WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

                                       На правах рукописи

Татауров Сергей Борисович

ОБОСНОВАНИЕ ГЕОТЕХНОЛОГиЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА С КРИОГЕННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯМИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

САНКТ- Петербург

2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российском государственном геологоразведочном университете им. Серго Орджоникидзе.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Аренс Виктор Жанович

доктор технических наук, профессор

Костромин Михаил Витальевич

доктор технических наук

Секисов Артур Геннадиевич

Ведущее предприятие Институт горного дела Севера имени Н.В. Черского СО РАН

Защита диссертации состоится 17 июня 2011 г. в 13 ч 15 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).

Автореферат разослан 11 мая  2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор                                Э.И. Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Более 65% территории России находится в условиях развития криолитозоны, характеризующейся распространением мерзлых горных пород. В ее пределах расположены крупнейшие месторождения цветных, благородных и редких металлов (золото, платина, олово, ртуть, медь и другие), часть из которых успешно осваивается или в ближайшие десятилетия будет вовлечена в разработку.

Вместе с тем добыча благородных металлов с широким использованием технологий кучного выщелачивания на территории криолитозоны сопровождается значительными потерями золота. Его извлечение по разным оценкам составляет не более 50-70%. Эта проблема относится и к переработке техногенных амальгамсодержащих месторождений золота, образование которых обязано широкому применению методов амальгамации в XIX – XX вв. По имеющиеся данным, содержание амальгамы и ртути в отвалах россыпной и коренной золотодобычи колеблется от первых грамм до нескольких сотен грамм на тонну.

К числу факторов негативно влияющих на эффективность кучного выщелачивания в условиях криолитозоны относятся отрицательные среднегодовые температуры воздуха, широкое распространение многолетнемерзлых горных пород, специфические гидрогеологические условия, сложный состав рудных, россыпных и техногенных месторождений золота, а также сопутствующее развитие ряда криогенных процессов.

В этой связи  совершенствование существующих технологий кучного выщелачивания золота и внедрение новых высокоэффективных геотехнологических методов является весьма актуальной проблемой современного горного производства в условиях криолитозоны.

Одним из наиболее приоритетных и кардинальных путей решения этих проблем является интенсификация физических и физико-химических процессов кучного выщелачивания золота  на основе криогенных преобразований структурного и вещественного состава минерального сырья в изменяющихся термодинамических условиях и фазовых переходов воды.

При реализации данного направления создаются предпосылки не только для снижения энергоемкости используемых технологий кучного выщелачивания золота, но и интенсификации процессов рудоподготовки и выщелачивания  золотосодержащего сырья в условиях криолитозоны.

Исследованию данной проблемы посвящены фундаментальные и прикладные работы российских ученых М.И. Агошкова, П.И. Мельникова, И.Н. Плаксина, Н.П. Лаверова, Н.А. Шило, В.П. Мельникова, В.Ж. Аренса, К.Н. Трубецкого, Д.Р. Каплунова, В.А. Кудрявцева, Б.Н. Достовалова, Н.Н. Романовского, В.Н. Конищева, Э.Д. Ершова, В.А. Чантурия, Д.П. Лобанова, Н.А. Мельникова, И.А. Тютюнова, М.Д. Новопашина, П.М. Соложенкина, А.Б. Птицына, В.М. Изоитко, Г.В. Седельниковой, Н.Г. Малухина, Д.М. Шестернева, Г.Х. Хчеяна, М.И. Фазлуллина, В.П. Неберы, А.Е. Воробьева, В.В. Лодейщикова и др.

В тоже время до сих пор в теории и практике кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны практически не учитываются и не используются особенности криогенных преобразований минерального сырья природного и техногенного происхождения, которые могут обеспечить повышение добычи золота и снижение энергозатрат.

Данная работа выполнялась в соответствии с приоритетными направлениями фундаментальных исследований РАН: «Проблемы комплексного освоения недр Земли и новые технологии извлечения полезных ископаемых из минерального и техногенного сырья»; «Новые процессы максимального извлечения полезных компонентов из руд».

       Цель работы – повышение эффективности геотехнологий добычи золота и снижение  энергозатрат при кучном выщелачивании золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения в условиях криолитозоны.

Идея работы – при определении параметров геотехнологий кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны необходимо учитывать закономерности изменения прочностных характеристик и водонасыщения золотосодержащих руд от циклических колебаний температур и условий криолитогенеза (аэральных, аквальных и нивальных).

       Основные задачи исследований:

       - исследовать закономерности криогенных преобразований геотехнологических свойств золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения при широкой вариации условий воздействия отрицательных температур;

       - установить закономерности и зависимости изменения параметрических характеристик (прочностных и фильтрационных свойств, скорости выщелачивания) золотосодержащего сырья криолитозоны и незамерзающих выщелачивающих растворов в изменяющихся термодинамических условиях и фазовых переходах воды;

- обосновать геотехнологические процессы кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны, обеспечивающие повышение добычи золота и снижение  энергозатрат;

       - предложить новые и усовершенствовать существующие геотехнологические схемы кучного выщелачивания золотосодержащего сырья криолитозоны природного и техногенного происхождения, реализовав их на практике с подтверждением технико-экономической эффективности.

Методы исследований. При проведении аналитических исследований использовались современные методы изучения вещественного состава руд, структуры, строения и свойств минералов: минералогический, гранулометрический, пробирный анализы; применялись рентгеноструктурный анализ, оптико-микроскопический анализ на системе анализа изображений «Leica Qwin Standart», оптико-геометрический анализ, электронная сканирующая микроскопия, рентгеновская энергодисперсионная спектрометрия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия; проводилось измерение удельной магнитной восприимчивости, термоэлектродвижущей силы (ТЭДС), коэффициента теплопроводности, коэффициента фильтрации. Экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных и специально разработанных методик и патентно-защищенных устройств в лабораторных, опытно-полупромышленных и промышленных условиях.

Научная новизна:

       – установлены закономерности скорости кучного выщелачивания золота от изменения прочностных характеристик и водонасыщения золотосодержащих руд при цикличных колебаниях температур и условий криолитогенеза (аэральных, аквальных и нивальных), при этом снижение коэффициента крепости руд экспоненциально зависит от понижения температур в зоне их отрицательных значений;

– выявлены закономерности и объяснена природа редуцирования амальгам в техногенных массивах в условиях криогенеза за счет разнопериодных циклических колебаний температур по вертикальному разрезу криолитосферы;

– установлены зависимости основных количественных показателей кучного сернокислотно-хлоридного выщелачивания золота в присутствии диоксида марганца от концентрации криопротектора (серной кислоты), температуры, динамической вязкости, плотности, коэффициента фильтрации раствора и пористости руды в условиях отрицательных температур;

– выявлена экспоненциальная зависимость между высотой штабеля, прочностью окомкованной руды и содержанием крупнодисперсных частиц +2 мм в составе с песчаным, супесчаным и суглинистым мелкоземом, позволяющая выбрать рациональные  фильтрационные свойства штабеля из окомкованных глинистых руд и скорости выщелачивания золота.

Основные положения, выносимые на защиту:

1.        Для повышения эффективности геотехнологий кучного выщелачивания золота в условиях распространения многолетнемерзлых горных пород следует учитывать влияние циклических колебаний температур по разрезу криолитосферы и условий замерзания-оттаивания на физические и физико-химические свойства золотосодержащего сырья.

2.        С целью увеличения скорости выщелачивания и повышения извлечения золота из крепких руд в штабеле целесообразно обеспечить увеличение показателя прироста площади растворяемой поверхности ΔSc, применяемого в расчетах кинетических характеристик.

3.        При определении основных параметров геотехнологии кучного выщелачивания окомкованных золотосодержащих руд необходимо учитывать установленную экспоненциальную зависимость коэффициента фильтрации от высоты штабеля, предельной прочности окомкованной руды, ее насыпного веса и содержания крупнодисперсных частиц +2 мм в составе с песчаным, супесчаным и суглинистым мелкоземом. Без учета данных параметров потери золота в штабеле могут увеличиваться в 2 – 3 раза и более.

4.        Управление геотехнологией кучного криовыщелачивания золота с применением сернокислотно-хлоридного раствора и диоксида марганца следует вести на основе установленных зависимостей выщелачивания золота от концентрации электролита-криопротектора (серной кислоты), пористости и коэффициента фильтрации руды,  воднофизических свойств раствора – температуры, динамической вязкости, плотности и др.

       Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена:

       - большим объемом экспериментальных исследований различных литологических типов золотосодержащих руд из репрезентативных месторождений золота.

– созданием программ работ, подготовкой приборов, устройств (калибровка), а также разработкой приемов фиксирования хода и результатов эксперимента (количество прогонов в каждой серии экспериментов изменялось от 5 до 10);

– использованием новейшего лабораторного оборудования и контрольно-измерительных приборов, применением средств дисперсионного, регрессионного и факторного анализов, методами статистической оптимизации на ЭВМ с использованием программных продуктов  Mathcad, Maple и Origin;

– адекватностью полученных теоретических и экспериментальных результатов подтверждаемых удовлетворительной сходимостью с данными, полученными при опытно-полупромышленных и промышленных испытаниях, воспроизводимостью результатов с коэффициентом корреляции R=0,8…0,9.

       Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты работ, выполненных автором лично. Все экспериментальные данные были получены самим автором или под его руководством. Автор осуществлял анализ и обобщение полученных данных, являлся разработчиком предложенных методов исследований и экспериментального оборудования, интерпретировал полученные результаты и проводил все необходимые расчеты. Создание аппаратов для отбора проб и извлечения золотосодержащего сырья из россыпей проводилось в сотрудничестве с д.т.н., профессором В.В. Кармазиным (Московский государственный горный университет).

Практическая значимость:

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны геотехнологические методы кучного выщелачивания золота, использование которых позволяет проводить круглогодичное кучное выщелачивание золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения в условиях криолитозоны, в частности:

– разработан метод криодезинтеграции крепких руд в геотехнологиях кучного выщелачивания золота, позволяющий увеличить площадь растворяемой поверхности Sc руд и тем самым повысить скорость выщелачивания золота. Конкурентоспособность данного метода в геотехнологиях кучного выщелачивания по отношению к аналогичным геотехнологиям без применения криодезинтеграции объясняется увеличением площади свободной поверхности руд в штабеле на 15 – 20 % и сокращением продолжительности выщелачивания в 1,2-1,5 раза;

– разработана методика определения полученных разностей в трещиноватой пустотности образцов руды после их криодезинтеграции с применением оптико-геометрического анализа и метода наложения светового спектра. Рассчитаны параметры применения криодезинтеграции и предложена геотехнологическая схема, включающая предварительное дробление руды до крупности -20 мм и создание криогидратационных напряжений в системе «руда-лед» при циклическом промерзании-оттаивании руды в штабеле с последующим кучным выщелачиванием золота. Экспериментально доказана возможность кучного криовыщелачивания золота в диапазоне отрицательных температур рудного штабеля от 0 до -30 °С;

– внедрен в производство метод кучного выщелачивания золота из окомкованных руд на основе разработанной экспериментально-теоретической методики определения фильтрационных свойств штабеля от изменения его высоты, прочности окомкованной руды и ее гранулометрического состава. Внедрение метода обеспечило увеличение извлечения золота на месторождении «Погромное» ЗАО «Рудник Апрелково» на 7,1 %.

– опытно-технологическими и промышленными испытаниями подтверждены результаты лабораторных и пилотных испытаний по воздействию криодезинтеграции на забалансовые золотокварцевые малосульфидные руды. В результате применения данного метода повышено сквозное извлечение золота с 72 до 76 %;

– разработаны технология круглогодичного кучного выщелачивания благородных металлов (патент РФ № 2298092), устройство для изучения технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года (патент РФ № 2282716) и модифицирована геотехнология сернокислотно-хлоридного выщелачивания золота в присутствии диоксида марганца, включающая предварительную криодезинтеграцию, комбинирование кюветного и кучного выщелачивания золота для круглогодичного выщелачивания золотосодержащих сульфидных руд в условиях криолитозоны;

– разработаны и прошли опытно-промышленную апробацию патентно-защищенные аппараты модульного типа с целью отбора проб для геотехнологической оценки золотосодержащего сырья россыпных и техногенных месторождений криолитозоны, а также использования их в комбинированных геотехнологиях, сочетающих гравитационное обогащение и кучное выщелачивание золота из россыпей и техногенных отвалов. В результате апробации аппаратов на техногенных россыпных месторождениях было достигнуто повышение извлечения золота на 5-7%, и амальгамы золота на 10 - 15 %.

Ряд результатов исследований, полученных в диссертационной работе, может представлять значительный интерес в развитии технологий переработки минерального сырья. Вместе с тем исследования в области обогащения полезных ископаемых в цель и задачи диссертационной работы не входили, поэтому эта часть результатов в работе детально не рассматривалась.

Реализация результатов работы. Большинство разработанных процессов геотехнологии кучного выщелачивания золота и технологических аппаратов прошли опытно-промышленную апробацию на предприятиях ООО «Дарасунский рудник», ООО «Нерюнгри-Металлик», ЗАО «Баунт», а/с «Южная», а метод кучного выщелачивания золота из окомкованных глинистых руд на месторождении «Погромное» внедрен в ЗАО «Рудник Апрелково».

Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе Читинского государственного университета при подготовке студентов-магистров по направлению «Горное дело».

По результатам исследований создан видеофильм «Проблемы кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны Забайкалья» используемый управлением Читинского округа Госгортехнадзора России как учебно-методическое пособие при проведении курсов повышения квалификации специалистов в области геотехнологий.

Ожидаемый экономический эффект от реализации результатов диссертационной работы только на двух месторождениях составит более 250 млн. руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены и получили одобрение на 21 научной конференции, в том числе: Международном семинаре «Неделя горняка» (Москва, 2006, 2007, 2008, 2010), Международном совещании «Плаксинские чтения» (1997, 2002, 2004, 2008), Конгрессе обогатителей (Москва, 2007), Научно-практическом семинаре "Добыча золота. Проблемы и перспективы" (Хабаровск, 1997), второй научно-технической конференции (Чита, 1999, 2003, 2004), Региональной конференции «Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья» (Чита, 2000), Международной конференции по проблемам исследования криосферы Земли (2005), Азиатской конференции по мерзлотоведению (Китай, 2006), Общероссийской инженерно-технологической конференции «Резервы ускорения экономического роста и удвоения ВВП России» (Москва, 2006), Международной научно-практической конференции «Перспективные задачи инженерной науки» AFES-2007 (Греция, 2007). Диссертация также докладывалась в ВУЗах (МГГУ, МИСИС и РГГРУ), академическом институте (ИПКОН РАН) и на предприятии в МНПО "Полиметалл".

       Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 34 печатных работ из них: 3 монографии, 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 6 патентов РФ.

       Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 222 наименований. Общий объем работы - 299 страница, в том числе: 30 таблиц, 71 рисунок, 11 приложений.

Считаю своим долгом с благодарностью вспомнить моего научного наставника д.г.-м.н., профессора, лауреата Государственной премии СССР Наркелюна Леонида Францевича, с которым мне посчастливилось работать.

Выражаю искреннюю благодарность д.т.н., профессорам Небере Владимиру Петровичу, Кармазину Виктору Витальевичу за консультации на разных этапах выполнения данной работы.

Глубокая признательность и благодарность  академику АН Таджикской ССР Соложенкину Петру Михайловичу, д.т.н., профессорам Кузину Виктору Федоровичу за поддержку и ценные советы.

Выражаю благодарность всем сотрудникам Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, лаборатории общей криологии ИПРЭК СО РАН, кафедр геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, обогащения  полезных ископаемых МГГУ и ЧитГУ, а также кафедры геотехнологии руд редких и радиоактивных металлов РГГРУ за доброе отношение и всестороннее содействие, способствовавшие выполнению этой работы.

Автор также благодарен специалистам ООО «Дарасунский рудник», ЗАО «Рудник Апрелково», ООО «Нерюнгри-Металлик», ЗАО «Баунт», а/с «Южная» за содействие во внедрении разработок на предприятиях.

Содержание работы

Во введении изложены: актуальность проблемы, цель и основные задачи исследований, приведены научные положения, выносимые на защиту и новизна работы; а также структура работы.

