Переработка упорных руд: проблемы и пути решения

В процессе золотодобычи один из самых сложных этапов — извлечение драгоценного метала из сопутствующей породы. И здесь серьёзным вызовом становятся упорные руды, которые «не желают» отдавать содержащееся в них золото.

Очевидно, что работа с таким сырьём невозможна без новых технологий. Какие решения используют российские золотодобывающие компании? И каких результатов удалось добиться?

Упорных руд всё больше

Какие руды следует считать упорными? Генеральный директор ООО «НИЦ Гидрометаллургия» Илья Фоменко предлагает делить золото, содержащееся в концентратах и рудах, на три класса. В первом случае речь идёт о свободном золоте, которое можно извлечь обычным цианированием. Два остальных класса уже относятся к упорным рудам.

«Чуть сложнее, если золото находится в виде мелкодисперсных частиц. В этом случае необходимо разрушать сульфиды. Есть ряд технологий, которые позволяют это сделать: атмосферное и бактериальное окисление. Наибольшую сложность вызывает золото, которое находится в  виде твёрдого раствора в сульфидах.

Тогда необходимо 100-процентное разложение сульфидной матрицы. В  этом случае автоклавные технологии становятся ещё более актуальными, потому что на 99% могут разложить сульфиды.

Также применимы атмосферное и бактериальное окисление, но реже и в каких-то исключительных случаях»,  — рассказал Илья Фоменко в  своём выступлении на конференции «Золото и технологии» в рамках выставки MiningWorld 2022.

Б. В. Комогорцев и А. А. Вареничев в своей статье «Проблемы переработки бедных и упорных золотосодержащих руд» предлагают считать упорными те руды и концентраты, которые по тем или иным причинам трудно поддаются обработке цианированием. Соответственно, для их классификации они предлагают использовать подход В. В. Лодейщикова, где главным разделительным критерием является коэффициент извлечения драгоценного металла на стадии цианистого выщелачивания.

«Простые, легкоцианируемые руды относятся к технологическому типу А. Упорные трудноцианируемые руды выделены в три технологических типа, которые, в свою очередь, включают три технологических подтипа: Б — руды с тонковкраплённым золотом и серебром (физическая депрессия в цианистом процессе); В — руды, цианирование которых сопровождается химической депрессией золота минеральными компонентами-примесями, проявляющими восстановительные или цианисидные свойства; Г — руды, характеризующиеся повышенной сорбционной активностью по отношению к растворённым в цианиде благородным металлам», — пишут Б. В. Колмогорцев и А. А. Вареничев.

Месторождения с упорными рудами были открыты на территории нашей страны ещё в середине прошлого века. Так, по некоторым подсчётам, доля упорных руд, в которых золото находится в виде тонких вкраплений в сульфидах, составляет 30% в  общей структуре мировых запасов, приводят цифры в своей статье Б. В. Колмогорцев и А. А. Вареничев.

Уже тогда учёные и инженеры пришли к  пониманию, что для полного вскрытия такого золота требуется более глубокое химическое разложение минералов. Предлагались автоклавно-щелочной, кислотно-автоклавный методы, отметил ещё один докладчик на конференции — главный специалист лаборатории агитационного выщелачивания и сорбции АО «Полиметалл инжиниринг» Савелий Каплан.

То есть было понимание, как решить эту задачу в  теории, но к практическим шагам золотодобытчики переходить не спешили. Причина ясна: на тот момент существовало достаточно месторождений, освоение которых не требовало таких больших инвестиций. Однако в новом тысячелетии ситуация изменилась.

«До 2017 года в «Полиметалле» перерабатывали в основном неупорное сырьё — 64%, руды двойной упорности составляли около 11%, однократной упорности — 25%. Неупорное сырьё могло быть успешно переработано методом кучного выщелачивания.

