Новости

История появления и развития

Метод, напоминающий кучное выщелачивание (КВ), был известен уже как минимум в XVI веке [1]. Немецкий ученый Георгий Агрикола в своем знаменитом труде «О горном деле и металлургии» (1556), рассказывая о способах получения квасцов — солей металлов, которые использовались для окрашивания ткани, писал [2]:

«Дав породе остыть, ее извлекают из печи и укладывают слоями на площадке, причем образуется куча длиной 50 футов, шириной 8 и высотой 4 фута. В течение 40 дней ее поливают водой из ковшей…

…Благодаря продолжительному увлажнению порода рассыпается подобно гашеной извести, причем как бы образуется новое вещество, содержащее квасцы, которые впоследствии из него добывают».

Во второй половине XVI века кучное выщелачивание меди практиковали в Венгрии [3], а начало использования этого метода в сравнительно больших объемах датируется серединой XVIII столетия: примерно в 1752 году добытчики в Испании складывали медную руду в кучу и выщелачивали ее водой [4].

В промышленности КВ стали широко внедрять в 1960-х годах, а серьезные испытания по золоту были впервые проведены в 1969 году в американском штате Невада. Двумя годами позже на невадском руднике Cortez [5] было запущено первое крупномасштабное кучное выщелачивание золотосодержащих руд, которое продолжается там по сей день.

В СССР активное промышленное освоение метода применительно к меди развернулось в 1970-х годах. Усилия советских ученых и инженеров увенчались появлением участков КВ на Алмалыкском (Узбекистан), Балхашском (Казахстан), Гайском комбинатах (Оренбургская область) и других предприятиях [6].

Исследованиями кучного выщелачивания золота — сначала из золотоносных песков, а потом из руд и хвостов обогащения — в нашей стране начал заниматься Иргиредмет в 1970–1975 годах [6]. За лабораторными работами последовали эксперименты и комплексные промышленные испытания, которые привели к вводу в эксплуатацию в 1991 году первой в Советском Союзе установки на Васильковском месторождении (Казахстан).

Накопленный опыт и обширные научно-исследовательские возможности сделали институт основоположником развития этой технологии и в России, когда в 1994 году был дан старт производству на Майском золоторудном месторождении (Хакасия). С тех пор Иргиредмет принял участие в десятках проектов КВ в нашей стране и за рубежом (рис. 1).

Рисунок 1. Участок кучного выщелачивания на месторождении в Якутии (Фото: АО «Иргиредмет»

Особенности и преимущества

Можно выделить несколько основных факторов, определяющих целесообразность, эффективность и безопасность кучного выщелачивания [1,6]:

●      Характеристики руды: на эффективность переработки влияет тип руды, ее химический и минеральный состав, пористость и наличие микроскопических каналов, способствующих проникновению выщелачивающего раствора.

●      Характеристики выщелачивающего раствора: для получения удовлетворительных показателей необходимо точно рассчитать расход и концентрацию выщелачивающего раствора.

●      Проницаемость кучи и распределение выщелачивающего раствора: рудный штабель должен быть уложен таким способом, который обеспечивает равномерное распределение выщелачивающего раствора.

●      Климат: наиболее благоприятные условия — сухой климат и высокая среднегодовая температура, однако применяется метод в самых разных регионах, от Африки до Сибири.

●      Основание рудного штабеля: рудный штабель должен быть уложен на подготовленное гидронепроницаемое основание во избежание попадания выщелачивающего раствора в окружающую среду.

 

Одно из основных преимуществ технологии заключается в низких затратах. Расчеты показывают [3], что капитальные расходы на кучное выщелачивание золота почти в два раза ниже, чем на чановое, и в 22 раза ниже, чем на автоклавное. Экономия на эксплуатационных издержках оценивается в пять и 1,8 раза соответственно (табл. 1).

 

Таблица 1. Сравнение капитальных и эксплуатационных расходов на кучное, чановое и автоклавное выщелачивание золота и меди [3]

  Руда, которая направляется на КВ, более крупная по сравнению с другими процессами: типичный размер продукта дробления, укладываемого в штабель, составляет от −5 до −100 мм, чаще — от −10 до −40 мм; иногда на переработку идет сырье естественной или забойной крупности [6]. Таким образом исключается существенная часть затрат на операции измельчения — одни из самых энергоемких и дорогостоящих на горнодобывающем предприятии.

Метод не сопровождается значительными расходами воды и энергии, отличается несложными технологической схемой и аппаратурным оформлением, может быть полностью автоматизирован, а гибкость в эксплуатации позволяет приостанавливать выщелачивание в неблагоприятные периоды года [7].

