Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Состояние мирового производства золота

2. Анализ природных факторов, влияющие на процесс кучного выщелачивания в месторождении Эссакане

2.1 География условия месторождения

2.2 Геологические условия месторождения

2.3 Климатические условия месторождения Эссакане

2.4 Гидрографические условия

2.5 Характеристики месторождения

3. Наночастицы золота

3.1 Понятие наночастицы

3.2 Наночастицы золота в пирит арсенопиритовой вкрапленной минерализации

4. Технология кучного выщелачивания в привязке

4.1 Общие сведения

4.2 Этапы кучного выщелачивания

4.3 Технологическая схема кучного выщелачивания с применением взрывного рыхления

4.4 Физико-химические характеристики цианида

4.5 Технико-экономические показатели

5. Экологическая и экономическая обстановка горной промышленности Буркина-Фасо

5.1 Мероприятия по защите окружающей среды

5.2 Роль горной отрасли в социально-экономическом развитии страны

Литература

Приложения



Введение

Актуальность. В настоящее время горнодобывающая отрасль Буркина-Фасо важнейшая составляющая национальной экономики страны. В стране с 2007 г. промышленная добыча золота ведется фабричным методом. Добыча полезных ископаемых требует обустройства обширных территорий, которые могут включать в себя сельскохозяйственные земли и привести к их смещению. Кроме того, месторождения золота как те, которые обычно работают в Буркина-Фасо, требуют перемещения больших объёмов пустых пород, управление которых затруднена после обогащения и дорогостоящей рекультивации.

На горнодобывающем предприятии Эссакане содержание золота в руде составило 1,1 г/т в 2015 году, а в 2010 году - 1,6 г/т. Намерения увеличить производственную мощность, уменьшить цену на золото при приемлемой прибыли во время глобального кризиса в горнодобывающей отрасли привлекло к дорогостоящим мероприятиям по расширению участков месторождения и увеличению мощности завода.

В связи с решением задачи управления минеральными ресурсами, внедрение оптимальной технологии переработки руды имеет место быть. Это - технология кучного выщелачивания (КВ), которая применяется в мировой практике и считается довольно простой, удобной, дешёвой и экологически менее опасной.

Объектом исследования является месторождение Эссакане.

Предметом исследования - технология кучного выщелачивания золота.

Цель работы состоит в теоретическом основании внедрения метода кучного выщелачивания золота в месторождении Эссакане.

Идея работы заключается в использовании технологии КВ в условии месторождения Эссакане для увеличения рентабельности горнодобывающего предприятия, а также для уменьшения экологических проблем переработки золота.

Научная новизна:

· Технология КВ или мало знакома, или отсутствует в стране. Промышленный способ извлечения золота во всей страны является принципиально фабричным.

· Применение метода КВ золота практично для тропических стран.

Практическая ценность:

· Установлены критерии внедрения технологии кучного выщелачивания золота,

· Разработана технология КВ золота цианированием,

· Разработано изобретение, позволяющее исключить испарения растворов при КВ.

Защищаемые положения:

1. Кучное выщелачивание предназначен для извлечения минералов с различными содержаниями ценного компонента,

2. Технология КВ довольно простая и позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

Структура работы: введение, основная часть, заключение, список использованные источников и приложения. Во введении определена актуальность работы, ее научная новизна, поставлены цели и задачи, определён объект и предмет исследования, а также защищаемые положения.

Основная часть состоит из пяти глав. Первая глава посвящена анализу состояние мирового производства золота, вторая глава выявлением природных факторов, влияющих на технологии КВ. В третьей главе проведён анализ наночастиц золота; в четвертой главе описана технология кучного выщелачивания золота, а в пятой главе рассмотрены экологические и экономические влияния горнодобывающего сектора на Буркина-Фасо.

Работа включает в себя 4 таблицы и 22 рисунка.



1. Состояние мирового производства золота

Добыча золота производится на каждом континенте, кроме Антарктика, и различных труднодоступных мест. Большая часть мирового золота была добыта в послевоенной и современной эпохах. В 1970 г. производство золота в Южной Африке составило примерно 2/3 мировой добычи с годовой производительностью около 1000 т. С тех пор производство золота уменьшается постепенно. В 2015 г. страна занимает шестое место среди стран-производителей золота с годовой производительностью до 168 т. Нужно отметить, что значительное число стран стали производителями золота на протяжении последних десятилетий (табл. 1). Это означает, что предложение и спроса на золото в различных областях стало менее географически концентрировано, и, следовательно, в целом, стабильное.

Таблица 1.1 Динамика мирового производства золота

Место	Страна	Производство золото в 2015 г.
1	Китай	460.3
2	Австралия	273.8
3	Россия	268.5
4	США	214.0
5	Перу	170.5
6	Южная Африка	167.5
7	Канада	157.2
8	Мексика	133.2
9	Индонезия	113.0
10	Бразилия	95.0
11	Гана	94.7
12	Узбекистан	85.5
13	Казахстан	63.7
14	Аргентина	63.5
15	Папуа Новая Гвинея	58.4
16	Танзания	51.7
17	Мали	50.1
18	Колумбия	44.0
19	Филиппины	41.1
20	Чили	41.1
21	Дем. Республика Конго	39.7
22	Буркина-Фасо	36.5
23	Судан	34.6
24	Доминиканская Республика	33.7
25	Монголия	32.8
26	Турция	27.4
27	Зимбабве	24.8
28	Гвинея	23.5
29	Венесуэла	22.2
30	Кот-д'Ивуар	21.6
31	Кыргызская Республика	18.7
32	Суринам	17.6
33	Гайана	17.6
34	Эквадор	15.2
35	Египет	13.7
36	Эфиопия	12.6
37	Новая Зеландия	11.7
38	Иран	11.0
39	Мавритания	9.0
40	Финляндия	8.4
41	Никарагуа	8.3
42	Япония	7.0
43	Сенегал	6.7
44	Швеция	6.2

Источник: Metals Focus, World Gold Council

Золото используется в раз..

