Оценка кинетики цикличного выщелачивания из многоярусных штабелей

Кучное выщелачивание из многоярусных штабелей представляет собой цикличный процесс, на протяжении которого слой рудной массы подвергается периодическому воздействию рабочих растворов, происходящему по мере отсыпки и включения в работу очередного яруса.

Известные исследования кинетики выщелачивания золота из забалансовой руды карьера Мурунтау показало, что степень извлечения из руды и переход золота в раствор неравномерны во времени. Так, требуемое извлечение золота достигается при отношении объема прокаченного через руду выщелачивающего раствора к массе руды Ж:Т=4,0-8,0 в зависимости от содержания и особенностей минералогического состава руды. При этом продолжительность цикла выщелачивания составляет 270 суток и более. Однако на первом этапе выщелачивания продолжительностью 65-70 суток (соотношение Ж/Т=1,0) в раствор переходит до 80 % извлекаемого золота, а для извлечения еще 15-20 % золота требуется в три раза больше раствора, на что затрачивается соответственно в три раза больше времени. Примеры изменения коэффициента извлечения золота во времени для реального содержания в руде приведены на рис. 4.15.

Характерную форму имеет и кривая изменения во времени концентрации золота в растворе (рис. 4.16), которая на первом этапе выщелачивания быстро растет и при Ж/Т = 1,0 достигает максимального значения, затем начинает достаточно резко снижаться, стабилизируясь после достижения соотношения Ж/Т = 1,5-2,0 на уровне 20-25% от максимальной величины. Указанная особенность кинетики выщелачивания золота может быть объяснена вещественно минералогическим составом руды, а также распределением золота по фракциям крупности.

Анализ изменения содержания золота в растворе при выщелачивании показывает, что условно можно выделить три фазы, различающиеся кинетикой процесса:

- фаза I с интенсивным сначала увеличением, а затем снижением содержания в растворе;

- фаза II с постепенным выполаживанием кривой изменения содержания;

- фаза III с переходом кривой изменения содержания в монотонно убывающую прямую линию.

На рис. 4.17 фазе I соответствует соотношение Ж:Т=1, фазе II - Ж:Т=1,5 и фазе III - Ж:Т > 1,5. Границы фаз могут меняться в зависимости от конкретных условий выщелачивания.

Изменение содержания в растворе на разных фазах выщелачивания приведено на рис. 4.17, а зависимость среднего содержания в растворах от содержания в исходной руде на разных фазах процесса выщелачивания - на рис. 4.18.

Данные, представленные графически на рис. 4.17, 4.18 и 4.19, могут быть использованы для выполнения прогнозных расчетов при планировании.

Такой характер изменения во времени коэффициента извлечения и содержания в продуктивном растворе объясняется тем, что при измельчении рудной массы с точки зрения доступа выщелачивающего раствора золото подразделяется на три примерно одинаковые группы: практически полностью освобожденное от породы, частично освобожденное от породы и находящееся внутри частиц породы. На первом этапе выщелачивания происходит сравнительно быстрое растворение золота из первой группы. Затем кривая извлечения выполаживается. а содержание золота в растворе резко снижается, поскольку в процессе выщелачивания практически участвует только золото второй группы, частично прикрытое породой, поэтому скорость его растворения существенно уменьшается. На этапе стабилизации продолжается растворение остатков золота второй группы, доступ раствора к которому затруднен. Наряду с этим в результате диффузии происходит незначительное извлечение золота третьей группы, находящегося внутри частиц породы. Все это приводит к тому, что по мере увеличения извлечения золота степень использования потенциальных возможностей раствора уменьшается, поскольку концентрация золота в нем снижается и достигает предела, ниже которого опускаться экономически невыгодно.

