А.О. Сластухин (Ростехнадзор)

В настоящее время золотодобывающая промышленность России переходит от разработки россыпных месторождений к освоению коренных месторождений золота.

Современная металлургия золота основана главным образом на цианидном выщелачивании. Известно еще около 40 выщелачивающих систем перевода золота и серебра в раствор.

Однако лишь немногие из них заслуживают серьезного внимания с позиций возможного промышленного использования в гидрометаллургии благородных металлов. К таким системам, в частности, относятся тиокарбамид (тиомочевина), тиосульфаты натрия и аммония, галоиды (хлор, бром, йод), а также некоторые органические соединения (например, гуматы и аминокислоты).

Если в 1980-1990 гг. более 70% золота добывалось из россыпей, то к 2005 году объем добычи золота из коренных месторождений превысил 55%, в том числе ~ 6,6% добытого методом кучного выщелачивания. Изменилась и направленность научных исследований. Возросла роль геотехнологической стратегии освоения месторождений – применения комбинированных физико-механических и физико-химических технологий. При извлече нии золота большое значение имеет кучное и подземное выщелачивание растворами цианидов, бактериальное выщелачивание, угольномасляная концентрация.

Для примера рассмотрим некоторые аспекты физико-химического метода нетрадиционной добычи золота за счёт кучного выщелачивания в штабеле с гидроизоляционным экраном.

Данная технология в настоящее время используется ограниченно, но для месторождений Приполярного Урала, характеризующегося ранимой природной средой, должна стать, по мнению автора, основной, так как позволяет избежать прямого контакта реагентов, используемых при выщелачивании, непосредственно с почвой.

Для извлечения золота из медистых руд, именно этот тип преобладает в горной части ХМАО-Югры, предложены технологические схемы, включающие последовательное растворение меди (H₂SO₄) и золота (CS(NH₂)₂) и извлечение обоих металлов в соответствующиетоварные продукты.

Золото и серебро растворяется в щелочных и щелочноземельных цианидах – солях синильной кислоты HCN (таблица 1).

Таблица 1

Цианистые соединения, употребляемые при цианировании золота

 

По Эльснеру (1846 г.), растворение золота в цианистых растворах в присутствии кислорода протекает по следующей реакции

4Аu + 8KCN + О₂ + 2Н₂О = 4KAu (CN)₂ + 4КОН.

Известно, что при растворении металла неизбежен предварительный переход его в ионное состояние. Так, в случае растворения золота перед образованием комплексного иона должен происходить процесс перехода металлического золота в ионное состояние

Золото обладает высоким сродством с электроном и для перевода его в ион Аu+ требуется высокий окислительный потенциал:

Всякому окислительному процессу должен соответствовать восстановительный процесс, заключающийся в ассимиляции выделяющихся электронов. Однако большинство технически приемлемых окислителей имеет окислительный потенциал, более отрицательный, чем потенциал золота. Так, наиболее распространенный окислитель – кислород в кислой среде восстанавливается по электрохимической реакции

4H⁺ + O₂ → 2H₂O — 4e

и имеет стандартный потенциал + 1,23 в. В щелочной среде кислород восстанавливается по реакции

2H₂O + O₂ → 4OH^-- 4e

и обладает более низким стандартным потенциалом, равным + 0,40 в.

Но, как следует из уравнения Нернста, потенциал металла в растворе его соли зависит от активности ионов этого металла.

Окислительный потенциал золота можно снизить уменьшая активность ионов Аu⁺ в растворе. Это обстоятельство и лежит в основе процесса раство¬рения золота в цианистых растворах.

В присутствии ионов СN – активность ионов Au⁺ резко уменьшается, а значит, снижается потенциал золота, это справедливо и для серебра.

Таким образом, связывая ноны Аu⁺ и Ag⁺ в прочные комплексы, ионы цианида резко снижают окислительные потенциалы благородных металлов и тем самым создают термодинамические предпосылки для их окисления и перевода в раствор в форме комплексных анионов АuCN₂^- и AgCN₂^-.

По современным представлениям ионная реакция, традиционно принятая в качестве основной для растворения золота цианидом, выражается уравнением

4Au + 8CN^- + О₂ + 2Н₂О = 4АuCN₂^- + 4OH^-.

Изложенные соображения позволяют предположить, что растворение золота возможно не только в цианистых, но и в других растворах, если только в них имеются ионы (или молекулы), образующие с золотом достаточно прочный комплекс.

Экспериментальные исследования подтверждают факт растворения золота в тиосульфатных растворах, содержащих растворенный кислород. Металлическое золото может растворяться в гидросульфидных и отчасти в полисульфидных растворах с образованием комплекса AuS^-.

В присутствии достаточно сильных окислителей (например, ионов Fe³⁺) металлическое золото может растворяться в соляно- и сернокислых растворах тиомочевины CS (NH₂)₂ с образованием катионных комплексов Аu[-CS (NH₂)₂] ₂⁺.

Автором, на основе анализа имеющихся технологий и теоретических исследований, применительно к району Приполярного Урала, решены задачи по:

– обоснованию технологических параметров кучного выщелачивания золота;

– определению высоты штабеля и водопроницаемости полиэтиленового экрана в основании штабеля в зависимости от физико- механических свойств минерального сырья, позволяющему обеспечить устойчивость и надежность гидроизоляции при повышении высоты штабеля кучного выщелачивания (КВ).

Основные выводы

1. Увеличение высоты штабеля КВ снижает величину удельных затрат, приходящихся на формирование штабеля и сооружение его основания. При этом повышается роль оценки устойчивости откосов штабеля, гидроизоляции основания, закрепления поверхности штабеля от ветровой эрозии и в целом обеспечения экологической безопасности производства.

2. В зависимости от режима фильтрации раствора, в т.ч. полного водонасыщения за счет атмосферных осадков, рекомендуется использовать расчетные схемы оценки устойчивости откосов штабеля и метод аналитического определения исходных прочностных характеристик для расчета по гранулометрическому составу минерального сырья.

3. При увеличении высоты штабеля происходят механические повреждения полиэтиленового экрана в виде отверстий и щелей в результате среза и смятия пленки между частицами грунта, а также за счет разрыва при неравномерной осадке основания.

4. Для исключения эрозии поверхности штабеля и загрязнения атмосферы и почвы в районе размещения штабеля целесообразно покрыть поверхность штабеля эмульсией госсиполовой смолы.