Таблица 1.2

Годы	Ювелирные изделия	Общие инвестиции слиток и монет	Биржевые индексные фонды и аналогичные продукты	Технология	Центральные банки	Итог
2005	2721,0	418,1	211,1	440,4	-663,4	3127,2
2006	2301,4	429,8	258,5	471,7	-365,4	3096,0
2007	2424,9	437,5	258,8	477,7	-483,8	3115,1
2008	2306,2	917,9	324,0	464,7	-235,4	3777,3
2009	1816,3	832,3	644,2	414,4	-33,6	3673,7
2010	2051,5	1 201,8	421,1	459,9	79,2	4213,3
2011	2090,5	1 493,4	236,4	427,0	480,8	4728,1
2012	2135,6	1 299,9	306,3	379,1	569,3	4690,3
2013	2670,7	1 702,0	-916,0	354,1	625,5	4436,3
2014	2457,2	1 004,4	-183,8	346,5	588,0	4212,4

В последние десять лет мировой годовой объем производства золотого составил 2800 т. Хотя, в последние годы производство выросло до более чем 3000 тонн, эта тенденция вряд ли сохранится намного дольше, из-за ряда факторов, как ценовое давление, отсутствие существенной разведки и сокращение крупных проектов разработки.

Продолжительность времени, необходимого для разработки проектов по добыче золота, и для того чтобы довести их до производства, часто до десяти лет или дольше. Разработка проектов добычи золота, по сути, долгосрочная инвестиция.

С истощением запасов богатых минералов и ростом спроса на них, новые экономичные технологии добычи и переработки, на примере, технология кучного выщелачивания золота внедряются. Особенная важность имеет природных факторов от которых зависит применения данной технологии.



2. Анализ природных факторов, влияющие на процесс кучного выщелачивания в месторождении Эссакане

2.1 География условия месторождения

Недра Буркина-Фасо богаты полезными ископаемыми. Существует ряд месторождений по добыче золота (рис. 2 1).

Рисунок 2.1. Месторождения Буркина-Фасо

Самое большое Месторождение в Эссакане находится между границей провинций Удалан и Сено, в регионе Сахеля, в 330 км к Северо-востоку от столицы Уагадугу. Месторождение расположено в 42 километрах к востоку от ближайшего крупного города и столицы провинции Удалан, Гором-Гором, и недалеко от деревни Фаламунгу на восток. Координаты месторождения составляют 14о 23.066", 0о5.548".

90% месторождения Эссакане принадлежит канадской компании IAMGOLD Corporation и 10% - государству Буркина-Фасо. С предлагаемым расширением месторождения, известные ресурсы составят 4,8 млн. унций или 130 тонн золота. Среднее содержание руды составило около 1,1 г/тонну в 2015 г. Средний годовой объем производства карьера составляет 9 тонн и его вероятная жизнь 12 лет.



2.2 Геологические условия месторождения

Район проекта Эссакане расположен в одном из эбурнейских зеленокаменных поясов.

Среди метаморфитов района главное значение имеют глубоководные турбидиты (отложения глубокого шельфа), представленные аренитами (имеющими главное значение), аргиллитами, галечными аргиллитами, туфами серии Бирим, измененными в условиях фации зеленых сланцев. Породы смяты в крутые складки и сильно рассланцованы. Подчиненное значение имеют грубые кластиты (метапесчаники и полимиктовые конгломераты) серии Тарква, менее деформированные и метаморфизованные. Породы серии Бирим прорваны дайками и силами магматических пород среднего и основного состава.

Золотая минерализация района и участка Эссакане находится исключительно в породах Бирима и связана с кварцевыми жилами и кварцо-карбонатными штокверками.

Рисунок 2.2. Модели структурного положения золотоносных тел по разломам типа надвигов.

Золото присутствует в свободном виде и образует различных размеров мелкие свободные частички (пластинки, стяжения) в жилах и сростках с арсенопиритом по краям жил. Значительная часть золота концентрируется в сростках с арсенопиритом на контактах кварцито-песчаников и апоглинистых сланцев или в массивных жилах арсенопирита.

Предложены две модели структурного положения золотоносных тел: 1) по разломам типа надвигов (рис. 2.2) и 2) в замках антиклиналей (рис. 2.3).

Считается, что золотая минерализация связана с двумя этапами складкообразования в породах Бирим.

Рисунок 2.3. Модели структурного положения золотоносных тел в замках антиклиналей

Использованное оборудование для анализа горных пород

На кафедре нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела инженерного факультета Российского университета дружбы народов имеется в наличии Микроскоп Nikon LV100, который применяются для исследования и анализа минералов, кристаллов, металлов, волокон и дерева методом поляризации в отраженном и проходящем свете.

Рисунок 2.4. Микроскоп Nikon LV100.



Его основные преимущества:

· универсальность;

· улучшенные оптические характеристики;

· компактный модульный дизайн;

· возможность изучения «толстых» образцов, толщиной до 82 мм;

· широкий выбор прецизионных предметных столиков различных размеров;

· новый 50Вт галогеновый осветитель, который на 40% ярче осветителя с мощностью галогеновой лампы 100 Вт;

· три типа револьверных объективных насадок;

Арениты, породы бледно-серого цвета. Порода содержит до 43% каолинита и 52% мусковита.

В табл. 2.1 представлен анализ содержания глинистых минералов в арените.

Таблица Результаты анализ содержания глинистых минералов аренита месторождения Эссакане

Минералы	Содержание, %	Среднее содержание, %
Мусковит KAl2(AlSi3O10)(OH)2	25-52	38,5
Кварц SiO2	22-38	30
Каолинит Al4[Si4O10](OH)8	22-43	32,5
Оксид железа Fe2O3	0,1-1,1	0,6

2.3 Климатические условия месторождения Эссакане

Эссакане является одним из регионов Сахеля с суровыми климатическими условиями. Район месторождения Эссакане расположен на северо-востоке Буркина-Фасо и климат, как правило, Сахелианским (пустынным). Сахелианский климат характеризуется очень большими изменениями температур между 06 ч и 18 ч и имеет два сезона: сухой сезон и влажный сезон с конца мая по Сентябрь. Количество осадков единичные или отсутствуют с Октября по мае. Температура колеблется между 46єС и 10°С с годовой скоростью испарения 3000 мм/год. Средняя годовая температура составляет 29,1 град. Среднее годовое количество осадков составляет 368 мм. Январь является самым сухим месяцем с нулевым уровнем осадков, а Август месяцем с самым высоким уровнем осадков - 127 мм. Погодные условия, как видно, имеют минимальное влияние на горные работы, но требуют правильного планирования, чтобы обеспечить достаточную подачу воды во время сухого сезона.