Зависимость (рис. 4.17) максимального содержания в растворе от содержания в руде описывается выражением



Анализ графиков (рис. 4.16) показывает, что при соотношении Ж:Т>6 график извлечения приобретает прямолинейную форму, прирост извлечения с увеличением соотношения Ж:Т исчисляется долями процента, а коэффициент извлечения практически выходит на проектное значение. Поэтому для дальнейшего анализа в качестве максимального значения принято Ж:Т=6,

Для повышения степени использования потенциальных возможностей выщелачивающих растворов и сокращения затрат на сооружение штабеля было обосновано применение технологии кучного выщелачивания из многоярусного штабеля руды. Такой подход к повышению эффективности кучного выщелачивания имеет ряд экономических и технологических преимуществ перед одноярусным штабелем. При этом изменяется сама концепция выщелачивания. Сущность подхода заключается в том. что выщелачивание золота из руды до требуемой степени извлечения осуществляется этапами. На первом этапе достигается тот уровень извлечения, которому соответствует минимально допустимая концентрация золота в растворе, т.е. около 80-85% от общего количества извлекаемого золота. Затем орошение этого участка штабеля прекращается, на нем формируется второй ярус, а оставшееся золото из первого яруса доизвлекается одновременно с извлечением золота из нового яруса. При этом достигается повышение полезной работы раствора, так как при его фильтрации через руду увеличивается количество золота, последовательно переходящего в раствор из нескольких ярусов. Однако с увеличение количества ярусов растет высота штабеля при одновременном снижении проницаемости рудной массы в нижних ярусах, что приводит к противоречию в стремлении увеличить использование потенциальных возможностей раствора и интенсивностью получения золота.

К недостаткам многоярусного штабеля руды также можно отнести повышенное количество золотосодержащего раствора, находящегося внутри штабеля, что увеличивает количество золота в незавершенном производстве и снижает интенсивность его извлечения.

Анализ данных по кинетике выщелачивания из многоярусных штабелей (рис. 4.20) показывает, что время до начала эффективной стадии процесса выщелачивания находится в прямой зависимости от количества ярусов в штабеле. Так, например, рост содержания золота в растворе для 1-го яруса начинается через 7 дней, 3-х ярусов - через 18 дней и 5 ярусов - через 38 дней. При этом для руды одинакового качества содержание в растворе при установившемся режиме выщелачивания уменьшается с увеличением количества ярусов в штабеле. Так, напри мер, при одном ярусе это содержание равно 0,75 мг/л, при трех - 0,65 мг/л и при пяти - 0,5 мг/л.

Анализ принятой схемы выщелачивания рабочими растворами с последовательно увеличивающимся содержанием золота (рис. 4.21) показывает, что содержание в продуктивном растворе увеличивается пропорционально содержанию в исходном растворе (табл. 4.5, рис. 4.22, 4.23).

При одном ярусе продолжительность выхода раствора с пониженным содержанием составляет 10 суток, при трех - 31 сутки и при пяти - 50 суток (рис. 4.24). Такая ситуация объясняется тем, что рабочий раствор с богатым содержанием вытесняет из перового пространства штабеля «зависшие» растворы с низким содержанием, которые образовались при окончании предыдущего цикла выщелачивания. Поэтому с увеличением высоты штабеля эффективность выщелачивания будет неизбежно падать, поскольку до 20-30 % золота на период более 1,5-2,0 месяца «зависнет» в штабеле.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что принятая в проекте технология кучного выщелачивания из многоярусных штабелей характеризуется снижением эффективности использования потенциальных возможностей рабочего раствора по мере увеличения высоты штабеля. При этом максимальное количество ярусов (8) не имеет достаточного обоснования, поскольку при их выборе в качестве критерия оценки бы ли использованы капитальные затраты на сооружение подушки выщелачивания. Установлено что при орошении рабочих участков рабочим раствором с последовательно увеличивающимся содержанием происходит снижение содержания в продуктивных растворах, продолжительность которого находится в прямой зависимости от количества ярусов в одновременной работе. В частности, при одно временной работе пяти ярусов и более продолжительность выхода продуктивных растворов с пониженным содержанием (в 1,5-2,5 раза) составляет не менее 1,5-2 месяца. Taкая задержка с получением продуктивного раствора требуемого качества должна быть учтена при планировании.

Полученные зависимости изменения кинетики выщелачивания могут быть использованы для обоснования рациональных параметров процесса и геометрических параметров рудного штабеля.