К 2022 году всё сильно поменялось: сырьё двойной упорности составляет 59,7%, а неупорное — только 18,3%, однократной упорности — 22%. Простые, хорошие источники сырья исчерпываются и замещаются неудобными упорными, дважды упорными. Всё говорит о том, что доля упорного сырья будет только повышаться в структуре запасов разных компаний», — приводит цифры Савелий Каплан.

Здесь стоит пояснить, что под одинарной упорностью понимается тонкая вкраплённость золота в минералы, а под двойной упорностью — наличие природного углерода.

Избавляемся от углистого вещества

Логично, что российские компании в последние годы уделяют пристальное внимание работе с упорными рудами. Накопленным опытом поделились спикеры конференции «Золото и технологии».

Так, в группе компаний «Петропавловск» технологии повышения извлечения золота были апробированы на Маломырском месторождении. По словам Ильи Фоменко, главной сложностью здесь стала нейтрализация содержащегося в руде углистого вещества — источника природного углерода. По классификации В. В. Лодейщикова они относятся к наиболее сложному типу «Г».

«Согласно статистике, на долю таких руд приходится 2% мировых запасов золота. Трудность цианирования углистых руд заключается в том, что углистые вещества сорбируют растворённое золото, которое очень сложно снять с природного угля, вбольшинстве случаев эта операция экономически нецелесообразна. Вследствие этого потери золота с отвальными хвостами достигают значительных величин», — пишут Б. В. Колмогорцев и А. А. Вареничев.

По словам Ильи Фоменко, наиболее очевидный способ повышения извлечения золота в данном случае заключается в организации водооборота на  предприятии таким образом, чтобы на автоклавное окисление попадала свежая вода с наименьшим содержанием хлоридиона.

Именно за счёт подобных технологий удалось добиться достаточно хороших показателей извлечения на Маломырском месторождении, отмечает генеральный директор «НИЦ Гидрометаллургия».

Второй метод заключается в удалении водорастворимых хлоридов, которые содержатся непосредственно в сырье, в процессе декарбонизации данного сырья на предварительной обработке перед автоклавом.

«Такая подготовка очень помогает в удалении водорастворимых хлоридов. После декарбонизации идёт сгущение, отмывка от водной фазы и дальше автоклавное изменение на растворах, уже не содержащих хлорида. Без такой обработки содержание хлоридов составляет до 20 миллиграммов в литре с соответствующими последствиями», — комментирует Илья Фоменко.

Следующий метод заключается в перераспределении кислорода. Это влияет на степень окисления и потенциал, возникающий в автоклаве.

«Таким образом, время пребывания материала в таких избыточно окислительных условиях для растворения золота минимизируется, соответственно, извлечение золота повышается. Этот метод мы использовали в ходе пилотных исследований и также внедрили на Покровском автоклавном комплексе.

Всего по сумме трёх методов мы обеспечили для Маломыра извлечение порядка 94%. В то время как при первых начальных исследованиях извлечение было заметно ниже, чем 90%, на уровне 85-87%», — отметил Илья Фоменко.

Интересные альтернативы

Впрочем, на этом перечень методов повышения извлечения золота не исчерпывается. В частности, напрашивается комбинация автоклавного окисления и обжига. Ключевая идея — понизить содержание углерода в концентрате ещё до помещения в автоклав. Сейчас в «НИЦ Гидрометаллургия» прорабатывают этот вариант как альтернативу переработки сторонних концентратов сочень высоким содержанием углерода.

Также к числу наиболее простых методов относится снижение степени окисления материала. Однако он не совсем подходит для твёрдо-растворимого золота, когда нужно разрушить сульфиды, считают в «НИЦ Гидрометаллургия». Впрочем, есть примеры, когда при использовании этого метода и неполном вскрытии сульфидов удаётся добиться извлечения выше 95%.

Также для этих целей активно используют и различные добавки в автоклав, например, на основе известняка или природного карбоната натрия. В последнем случае за счёт смещения автоклавного обогащения в щелочную зону окисление идёт быстрее и достигается при более низких температурах. В то же время у этого метода есть свои ограничения: он подходит для концентратов с низким содержанием сульфидов.

