Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

Особый тип месторождений золота составляют так назы-

ваемые золотоносные конгломераты. К этому типу относит-

ся крупнейшее в мире месторождение золота (и урана)

Витватерсранд (ЮАР). Конгломераты сложены из кварце-

вых галек, прочно сцементированных мелкозернистым квар-

цем с примесью других минералов; золото находится в це-

менте. Среди специалистов нет единого мнения о происхож-

дении этого месторождения. Часть геологов полагает, что.

золото вместе с ураном было привнесено гидротермальны-

ми растворами в толщу конгломератов, образовавшихся на

более ранней геологической стадии. Другие геологи скло-

няются к тому, что золотосодержащие конгломераты пред-

ставляют собой древнюю россыпь, подвергшуюся процессу

метаморфизма (преобразованию). В технологическом отно-

шении золотосодержащие конгломераты принадлежат к

типу коренных руд.

Извлечение золота из россыпных руд значительно про-

ще и дешевле, чем из коренных. Россыпи, как правило, за-

легают на небольших глубинах. Это позволяет разраба-

тывать их наиболее дешевым открытым способом. Золоти-

ны в россыпных рудах находятся в свободном состоянии,

что делает ненужными энергоемкие и дорогие операции

дробления и измельчения и позволяет извлекать металл

простым и высокопроизводительным способом промывки

песков в воде. В итоге добыча и обработка песков россып-

ных месторождений обходится в десятки раз дешевле, чем

коренных руд. Поэтому россыпные месторождения разра-

батывают, даже при очень низком содержании в них золо-

та, вплоть до 0,1 г/т.

Для коренных руд при существующем уровне техноло-

гии минимальное промышленное содержание золота, обес-

печивающее рентабельную разработку месторождения,

обычно лежит в пределах от 1 до 4 г/т в зависимо-

сти от запасов и типа руд, географического положе-

ния, горнотехнических условий разработки и других фак-

торов.

Простотой извлечения золота из россыпей объясняется

то, что в течение многих веков и даже тысячелетий рос-

сыпные месторождения были главным сырьевым источни-

ком золота. В древние времена россыпное золото в значи-

тельных масштабах добывали в Африке, Южной Америке,

Азии (Китай), Европе (на территории нынешней Испании)

и других частях земного шара. Еще в прошлом столетии

широкой известностью пользовались богатейшие россыпи.

Калифорнии, Австралии, Канады, Аляски.

3 Is

Таблица 2. Структура золоторудного сырья некоторых

капиталистических стран в 1976 г., %

Тип руд

ЮАР

Канада США

Австралия

Коренные 95,0 73,0 33,0

71,2

Россыпные 5,0 0,6 1,0

—

Медные . .

—

17,4

34,0 13,5

Свинцово-цинковые .....

—

0,3

32,0

8,8

Прочие

—

8,7

—

6,5

Итого: 100,0 100,0

100,0 100,0

Примерно к концу XIX в. золотые россыпи были в ос-

новном выработаны, и преобладающим сырьем золотоиз-

влекательной промышленности стали коренные руды. В на-

стоящее время на долю россыпей приходится не более 2—

3 % общей добычи золота.

Как уже упоминалось, крупнейшим в мире месторожде-

нием золота являются конгломераты Витватерсранда в

Южной Африке (ЮАР). Это уникальное коренное место-

рождение уже в течение почти 100 лет дает большую часть

добываемого в мире золота. Для конгломератов Витватерс-

ранда при огромных запасах руд характерно сравнитель-

но невысокое содержние золота (около 13 г/т), однако оно

выдерживается вплоть до больших глубин. Южноафрикан-

ские золотые рудники — самые глубокие в мире (глубина

отдельных шахт достигает 4300 м). Помимо золота конг-

ломераты Витватерсранда содержат уран, попутное извле-

чение которого существенно повышает рентабельность пе-

реработки этих руд.

Современные крупные месторождения коренного золо-

та находятся в Канаде, США, Папуа-Новая Гвинея, Ав-

стралии, Зимбабве, Гане, Доминиканской республике, на

Филиппинах и в других странах.

Помимо собственно золотых руд, в которых золото

представляет собой единственный или основной ценный

компонент, важным сырьевым источником являются также

сульфидные руды цветных металлов: медные, медно-нике-

левые, медно-молибденовые, свинцово-цинковые. При пере-

работке этих руд золото извлекают попутно.

В настоящее время структура золоторудного сырья ка-

питалистических стран характеризуется следующими при-

мерными данными (табл. 2).

Данные о добыче золота в капиталистических странах

приведены ниже, т:

1972 г. 1974 г. 1976 г.

1978 г. 1980 г.

1982 г . 1984 г.

Всего,

1157,0 1010,0

972,0 980,3

954,4

1025,1

1148,7

В том числе:

ЮАР ....

909,8

727,7 713,4

706,4 675,1

664,3 683,3

Канада . . . .

, 64,7

52,8

52,6

54,0

50,6

64,7 81,3

США . . . .

45,1

35,0

32,6

30,2

45,0 71,5

Бразилия . . .

