Повышение извлечения золота из упорного сырья на основе применения магнитно-импульсной обработки

На правах рукописи

Кошель Екатерина Алексеевна

повышение извлечения золота из упорного сырья на основе применения магнитно-импульсной обработки

Специальность 25.00.13 – «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва

2011

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов» (ФГУП ЦНИГРИ)

в отделе обогащения минерального сырья

Ведущая организация – Московский государственный горный университет МГГУ

Защита состоится «12» апреля 2011г. в 14 час. 00 мин на заседании диссертационного совета Д 002.074.01 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, г. Москва, Крюковский тупик, д.4; тел./факс 8 (495) 360-89-60

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН.

Автореферат разослан « 10 » марта 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Папичев В.И.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Значительный удельный вес (до 30%) в запасах рудного золота занимают месторождения с упорными рудами, переработка которых малоэффективна с применением традиционной технологии извлечения золота цианированием. В последние годы выявлены и разведываются новые объекты с упорными рудами, лицензионная и инвестиционная привлекательность которых будет во многом определяться качеством сырья и наличием эффективных технологий извлечения драгоценных металлов из руд, поэтому проблема разработки эффективной экологически безопасной технологии извлечения драгоценных металлов из упорного сырья является актуальной.

В России и за рубежом проводится широкий комплекс исследований по разработке и внедрению в промышленность нетрадиционных методов переработки упорного сырья благородных металлов: окислительный обжиг, автоклавное и бактериальное выщелачивание, ультратонкое измельчение, энергетические воздействия. К последним относятся различные методы обработки: ускоренными электронами, ультразвуком, мощными электромагнитными импульсами, а также сверхвысокочастотная и магнитно-импульсная обработки и др.

Большой вклад в изучение и развитие методов энергетических воздействий на минеральное сырье внесли отечественные и зарубежные ученые: И.Н. Плаксин, В.И. Ревнивцев, В.А. Чантурия, С.А. Гончаров, Л.П. Старчик, Г.Я. Новик, М.Г. Зильбершмидт, Т.С. Юсупов, В.Е. Вигдергауз, И.Ж. Бунин, В.Д. Лунин, П.П. Ананьев, В.П. Бруев, В.И. Курец, Г.В. Седельникова, Г.С. Крылова, В.И. Соловьев, В.В. Коростовенко, В.М. Петров, В.Ю. Иванов, А.С. Самерханова, K.E. Haque, S.W. Kingman и др.

Одним из перспективных методов энергетического воздействия является магнитно-импульсная обработка (МИО), которая характеризуется низкими затратами электроэнергии 0,3-0,5 кВт/т.

В МГГУ под руководством профессора С.А.Гончарова совместно с сотрудниками НП «Центр высоких технологий» изучаются закономерности процесса МИО, а также механизм разупрочнения минеральных комплексов с помощью МИО применительно, в основном, к железорудному сырью – железистым кварцитам. Показано, что МИО железистых кварцитов позволяет в процессе измельчения увеличить выход готового класса, повысить извлечение железа, а также снизить энергоемкость измельчения.

По сравнению с железорудным сырьем процесс МИО в меньшей мере изучен применительно к другим видам минерального сырья, в т.ч. благородных металлов. Результаты предварительных исследований свидетельствуют о том, что использование магнитно–импульсной обработки является перспективным методом вскрытия упорного золота, позволяющим повысить технико-экономические показатели переработки руд, поэтому тема диссертационной работы является актуальной.

Цель работы – научное обоснование и разработка энергосберегающей технологии переработки золотосодержащего сырья на основе применения магнитно-импульсной обработки (МИО), обеспечивающей повышение извлечения золота из упорных руд и концентратов.

Основная идея работы заключается в использовании магнитно-импульсной обработки для деструкции и разупрочнения минеральных комплексов и вскрытия упорного золота перед цианированием.