В первой главе проведен системный анализ современных проблем применения геотехнологий, рассмотрены возможности и перспективы применения отечественных и зарубежных геотехнологических методов кучного выщелачивания золота (КВЗ) на территории криолитозоны. Выполнен анализ методов исследований золотосодержащего сырья в геотехнологии, технологической минералогии и геокриологии. На основе оценки фундаментальных и прикладных исследований в области геокриологии представлена изученность криогенных преобразований минерального сырья природного и техногенного происхождения.

В результате анализа существующих геотехнологических методов по используемым источникам энергии, механизмов процессов, участвующих в методах интенсификации и управления КВЗ, выявления их достоинств и недостатков сформулированы основные требования к созданию криогеотехнологий кучного выщелачивания золота круглогодичного действия для территорий криолитозоны. Определены основные направления теоретических, экспериментальных и прикладных исследований по созданию новых и совершенствованию существующих геотехнологических методов для КВЗ в криолитозоне.

Анализ развития фундаментальных и прикладных исследований в области разработки геотехнологий кучного выщелачивания золотосодержащего сырья и изучение криогенных преобразований горных пород и минералов позволил установить, что эффективность геотехнологий в криолитозоне определяется как структурными изменениями минерального сырья in situ, так и оптимизацией его параметрических характеристик с использованием криогенных физических и физико-химических процессов в геотехнологиях.

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена выбору объектов и методик экспериментально–теоретических исследований, от которых зависела достоверность полученных результатов, единая направленность и последовательность в решении поставленных задач.

В этой связи была разработана структурная схема комплексных исследований криогенных преобразований золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения с целью разработки геотехнологических  методов и создания геотехнологий кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны (рис. 1.).

Рис. 1. Структурная схема исследований

Исследования структурных преобразований, состава и геотехнологических свойств золотосодержащего сырья криолитозоны проводились на территории Забайкалья, в пределах которой встречаются практически все известные типы многолетнемерзлых пород, характерные для территории России.

Для различных типов золотосодержащего сырья одной из наиболее важной составляющей криогенного преобразования его геотехнологических свойств являлось изучение изменения термодинамического состояния криолитозоны с разделением золотосодержащих месторождений на слои, характеризующиеся циклами с определенным диапазоном колебаний температур в пространстве и во времени. Подобные методики широко используются в геокриологических исследованиях криолитозоны.

Методика проведения теоретических и экспериментальных исследований процессов интенсификации геотехнологий кучного выщелачивания золотосодержащего сырья для территорий криолитозоны включала четыре основных этапа: криодезинтеграции минерального сырья, улучшения фильтрационных свойств окомкованных глинистых золотосодержащих руд криогенной коры выветривания, россыпных и техногенных месторождений; влияние концентрации электролит-криопротектора (серной кислоты) на изменение физических, воднофизических и физико-химических свойств сернокислотно-хлоридного раствора в присутствии диоксида марганца при отрицательных температурах; изучение процессов кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны на установке для изучения геотехнологических параметров выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года (патент РФ № 2282716).

В ходе исследований было создано пять экспериментальных установок для изучения геотехнологических параметров кучного выщелачивания золота и 3 аппарата для отбора проб при геотехнологической оценке золотосодержащего сырья техногенных месторождений.

В третьей главе приведены исследования изменений структуры и геотехнологических свойств золотосодержащего сырья криолитозоны природного происхождения in situ и в лабораторных условиях.

В четвертой главе приведены результаты криогенных преобразований фазового  состава, структуры  и свойств золотосодержащих амальгам техногенных месторождений с учетом разделения амальгамосодержащих месторождений на слои, характеризующиеся циклами с определенным диапазоном колебаний температур в пространстве и во времени.

В пятой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов рудоподготовки и кучного выщелачивания коренных месторождений золота с применением метода криодезинтеграции и незамерзающих выщелачивающих растворов для разработки криогеотехнологий.

Шестая глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям повышения эффективности кучного выщелачивания золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения, разработки комбинированных геотехнологий сочетающих гравитационные аппараты и кучное выщелачивание золотосодержащего сырья. В ней также представлены результаты внедрения разработок в золотодобывающую промышленность и оценка технико-экономической эффективности от их использования.

В заключение работы представлены основные результаты и выводы, а также список используемой литературы и приложения.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.        Для повышения эффективности геотехнологических процессов кучного выщелачивания золота в условиях распространения многолетнемерзлых горных пород следует учитывать влияние циклических колебаний температур по разрезу криолитосферы и условий замерзания и оттаивания криолитогенеза на физические и физико-химические свойства золотосодержащего сырья.

Изучение природы и установление закономерностей криогенного преобразования (криогенеза) структурного, вещественного и фазового состава, строения и свойств минерального сырья природного и техногенного происхождения позволяют улучшить параметры кучного выщелачивания золота и обосновать геотехнологические методы для создания криогеотехнологий.

По своей природе криогенез является процессом, приводящим к физическим, физико-химическим и химическим трансформациям руд и минералов за счет преобразования солнечной энергии в дискретные тепловые колебания в оттаивающих, промерзающих и мерзлых массивах горных пород. При криогенезе особое место занимает вода, находящаяся в руде в виде свободной фазы и физически или химически связанном состоянии. Изменение ее свойств наиболее контрастно при динамических колебаниях температур на фоне свойств минералов входящих в состав руды.

Исследования воздействия криогенеза на геотехнологические свойства коренных руд проводились на примере золотокварцевых сульфидных с содержанием глинистых минералов – 6,0% и низкой площадью трещинной пустотности от 2 до 7,5 % и золотокварцевых малосульфидных рудах с содержанием глинисто-слюдистых минералов – 30 % и высокой площадью трещинной пустотности от 11,16 до 50,65 %.

В ходе исследований было изучено влияние различных условий криогенеза на изменение свойств крепких золотосодержащих руд – коэффициента крепости (по методу Протодьяконова), влагонасыщения и скорости выщелачивания золота. Количество прогонов в каждой серии экспериментов изменялось от 5 до 10.

Установлены температурные границы интенсивного снижения коэффициента крепости руды за один цикл замерзания-оттаивания  руд (ЦЗО) в аэральных (в воздушной среде), аквальных (в водной среде) и нивальных условиях (моделированием теплового удара с промерзанием-оттаиванием в водной среде) в зависимости от изменения температуры в области отрицательных значений (рис. 2): для аэральных условий от 0 до -3С; для аквальных и нивальных условий от 0 до -5…-7 С.

Рис. 2. Изменение коэффициента крепости золотокварцевой руды месторождения Дельмачик (по методу проф. Протодьяконова) в зависимости условий криогенеза: 1, 2, 3 – соответственно золотокварцевая руда после воздействия криогенеза в аэральных, аквальных и нивальных условиях; R2 – коэффициент детерминации

Дальнейшее понижение температур в области отрицательных значений до -25С при ЦЗО на снижение крепости руды в аэральных условиях криогенеза существенного влияния не оказало, в то время как в аэральных и нивальных условиях изменения крепости руды продолжали наблюдаться, но при значительно меньшей интенсивности. Установленная закономерность характерна как для золотокварцевых сульфидных руд, так и для золотокварцевых малосульфидных руд. Причем в связи с большим количеством глинистых минералов ~30 %, характеризующихся высокой гидрофильностью и низкой структурной прочностью в золотокварцевых малосульфидных рудах, отмечено более ощутимое снижение крепости при воздействии криогенеза.

На основе результатов экспериментальных исследований получено регрессионное уравнение, экспоненциально описывающее изменение коэффициента крепости руды от температуры при одном цикле замерзания-оттаивания:

при   или   (1)

, тогда

  (2)

где ƒ – коэффициент крепости руды после воздействии криогенеза, ƒ0 –коэффициент крепости исходной руды; T – температура в ветви отрицательных ее значений, С; yo, a, b – расчетные коэффициенты уравнения, зависящие от условий криогенеза и типа руд.

Коэффициенты корреляции шести статических моделей изменяются от 0,99 до 0,93, что подтверждает надежность каждой из построенной модели.

Механизм снижения коэффициента крепости золотосодержащих руд при воздействии криогенеза на основании результатов исследований В.Н. Конищева (1981) объясняется частичным разрушением внутренних структурных связей за счет расклинивающего действия льда (при замерзании) и тонких пленок воды (при оттаивании), адсорбированных на стенках микротрещин. Как следствие результатом этих явлений является увеличение в рудах содержания открытых пор, что соответственно приводит к увеличению влагонасыщения и степени раскрытия минеральных комплексов.