—

7,4

5,1

22,0

35,0 34,8 55,1

Австралия . . ! 23,5

15,9

15,6

20,1

17,0 27,0

39,0

Филиппины . .

18,8

16,7

15,6

20,2

22,0 31,0

34,1

Колумбия . . . 5,8

8,2

9,3

7,6

17,0 15,9

21,3

Папуа — Новая

18,3

Гвинея . . . , , 12,4

20,7

20,5

23,4

14,3

17,8

18,3

Зимбабве . .

. 15,6

24,9 18,7

17,0 11,4

13,4

14,5

Гана 22,6

19,1 17,1 14,2

10,8 13,0

11,6

Около 60 % всей добычи приходится на долю ЮАР.

Огромные запасы золота в этой стране, низкая заработная

плата коренного населения на рудниках приносят золото-

добывающим компаниям большие прибыли. Этому способ-

ствует также попутное извлечение урана из руд. В эконо-

мике ЮАР золотодобывающая промышленность является

ведущей, в ней занято 60 % всех работающих, расходуется

40 % производимой в стране электроэнергии.

Запасами золотых руд располагает СССР. В нашей

стране месторождения коренного золота встречаются в За-

падной и Восточной Сибири, в Забайкалье, на Урале, на

Дальнем Востоке и Северо — Востоке, в Казахстане, на

Кавказе, в среднеазиатских республиках.

В отличие от золота, большую часть которого извлека-

ют из собственно золотых руд, серебро в основном получа-

ют попутно при переработке комплексных руд цветных ме-

таллов. Главным сырьевым источником серебра являются

свинцово-цинковые руды, в меньшей степени-медные, мед-

но-никелевые и др. Собственно серебряные руды имеют

подчиненное значение. Небольшое количество серебра изв-

лекают при переработке золотых руд.

Данные о производстве серебра в капиталистических

странах приведены ниже, т:

1970 г.

Всего 8040

В том числе:

Мексика ... 1330

Перу .... 1238

США .... 1399

Канада .... 1378

Австралия . . 808

1975 г.

1980 г.

1982 г.

1984 г.

7435

8160

9247 10046

1180

1473 1550 1988

1166

1340

1691 1664

1086 1006

1252 1381

1235 1070 1314

1169

725

767

907 1063

3—706

Среди зарубежных стран ведущими производителями

серебра являются Мексика, Перу, США, Канада и Австра-

лия, на долю которых приходится около 75 % производст-

ва этого металла.

§ 2. Минералы золота

Вследствие своей химической инертности золото находится

в рудах почти исключительно в виде самородного металла.

Химический состав частиц самородного золота переменный

с вариациями в довольно широких пределах, но обычно с

пробладанием золота. Типичные примеси в самородном зо-

лоте— серебро, медь, железо; в малых количествах при-

сутствуют мышьяк, висмут, теллур, селен и другие элемен-

ты. Содержание золота в зернах самородного металла со-

ставляет 75—90 % (чаще всего около 85 %.), серебра—1 —

10 % (иногда до 20 % и даже 40 %), железа и меди — да

1 %. В медных рудах иногда встречается медистое золото,

в медно-никелевых рудах — палладистое, платинистое, ро-

дистое золото. Состав некоторых самородных минералов

золота приведен в табл. 3.

Из минералов, являющихся химическими соединениями,,

известны теллуриды золота (калаверит АиТе

, сильванит

AuAgTe

, креннерит AuAgTe

, петцит Ag3AuTe

и др.), а

также ауростибит AuSb

Из всех известных минеральных форм золота (свыше

Таблица 3. Состав самородных минералов золота, %

Минерал Au Ag

Си

Прочие

Золото самородное

70—100

0—1 0--1

Электрум ....

50—70

30—50 0—1 0--1

Медистое золото .

74,3—80,1

2,3—20

— 9-

-20,4

Палладистое золо-

8,2—11.6Pd

то (порпецит) . .

86,0

4,2

—

ОД

8,2—11.6Pd

Платинистое золо-

то

86,0

3,0

— — 10,5 Pt

Родистое золото

11,6 Rh

(родит) .... 88,4

— — —

11,6 Rh

Иридистое золото

0,6

3,8Pt",

(ираурит) . . .

62,1

2,1

0,6

3,8Pt",

(ираурит) . . .

30,0Ir

Мальдонит . . .

64,5

— — — 35,5 Bi

Амальгамы золота

*34,2—41,6 0—5

57—61 Hg

20) основное промышленно значение имеет самородное

золото. Остальные минералы встречаются редко.

В рудах самородное золото находится в виде разнооб-

разных, обычно неправильных по форме выделений:, крюч-

коватых, проволочных, прожилковых, губчатых, чешуйча-

тых, дендритных, зернообразных и т. д. Крупность частиц

самородного золота изменяется в широком диапазоне — от

мельчайших частиц невидимых даже под микроскопом, до

гигантских самородков массой 10—100 кг. Последние одна-

ко встречаются исключительно редко. Подавляющая масса

золота присутствует в рудах в виде мелких частиц, обыч-

но мельче 0,5—1,0 мм.

