого вещества.

Типоморфная особенность минерала в кварце - его морфологическое однообразие: большинство золотин представлено метакристаллами (50-95% знаков в протолочках) каплевидной, дробевидной, комковатой формы. Реже встречаются октаэдры, пластинчатые и другие формы, являющиеся искаженными монокристаллами и их сростками, Проявляется заметное изменение формы золотин в зависимости от их размеров. Относительно крупные золотины представлены поликристаллическими сростками с ячеистым внутренним строением. Мелкие золотины чаще имеют угловато-округлую форму. Значительная часть золотин пылевидного класса представлена изометричными или удлиненными кристалликами. Поверхность кристалломорфных золотин однородная, гладкая, блестящая. В калишпат-биотит-кварцевых метасоматитах микровыделения самородного золота иногда группируются десятками и даже сотнями в облачно-пятнистые скопления площадью до 3-4 мм2. Часть зерен представлена недоразвитыми изометричными или слабоудлиненными монокристаллами со сглаженными ребрами и вершинами. Распространены также округло-угловатые полизернистые микрогнезда, чешуйчато-микропластинчатые агрегаты.

Все исследователи самородного золота руд Мурунтау отмечают его высокую пробу. По независимым данным Н.П. Нестеровой и Г.М. Чеботарева, проба золота по месторождению колеблется в пределах 737-953 и 749-933 при среднем значении 867, которое вычисляют оба автора. Наиболее высокая проба гипогенного золота отмечается в кварцевых жилах с шеелитом (табл. 1.8).

Вблизи земной поверхности, в так называемой зоне гипоргенеза или поверхностного выщелачивания, руды и вмещающие породы в течение многих миллионов лет подвергались процессам химического преобразования под воздействием фильтрующихся сквозь них кислородосодержащих вод поверхностного происхождения. Значительная часть минералов оказалась неустойчивой к их воздействию и разложилась частично или полностью. В первую очередь это касается сульфидов. Под воздействием кислорода сера из сульфидной перешла в сульфатную и значительная ее часть перешла в водный раствор. Возникшие, таким образом, кислые сульфатные воды вызвали гидратацию и гидролиз алюмосиликатов: слюд и полевых шпатов с преобразованием биотита в магнезиальножелезистый хлорит, мусковита в гидрослюды (идлит), полевых шпатов в глинистые минералы (каолинит и галлуадит). Углеродистое вещество вмещающих пород, разлагаясь, образовывало гидрокарбонат - анион, также повышавший кислотность вод. Разложение углеродистого пигмента вызвало изменение окраски пород и руд на более светлую, а развитие гидрослюд и глинистых минералов довело ее участками до белой.

Закисное железо разложившихся сульфидов в присутствии кислорода перешло в окисное и, потеряв способность к водной миграции, образовало ореол гидроксидов железа (гетит, лепидопропит), прокрасивших породы в охристые и красно-коричневые тона. Присутствие в растворе К, Na, Al, Fe дало возможность части сульфат-аниона образовать гидросульфаты этих металлов: ярко-желтый ярозит и алунит с вариацией окраски от белой через розовую до фиолетовой, еще более увеличивших пестроту окраски пород зоны окисления. Развитый по аксенопириту скородит добавил в эту гамму темно-зеленый цвет.

Из других оксидов свободный глинозем (минерал диаспор) фиксируется крайне редко, зато очень характерен для зоны окисления Мурунтау свободный кремнезем. Непосредственно на месторождении он проявился в виде кристобалита - его метастабильной низкотемпературной модификации. Кристобалит часто пропитывает крупные (до метра и более) участки пород и руд, образуя стекловатые по облику выделения неправильной формы. При микроскопическом изучении обнаруживаются многочисленные полные псевдоморфозы кристобалита по кристалликам сульфидов. Помимо кристаллографических очертаний, признаком того, что эти зерна принадлежали сульфидам, служит приуроченный к ним лейкоксен - микрокристаллический агрегат оксида титана, не мигрировавший при разложении материнского сульфида.

Совместно с кристобалитом наблюдаются микровыделения цеолитов (близки к анальциму и гейландиту по оптическим данным).

В окисленных рудах наблюдается (как частично, так и полностью) переотложенное самородное золото. Гипергенное золото наблюдается в пустотах выщелачивания в рыхлых агрегатах гетита, яродита, скородита.