Рисунок 2.6

Январь является самым сухим месяцем, только с 0 мм, а Август месяцем с самым высоким уровнем выпадение осадков - 127 мм.

2.4 Гидрографические условия

Буркина-Фасо не имеет выход к морю, тем не менее, обладает значительную гидрографическую сеть (Рис.1). Речная система страны довольно крупная, особенно в ее южной части, причем большая часть сети является неустойчивой. Реки в основном связаны с тремя (03) основными бассейнами: Вольта, Комое и Нигер18.

- бассейн Вольта, охватывает 63% территории с центра и на западе

- бассейн Нигер, занимает 30% территории страны, истощает на восток и на север и впадает в реку Нигер;

- бассейна Комое, охватывает 7% территории страны, и проходит через Кот д Ивуара, прежде чем опустеть в Гвинейский залив.

Рисунок 2.8: Схема гидравлической сети Буркина-Фасо

Большинство важных курсов воды в стране расположены в непосредственной близости от основных эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых. Месторождения Эссакане находится по близости от реки Горуола в бассейне Нигер. Средний годовой сток в реке Горуол составляет приблизительно 91 млн. м3/год при площади 42444 км2.

2.5 Характеристики месторождения

Разработка месторождения производится открытым способом канадской компанией Iamgold с 2010 года. Площадь месторождения составляет 100,4 м2. По окончание разработки глубина карьера составит 300 м, ширина 550 м и длина 2700м.

В табл. 2.1 представлено подсчет прогнозных запасов (probable), запасов категории C2 (indicated) и запасов P1(infered).

Таблица Запасы месторождения (2012 г.)

Месторождение	Категория	тыс. тонн	Содержание золота г/т	тыс. унций
Эссакане	Probable	102 939	1	3293
	Indicated	139 718	0,9	4156
	Inferred	23 128	0.8	627

Проектировано что, по окончании разработки карьер будет иметь 2700 м длины, 550 м ширины. Конечная глубина пока не определена. Разработка будет продлиться приблизительно до 2025 года (рис. 2.2).

Три разновидности пород, содержащих золота, встречаются при добыче (табл. 2.2).

Таблица Анализ содержания золота в руде

Породы	Мощность, м	% извлечения золота
Сапролиты (верние)	30-50	96,3
Переходные породы или сапрок (нижние сапролиты)	10-30	95
Коренные породы	>50	94,2

Коренная порода аренит состоит обычно состоит из серицита>> скопления карбонатного кремнезема ± альбита ± арсенопирита ± пирита. Арсенопирит и пирита встречаются в кварцевых жилах. Следы халькопирит, пирротин, галенит и гематита встречаются в арсенопирите. Золото встречается в виде свободных частиц в жилах, а также в сростки арсенопирита или в вмещающих породах.

Руды в месторождении Эссакане имеют следующий состав, %: мусковит 30-40, кварц 22-38, каолинит 25-43. В руде присутствует также оксиды железа 0,1-1,1%. Скорость фильтрации 0.06-0.08 м/сут.

Золото в рудах свободное самородное, но очень мелкое, преимущественно тонкопластинчатое, игольчатое. Большая часть имеет размер 0.05x0.05 мм, 0.1x0.075, 0.025x0.02, 0.5x0.25 и даже 0.8х0.7 мм, среднее содержание глинистой фракции 0.2 мм до 30%. Среднее содержание золота в руде 1.48 - 1,8 г/т.

Анализ различных факторов (географических, климатических, геологических, гидрографических), влияющие на процесс кучного в месторождении Эссакане и характеристики частицы свободного золота показывают, что месторождение благоприятно для технологии КВ.

В некоторые месторождения мира невидимое золото встречается в пирит-арсенопиритовой вкрапленной минерализации.



3. Наночастицы золота

3.1 Понятие наночастицы

Наночастицы представляет собой микроскопическую частицу, имеющую размеры от 1-100 нм. Наночастицы 1Нм содержать 40-50 атомов, а для частиц 100 нм несколько миллионов атомов. То есть одна миллиардная часть метра (1нм=10-9м).

Цвет нанозолота зависит от размера частиц. И так наночастицы золота размером 20-25 нм имеет красный цвет, 50 нм - зеленый, а 100 нм - желтый как показывает схема ниже. [Introduction to Nanoparticles Satoshi Horikoshi and Nick Serpone]

3.2 Наночастицы золота в пирит арсенопиритовой вкрапленной минерализации

Современные тенденции золотой промышленности заключается в поиске и разработке тонкодисперсного золота, невидимое оптическим микроскопом, так и называемый нанозолота. В некоторые золоторудные месторождения мира распространено такого типа золото в пирит-арсенопиритовой вкрапленной минерализации, в частности в золоторудном месторождении Бакырчик, Казакхстан. Часть руды месторождения содержит две разновидности арсенопирита - игольчатый и удлиненно-призматический, и пирит пентагододекаэдрическим габитусом.

В рудах практически всех известных золотосодержащих месторождений присутствует золото самого разного размера (ассоциированное как с сульфидными, так и породообразующими минералами). При чём, крупное (видимое) золото зачастую приурочено к межзерновому пространству, микротрещинам и микродислокационным нарушениям в рудообразующих минералах, и при этом имеет округлую изометричную и неправильную форму [1,2]. Однако, распространение такого видимого золота в рудах (в частности, в золоторудном месторождении Бакырчик, Казахстан) довольно ограниченно.

Более широко на таких объектах распространенно тонкодисперсное золото, максимальное содержание которого отмечается в продуктивной минеральной ассоциации, где главными рудными минералами являются арсенопирит и пирит [2]. При чем большая часть этого золота присутствует как "невидимое" или нанозолото (частицы которого менее 0,1 мкм) [9].