Основные задачи исследований:

- изучение вещественного состава упорных золотосульфидных концентратов;

- исследование механизма дезинтеграции и разупрочнения минеральных комплексов упорных концентратов под воздействием МИО;

- экспериментальное изучение влияния МИО на электрофизические, механические, физико-химические, технологические свойства и состояние поверхности минералов упорных золотосодержащих концентратов;

- обоснование оптимальных режимов МИО упорных концентратов с целью повышения извлечения золота в процессе последующего цианирования;

- разработка и апробация технологии переработки упорных золотосодержащих концентратов с применением МИО.

Объекты исследований упорные золотосульфидные руды и концентраты.

Методы исследований: анализ и обобщение литературных источников, теоретическое обоснование процессов дезинтеграции и разупрочнения минеральных комплексов с помощью МИО, изучение вещественного состава концентрата с применением комплекса физико-химических методов исследований: рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, электронная микроскопия, потенциометрия, масс-спектрометрический и атомно-эмиссионный с индуктивно связанной плазмой, минералогический, гранулометрический и рентгенофазовый, пробирный, атомно-абсорбционный методы анализов, лабораторные и укрупненно-лабораторные испытания, статистические методы обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

- установлена тесная ассоциация тонковкрапленного золота с пиритом и частично с кварцем, определяющая низкое извлечение золота при цианировании упорных концентратов, наличие минеральных комплексов пирита и кварца с магнитновосприимчивыми минералами – гематитом и магнетитом, взаимодействие которых с электромагнитным полем при магнитно-импульсной обработке вызывает разупрочнение минеральных составляющих и повышение извлечения золота при цианировании;

- предложен механизм разупрочнения золотосульфидного концентрата в процессе МИО, заключающийся в возникновении сдвиговых и сжимающих напряжений в минеральных комплексах за счет явления магнитострикции, а также деформаций в кристаллической решетке пирита вследствие возникновения заряженных дислокаций;

- впервые экспериментально установлено, что под действием электромагнитного поля, создаваемого МИО, изменяются удельное сопротивление и электродный потенциал пирита; на его поверхности образуются микротрещины и окисленные соединения, состоящие из оксидов железа, элементной и сульфатной серы, увеличивается выход тонких классов, пористость, что подтверждает наличие разупрочняющего эффекта;

- показано, что повышение извлечения золота при цианировании предварительно обработанных МИО упорных золотосульфидных концентратов достигается за счет разупрочнения минеральных комплексов, образования дополнительных пор и микротрещин, улучшающих доступ цианистого раствора к золоту.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основании теоретических и экспериментальных исследований разработана энергосберегающая технология извлечения драгоценных металлов из упорного золотосодержащего сырья на основе магнитно-импульсной обработки, обеспечивающая повышение извлечения золота при цианировании.

Реализация результатов работы. Разработанная технология с применением МИО проверена на обогатительной фабрике при цианировании концентрата текущей переработки руды месторождения Кумтор: достигнуто повышение извлечения золота от 1 до 2% в зависимости от исходного содержания золота в перерабатываемой руде. Ожидаемый экономический эффект составляет 1,9 млн. долл. США в год, что подтверждено выпиской из заключения АОЗТ «Кумтор Оперейтинг Компани».

Личный вклад автора заключается в проведении аналитического обзора научно-технической информации о существующих методах переработки упорного золотосодержащего сырья, расчетов сжимающих и сдвиговых напряжений в пирите, магнетите, гематите и кварце, а также выполнении исследований по изучению влияния МИО на механические, электрохимические и технологические свойства концентратов, разработке техологии, анализе и обобщении полученных результатов, формулировании выводов.