В США обсуждается идея о добавке в автоклав солей свинца, серебра и т. д. Расчёт здесь на то, что эти вещества смогут взаимодействовать с хлоридом, связывать его в комплексы и осадки, тем самым снижая его активность в растворе. Свои разработки в этой сфере предлагают и российские учёные.

«Наши исследования показали, что очень эффективна в плане извлечения золота добавка ртутьсодержащих продуктов, или золотосодержащих концентратов, попутно содержащих ртуть. Добавка ртути даже на уровне 5-10 граммов на тонну, оказывается эффективной для повышения извлечений.

Мы считаем, что механизм действия — это сорбция ртути на углистое вещество, после чего углистое вещество становится менее активным к золотохлоридным комплексам. Иначе эффект от такой низкой добавки ртути просто не объяснить»,— комментирует Илья Фоменко.

Также в НИЦ «Гидрометаллургия» проводили исследования воздействия на углистое вещество азотной кислоты. В данном случае она выступает как катализатор, при использовании которого процесс окисления углистого вещества проходит буквально за 15-20 минут. В этом году запланированы промышленные испытания на Покровском комплексе.

«По нашим наблюдениям, азотная кислота взаимодействует в основном с углистым веществом и удаляется из системы. Мы же цианируем потом хвосты, отделяем твёрдый остаток, промываем, нейтрализуем, ещё раз цианируем и определяем пробирным анализом хвосты по золоту. Азотная кислота — реагент недешёвый, но в случае с золотом затраты должны окупиться», — резюмирует Илья Фоменко.

А если подогреть?

В свою очередь, в «Полиметалле» пошли по пути повышения температуры и времени автоклавного окисления, за счёт чего достигается более глубокое разложение углистого вещества. Избавиться от природного углерода — такова была одна из ключевых задач. В противном случае говорить о рентабельном производстве было бы попросту невозможно.

«У нас содержание углерода 15,9 килограммов на тонну, намного больше, чем золота. И если такой углерод окажется достаточно активным, то при насыщении 5 килограммов на тонну при десорбции он сможет сорбировать 79,5 граммов золота. А его содержится в концентрате только 42. То есть, даже успешно вскрыв этот концентрат, мы можем получить нулевое извлечение», — комментирует Савелий Каплан.

К высоким температурам в «Полиметалле» пришли не сразу, первый автоклав был рассчитан на 200 °С. Подобные «маленькие, холодные, короткие» автоклавы успешно работали в других странах, и агрегат «Полиметалла» также создавался на основе расчётов иностранных специалистов. Среди них известный в профессиональных кругах Джеймс Кинг и команда экспертов из SNS LAVALIN. Однако практика показала, что это решение было не совсем верным, если не сказать ошибочным.

«Первый автоклав подошёл для концентратов Албазино одинарной упорности с извлечением золота 94-97%. Потом появились рудные концентраты компании «Майская». Выяснилось, что в этом рудном теле обнаружилось столько углерода, что не получалось его переработать в условиях 200-градусного автоклава.

Потом появился концентрат Бакырчик. Здесь получали концентраты как удовлетворительные, так и совсем не подходящие под POX 200. В то же время повышение температуры даже на 5 градусов существенно расширило бы диапазон переработки», — рассказал Савелий Каплан.

Была проведена работа над ошибками, и на этот раз приоритет был отдан отечественным разработчикам. В2008 году «Полиметалл» усилил работу по созданию собственной РОХ-лаборатории. В результате на вооружение было принято два новых метода.

Во-первых, на Амурском горно-металлургическом комбинате началось удаление хлоридов путём полного обессоливания воды методом обратного осмоса. Это дорогостоящее решение, но сейчас, к сожалению, нет технологий, позволяющих извлекать хлориды избирательно.

Второе направление было направлено на удаление природного углерода путём его выжигания.

Добиться этого планируется как раз за счёт увеличения времени пребывания в автоклаве и максимальной температуры. Однако наращивать процент извлечения золота, постоянно увеличивая температуру, всё же не получится.