Для количественной оценки изменения содержания открытых пор в ходе криогенеза использовались значения влажности, характеризующие влагонасыщение руд. Установлено, что в аэральных условиях криогенеза (цикле промерзания-оттаивания) при изменении отрицательных температур от -1 до -25 С, влагонасыщение малосульфидных руд увеличилось на 6.25%, сульфидных – на 5.9%, в аквальных – соответственно на 13,8 и 9,1 %, в нивальных условиях соответственно 30.7 и 16.4%.

Исследования по йодидному выщелачиванию золотокварцевых сульфидных руд до и после воздействия одного ЦЗО в аэральных, аквальных и нивальных условиях показали увеличение концентрации золота в выщелачивающем растворе соответственно на 12, 20 и 40 %, в отличии от выщелачивания контрольных образцов исходной руды не подверженной криогенезу.

В результате изучения золотосодержащего сырья техногенных месторождений криолитозоны были проведены комплексные  исследования золотосодержащих амальгам, присутствие которых обязано широкому применению метода амальгамации в период XIX – XX веков. В результате в техногенных месторождениях и отвалах золотодобычи криолитозоны накоплены десятки тонн амальгамы золота и металлической ртути, которую следует предварительно утилизировать для снижения потерь золота при кучном выщелачивании и экологической безопасности экосистем.

С этой целью был проведен цикл исследований по изучению изменения структуры, агрегатного состояния и технологических свойств амальгам золота техногенного происхождения в условиях криолитозоны. Исследования проводились на техногенных месторождениях золота криолитозоны Забайкалья и за ее пределами, отбор амальгам золота проводился как из массивов, так и из продуктов переработки техногенного золотосодержащего сырья. Общее количество проб амальгам золота составило 35, масса проб амальгам золота техногенного происхождения составляла от 3 до 5 г.

В результате исследований установлены взаимосвязи между содержанием химических компонентов и минеральных примесей в амальгамах золота, количеством циклов замерзания–оттаивания (ЦЗО) и временем нахождения в отвалах золотодобычи. Полученные результаты свидетельствуют, что в слое годовых колебаний температур переход амальгамы по схеме жидкое → гетерогенно-жидкое → твердое агрегатное состояние происходит в пять раз медленнее, чем в слое сезонных колебаний температур, и на порядок медленнее, чем в суточном слое колебаний температур (рис. 3).

Это объясняется тем, что динамические колебания суточных и сезонных температур в техногенных массивах, при прочих равных условиях, играют решающую роль в динамике трансформации их строения и свойств. Из чего следует, что процесс редуцирования амальгам золота техногенного происхождения в криолитозоне приводит к переходу одного вещества в другое вследствие колебаний температур среды, заканчивающийся обособлением металла первично растворенного в ртути.

Исследования структуры и состава амальгам золота техногенных месторождений и амальгам, синтезированных в лабораторных условиях,  показали, что в силу активизации кинетики твердотельной диффузии ртути и золота при циклическом замерзании-оттаивании (ЦЗО) наблюдается образование зародышей кристаллов, которые переходят затем в более крупные кристаллиты золота в отличие от амальгам золота находящихся в слое годовых колебаний температур в диапазоне их отрицательных значений (рис. 4, а, б).

Дальнейшая трансформация амальгам золота в криолитозоне в результате динамических суточных и сезонных колебаний температур, выщелачивания криогенными концентрированными водными растворами и высокой миграционной подвижности ртути в газообразном и жидком состоянии приводит к увеличению содержания золота в амальгаме. В результате содержание ртути сокращается настолько, что образовавшиеся отдельные кристаллиты амальгам золота и других металлов (Cu, Pb, Ag) объединяются, образуя частицы, крупность которых может превышать фоновые значения крупности природного золота.

Изучение образцов золотосодержащих амальгам, находящихся в твердом агрегатном состоянии техногенного происхождения показало, что амальгамы представляют собой ядро золота, окруженное оболочками состоящими из амальгам, содержащих – золото (17,67 до 27,16 мас .%), свинец (38,62 до 87,19% мас.%), ртуть (7,52 до 15 мас.%), ближе к периферии установлены высокие содержания кислорода от 37,86 до 59,41 мас.%. Причем высокие концентрации кислорода в амальгаме установлены в соединениях со свинцом. Кроме мелких и тонких частиц золота амальгама по периферии содержит и другие минеральные примеси (рис. 5, а).

Рис. 5. Микрофотография образца твердого раствора амальгамы золота техногенного происхождения в отраженном свете отобранная из слоя суточных колебаний температур (а) (увел.×80, месторождение Большой Горохон) и структура золотосодержащей амальгамы в криолитозоне (б)

Таким образом, исследования структуры твердой золотосодержащей амальгамы техногенных месторождений золота, отобранной на глубине суточных колебаний температур в условиях распространения островной криолитозоны показало, что золотосодержащие амальгамы имеют зональное строение из амальгам различного состава и химически чистых металлов (меди, серебра, свинца и т.д.), а также минеральных примесей (рис. 5, б).

По результатам исследований была составлена гистограмма плотности амальгамообразующих элементов и модели распределения химических соединений ртути в амальгамах с металлами первой IMe и второй IIMe групп.

На основании результатов проведенных исследований структурного, вещественного и фазового состава золотосодержащих амальгам техногенного происхождения была установлена взаимосвязь между изменением содержания в ней компонентов и воздействия ЦЗО в отвалах золотодобычи криолитозоны (рис.6).

Рис. 6. Взаимосвязь между содержанием компонентов в золотосодержащей

амальгаме и количеством ЦЗО (n) в отвалах золотодобычи криолитозоны: 1, 2, 3 – соответственно Au, Hg, минеральные примеси

Из исследований структурного и фазового состава золотосодержащих амальгам, следует, что при вовлечении в отработку техногенных амальгамосодержащих месторождений методом кучного выщелачивания, растворение золота при выщелачивании амальгамы происходить практически не будет вследствие его нахождения в оболочке (капсуле) из ртути, свинца и минеральных примесей (кварца, ильменита, оксидов и гидрооксидов железа и др.).

Поэтому кучное выщелачивание золота из техногенных амальгамсодержащих месторождений криолитозоны должна включать использование физических методов утилизации амальгам золота и  ртути в голове геотехнологий, с учетом изменений свойств (табл. 2).

Таким образом, на основании проведенных исследований воздействия криогенных процессов на геотехнологические свойства руд и техногенных амальгам золота получены следующие результаты:

– установлено, что снижение коэффициента крепости руд при их циклическом замерзании-оттаивании  экспоненциально зависит от понижения температур в ветви их отрицательных значений, что приводит к дифференциации руд естественного и техногенного происхождения по скорости выщелачивания золота после их оттаивания по вертикальному разрезу криолитосферы. Максимальное снижение коэффициента крепости руды в режиме одного цикла замерзания-оттаивания наблюдается при охлаждении руды до отрицательной температуры (T) от 0 до -5…-7 С в зависимости от вида испытаний. Дальнейшее понижение температуры в ветви отрицательных ее значений в режиме одного цикла промерзания-оттаивания приводит к плавному выравниванию показателей снижения коэффициента крепости золотокварцевой руды;

– дана количественная оценка вещественному, фазовому составу, строению и свойствам золотосодержащих амальгам техногенных месторождений криолитозоны, вскрыты закономерности и объяснена природа редуцирования амальгам в техногенных массивах в условиях криогенеза за счет разнопериодных циклических колебаний температур по вертикальному разрезу криолитосферы с целью их утилизации на начальных стадиях геотехнологий кучного выщелачивания золота.

2.        С целью увеличения скорости выщелачивания и повышения извлечения золота из крепких руд в штабеле целесообразно обеспечить увеличение показателя прироста площади растворяемой поверхности ΔSc, применяемого в расчетах кинетических характеристик.

В теории и практике кучного выщелачивания золота существует проблема вскрытия крепких золотосодержащих руд. Одним из решений данной проблемы в условиях криолитозоны предлагается использование метода криодезинтеграции при рудоподготовительных операциях. Криодезинтеграция является методом раскрытия минералов путем раскалывания руды по межминеральным границам без их переизмельчения, в результате расклинивающего действия льда. Механизм этого процесса заключается в увеличении объема воды в трещинах руды при переходе ее в лед на 9%, что объясняется спецификой межмолекулярных взаимодействий, характерных для структуры льда, представляющей микрокристаллы, соединенные между собой водородной связью.