Основные защищаемые положения:

- особенности состава золотосульфидных концентратов, связанные с наличием минеральных комплексов основного золотосодержащего минерала – пирита с магнитовосприимчивыми минералами – магнетитом и гематитом, взаимодействие которых с электромагнитным полем в процессе магнитно-импульсной обработки вызывает разупрочнение минеральных составляющих;

- механизм разупрочнения упорных золотосульфидных концентратов под влиянием МИО, заключающийся в образовании в процессе магнитострикции сдвиговых и сжимающих напряжений, приводящих к раскрытию минеральных комплексов и образованию микротрещин на их поверхности, а также под действием дислокаций и структурных напряжений в кристаллической решетке пирита, обладающего микропримесной дефектностью;

- изменение физических, механических, электрофизических и электрохимических свойств и состояния поверхности концентратов под действием МИО, приводит к окислению поверхности пирита, повышению электродного потенциала, пористости частиц концентрата и образованию микротрещин, что создает благоприятные условия для последующего растворения золота в процессе цианирования;

- технологические режимы переработки упорных золотосульфидных концентратов с использованием МИО, повышающие извлечение золота при цианировании определяются напряженностью магнитного и электрического полей, длительностью обработки и количеством импульсов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются большим объемом экспериментальных исследований и укрупнено-лабораторных испытаний, использованием фундаментальных законов электродинамики, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, использованием методов математической статистики.

Апробация работы: основные результаты работы и ее отдельные положения докладывались на научном симпозиуме «Неделя Горняка», Москва, МГГУ, 2003-2005гг., 2009г., 2010г., Плаксинские чтения 2003г., на Международной конференции молодых ученых и специалистов: «Проблемы освоения недр в ХХI веке глазами молодых», Москва, ИПКОН РАН, 2007г., 2008г., на XXV Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых, Австралия, Брисбен, сентябрь, 2010г.

Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 6 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также 1 патент РФ на изобретение.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников из 168 наименований и приложения. Работа изложена на 149 страницах, содержит 38 рисунков, 23 таблицы.

Основное содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности темы исследований, сформулированы цель, идея и задачи работы, научная новизна, практическое значение, основные защищаемые положения, приведены сведения о методах исследований, апробации работы и публикациях автора.

АНАЛИЗ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО СОВРЕМЕННЫМ МЕТОДАМ ПЕРЕРАБОТКИ УПОРНОГО ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Значительная часть запасов коренного золота составляют упорные руды, в которых золото находится в тонковкрапленном состоянии в сульфидах и породообразующих минералах. Размер частиц составляет от десятков микрон до десятых и тысячных долей микрона. Золото главным образом связано с пиритом и арсенопиритом, поэтому оно не растворяется при цианировании при стандартной крупности измельчения 80 - 95% -0,074 мм и даже при сверхтонком помоле. Для извлечения упорного золота необходимо перед цианированием предварительно разрушить сульфиды и «вскрыть» золото. Существующие технологии переработки упорного золотосодержащего сырья (окислительный обжиг, автоклавное выщелачивание, бактериальное окисление) позволяют извлекать из упорных руд и концентратов золото на уровне 82-97%, однако являются довольно сложными, требующими значительных энергозатрат и в ряде случаев неэкологичны.

Анализ современной литературы показывает, что применительно к переработке упорного золотосодержащего сырья широко исследуются новые энергетические методы воздействий: обработка ускоренными электронами, ультразвуковая, сверхвысокочастотная, мощными наносекундными электромагнитными импульсами и магнитно-импульсная. Два последних метода являются наиболее перспективными, т.к. относятся к энергосберегающим и экологически безопасным. Большой вклад в изучение этих методов внесли: В.А. Чантурия, И.Ж. Бунин, В.Д. Лунин, М.В. Рязанцева, С.А. Гончаров, П.П. Ананьев, В.П. Бруев, В.Ю. Иванов, А.С. Самерханова, Г.В. Седельникова, Г.С. Крылова и др.