Во-первых, большинство исследователей сходятся во мнении, что 300 °С уже являются «запредельной» температурой. Во-вторых, в определённый момент повышение температуры может привести к обратным результатам. Так что безоглядное повышение температуры в автоклаве — отнюдь не гарантия отличного результата.

«На этом пути есть резкое снижение извлечения золота в определённом диапазоне концентраций выгораний углерода. Проверили неоднократно и поняли, что для части автоклавных решений небольшое изменение по окислению углерода может вызвать снижение извлечения. При этом окисление сульфидов проходит успешно», — отметил Савелий Каплан.

Старый конь борозды не испортит

Впрочем, на конференции прозвучали мнения о том, что для повышения извлечения золота не всегда нужно изобретать что-то принципиально новое. Достойных результатов можно добиться и в рамках традиционных подходов.

Своим опытом в этой связи поделилась технический директор ИК «Арлан» Лариса Желтова. На месторождении «Павлик» также встала проблема упорных руд, от 10 до 30% всего золота здесь вкраплена в сульфидах. При этом для переработки руд применяется классическая гравитационно-флотационно-цианистая схема.

«Основной проблемой была переработка флотационного концентрата, поскольку в руде присутствует органический углерод в среднем от 0,6 до 1%. Естественно исходная технологическая схема с прямой флотацией приводит к получению концентрата с большим содержанием органического углерода.

Если во флотационном концентрате содержание органического углерода составляло до 15%, такой продукт, поступая в сорбцию, фактически не перерабатывался, и извлечение было минимальным на уровне 10-15%. То есть гравитационная линия работала успешно, а флотационный концентрат практически не перерабатывался.

В результате нами была разработана технология флотации с применением композитного органического депрессора, который был приготовлен из реагентов российского производства.

То есть существуют специфичные технологические режимы без применения азотной кислоты и всего прочего — в родном цианистом процессе с небольшими модификациями, в которых углистое вещество хорошо отдаёт золото», — рассказала Лариса Желтова.

Технология успешно зарекомендовала себя, однако сложности может создать то, что в производственном процессе использовались западные органические депрессоры. А после введения санкций важно найти российского производителя, который был в состоянии стабильно производить данные вещества.

Исследования и инвестиции

Санкции тесно связаны с темой технологической зависимости от западных стран. Как видим в случае с упорными рудами, она не так велика, более того, решения отечественных технологов зачастую оказываются более эффективными.

В то же время излишне идеализировать ситуацию не стоит. Все выступающие сошлись в том, что российские разработки нуждаются в инвестициях. И хотя золотодобывающим компаниям приходится трудно, экономить на этом направлении не стоит.

«В современной обстановке не надо жалеть деньги на исследования. Придётся обходиться собственными силами, формируйте собственные инженерные подразделения. В тяжёлые времена эта ставка сыграла», — считает Савелий Каплан.

Впрочем, финансировать разработки по повышению извлечения золота из упорных руд стоит не только из-за санкций и ухода западных компаний. Стоит понимать, что у каждого месторождения своя специфика, и методы, успешно зарекомендовавшие себя в других местах, не обязательно дадут результат в новых условиях.

Так что рассчитывать на универсальное решение не приходится. А это значит, что для каждого конкретного случая нужно полномасштабное исследование с лабораторными и полевыми испытаниями. Понятно, что без собственной научной базы рассчитывать на успех не приходится.

Таким образом общий посыл оптимистичен. Современные технологии позволяют работать даже с самыми упорными рудами, но для того, чтобы найти тот самый метод, который подойдёт для конкретного месторождения, нужно будет хорошо потрудиться.

«Когда заказчик приходит с новым сырьём, и мы видим, что оно не простое, а углеродсодержащее, бывает сложно объяснить, почему нужны бюджеты на исследования. Практически всегда можно решить проблему, но нужно проделать большую работу», — резюмирует Илья Фоменко.

Текст: Андрей Халбашкеев