По мнению одних исследователей, «невидимое» золото представлено, главным образом, ультрамелкими металлическими частицами, возникшими как продукты распада твердого раствора или захваченными в качестве механической примеси [Бугаева]. Другие же считают, что это золото находится в сульфидах в атомно-молекулярном рассеянии, изоморфно замещая железо, медь, мышьяк, цинк и свинец в структурах минералов.

Ранее, основное внимание исследователей золотосодержащего минерального сырья (как геогенного, так и техногенного) уделялось в основном изучению характеристик форм выделений минеральных зёрен, а также показателям их гранулометрии, особенностям внутреннего строения, химического состава, физическим свойствам и т.д. [8].

В частности, золотоносные пириты Бакырчикского месторождения, как правило, имеют пентагондодекаэдрический габитус, который в слабозолотоносных разностях сменяется пентагондодекаэдрами с четким развитием всех граней куба (рис. 3.2.1).

Рисунок 3.2. Кристаллы пирита

При этом необходимо отметить, что в бакырчикских рудах золота меньше всего оказалось в минералах с кубической формой [6]. В частности, для золотоносного арсенопирита бакырчикских руд наиболее характерным является тонкоигольчатый и удлинённо-призматический облик кристаллов и существенное отклонение от стехиометрии кристаллической решётки минеральной матрицы.

Изучению же строения поверхности золотин (рис. 3.2.3), описанию деталей микро- и нанорельефа их поверхности (например, нанобугорчатости, нанотрещиноватости, нанопористости, присутствию на ней нанопленок, наноборозд, нановключений и т.д.) уделено значительно меньшее внимание исследователей [8]. Хотя не первый год известно, что золоторудные месторождения могут формироваться при довольно низкой температуре в водных средах путем восстановительной адсорбции золота на поверхностях FeS2 и FeAsS [1, 6].

Между тем, в последнее время более детальное изучение поверхностного слоя золотоконцентрирующих сульфидов приобрело особую актуальность. Так, в соответствии с основными положениями теории наноминералов [2], у расположенных близ минеральной поверхности атомов наблюдаются “оборванные” (из-за отсутствия с одной стороны атомного окружения) связи. Компенсация этих недостающих связей осуществляется, в том числе, за счет уменьшения расстояния между плоскими сетками кристаллической решетки, а также образования структурных элементов с горизонтальными связями (димеримеров или тримеров) [8].

Реакционная способность минералов к адсорбции золота из низкотемпературных растворов, в конечном счёте, зависит от 3-х свойств их поверхности: химического состава, атомной структуры (которая определяет, какие именно атомы находятся на поверхности) и микро- и нанотопографии [4].

Для того чтобы понять, как поверхностные характеристики (такие, как химия поверхности и нанотопография) золотосодержащих сульфидов влияют на переотложение золота из низкотемпературных растворов, был осуществлён сравнительный анализ поверхностных реактивных способностей FeS2 и FeAsS в лабораторных условиях.

При этом необходимо также отметить, что сульфиды FeAsS, как правило, содержат несколько больше золота, чем FeS2, а концентрация золота в арсенопирите существенно увеличивается с ростом в нем содержания мышьяка.

В частности, важной особенностью бакырчикских руд является существенная концентрация нанозолота в мышьяковистом пирите [6]. Здесь содержание As в золотоносном пирите составляет от 1,2 до 4 % (табл. 1).

Механизм адсорбции золота на поверхности сульфидов основывается, прежде всего, на окислительно-восстановительных реакциях, где восстановление золота в участках минералов богатых мышьяком (As) сочетается с его окислением в соседних участках, богатых серой (S) [10]. Значение роли Fe, As и S в этих процессах имеет довольно важную роль для последующей разработки эффективных технологий извлечения золота из руд, а также контроля дренажа кислых шахтных вод и понимания последствий сброса As в окружающую среду.

Таблица 3 Химический состав золотоносного пирита месторождения Бакырчик [6]

№ пробы	Содержание, масс. %
	Fe	S	As	Аg
JI-71 (сульфидная руда)	26.15	32.77	2.02	1.12
	22.57	29.76	1.26	1.89
Л-67(Концентрат основной флотации)	19.84	17.01	1.79
	40.95	46.36	3.12
	33.23	64.S4	1.86	0.02
	45.72	50.04	4.05	0.05
	45.09	50.6S	2.89	0.05
	45.40	50.96	2.68	0.04
	44.59	49.94	3.35	0.06
	44.75	50.64	2.44	0.06
Tva 96 (мономинеральная фракция)	41.15	54.31	2.32
Tva 98 (мономинеральная фракция)	56.93	36.48	3.72

В проведенных экспериментах по адсорбции золота поверхностью сульфидов измельченные образцы FeS2 и FeAsS помещали в 100 частей на миллион раствора (промилле) KAuCl4 / 1М NaCl в течение 24 часов. В результате поверхность FeAsS стала несколько темнее, а его раствор - менее желтым, в то время как с образцом FeS2 никаких подобных изменений не наблюдалось.

Обработанные таким образом образцы сульфидов были проанализированы посредством СЭМ / ЭДС-анализов. Так, полученные на основе СЭМ-анализа изображения (рис. 3.2.4) показывают, что сульфиды FeAsS имели гораздо более большую площадь покрытия золотом по сравнению с FeS2.

Рисунок 3.5. СЭМ-изображения золотосодержащих образцов FeS2 (слева) и FeAsS (справа) после 24 часов [7]

ЭДС-анализ показал какой химический элемент способен к большей сорбции золота, а отсутствие пика хлора в спектрах означает, что золото было переотложено в восстановленной форме.

Плоские полированные (с шероховатостью поверхности <0,1 мкм) образцы сульфидных минералов были подготовлены для дальнейшего РФС-анализа, который представляет собой эффективный метод определения состава минеральной поверхности и степени окисления химических элементов. Здесь РФС-анализ был использован для того, чтобы определить каким образом Au (III) было адсорбировано на FeS2 и FeAsS.

Согласно рис. 3.2.5, при облучении обработанных образцов FeS2 и FeAsS пики Au4f находятся вблизи той же энергической связи, что и для Au (0), таким образом, количество Au (III) сократилось на поверхности минералов.