Для обоснования повышения скорости растворения и выщелачивания золота с применением метода криодезинтеграции использовано уравнение скорости растворения и выщелачивания вещества при повышении концентрации растворенного вещества С в жидкой фазе с позиции гетерогенного процесса массопередачи

,  (3)

где dC/dt – скорость изменения концентрации растворенного вещества в объеме раствора; S – площадь растворяемой поверхности; k – константа скорости растворения или выщелачивания

Увеличение площади растворяемой поверхности золотосодержащих руд при циклическом воздействии методом криодезинтеграции определяем через показатель относительной криогенной трещинной пустотности ki

  (4)

где S1 – площадь трещинной пустотности руды до воздействия на нее криогенных факторов; S2 – площадь трещинной пустотности руды после воздействия метода криодезинтеграции

Из условия, что криогенная дезинтеграция руд есть изменение общей площади свободной поверхности дробленой руды в штабеле за один цикл промерзания-оттаивания  (ЦЗО), то можно записать, что

, (5)

где Sc – прирост площади растворяемой поверхности в результате воздействия метода криодезинтеграции, м2

Уравнение (3) с учетом воздействия количества циклов замерзания-оттаивания и петрографического состава руды примет вид:

.  (6)

Расчет параметров уравнения скорости растворения вещества в жидкой фазе, проводится путем решения обратной задачи из полученного регрессионного уравнения полинома второй степени по результатам экспериментальных исследований.

Для экспериментального обоснования использования метода криодезинтеграции при рудоподготовке были выполнены исследования на золотокварцевых сульфидных и малосульфидных рудах месторождений Дарасун и Дельмачик и золотокварцевого месторождения Погромное с использованием оптико-геометрического анализа и применением метода наложения светового спектра (рис. 7).

Рис. 7.  Микрофотографии шлифов руды месторождения Дельмачик до и

после воздействия криодезинтеграции в аквальных условиях

С применением оптико-геометрического метода анализа изображений (рис. 9) показано, что криодезинтеграция увеличивает показатель относительной криогенной трещинной пустотности в зависимости от содержания глинистых фракций, структурной прочности и условий криодезинтеграции для магматических золотокварцевых  малосульфидных и золотокварцевых сульфидных руд от 0,12 до 0,35, тогда как для метаморфизованных кварцитовых руд – от 0,15 до 0,5 (табл. 3).

Для оценки влияния метода криодезинтеграции на скорость кучного выщелачивания крепких золотосодержащих руд, был применен наиболее эффективный и экологически безопасный метод – йодидное выщелачивание золота.

Цикл исследований по выщелачиванию золотосодержащей руды до и после криодезинтеграции показал, что для руды, не подверженной воздействию криодезинтеграции, максимальное содержание золота в растворе составило 4,7 мг/л при средней скорости выщелачивания в течение 72 часов 0,14 мг/л⋅ч (рис. 8).

Для руды после воздействия криодезинтеграции в аэральных условиях (без орошения водой) максимальное содержание золота в растворе составило 5,3 мг/л, в то время как для руды после криодезинтеграции в аквальных условиях (с предварительным орошением водой) – 5,8 мг/л, и нивальных условиях – 6,8 мг/л. Изменение средней скорости выщелачивания золота из руд, подвергнутых криодезинтеграции в течение 72 часов, составило для аэральных условий 0,17 мг/л⋅ч, аквальных – 0,19 мг/л⋅ч и нивальных – 0,23 мг/л⋅ч.

Рис. 8. Динамика перколяционного йодидного выщелачивания золота из

золото-кварцевой малосульфидной руды: 1 (in) – до криодезинтеграции и

после ее воздействия при различных условиях: 2(air) –аэральных,

3(aq)  – аквальных, 4 (nv) – нивальных

В результате было установлено, что увеличение скорости выщелачивания золота из руды, подверженной предварительной криодезинтеграции (dC/dt), приводит к сокращению времени и увеличению степени извлечения золота.  Так извлечение золота в выщелачивающий раствор для дробленой руды без  криодезинтеграции составило 84,9 %, для прошедших стадию криодезинтеграции в аэральных, аквальных и нивальных условиях соответственно 86,8; 88,0 и 93,1 %.

Таким образом, криодезинтеграция рудного штабеля позволяет повысить эффективность кучного выщелачивания золота из крепких золотокварцевых сульфидных и малосульфидных руд (рис. 9).

3.        При определении основных параметров геотехнологии кучного выщелачивания окомкованных золотосодержащих руд необходимо учитывать установленную экспоненциальную зависимость коэффициента фильтрации от высоты штабеля, предельной прочности окомкованной руды, ее насыпного веса и содержания крупнодисперсных частиц +2 мм в составе с песчаным, супесчаным и суглинистым мелкоземом. Без учета данных параметров потери золота в штабеле могут увеличиваться в 2 3 раза и более.

       

На модельных системах изучено влияние статического давления налегающей верхней части штабеля на эффективность кучного выщелачивания золота. Это позволило вскрыть закономерности изменения коэффициента фильтрации и степени извлечения золота в зависимости от высоты штабеля окомкованной руды при изменении ее гранулометрического состава (рис. 10, а, б).

Экспериментально установлено, что на стадии формирования рудного штабеля при достижении критического статического давления налегающей верхней части штабеля превышающего прочность агломерированной  руды, происходит разрушение окатышей с увеличением дисперсности окомкованного материала без существенного образования глинистой составляющей (рис. 10, а). После полного растворонасыщения снижается содержание крупнообломочных фракций +2 мм, в составе руды вновь появляется глинистая составляющая, существовавшая до окомкования. Выбор нижнего предела крупности руды 2 мм обосновывается тем, что частицы крупнее 2 мм не обладают капиллярным поднятием и водоудерживающей способностью.

Рис. 10. Изменение коэффициента фильтрации окомкованной руды в модели штабеля кучного выщелачивания золота в зависимости от содержания окатышей крупностью +2 мм (при прочности окатышей – 68.3 кПа), R2 – коэффициент детерминации

Также установлено, что при достижении критического статического давления налегающей верхней части штабеля более 73,5 кПа (при прочности окомкованной руды 68,3 кПа) содержание мелкозема достигло 55 %, что всего на 10-15% меньше содержания мелкозема в исходной руде. В результате коэффициент фильтрации по глубине штабеля снизился с 0,5 до 0,25 м/сут (рис. 10, б). Скорость снижения величины коэффициента фильтрации для окомкованной руды до водонасыщения при уменьшении содержания окатышей составила 0,28⋅10-4 м/сут, после растворонасыщения – 75⋅10-4 м/сут.

Одновременно была исследована кинетика йодидного выщелачивания золота из окомкованной руды (рис. 11).

Наибольшая скорость выщелачивания достигается в верхнем агломерированном слое при статическом давлении верхней части штабеля, не превышающем предельной прочности окомкованной руды 68,3 кПа. При этом извлечение золота в раствор  составляет 87 %. При статическом давлении верхней части штабеля >73,5 кПа в слое руды, находящемся в условиях статической нагрузки, превышающей предельную прочность окатышей, формируется «структурный» уровень разрушения, характеризующийся низкой фильтрационной способностью, высоким  содержанием глинистой составляющей, мощность которого зависит от вещественного состава, насыпного веса руды и высоты штабеля. В результате скорость выщелачивания золота в этом уровне резко снижается (рис. 11, кривая 2). Извлечение золота в раствор из нижележащего разрушенного слоя модели штабеля, составило 21%, что в 4 раза меньше, чем в слое агломерированной руды, находящемся выше границы разрушения штабеля.

Рис. 11. Кинетика йодидного выщелачивания золота из агломерированной окисленной руды месторождения Погромное (предел прочности 68,3 кПа) при статической нагрузке <73,5  (1) и > 73,5 (2) кПа R2 – коэффициент детерминации

На основании теоретических и экспериментальных результатов исследований в первом приближении предложено уравнение (8) позволяющее определить изменение коэффициента фильтрации в нижележащем слое штабеля подверженного статической нагрузке превышающей предельную прочность окомкованной руды при условии, что предельная прочность окомкованной руды равна нагрузке при известной высоте и насыпном весе штабеля:

,  (7)

  , (8)

где RП – предельная прочность агломерированной руды, кПа (кгс/см2); ρ – плотность окомкованной руды, (кг/м3), h – высота штабеля, м; g – скорость свободного падения, м/с2; ko – коэффициент фильтрации окомкованной руды, с учетом содержания окатышей крупностью +2 мм

Использование уравнения (8) позволяет оптимизировать геотехнологию кучного выщелачивания золота при промышленной отработке россыпных, техногенных месторождений и кор выветривания, с высоким содержанием глинистых фракций. В результате значительно сокращается период кучного выщелачивания золота в условиях криолитозоны за счет равномерного орошения во всем объеме штабеля.

Вместе с тем, как нами было ранее установлено, россыпные месторождения золота криолитозоны характеризуется значительным присутствием крупного, среднего и мелкого золота, а техногенные месторождения – золотосодержащей амальгамой и ртутью. В этой связи применение технологии кучного выщелачивания для таких типов золотосодержащего сырья будет связано с низкой эффективностью и потерей ценного компонента.

Для решения данной проблемы были проведены теоретические и экспериментальные  исследования по обоснованию и разработке аппаратов для отбора проб золотосодержащего сырья с целью геотехнологической оценки россыпных и техногенных месторождений и создания комбинированных геотехнологий сочетающих разработанные технологические аппараты (магнитно-флокуляционный, гравитационно-электрохимический, сегрегационно-диффузионный) и процессы кучного выщелачивания золота.

Испытания разработанных аппаратов в технологических схемах переработки россыпного золота и утилизации золотосодержащей амальгамы показали повышение извлечения золота из россыпных месторождений на 5-7% и амальгамы золота на 10 - 15 %, что делает возможным их использование в комбинированных геотехнологиях сочетающих гравитационные аппараты и кучное выщелачивание золота, а также при геотехнологической оценке россыпных и техногенных месторождений (рис. 12, б).

4.        Управление геотехнологией кучного криовыщелачивания золота с применением сернокислотно-хлоридного раствора и диоксида марганца следует вести на основе установленных зависимостей выщелачивания золота от концентрации электролита-криопротектора (серной кислоты), пористости и коэффициента фильтрации руды,  воднофизических свойств раствора температуры, динамической вязкости, плотности и др.

В настоящее время одним из перспективных, экологически безопасных, высокоэффективных способов кучного выщелачивания золота является сернокислотно-хлоридное выщелачивание в присутствии диоксида марганца. Этот метод позволяет значительно сократить время кучного выщелачивания золота и вовлечь в переработку методом КВ упорные малосульфидные и сульфидные золотосодержащие руды. Разработка и развитие этого способа при переработке золотосодержащих руд в России и ближнем зарубежье стало возможным благодаря работам проф. М.И. Фазлуллина и др. Тем не менее, все возможности данного способа до конца не изучены. В частности, отсутствуют исследования по использованию сернокислотно-хлоридного выщелачивания в присутствии диоксида марганца для круглогодичного кучного выщелачивания золота при отрицательных температурах рудного штабеля и выщелачивающих растворов. Важным достоинством применения данного способа при круглогодичном кучном выщелачивании золота при отрицательных температурах штабеля является входящий в состав выщелачивающего раствора электролит-криопротектор – серная кислота, препятствующая образованию льда.

Эффективность кучного выщелачивания золота зависит от двух основных стадий – химического взаимодействия и транспорта вещества.

Перенос реагирующих веществ из фильтрационного потока к поверхности рудной частицы или отвод растворенных продуктов от ее поверхности определяется первым законом Фика. Определяющими показателями этого процесса являются температура, зависящая от нее динамическая вязкость, градиент концентрации вещества, площадь поверхности диффузионного переноса и коэффициент диффузии.

Градиент концентрации вещества и площадь поверхности диффузионного переноса при кучном выщелачивании с использованием криопротекторов – параметры, которые не меняются при воздействии отрицательных температур. Поэтому их влияние на процесс кучного выщелачивания  ценного компонента аналогично процессу КВ при положительных температурах.

Известно, что коэффициент молекулярной диффузии прямо пропорционален температуре и обратно пропорционален вязкости среды. Вместе с тем ряд ученых приводят данные о том, что коэффициент молекулярной диффузии в жидкостях имеет настолько малые значения, что даже при не больших скоростях течения жидкости равным сотым метра в сутки диффузия будет практически соответствовать скорости фильтрации, а при высоком коэффициенте фильтрации жидкости коэффициент конвективной диффузии будет превышать значение молекулярной на 2 – 3 порядка. В этой связи молекулярной диффузией при прямом выщелачивании золота в диапазоне отрицательных температур с использованием электролитов-криопротекторов можно пренебречь.

В результате проведенного многофакторного моделирования процессов фильтрации на ЭВМ и экспериментальных исследований по имеющимся значениям плотности ρ и динамической вязкости η выщелачивающих растворов, содержащих электролит-криопротектор – серную кислоту установлено, что при понижении температуры из области положительных значений в область отрицательных для монодисперсной системы с пористостью 45 % наблюдается снижение коэффициента фильтрации с 3,9 м/сут до 0,6 м/сут, тогда как для монодисперсной системы с пористостью n = 40% и ниже коэффициент фильтрации изменяется с 2,5 м/сут до 0,1 м/сут.

Для монодисперсной системы с пористостью ниже 26 % коэффициент фильтрации 30 %-го выщелачивающего раствора электролита, содержащего криопротектор – серную кислоту, находится ниже предела допустимых значений коэффициента фильтрации при кучном выщелачивании.

На основе полученных результатов в первом приближении были выполнены экспериментальные исследования и проведены расчеты по установлению зависимости извлечения золота в раствор от изменения концентрации электролита-криопротектора в сернокислотно-хлоридном выщелачивающем растворе в присутствии диоксида марганца и пористости среды в диапазоне отрицательных и положительных температур при прямом механизме растворения за единицу времени при прочих равных условиях (рис. 13, кривые 1, 2, 3, 4, 5).

Рис. 13. Расчетные и экспериментальные зависимости степени извлечения золота в раствор (1, 2, 3, 4, 5) от изменения концентрации электролита-криопротектора и пористости монодисперсной системы соответственно 45, 40, 35, 30 и 26 % в диапазоне отрицательных и положительных температур при прочих равных условиях

В качестве исходных расчетных данных также использовались результаты исследований выщелачивания золота сернокислотно-хлоридным раствором в присутствии гидратированного диоксида марганца при положительных температурах, полученные М.И. Фазлуллиным и др.

Извлечение золота при кучном выщелачивании минерального сырья с применением известного сернокислотно-хлоридного раствора в присутствии диоксида марганца рассчитывается по формуле (9) и зависит от коэффициента фильтрации.  Последний рассчитывается с использованием формулы (10), определяющей влияние концентрации электролита-криопротектора (серной кислоты), температуры, динамической вязкости, плотности, коэффициента фильтрации и пористости руды.

  (9)

(Т) – извлечение золота при прямом режиме выщелачивания, %;  С – концентрация золота в продуктивном растворе, кг/м3; tlea – время выщелачивания, сут; S – площадь орошаемой поверхности, м2; P – средняя масса золота в исходной руде, кг

Коэффициент фильтрации выщелачивающего раствора с учетом влияния температур рассчитывался по формуле (Грунтоведение, 2005)

(10)

где k(Т) – коэффициент фильтрации, м/сут; ρ, η - соответственно плотность (кг/м3) и вязкость (Па⋅с) выщелачивающего раствора при положительной и отрицательной температурах; d – эффективный диаметр частиц, мм; S1 – число Слихтера, безразмерная величина, определяемая коэффициентом упаковки частиц

На основе установленных закономерностей выщелачивания золота при отрицательных температурах разработан алгоритм и программа расчета параметров изменения физических и водно-физических свойств выщелачивающих растворов, содержащих электролиты-криопротекторы.