Для выделений самородного золота характерны дендритовидные, коралловидные, микропластинчатые сростки и комковатые агрегаты. Поверхность зерен всегда шагреневая, микроячеи стая.

Частично переотложенное золото наблюдается в виде периферической поймы зерен гипогенного золота, образует в них межзерновые прожилки.

Для гипергенного золота характерны наивысшие значения пробности, достигающие 980-990, возникшие из-за выщелачивания из него примесей (табл. 1.9).

Процессы, проходившие в зоне окисления, привели к заметному уменьшению плотности пород и руд и возрастанию пористости (табл. 1.10).

Глубина развития зоны окисления в пределах Мурунтау достигла 80-100 м в центральной части месторождения. Заметно глубже ее распространение в зоне Структурного разлома - до 120-150 м и меньше в зоне Южного - 60-70 м. Основные технологические типы забалансовых руд месторождения Мурунтау окисленные и первичные.

Окисленные руды претерпели процесс выщелачивания в природных условиях. Агрегат породообразующих минералов в них частично или полностью разложился; полностью разложились сульфиды. Интенсивно развита микротрещиноватость, многочисленны пустоты на месте выщелоченных гипогенных минералов. Новообразованные гипергенные минералы образуют пористый агрегат, легко проницаемый для растворов. Легко достигается контакт циансодержащего раствора с самородным золотом, высвобожденном из сростков минералов и частично переотложенном в микро- и макротрещины.

Вследствие перечисленных факторов золото из окисленных руд выщелачивается легко. Интенсивность процесса пропорциональна объему раствора, фильтрующегося сквозь руду за единицу времени, так как возрастание градиента давления заставляет раствор проникать в мельчайшие трещины и поры в зернах руды, увеличивая скорость выщелачивания и конечный процент извлечения золота из руды. Максимальное количество золота способно выщелочиться уже в начале процесса, что обусловливает резкий подъем кривой с последующим резким ее выполаживанием.

Подтипом окисленных руд являются руды с высоким содержанием гидроксидов железа, возникших преимущественно за счет гипергенного разложения сульфидов. Гидроксиды железа могут частично и полностью покрывать поверхность золотин, тем самым, увеличивая время выщелачивания и вызывая дополнительный расход реагента на перевод железа в воднорастворимые комплексы.

Среди первичных наиболее распространены руды, состоящие из камишпат-биотит-кварцевых метасоматитов с переменным количеством жильного кварца и низким содержанием сульфидов. По сравнению с окисленными рудами процесс выщелачивания золота из них замедленный. Раствор реагента первоначально способен вступать в реакцию с золотом, полностью высвобожденным из породного агрегата при дроблении, т.е. с самыми мелкими гранулометрическими фракциями руды, процент которых невысок, и самыми крупными золотинами, процент которых также очень мал, а также выделениями самородного золота, находящимися на поверхности обломков руды. Требуется время, чтобы раствор наработал пути движения внутри зерен, гидротировав и частично разложив алюмосиликаты, создав микро-трещиноватость и микропоры для достижения контакта с выделениями самородного золота, «запечатанными» в агрегате минералов. И чем крупнее обломки руды, тем больше времени требуется для проникновения раствора в них и тем ниже конечный процент извлечения золота из руды. Кривая выщелачивания этого типа руд имеет пологий подъем, но конечный процент извлечения может быть сопоставим с процентом извлечения из окисленных руд. Как и для окисленных руд, важно создать высокий гидравлический градиент в начале выщелачивания, чтобы интенсифицировать процесс разложения минерального агрегата и развития микротрещиноватости.

Руды, состоящие преимущественно из жильного кварца, встречаются редко. Принципиально не отличаются от руд, сложенных калишпат-биотит-кварцевыми метасоматитами. Золото в жильном кварце также часто приурочено к скоплениям биотита, зернам полевого шпата, шеелита. Кварц вблизи выделений самородного золота часто гранулирован, трещиноватый. Дополнительная трещиноватость возникает в кварце при дроблении вследствие его высокой хрупкости.