Кроме того, получаемые при облучении обработанных образцов FeS2 пики показывают выступы, которые выходят в области Au (III). Это означает, что Au (III) возможно был восстановлен или частично восстановлен как Au (I) на поверхности FeS2. Отсутствие выступов на пиках FeAsS указывает, что FeAsS существенно облегчает восстановительную адсорбцию по сравнению с FeS2.

На рис. 3.2.6 пики As3d образцового FeAsS сравнивают с с обработанным образцом, чтобы определить, был ли окислен As и таким образом, было ли облегчено осаждение золота. Разница в интенсивности пиков указывает на большую долю более высокой степени окисления, наблюдаемую уже после осуществления воздействия.

АСМ-анализ был использован для получения изображения роста золота на полированной поверхности сульфидов FeS2 и FeAsS, как функции времени.

В начале эксперимента поверхность как FeS2, так и FeAsS были относительно гладкими. Через 10 минут эксперимента, адсорбированное золото было уже заметно на поверхности обоих образцов, но в большей степени - на поверхности FeAsS. Через 60 минут, вся поверхность FeAsS оказалась им практически полностью покрыта, в то время как поверхность FeS2 была более редко покрыта адсорбированным золотом.



Рисунок 3.7. XPS As3d сравнительный анализ пиков между образцовым FeAsS (сверху) и FeAsS после обработки (снизу) [7]

АСМ-анализ также используется, чтобы увидеть, как влияет микро и нанотопология минеральной поверхности на избирательную адсорбцию золота. На рис. 3.2.7 показано изображение АСМ-анализа поверхности FeS2 и FeAsS после контакта с раствором Au (III) в течение 10 минут. Оба образца отображают избирательную адсорбцию золота на различных дефектах поверхности, но в большей степени эти изменения видны на образце FeAsS.

Рисунок 3.8. 20 мкм х 20 мкм АСМ-изображения полированного FeS2 (слева) и FeAsS (справа) после 10 минутного воздействия [7]

Таким образом было установлено, что Au (III) в большей степени адсорбируется на поверхности FeAsS по сравнению с FeS2. Au (III) восстанавливается до Au (0) на поверхности FeAsS, а поверхность FeS2 выявляет признаки сорбции Au (III) и Au (0), а также частично восстановленного Au (I).

При этом адсорбция золота оказалась связанной с дефектами кристаллической структуры сульфидов - дислокациями, границами зерен, а также двойниковыми и межфазными границами минералов [5]. Подобные поверхностные дефекты минералов приводят к значительному искажению их идеальной кристаллической решетки. При этом в области дефектов межатомные расстояния кристаллической решетки чаще всего увеличены, что облегчает диффузионный сток атомов золота в эти области как элемента, обладающего большим размерным фактором.

Результаты исследования позволяют сделать заключение, что дефектная подсистема поверхности минеральной матрицы сульфидов является местом адсорбции золота в различных формах, часть из которых может находиться в трудноизвлекаемой форме, для существующих технологий, используемых на ЗИФ форме [3, 6].

Несомненно, что в Буркина-Фасо и в частности в месторождении Эссакане присутствует наночастицы золота.



4. Технология кучного выщелачивания в привязке

4.1 Общие сведения

Технология кучного выщелачивания сильно развивалась за последние десятилетия, хотя принципы кучного выщелачивания, а также извлечения золота цианированием имеют давнюю историю. Однако только в последние 10 лет, кучное выщелачивание стало эффективным методом обработки окислённых золотых и серебряных руд. Она зарекомендовала себя как эффективный способ извлечения благородных металлов из небольших, неглубоких месторождений, а также привлекательный способ лечения больших, lowgrade, рассыпных месторождений. Кучного выщелачивания имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными мельница инг (я .е. дробление, измельчение и агитационного выщелачивания). В целом, эти преимущества включают простоту, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, короче время пуска, и менее интенсивно регулирования проблем окружающей среды. Недостатком существующих в настоящее время технология кучного выщелачивания является потенциально более низкий процент извлечения металла, полученного из руды, чем в случае с традиционным измельчительным (Поттер, 1981; Hiskey, 1985; и Thorstad, 1987).

В середине 19701s, технология кучного выщелачивания была усовершенствована для того, чтобы справиться субфебрильная, глинистые отложения. Улучшения, называется агломерация-кучное выщелачивание, были обусловлены расширение разведки низкосортные депозиты как цена на золото резко возросла. Многие из обнаруженных месторождений не может быть обработан обычными кучи методов выщелачивания за кл айс или мелких частиц во время измельчения затрудняет равномерное просачивание раствора через кучи руды (Хайнен ет А1., 1979; Макклелланда и Айзеле, 1981; и Макклелланда ет А1 ., 1983). Агломерация-кучи технологий выщелачивания appllcable для большинства руд, отходов, хвостов и фрезерованные. Результаты технологических усовершенствований, которые произошли на протяжении 70-х и в 80-х можно увидеть в резком увеличении уровня производства. К 1986 году производство золота кучное выщелачивание возросло до более чем 30 процентов общего объема производства в США золото с примерно шестью процентами в 1979 году. Как уже было сказано, большие низкие депозиты класс может быть обработан с использованием современной технологии кучного выщелачивания. В настоящее время месторождений золота с оценками как низко как 0.02 ozlton (0.65 glmt) обрабатываются.

4.2 Этапы кучного выщелачивания

Руда для кучного выщелачивания:

· недавно добытая (из месторождения),

· ранее складированная низкосортная руда,

· минерализованная пустая порода,

· отходы / хвостохранилищи.

Хотя каждый из этих источников пригоден для кучного выщелачивания, большинство действующих в настоящее время проектов кучного выщелачивания включают недавно добывали руду, полученную из открытых горных работ. Это наиболее экономичным методом для разработки большого объема низкосортных месторождений.