Таким образом, обоснована возможность применения способа выщелачивания с применением сернокислотно-хлоридного выщелачивания золота в присутствии диоксида марганца для круглогодичного кучного выщелачивания золота при отрицательных температурах штабеля путем регулирования концентрации электролита–криопротектора – серной кислоты. Для его реализации усовершенствована геотехнология сернокислотно-хлоридного выщелачивания золота в присутствии диоксида марганца, включающая криодезинтеграцию руды, выщелачивание руды с комбинированием кюветного и кучного выщелачивания золота (рис. 12, а).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований, установлены закономерности изменения состава и геотехнологических свойств золотосодержащего сырья криолитозоны, а также незамерзающих выщелачивающих растворов содержащих электролиты-криопротекторы в неравновесных термодинамических условиях и фазовых переходах воды и их влияние на скорость выщелачивания золота, совокупность которых может быть квалифицирована как разработка научно обоснованных технологических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и повышение ее обороноспособности, а именно, обоснование геотехнологий, обеспечивающих повышение добычи золота и снижение  энергозатрат при кучном выщелачивании золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения в условиях криолитозоны, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором:

1. Установлены закономерности скорости кучного выщелачивания золота от изменения прочностных характеристик и водонасыщения золотосодержащих руд при цикличных колебаниях температур и условий криолитогенеза (аэральных, аквальных и нивальных). Снижение коэффициента крепости руд экспоненциально зависит от понижения температур в ветви их отрицательных значений, что приводит к дифференциации геотехнологических свойств руд по скорости выщелачивания золота после их оттаивания в массивах естественного и техногенного происхождения (месторождений золота, штабелей КВ) по вертикальному разрезу криолитосферы. Максимальное снижение коэффициента крепости руды в режиме одного цикла промерзания-оттаивания наблюдается при охлаждении руды до отрицательной температуры (T) от 0 до -5…-7 С в зависимости от вида испытаний.

2. Дана количественная оценка вещественному, фазовому составу, строению и свойствам золотосодержащих амальгам техногенных месторождений криолитозоны, установлены закономерности и объяснена природа редуцирования амальгам в техногенных массивах в условиях криогенеза за счет разнопериодных циклических колебаний температур по вертикальному разрезу криолитосферы с целью их утилизации на начальных стадиях геотехнологий кучного выщелачивания золота.

3. Получено обобщенное уравнение для определения коэффициента фильтрации штабеля кучного выщелачивания из окомкованной руды – физический критерий скорости кучного выщелачивания ценного компонента, учитывающий предельную прочность и плотность окомкованной руды, высоту штабеля и содержание крупнообломочных частиц (+2 мм) в составе с песчаным, супесчаным и суглинистым мелкоземом;

4. Установлены зависимости основных количественных показателей кучного сернокислотно-хлоридного выщелачивания золота в присутствии диоксида марганца от концентрации криопротектора (серной кислоты), температуры, динамической вязкости, плотности, коэффициента фильтрации раствора и пористости руды в условиях отрицательных температур. Экспериментально доказана возможность кучного выщелачивания золота в диапазоне отрицательных температур рудного штабеля от 0 до -30 °С;

5. Разработанная теория является основой для создания методов расчета кучного криовыщелачивания золотосодержащего сырья природного и техногенного происхождения в условиях криолитозоны, характеризующейся распространением мерзлых горных пород и среднегодовыми отрицательными температурами воздуха:

– экспериментальные зависимости, методы и уравнения определения параметров криодезинтеграции крепких руд, формирования штабелей из окомкованных глинистых золотосодержащих руд рекомендуются для разработки мероприятий по повышению производительности добычи золота и энергосбережения при освоении золотосодержащих месторождений криолитозоны природного и техногенного происхождения;

– установленные зависимости кучного криовыщелачивания золота с применением сернокислотно-хлоридного выщелачивания в присутствии диоксида марганца могут быть использованы при оценке и выборе параметров выщелачивающих растворов, содержащих электролиты-криопротекторы, при освоении месторождений цветных и благородных металлов в условиях распространения многолетнемерзлых горных пород.

Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе Читинского государственного университета при подготовке студентов-магистров по направлению «Горное дело», а также управлением Читинского округа Госгортехнадзора России при проведении курсов повышения квалификации специалистов в области геотехнологий.

Ожидаемый экономический эффект от реализации результатов диссертационной работы только на двух месторождениях составит более 250 млн. руб.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

а) монографии

1. Татауров С.Б. Трансформация и переработка золотосодержащего сырья в условиях криолитозоны / М.: Издательство «Горная книга». – 2008. – 318с.

2. Татауров С.Б. Криогенез и ртутьсодержащие соединения в горнопромышленных отвалах / Д.М. Шестернев, С.Б. Татауров // Якутск: Институт мерзлотоведения СО РАН. 2003. – 178 с. – соавтор

3. Татауров С.Б. Техногенные грунтовые массивы горнопромышленных предприятий и их влияние на состояние геологической среды криолитозоны. / Д.М. Шестернев, В.Н. Зайцев, С.Б. Татауров // Основы геокриологии. Ч. 6. Геокриологический прогноз и экологические проблемы в криолитозоне // Под редакцией Э.Д. Ершова. – М.:Изд-во МГУ, 2008. –стр. 555-575.

б) научных статьях в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

4. Татауров С.Б. Исследование параметрических характеристик водных растворов электролитов для кучного выщелачивания полезных ископаемых в криолитозоне /Горный информационно-аналитический бюллетень. № 6. – М.: МГГУ, 2007. – Cтр. 271-278.

5. Татауров С.Б. Исследования процессов редуцирования и изменчивости технологических свойств золотосодержащих амальгам геотехногенных месторождений в условиях криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 8. – М.: МГГУ, 2008. – Cтр. 39-44.

6. Татауров С.Б. Исследование криогенной дезинтеграции золотокварцевых руд для интенсификации процесса кучного выщелачивания золота / Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых. №1–2,  Новосибирск: СО РАН., 2006, – Cтр. 108-116.

7. Татауров С.Б. Теоретические исследования воздействия криогенеза на рудоподготовку золотосодержащего сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 8. – М.: МГГУ, 2007. – Cтр. 249-255.

8. Татауров С.Б. Перспективы использования физических и физико-химических методов интенсификации кучного выщелачивания золота в криолитозоне Забайкалья / Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 1. – М.: МГГУ, 2006. – Стр. 271-275.

9. Татауров С.Б. Изменение коэффициентов фильтрации и гранулометрического состава золотосодержащей окомкованной суглинистой руды в период строительства и водонасыщения штабеля кучного выщелачивания / Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров, А.Н. Черепанов // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 12. – М.: МГГУ, 2006. – Cтр. 286-294.

10. Татауров С.Б. Оценка эффективности извлечения золота при кучном выщелачивании окомкованной суглинистой руды в Сибири /Горный информационно-аналитический бюллетень. № 7. – М.: МГГУ, 2007. – Стр. 314-320.

11. Татауров С.Б. Новые технические разработки поточных линий (схем) для переработки золотосодержащих песков техногенных месторождений / В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 5. – М: МГГУ. 2000. – Cтр. 174-177.

12. Татауров С.Б. Обоснование и разработка эффективной техники и технологии утилизации золотосодержащей амальгамы из техногенных месторождений / В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 11. – М: МГГУ. 2000. –Cтр. 30-33.

13. Татауров С.Б. Новые процессы извлечения мелкого золота из отвальных продуктов. / В.В. Кармазин, О.И. Рыбакова, В.А. Измалков, С.Б. Татауров // Горный журнал. 2002. №2. – Cтр. 71-77.

14. Татауров С.Б. Исследования изменчивости технологических свойств золотосодержащего сырья в условиях криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 8. – М.: МГГУ, 2008. – Cтр. 45-50.

15. Татауров С.Б. Оценка россыпного золотосодержащего сырья  криолитозоны для обоснования комбинированной геотехнологии кучного выщелачивания золота // Записки горного института. Т189. – СПб.: СПГГИ(ТУ), 2010 – Стр. 154-161.

16. Татауров С.Б. Экспертиментально-теоретические исследования и обоснование геотехнологии формирования штабеля из окомкованных золотосодержащих руд для улучшения его фильтрационных свойств // Записки горного института. Т 189. – СПб.: СПГГИ(ТУ), 2010 – Стр. 162-168.

17. Татауров С.Б. Обоснование геотехнологии кучного криовыщелачивания золота // Записки горного института. Т 190. – СПб.: СПГГИ(ТУ), 2010 – Стр. 119-126.

18. Татауров С.Б. Совершенствование геотехнологий кучного выщелачивания золота с примением криогенной дезинтеграции руд // Записки горного института. Т 190. – СПб.: СПГГИ(ТУ), 2010 – Стр. 127-132.