Экономичность и простота дают возможность одновременно перерабатывать большое количество минерального сырья, в том числе бедных руд и руд небольших месторождений, которые в противном случае перерабатывать было бы нецелесообразно. Кроме того, меньшие объемы капитального строительства, трудовые затраты и требования к оборудованию позволяют существенно сократить сроки запуска объекта.

 

Исследования и разработки по золоту

Как и любая другая технология, кучное выщелачивание имеет свои недостатки. Например, оно занимает продолжительное время и не всегда дает сопоставимый с фабричной технологией уровень извлечения ценного компонента. Для нашей же страны, в которой множество горнодобывающих предприятий расположено в холодных регионах, особое значение имеет климат.

При понижении температуры выщелачивающий раствор становится более вязким, а в руде начинают выпадать соли, вызывая ухудшение технологических параметров. Чтобы изучить влияние таких явлений на эффективность КВ, Иргиредмет провел исследования [8] по извлечению золота при различной температуре и изучил ее колебания внутри штабеля в течение года в одном из самых суровых регионов России — в Якутии.

Температура воздуха варьировалась от +30 °С в августе до –38 °С в январе. В штабеле летом она была установлена на уровне 18 °С и постепенно снижалась, достигая минимального значения 5 °С.

Для проведения колонных тестов институт спроектировал и построил термостатированную комнату (рис. 2). Извлечение драгоценного металла во всех колоннах превышало 90 %, хотя динамика процесса при регулировке температуры изменялась: количество растворов, пропускаемых через единицу массы руды при 5 °C, составило 1:1, при 18 °C — 0,6:1.

При одинаковой плотности орошения продолжительность выщелачивания рудного штабеля в холодный период оказалась в 1,7 раза больше: если в теплый период года руда выщелачивалась в течение 60 суток, то в холодный — в течение 102 суток.

Рисунок 2. Термостатированная комната для исследования КВ при различной температуре (Фото: АО «Иргиредмет»)

 

Существуют разные способы проведения КВ при низких температурах. Так, «Полюс Алдан» планирует построить на обогатительном комплексе «Южный куст» на Куранахском рудном поле (Якутия) блочно-модульную котельную для подогрева растворов [9]. Другой вариант, позволяющий продлить период укладки, повысить производительность, а в перспективе и перейти на круглогодичный режим работы, заключается в изменении подхода к окомкованию руды. Один из таких методов разработал и испытал Иргиредмет [10].

Институт сконструировал специальную лабораторную установку (рис. 3), моделирующую процесс перекатывания руды по конвейеру во время отсыпки штабеля. Специалисты изучили фильтрационные свойства перемешанного материала и по полученным результатам определили оптимальный расход цемента и количество пересыпов.

Выбранный режим прошел испытания в двух технологических схемах: с классическим окомкованием и сухим окатыванием. Предложенный вариант повысил максимальную концентрацию золота в продуктивном растворе с 3,12 до 4,22 мг/л, снизил среднее содержание драгоценного металла в хвостах с 0,131 до 0,068 г/т и увеличил его извлечение с 88,2 до 94,2 % (табл. 2).

Рисунок 3. Лабораторная установка для моделирования перекатывания руды по конвейеру во время отсыпки рудного штабеля (Фото: АО «Иргиредмет»)

 

Таблица 2. Результаты выщелачивания золота с классическим окомкованием и сухим окатыванием [10]

КВ хорошо работает по окисленным рудам, однако их запасы постепенно истощаются, и основным сырьем становятся руды упорные. Упорность может быть связана с тонкой вкрапленностью золота в сульфидные минералы или присутствием углеродистого вещества, и добиться эффективного извлечения в таком случае невозможно без дополнительных операций.

Принимая это во внимание, Иргиредмет изучил пригодность и эффективность кучного выщелачивания золотосодержащей руды с органическим сорбционно-активным веществом [11].

Чтобы разрушить упорный компонент, материал подвергался предварительной термической обработке. Максимальное извлечение Au из огарка было получено при температуре окислительного обжига 700 °С и продолжительности 0,5 часа. Затем были выполнены опыты в статико-агитационном режиме и проанализированы фильтрационные свойства. Полученные данные использовались в колонном тесте с сорбцией золота на активированный уголь (рис. 4).

Эксперименты подтвердили эффективность предложенного способа предварительной обработки: прирост извлечения драгоценного металла после нее составил порядка 30 %.

Рисунок 4. Лабораторный стенд для цианирования золота в перколяционных колоннах (Фото: АО «Иргиредмет»)

 

Подобное решение использует «Селигдар» на Самолазовском месторождении (Якутия). В 2020 году компания запустила установку термической подготовки производительностью 12,5 т/ч, в которой упорная сульфидная золотосодержащая руда предварительно обжигается и направляется на КВ. В 2024 году печь модернизировали, увеличив ее мощность до 15 т/ч, а в будущем планируют построить вторую установку на 40 т/ч [12].

 

Продолжение следует