а) Рудоподготовка

Метод, с помощью которого руда должна быть предварительно обработана перед выщелачиванием зависит от металлургии руды. Следственно, от предварительной обработки зависят способ, конфигурация операции кучного и строительства штабеля кучи. Как правило, выщелачиваемая руда имеет оксидный характер. В зависимости от комплекса, в котором находится металл, руда должна иметь такой размер, который обеспечивает контакт раствора и растворение. Рудоподготовка является важной частью процесса кучного выщелачивания. Рудоподготовке включает дробление при взрывных работах, дробление габаритных кусков на дробильно-сортировочных установках (ДСУ), дробление и агломерация или только агломерация (для мелкозернистой руды или хвостов). Дробление руды производится иногда в одной до трёх стадией (рис. 3.2.1). В дополнение к этим довольно стандартным предварительным обработкам, технически можно осуществлять предварительную химическую обработку сульфидных руд для повышения выщелачивания, но в связи с соответствующими затратами, это обычно нерентабельным.

Рисунок 4.1. Варианты дробления уды для кучного выщелачивания: а) одностадиальное, б) двухстадиальное, в) трехстадиальное

Основными задачами рудоподготовки для кучного выщелачивания являются: получение достаточно тонкой руды, обеспечение контакта раствора с металлами, проницаемости и достаточной стабильности руды, обеспечение адекватной скорости выщелачивания кучи. Эти требования могут противоречить друг другу в некоторых случаях, когда оптимальный размера кучи оказывается низкопроницаемой. Сумма усилий и затрат, понесённых в рудоподготовке непосредственно связана с экономики восстановления металла. Например, если дополнительные затраты на дробление от негабарита до более тонкого размера не перевешивают инкрементальной величины повышенного восстановления, то мельче дробить руду не может быть оправдано.

б) Конструкция штабеля КВ

Каждый процесс кучного выщелачивания уникален и конструкция штабеля КВ требует освоение ряда факторов: тип руды (происхождение, металлургия, выщелачиваемость), топография, инженерно-геологические и гидрогеологические характеристики, а также климатические условия объекта. В настоящее время три основных метода кучного выщелачивания, отличающихся между собой организация различных работ, строительством гидротехнических сооружения и эксплуатацией, используются:

Строительство долговременных площадок многократного использования, включает в себя строительство серии прочных гидроизоляционных оснований (рис.), на которых подготовленная руда загружается, выщелачивается, нейтрализуется (при необходимости), и разгруженных для захоронения в отработанной руды кучи (рисунок 1.5).

Рисунок 4.2

Как правило, предпочитается 60 дневной продолжительности выщелачивания. Конкретным недостатком метода многоразового использования площадок является ограниченная гибкость во время выщелачивания. После того, как руда удаляется с площадки, остаточные значения теряются. Нет возможности releach руды или позволить руду созревать в куче не доступно.

Строительство гидроизоляционных площадок одноракратно использования и

Рисунок 4.4

Дамбовое выщелачивание.

4.3 Технологическая схема кучного выщелачивания с применением взрывного рыхления

Эффективность выщелачивания руды существенно зависит от условия доступа реагента и окислителя, а также от контакта растворителя с минералами внутри рудной массы. Большое значение имеют способ и режим орошения, концентрация и вид реагента, скорость и равномерность просачивания раствора, а также возможность управления в процессе выщелачивания коэффициентами фильтрации и разрыхления горной массы.

Анализ практических данных и результаты опытно-промышленных исследований по выщелачиванию показывают, что основными препятствиями на пути развития метода кучного выщелачивания являются: низкая скорость растворения, обусловленная нахождением металлов в труднорастворимых соединениях; снижение концентрации кислорода в растворе: кольматация, заполнение поровых каналов и пустот рудной массы; выщелачивание руд некондиционных кусков.

Для кучного выщелачивания руд характерна относительно высокая продолжительность технологического процесса, обусловленная медленным проникновением раствора в рудный кусок и горную массу из-за постепенного заиливания. В целях улучшения фильтрации рудной массы предложен эффективный способ, позволяющий многократно и экономично проводить ее рыхление с помощью воздействия взрывов низкоплотных ВВ (джезполитов) с управляемыми взрывчатыми характеристиками.

Технологическая схема кучного выщелачивания золотосодержащих руд по комплексному использованию окисленных и сульфидных руд включает следующие операции: 1) дробление руды; 2) формирование штабеля; 3) выщелачивание рудной массы цианистым раствором; 4) заряжение и периодические взрывы ВВ с управляемой энергией; 5) сбор продуктивного раствора в пруд с гидронепроницаемым основанием; перекачка продуктивных растворов в комплекс обогащения; получение сплава золота до 95-98%.

Руды в месторождении Эссакане имеют следующий состав, %: мусковит 30-40, кварц 22-38, каолинит 25-43. В руде присутствует также оксиды железа 0,1-1,1%. Скорость фильтрации 0.06-0.08 м/сут.

Золото в рудах свободное самородное, но очень мелкое, преимущественно тонкопластинчатое, игольчатое. Большая часть имеет размер 0.05x0.05 мм, 0.1x0.075, 0.025x0.02, 0.5x0.25 и даже 0.8х0.7 мм, среднее содержание глинистой фракции 0.2 мм до 30%. Среднее содержание золота в руде 1.48 - 1,8 г/т.

Характеристика данных руд - вкрапленность минералов, способность к декрипитации и самообразованию при обработке кислотами. Высокая кислотопоглощающая способность определила основной способ при разработке технологии - выщелачивание в малых кучах высотой не более 3 м с воздействием на кучу сотрясательным взрывом низкоплотных ВВ на основе пенополистирола. Такая технология в отличие от общеизвестного кучного выщелачивания позволяет за короткий срок достигнуть высокого уровня извлечения полезных компонентов при сравнительно низком расходе кислоты.

Для кучного выщелачивания рудной массы на подготовленном участке формируется гидронепроницаемое основание. Основание штабеля составляет слой из уплотненной глины, полиэтиленовой пленки толщиной 0.8-1.0 мм, защитный слой песка и дренажный слой, выполненный из крупнокусковой руды (100 мм). Высота отсыпаемого штабеля 3 м, угол бортов штабеля к горизонту не более 43°.

Формирование кучи производится по крупности фракции пород. Крупные фракции располагаются в основании, сверху укладывают фракции по степени их уменьшения. Параметры кучи составляет 80*55*3 м (по нижней части кучи). При формировании кучи на расстоянии 8 м друг от друга устанавливаются перфорированные полиэтиленовые трубы (рис. 5.2) диаметром 150 мм одноразового использования для заряжания низкоплотными ВВ. Длина труб должна быть больше на 300 мм высоты кучи.