в) статьях и тезисах докладов

15. Татауров С.Б. Воздействие криогенеза на кучное выщелачивание золота // Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменения: Материалы международной конференции. Т. 2. –Тюмень: ТюмГНГ, 2006. – Стр. 144–148.        

16. Татауров С.Б. Перспективы переработки отходов горного производства в условиях криолитозоны. // Доклады конференции «40 лет ЗабНИИ». – Чита: ЗабНИИ. –2001. – стр. 45 – 57.

17. Tataurov S.B. Cryogenic physical and chemical technologies of ore dressing and processing of minerals of natural and technogenic deposits of gold / S.B. Tataurov, A.L. Petrikey // Asian Conference On Permafrost Lanzhou, China, August 7-9, 2006. – Cтр. 51.

18. Татауров С.Б. О некоторых направлениях к разработке технологических схем утилизации золотосодержащей амальгамы из техногенных месторождений / В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Доклады семинара. Добыча золота. Проблемы и перспективы. – Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 1997. – Стр. 315–325.

19. Татауров С.Б. Совершенствование технологии рудоподготовки и кучного выщелачивания цветных и благородных металлов в Сибири // "Деловая слава России" вып.II. 2007. – Cтр. 78–80.

20. Татауров С.Б. Влияние физико-химических процессов на трансформацию золотосодержащих амальгам в условиях криолитозоны // Четвертая научно-техническая конференция Горного института (материалы конференции), ч.2. –Чита: ЧитГТУ, 2003. – Cтр. 117–121.        

21. Tataurov S.B. Exploration of behaviour bridgings of mercury in technogenic rock masses permafrost. / D.M. Shesternyov, S.B. Tataurov // Journal of glaciology and geocryology. Vol. 26. – China, 2004. – P. 275–280.

22. Татауров С.Б. Исследование трансформации амальгам в геотехногенных массивах горных пород криолитозоны // Материалы международного совещания «Плаксинские чтения-2004». Иркутск, 13–17 сентября 2004 г. –М.: Альтекс, 2004. – Стр. 203–204.        

23. Татауров С.Б. Особенности и перспективы кучного выщелачивания золота в криолитозоне Забайкалья / Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны. Тр. Международной научн.-практ. конференции, т III. – Якутск: ИМЗ СО РАН, 2005. – Стр. 74–77.

24. Tataurov S.B. Development geocryotechnological actions for protection of an environment at a mining of gold in conditions permafrost / D.M. Shesternyov, S.B. Tataurov // Journal of glaciology and geocryology. Vol.26. –China, 2004. –P. 281–285.

25. Татауров С.Б. Строение и состав интерметаллидов в геотехногенных месторождениях золота в зоне криоминералогенеза Центрального Забайкалья / Д.М. Шестернев, С.Б. Татауров // Проблемы геологической и минерагенической корреляции в сопредельных территориях России, Китая и Монголии: Труды VI международного симпоз. и чтений памяти акад. С.С. Смирнова, Чита. 11 – 15 октября 2005 г. –Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2005. Cтр. 170–173.

26. Татауров С.Б. Обоснование и разработка криотехнологии кучного выщелачивания золота // Современные проблемы обогащения и глубокой комплексной переработки минерального сырья (Плаксинские чтения): Материалы международного совещания. Владивосток, 16-21 сентября 2008 г. - Владивосток: 2008. –стр. 298-299

27. Tataurov S.B. Study of cryogenic disintegration of gold-quarz ores to intensify the heap leaching of gold / D.M. Shesternyov, V.P. Myazin, S.B. Tataurov // Journal of Mining Science. V. 42, №1. 2006. – P. 91-98.

28. Татауров С.Б. Обоснование метода криодезинтеграции крепких золотосодержащих руд для повышения технико-экономических показателей кучного выщелачивания золота // "Деловая слава России" вып.III. 2008. – Cтр. 106–109.

г) авторских свидетельствах и патентах на изобретение

29. Поточная линия для круглогодичного кучного выщелачивания благородных металлов / Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров // Пат. № 2298092 Российская Федерация, МПК E21B43/28. – 2005117301/03;  заявл. 2005.06.06; опубл. 2007.04.27, Бюл. № 12. приоритет 2005.06.06. – 7 с.: ил.2.

30. Поточная линия для переработки металлоносного сырья золотосодержащих месторождений / В.П. Мязин, С.Б. Татауров, Л.В. Попова //Пат. 2129618 Российская Федерация, МКИ С 22 B 11/12. – № 97120814/02; заявл. 09.12.97; опубл. 27.04.99, Бюл. № 12. приоритет 09.12.97. –12 с.: ил.2.

31. Поточная линия для переработки металлоносного сырья золотосодержащих месторождений / В.П. Мязин, Л.В. Попова, С.Б. Татауров // Пат. 2129618 Российская Федерация, МКИ С 22 B 11/12. – № 97120814/02; заявл. 09.12.97; опубл. 27.04.99, Бюл. № 12. приоритет 09.12.97. –12 с.: ил.2.

32. Устройство для обогащения металлоносных песков / В.П. Мязин, В.В. Кармазин, В.Г. Черкасов, Н.И. Закиева, С.Б. Татауров // Пат. № 2119827 Российская Федерация, МКИ B 03 C 1/08, B 03 B 5/70. – №96111612/03; заявл. 07.06.96; опубл. 10.10.98, Бюл. № 28. приоритет 07.06.96. –10 с.: ил.5.

33. Гравитационный концентратор / В.В. Кармазин, С.Б. Татауров, Д.В. Дядченко, Н.П. Кармазина, С.Н. Рахимов / Пат. № 2345839 Российская Федерация, МПК7 B03B5/38.– 2007123816/03; заявл. 2007.06.27.; опубл. 2009.02.10., Бюл. № 4. приоритет 2007.06.27. – 5 с.: ил.2.

34. Устройство для изучения технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года / Д.М. Шестернев, С.Б. Татауров, Черепанов А.Н. / Пат. № 2282716 Российская Федерация, МКИ E21B43/28. – 2004134760/03; заявл. 2004.11.29; опубл. 2006.08.27, Бюл. № 24. приоритет 2004.11.29. – 8 с.: ил.3.

Вклейка

Рис. 3. Схема редуцирования амальгам золота в техногенных

отвалах криолитозоны (×150)

Рис. 4. Структура амальгам золота техногенного происхождения в криолитозоне (месторождение Большой Горохон): а – слой сезонных и б – годовых колебаний температур

Вклейка

Таблица 2

Важнейшие физические и физико-химические свойства

золотосодержащих амальгам техногенных месторождений

Агрегатное

состояние

Физико-химические свойства

ρ, кг/м3

λ(теор), Вт/(м⋅K)

ε,

10 –5 мкВ/С

χуд,

10-8 м3/кг

Cos θмах

Жидкое

I

13780

21,5

-1,69

0,096

0,763

Гетерогенно-жидкое

II

14010

33,9

-1,67

0,222

Смачивание не наблюдалось

15425

109,05

-1,5

0,01

Твердое

III

14370

172,94

-1,69

0,115

-

Примечание. I, II, III – амальгамы геотехногенных месторождений, ρ, λ, ε, χуд, Cosθ - соответственно плотность, коэффициент теплопроводности, термоэдс, удельная магнитная восприимчивость, краевой угол смачивания

Таблица 3

Показатель относительной криогенной трещинной пустотности для

некоторых типов руд месторождений золота криолитозоны

Генетический тип месторож-дений

Геолого-промышленный

тип

Вмещающие

породы

ki

Примеры месторождений

air

aq

nv

Магматичес-кий

Золотокварцевый малосульфидный

Гранодиориты габброиды,

граниты

0,13

0,21

0,35

Дельмачик, Совесткое

Золотокварц-сульфидный

Диориты,

габброиды,

сиениты

0,12

0,16

0,3

Дарасун, Березовское

Метамор-физованный

Кварцитовый золото-содержащий

Сланцы,

песчаники

0,15-0,17

0,3-

0,35

0,45-

0,5

Погромное, Таборное

Примечание: air –аэральные, aq  – аквальные, nv – нивальные условия криодезинтеграции

Вклейка

Рис. 9. Принципиальная схема кучного цианидного выщелачивания золотосодержащих крепких руд (с применением криодезинтеграции руды)

Вклейка






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.