Вторая, достаточно широко распространенная группа первичных руд - углеродисто-слюдистые сланцы и алевролиты с повышенными содержаниями сульфидов: пирита, пирротина, реже арсенопирита. Золото в них преимущественно связано с прожилковой кварцевой минерализацией. Сульфидная вкрапленность вмещающих пород, как правило, заметного количества золота не содержит. Основное отличие от первой группы - интенсивное поглощение золота углеродистым веществом на начальных стадиях выщелачивания. Обогащенный раствор с содержанием золота 0,5-0,7 г/м3 после фильтрации через такую руду в первые недели орошения выходил с содержанием 0,12-0,17 г/м3. Лишь длительное по времени воздействие щелочного раствора на руду приводит к разложению углеродистого вещества с преобразованием его преимущественно в карбонат кальция и последующему росту pH раствора на выходе, уменьшению цианопоглощения и выносу золота. Итоговое извлечение золота из руд этого типа заметно ниже, чем из калишпат-биотит-кварцевых метасоматитов.

Редко встречающимся подтипом первичных руд являются сульфидные руды. Это могут быть разнообразные по составу породы, золотоносность которых связана с альбит-кварц-сульфидной жильной минерализацией. Значительная часть самородного золота в них «запечатана» в сульфидах: арсенопирите, реже - в пирите и еще реже - в других сульфидах и сульфосолях (галенит, висмутин, блеклые руды, сфалерит и др.). Содержание сульфидов в руде достигает 3-5% и более.

В обычных условиях щелочным циансодержащим раствором золото из этих руд практически не выщелачивается - сульфиды не разлагаются под его воздействием. Для выщелачивания золота из таких руд требуется разложение сульфидов, которого можно достичь обжигом или бактериальным выщелачиванием. He исключается возможность разложения сульфидов раствором, содержащим нитраты натрия и аммония. Однако осложняющим обстоятельством может быть перевод в раствор слишком большого количества сопутствующих элементов-примесей.

Таким образом, основной особенностью руд месторождения Мурунтау является то, что практически все они малосульфидные. Важно также то, что с глубиной технологические свойства руды практически не меняются. На месторождении все золото в основном представлено в свободном виде и характеризуется как тонкодисперсное. Два основных технологических типа руд требуют различных технологических подходов и имеют включения глины, угля, железа, цинка и другие примеси, которые усложняют ведение процесса выщелачивания золота. Наличие в руде крупного золота удлиняет цикл выщелачивания и сводит полезную работу выщелачивающего раствора к минимуму, тем самым, увеличивая потребление цианида натрия, который расходуется на взаимодействие с рудной массой.

Из практики цианирования золотосодержащих руд известно, что скорость растворения золота существенно зависит от степени аэрирования выщелачиваемой массы. Поэтому при кучном выщелачивании золота уложенная в штабель рудная масса должна быть хорошо проницаема для воздуха.

Наличие воды является одним из главных факторов, определяющих экономическую эффективность применения кучного выщелачивания при освоении месторождения. По этому признаку в регионе могут быть выделены территории, на которых имеются открытые водоемы, проложены водопроводы, имеются запасы подземных вод или источники воды отсутствуют, а на их создание требуются значительные капитальные вложения.

В Кызылкумском регионе рельеф местности, главным образом, либо ровный, либо холмистый, а территория покрыта чехлом песчано-глинистых отложений, что упрощает выбор площадки для размещения рудных штабелей. Поэтому влияние указанных факторов на кучное выщелачивание второстепенно.

Экономико-географическое положение месторождений, климатические условия, рельеф местности и характеристика пород основания из представленной систематизации исключены, поскольку они постоянны и оказывают практически одинаковое влияние на эффективность кучного выщелачивания на всей территории Кызылкумского региона.

Так, например, экономико-географическое положение месторождений определяется удаленностью от промышленно развитых центров и обусловливает в большинстве случаев экономическую целесообразность получения на месте только золотонасыщенных сорбентов с последующей их переработкой на одном из трех базовых заводах. Климатические условия региона характеризуются продолжительным (более 8 месяцев) периодом с высокой температурой окружающего воздуха при низкой влажности, следствием которых являются значительные потери воды на испарение (в среднем 1,7 м с 1,0 м2 поверхности водоема).

Таким образом, в Кызылкумском регионе возможность применения кучного выщелачивания при освоении месторождений определяется запасами руды, содержанием и формой нахождения золота, а экономическая эффективность - наличием источников воды, видом источников поступления руды, необходимостью предварительной подготовки руды и наличием примесей в рудной массе.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна