Машиностроение. Металлургия Әож 669. 779. 052: 553. 322 МҰхтар а. А

На территории Казахстана методом КВ отрабатываются следующие месторождения: Васильковское, Пустынное, Жанан, Центральное Мукурское, Большевик, Мизек, Миялы, Суздальское, Карьерное (рудные отвалы) и готовятся к отработке месторождения окисленных руд (кор выветривания) Комаровское, Элеваторное и Центральный Карамурын. Первая установка КВ была запущена в Казахстане на Васильковском ГОКе в 1991 году.

В качестве растворителей при КВ нашли применение цианиды натрия [2]. Главными типами руд, пригодных для цианидного КВ, являются [1]: окисленные вкрапленные руды; сульфидные руды, в которых благородные металлы не являются тесно ассоциированными с сульфидными минералами; руды коренных месторождений и россыпи, содержащие тонкое золото или частицы с высоким отношением площади поверхности к весу.

Ниже приводятся детальные характеристики свойств благородных металлов и руд с точки зрения их пригодности для КВ цианидными растворами [2]: нахождение золота в форме очень тонких или уплощенных частиц; высокая пористость и проницаемость пород, заключающих оруденение; отсутствие в руде углистого материала и других сорбентов, вызывающих преждевременную адсорбцию либо осаждение золота из раствора; низкое содержание в руде цианисидов, металлоцианидных комплексов, оттягивающих на себя цианиды и нарушающих ход реакции растворения; низкое содержание в руде глинистого компонента и других тонких фракций, препятствующих равномерной циркуляции выщелачивающего раствора; отсутствие в руде кислотообразующих ингредиентов, обусловливающих повышенное потребление цианида и материалов подстилки.

Следовательно, КВ подвергают легкообогатимые руды, в которых золото и серебро находятся преимущественно в цианируемой форме, т.е. свободное или в сростках в основной своей массе. К такому виду сырья можно отнести окисленные руды или коры выветривания коренных месторождений, а также смешанные руды без четкого разграничения между окисленными и первичными их разновидностями, забалансовые рудные отвалы, техногенное сырье и хвосты переработки руд.

В литературе приведено значительное количество данных, показывающих влияние гранулометрического состава руды на выход золота в процессе КВ. Общей закономерностью является увеличение извлечения золота с уменьшением крупности рудной массы и увеличением продолжительности выщелачивания [1, 3]. Полученные результаты обусловили необходимость в проведении оценки рациональной степени дробления руды в зависимости от содержания золота в ней. Такой подход объясняется тем, что наступает момент, когда увеличение выхода золота не компенсирует затрат на дополнительное измельчение руды. Анализ взаимосвязи рациональной степени дробления от содержания золота в руде (рисунок 1) показывает, что для интервала содержания область целесообразной степени дробления сужается до класса от –10,0 + 5,0 мм.

Рисунок 1 – Зависимость рациональной степени

где С = const, G⁰ – свободная энергия Гиббса руды.

Изменение радиуса зерна минерала руды приводит к изменению давления P на межфазной границе, описываемое уравнением Кельвина [5]:

(2)

где r – радиус зерна;

то (1), с учетом (2) и (3):

Обозначая σ₀ = C/υP₀ – предельное значение извлекаемости золота, а – «критический радиус» зерна минерала, при котором эффективность извлечения золота обращается в ноль и, разлагая (4) в ряд, ограничиваясь первыми двумя членами, получим:

Из уравнения (5) следует, что эффективность извлечения золота равна нулю, когда выполняется равенство: σ = σ₀, а при σ >> σ₀, извлечение золота равно его предельному значению σ = σ₀.

Следует отметить, что r₀ – «критический радиус», определяется поверхностным натяжением α или поверхностной энергией ω минерала. Зависимость эффективности извлечения золота из руды σ от поверхностой энергии зерна минерала описывается уравнением Шаттльворта и Херинга с учетом  – площади поверхности зерна [5]:

Экспериментальное определение поверхностного натяжения твердых тел (в том числе и минералов) затруднено тем, что их молекулы (атомы) лишены возможности свободно перемещаться. Исключение составляет пластическое течение металлов при температурах, близких к точке плавления [5]. Нами предложены методы определения поверхностного натяжения твердых тел [6, 7], идеологией которых мы воспользуемся в настоящей работе. Японские физики, исследуя зависимость температуры плавления наночастиц золота, получили кривую, изображенную на рисунке 2.

Если воспользоваться аналогией скалярных полей, то мы получаем для температуры плавления малых частиц уравнение, аналогичное (5):

(8)

где Т₀ – температура плавления массивного образца.

Рисунок 2 – Температура плавления нанокристаллов золота как функция их размера [8]

на основе соотношения (1). Из которого следует, что чем больше по абсолютной величине энергия Гиббса, тем меньше эффективность извлечения золота. Отметим также, формулой (6) определяется зависимость оптимального размера частиц минерала от температуры – чем меньше температура, тем больше размер зерна минерала и тем меньше трудозатрат на его измельчение. Эмпирически этот эффект был обнаружен во многих работах и послужил основой выщелачивания золота из крепких золотосодержащих руд за счет использования криодезинтеграции (циклического промерзания-оттаивания руды) [9]. Его применение повышает кинетику растворения золота при кучном выщелачивании руд.

Отметим, что в Казахстане 65 % золотосодержащих руд относятся к категории упорных, и месторождения таких руд в нашей стране практически не отрабатываются.

Увеличить поверхностное натяжение минерала (см. формулу (6)) можно за счет роста дефектности его поверхности, например, воздействуя мощными электромагнитными импульсами, потоками электронов и др. В число наиболее перспективных технических решений по использованию искусственных энергетических воздействий на руды входят методы: СВЧ-нагрева, действия энергией ускоренных электронов и электрохимические методы. Однако по своей природе эти высокотехнологичные методы энергоемки и малопроизводительны, поэтому их использование до сих пор ограничивается применением при рудоподготовительных операциях на обогатительных фабриках.