После отсыпки на поверхности кучи монтируется оросительная сеть, посредством которой проводят орошение кучи выщелачивающим раствором. Полиэтиленовые трубы укладываются из расчета, что каждое отверстие должно орошать рудную массу на участке размером 1.5*1.5 м, а вся поверхность штабеля покрыта равноудаленными друг от друга отверстиями.

При орошении часть раствора при контакте с кислородом может окисляться с образованием коллоидной соли. Наличие коллоидной соли в растворе может привести к образованию внутри кучи гелеобразного изолирующего слоя, способного полностью прекратить доступ раствора к кускам руды. Кроме того, в глинистых породах при орошении может возникнуть эффект кольматации. По этим причинам снижается содержание полезного компонента в продуктивном растворе, затрачивается больше времени на выщелачивание. Образуемый в процессе выщелачивания продуктивный раствор собирают и анализируют на содержание в нем полезного компонента.

Выщелачивание золота осуществляется 0.1% аэрированным раствором цианида натрия, подаваемым через оросительную систему на штабель руды. Извлечение золота кучным выщелачиванием цианистыми растворами основано на взаимодействии цианида натрия с минералами.

Степень этого взаимодействия зависит от ряда факторов: вещественного и минералогического состава руды, ее физических и химических свойств, внутренней и внешней поверхности рудных кусков, свойств и концентрации реагента и динамики его движения в рудных кусках.

Реакция растворения золота в цианистом растворе выглядит следующим образом:

4Аu+8NaCN + 02 + 2Н20 > 4NаАu(СN)2 + 4NаОН.

С повышением концентрации цианида скорость растворения золота возрастает и достигает максимума (при концентрации около 0.1 %), дальнейшее повышение концентрации цианида не увеличивает скорости и даже, наоборот, вызывает некоторое замедление процесса. Уменьшение скорости растворения при высоких концентрациях цианида объясняется падением pH раствора в результате протекающего гидролиза.

Однако высокая щелочность снижает скорость растворения золота, причем в области pH=12-14 это снижение наиболее существенно.

4.4 Физико-химические характеристики цианида

Существуют три вида цианида: свободный цианид, простые и комплексные цианиды.

Свободный цианид

Данное наименование включает себя свободный цианид и цианид водорода. Этот вид цианида наиболее токсичным. Свободные цианиды, могут находиться в газовой фазе или в жидкой фазе в виде CN?, либо в виде HCN высокой испаряемостью. Свободный цианид превращается в цианистом водороде путем реакции с водородом:

CN? + H2O - HCN + OH?, pKa = 9,31 при температуре 20°С.

Диссоциации молекулярного цианида зависит от рН (рис.)

Следующая реакции иллюстрирует потерю цианистого водорода из водной фазы в паровой фазе в процессе испарения, когда pH становится слишком низким.

HCN (aq) - HCN (gas)

Равновесное состояние достигается при pH равным 9,3. Выше данного значение преимущественно будет присутствовать цианистый ион, а ниже цианистый водород. Соответственно, цианид останется в растворе приблизительно при рH выше 11, и наоборот, будет испаряться при рH ниже 8. Скорость испарения увеличивается при снижении pH.

Простые цианиды

Простые цианиды являются ионными соединениями в виде более или менее растворимых солей, которые разлагаются в водной среде, выпуская катион (щелочный, щелочноземельный или металлический), и анион, который содержит цианистый ион. Различаются:

· растворимые простые цианиды: NaCN, KCN, Ca(CN)2; Hg(CN)2

· плохо растворимые простые цианиды Zn (CN)2, CuCN, Ni(CN)2, AgCN

Комплексные цианиды

Принцип цианирования

Основной принцип процесса цианирования является то, что слабые щелочные растворы цианида имеют преимущественное растворяющее действие на золото и серебро, содержащихся в руде. Реакция растворения золота цианистым раствором следующий:

4Au + 8CN? + O2 + 2H2O > 4Au (CN)2? + 4 OH

Недавние исследования в области механизма цианирования, однако, указывает, что эта реакция протекает в двух этапах. Большая часть золота растворяется по реакции

4Au + 8CN? + O2 + 2H2O > 4Au (CN)2? + 4 OH

и небольшая, но значительная часть растворяется с помощью реакции (1). Скорость растворения золота зависит от концентрации NaCN и щелочности раствора, оптимальный рН составляет 10,3. Для эффективного выщелачивания, золото должно быть свободным, тонким размером, чистой частицы в руде, без присутствия цианида или примеси, которые могут разрушить цианид или иным образом ингибировать реакцию растворения. Достаточный запас растворенного кислорода должен присутствовать в растворе цианида в течение всего периода реакции.

Химия участвует в растворении золота цианирования в процессе кучного выщелачивания. При кучном выщелачивании, кислород, необходимый для растворения золота, вводят в раствор цианида во время орошения рудной кучи. Адсорбированный кислород и углекислый газ из воздуха может также вызывать химические потери цианида в соответствии со следующими реакциями:

2NaCN+ O2 + 4H2O > Na2CO3 + (NH4)2CO3,

NaCN+ CO2 + H2O > HCN + NaHCO3,

При кучном выщелачивании высоко-окислённых руд, разложение цианида углекислым газом может быть столь же велико, как и то вызванное кислотными компонентами руды.

Разложение цианидов углекислом газом, а также наземными кислотами минимизируется, используя достаточной щелочи, такой как известь (CaO) или едкий натр (NaOH), в выщелоченном растворе для поддерживания щелочности в диапазоне рН от 9 до 11.

Минеральные составляющие руды и другие посторонние вещества могут влиять на процесс цианирования различными способами. Серебро обычно встречается с золотом либо в качестве примеси самородного золота или серебра-содержащих минералов. Появление серебра в золотых руд может варьировать степень присутствия золота в руде от менее одной части на миллион до нескольких сотен раз. Как правило, серебро также растворяется в растворе цианида и следует за золотом в процессе обогащения.

Сульфидные минералы железо, которые являются общими составляющих золотосодержащих руд, окисляются до некоторой степени во время цианистого выщелачивания, что приводит к образованию кислоты. Эти кислоты нейтрализуются известью, используемой в процессе цианистого выщелачивания.