Взаимодействие пучка ускоренных электронов с твердой поверхностью минерала приводит к ее ионизации. В зависимости от атомных весов элементов, попавших под пучок электронов, переданная энергия может отличаться на 1-1,5 порядка. В кристаллической решетке минерала могут происходить смещения атомов или образование вакансий. Это, в свою очередь, приводит к возникновению или развитию микродефектов, в особенности на межкристаллических контактах.

Использование пучка ускоренных электронов при переработке упорного гравитационно-флотационного золотомышьякового концентрата позволяет увеличить извлечение золота при цианировании на 10-15%, серебра на 10-20%.

К недостаткам этого метода относятся высокие капитальные затраты, технические трудности внедрения в действующие схемы обогащения и повышенный расход электроэнергии.

Ультразвуковая обработка минералов используется для направленного изменения магнитных, электрических, флотационных и даже гравитационных свойств с помощью ультразвуковых колебаний различной частоты в зависимости от технологических задач. В результате применения метода ультразвуковой обработки возникают дефекты структуры, преобразуются кристаллохимические свойства поверхностных слоев, и поверхности очищаются от примесей адгезионной природы.

Использование ультразвуковой обработки при кучном выщелачивании золота позволяет сократить продолжительность выщелачивания почти в 2 раза и повысить извлечение золота на 16%.

Однако в горнорудной промышленности ультразвук пока используется ограниченно.

При сверхвысокочастотной обработке (СВЧ) происходит неравномерный разогрев породы, содержащей проводящие и полупроводящие минералы. Минералы нагреваются, вызывая термонапряжения и, как следствие этого - трещины на стыках минеральных зерен.

Проведенные исследования по использованию СВЧ-поля для вскрытия сульфидных минералов, показали, что обработка пирит-арсенопиритного концентрата в СВЧ-поле в различных режимах способствовала дезинтеграции сульфидов и вскрытию золота. При цианировании концентрата извлечение золота в раствор повысилось с 63 до 90%, серебра с 40 до 70%. Извлечение золота выщелачиванием из сульфидно-кварцевой руды повысилось с 60 до 92% при СВЧ-нагреве до 300°С.

Однако этот метод имеет свои недостатки: выделение токсичной газовой фазы, оплавление материала, закрытие образовавшихся трещин, спекание минеральных частиц, необходимость применения высоко мощных генераторов, возможность обработки только сухих продуктов, сложность реализации в промышленных условиях, высокая энергоемкость процесса.

Исследования по применению мощных электромагнитных импульсов (МЭМИ) для вскрытия упорного золотосодержащего сырья проводятся в ИПКОН РАН под руководством академика В.А. Чантурия, совместно с институтами ИРЭ РАН и ЦНИГРИ.

В работах В.А. Чантурия и И.Ж. Бунина рассматривается механизм дезинтеграции минеральных частиц в результате МЭМИ, заключающийся в том, что концентрация и эффективное выделение энергии МЭМИ приводит к развитию каналов электрического пробоя, появлению микротрещин и поверхностных новообразований.

Обработку мощными электромагнитными импульсами проводят на различных типах минерального сырья: упорные руды и концентраты благородных металлов, техногенное сырье. Показана высокая эффективность МЭМИ при извлечении полезных ценных металлов в процессах: гравитации, флотации, цианирования, бактериального окисления.

Так, например экспериментальные исследования показали, что в результате предварительной обработки МЭМИ влажных хвостов обогащения Узельгинской фабрики извлечение золота при цианировании возрастает с 6,25 до 42,86%, из хвостов обогащения Учалинской обогатительной фабрики – с 12,86 до 36,67%.

Недостатками метода являются необходимость защитной экранизации зоны размещения генератора импульсов и ограничения по минимальному размеру материала – не более 0,1 мм и влажности не более 30%.

Исследования с применением магнитно-импульсной обработки, применимой для жидких сред, проводятся в МГГУ под руководством профессора С.А. Гончарова, при участии сотрудников НП «Центр высоких технологий», применительно к обработке железнорудного и золотосодержащего сырья.