Медные минералы могут быть растворены цианистым выщелачивающим раствором и, таким образом, потребляют большое количество NaCN и кислорода. Минералы содержащих мышьяка могут также осложнять цианирование. Реальгар (As2S2) и аурипигмента (As2S3) быстро вступают в реакцию с раствором цианида и ингибируют растворение золота. Арсенопирит (FeAsS), однако, как правило, окисляется очень медленно в аэрированной раствор цианида и имеет очень незначительное негативное воздействие на выщелачивание золота. Стибнит (Sb2S3) сильно тормозить цианирование. Присутствие ионов основного компонента сплава, таких как Fe2+, Fe3+, Ni2+, Сu2+, Zn2+ и Mn2+ в цианистом выщелачивающем растворе затормозит цианирования золота.

В некоторых случаях природные углеродистые материалы, присутствующих в золотых руд осадочного типа выступают в качестве адсорбентов для золота, растворенного цианистым раствором. Обуглившиеся древесные руды обладают сходными свойствами и вызывают преждевременное осаждение золота. Органические вещества, такие как сгнившая древесина, масла, смазки и флотационные реагенты замедляют цианирования золота путём поглощения растворенного кислорода в выщелачиваемом растворе, а также препятствуют процесс восстановления золота из выщелачивающего раствора путём осаждения золота на цинковой пыли.

Как правило, золото и серебро извлекаются из насыщенного цианида либо путём осаждения на цинковой пыли или путём адсорбции на активированном угле. При осаждении золота на цинковую пыль, осветление насыщенного раствора требуется для устранения взвешенных глинистых составляющих, которые могут покрывать частицы цинка и замедлять осаждение драгоценных металлов. Устранение растворенного кислорода из насыщенного раствора имеет важное значение для предотвращения повторного растворения осаждённого золота по реакции 1 или 2, и чрезмерного поглощения цинка за счёт его взаимодействия с кислородом, остающимся в растворе. Осаждение золота на цинке значительно улучшено путём добавления растворимых солей свинца, таких как ацетат свинца или нитрат свинца, в цианистых растворах для формирования свинцово-цинковой пары большой активности. Реакцию осаждения золота цинком, может быть представлено следующим уравнением:

Na2Au(CN)2+ 2NaCN + Zn + H2O -

Na2Zn(CN) 2 + Au+ Ѕ H2 + NaOH (5)

Недавнее исследования показали, что золото адсорбируется на активированном угле или в дицианоауратом кальции(KAu(CN)2 или дицианоауратом водорода HAu(CN)2, в зависимости от рН раствора цианида и концентрации и характера присутствующих образцовых катионов.

4.5 Технико-экономические показатели

Продолжительность строительства предприятия кучного выщелачивания - от 12 до 18 месяцев. Сроки выхода на проектную производительность предприятий КВ составляют 24-30 месяцев. При наличии определенной инфраструктуры района расположения отрабатываемого месторождения возможно сокращение сроков строительства и освоения на 20-30 % [17]. 38 Срок получения товарной продукции (металл в слитках) может быть менее 12 месяцев с начала освоения технологии кучного выщелачивания. Это связано с тем, что переработка руд может носить круглогодичный характер даже в северных регионах нашей страны. В таблице 3 приведены сравнительные показатели переработки руд по технологии КВ и переработки той же руды на обогатительной фабрике [17]. Таблица 3 - Сравнительные показатели переработки руды по различным вариантам

Преимущественная эффективность кучного выщелачивания определяется низкой себестоимостью забалансового рудного сырья, отсутствием процесса мелкого дробления, а также в сравнении с обогатительной фабрикой меньшими расходами реагентов и амортизационными затратами. При рассмотрении двух технологий переработки окисленных руд, применяемых на Воронцовском месторождении: на золотоизвлекательной фабрике (ЗИФ) и кучное выщелачивание (КВ), имеет место сравнение укрупненных расчетов экономических показателей. Сравнительные технико-экономические показатели переработки окисленных руд для двух технологических решений приведены в таблице 4. 39 Таблица 4 - Сравнительные технико-экономические показатели переработки окисленных руд при разных технологических решениях.

Из таблицы видно, что технология переработки окисленных руд кучным выщелачиванием экономически более предпочтительна. Проектирование и сооружение гидроизоляционного основания штабеля и накопителей продуктивных растворов является наиболее дорогостоящей стадией производственного процесса кучного выщелачивания. Выбор конструкции гидроизоляционного основания рудного штабеля обосновывается исходя из климатогеографических и гидрогеологических условий района расположения месторождения.

2.1. Выводы

Анализ результатов проведённых исследований показал, что при управляемом взрыве происходит рыхление и дополнительное дробление рудной массы вокруг каждой скважины, в крупнокусковых рудах образуются трещины, которые способствуют увеличению скорости просачивания выщелачивающих растворов и повышению процесса кучного выщелачивания. Предлагаемая технологическая схема рыхления позволяет без демонтажа оборудования оросительной коммуникации проводить дополнительное рыхление рудной кучи, повысить скорость выщелачивания и значительно уменьшить время технологического процесса.



5. Экологическая и экономическая обстановка горной промышленности Буркина-Фасо

5.1 Мероприятия по защите окружающей среды

Создана группа по охране окружающей среды ответственная за управление и операционные процедуры в соответствие с Международной Организации по Стандартизации ISO14001. Охрана окружающей среды будет включать обучение служащих и контроля строительной площадки. Даже если ситуация окружающей среды упрощена отсутствием стока, транспортирования, хранения и обработки опасных товаров и нефтепродукты - это всегда источник потенциальных воздействий и инцидентов. Социальная группа будет особенно оспорена в соответствии c обширной программой переселения населения и организацией, и контролем жизнеспособных программ для местного населения.

В течение эксплуатационного периода, большинство воздействий считаются, чтобы иметь умеренное значение и может быть смягчено к низкому значению с введением действий управления.

5.2 Роль горной отрасли в социально-экономическом развитии страны

Буркина-Фасо - страна, не имеющая выход к мору. Она окружена на севере-Мали, на востоке Нигером, на ю...