Крупность золота — одно из его важнейших технологи-

ческих свойств. Исходя из поведения золота в последующих

технологических операциях, принято различать крупное

(+70 мкм), мелкое (—70+1 мкм) и тонкодисперсное

(—1 мкм) золото. Последнее обычно характерно для суль-

фидных руд.

Крупное золото при измельчении руды освобождается

от связи с минералами, образующиеся свободные золотины

легко улавливаются при гравитационном обогащении, но

плохо флотируются и медленно растворяются при цианиро-

вании. Мелкое золото в измельченной руде частично нахо-

дится в свободном состоянии, а частично — в сростках с

другими минералами. Мелкое свободное золото хорошо

флотируется, быстро растворяется при цианировании,

но с трудом извлекается гравитационными методами

обогащения. Мелкое золото в сростках также успешно пе-

реходит в раствор при цианировании, но почти не извле-

кается при гравитационном обогащении. Флотационная ак-

тивность такого золота определяется флотационной актив-

ностью связанного с ними минерала. Тонкодисперсное

золото, ассоциированное в большинстве случаев с сульфи-

дами, при измельчении руды вскрывается лишь незначи-

тельно, основная его масса остается в минералах-носите-

лях, чаще всего в пирите и арсенопирите. При цианирова-

нии такое золото не растворяется, в процессах гравитаци-

онного и флотационного обогащения извлекается вместе с

минералами-носителями. Руды, содержащие тонкодисперс-

ное золото, относятся к категории упорных и перерабаты-

ваются специальными методами.

Из сказанного следует, что крупность золота является

одним из основных факторов, определяющих технологиче-

скую схему переработки золотосодержащей руды.

Довольно часто частицы золота покрыты пленками из

оксидов железа или марганца, аргентита (Ag2S), ковелли-

на (CuS), галенита (PbS) и некоторых других минералов

Пленки на золотинах могут образоваться также в резуль-

тате наклепа минеральных частиц в процессе измельчения

руды. Поведение такого золота в технологических опера-

циях зависит от характера пленок. Сплошные и плотные

пленки препятствуют растворению при цианировании. Ес-

ли покрытия пористы или занимают только часть поверх-

ности, то цианирование возможно, но протекает с меньшей

скоростью. При гравитационном обогащении крупное, по-

крытое пленками золото, подает в концентрат, однако,,

дальнейшее извлечение его из концентрата требует приме-

нения специальных методов. При флотационном обогаще-

нии золотины с покровными образованиями, как правило,

флотируются хуже, чем с чистой поверхностью. Наличие

пленок на золотине необходимо учитывать при выборе тех-

нологической схемы переработки руды.

§ 3. Минералы серебра

Как и золото, серебро встречается в природе в самород-

ном состоянии. Однако значительно чаще оно находится в

рудах в форме минералов, представляющих собой химиче-

ские соединения, что обусловлено большей химической ак-

тивностью этого металла по сравнению с золотом.

Известно свыше 60 минералов серебра, которые мож-

но разделить на следующие основные группы:

1) самородное серебро и природные сплавы серебра с

золотом (кюстелит

, электрум);

2) сульфиды, например, аргентит Ag2S, шромейерит

AgCuS;

3) сульфосоли, например, пираргирит Ag

SbS

, прустит

AsS

, стефанит Ag

SbS

и др.;

4) антимониды и арсениды, например, дискразит

Sb;

5) теллуриды и селиниды: гессит Ag2Te, науманнит

Se, петцит Ag

AuTe

и др.;

6) галоиды и сульфаты: кераргирит AgCl, аргентояро-

зит AgFe

(0H)

(S0

)

и др.

Наиболее важными минералами серебра, имеющими

промышленное значение, являются самородное серебро и

его природные сплавы с золотом, аргентит, прустит, керар-

Покрытое пленками золото иногда называют золотом «в рубаш-

ке» или «ржавым».

Кюстелит — самородное серебро с примесью 10—20% Аи.

гирит. Кроме того, серебро часто присутствует в сульфид-

ных рудах цветных металлов как примесь в галените PbS,

блеклых рудах

и других минералах.

§ 4. Общие принципы извлечения золота

и серебра из рудного сырья

Технологические схемы переработки золотых руд отлича-

ются большим разнообразием. Выбор той или иной схемы

зависит от многих факторов, из которых главными являют-

ся характер золота в руде, прежде всего его крупность;

вещественный состав руды; характер минералов, с которы-

ми ассоциировано золото (обычно кварц или сульфиды);

присутствие в руде других ценных компонентов; присутст-

вие компонентов, осложняющих технологию обработки.

В технологический процесс извлечения золота из руд-

ного сырья входят подготовительные (дробление, измель-

чение), обогатительные (гравитационное обогащение, фло-

тация и т. д.) и металлургические (амальгамация, циани-

рование, плавка, обжиг и т. д.) операции. Выбранная

технологическая схема должна обеспечивать высокое из-

влечение золота, комплексное использование сырья (т. е.

попутное извлечение из руды других ценных компонентов),

минимальные удельные затраты материальных, энергети-

ческих и трудовых ресурсов, минимальное загрязнение

окружающей среды отходами производства.

Конечной продукцией золотоизвлекательных предприя-

тий является черновое золото или богатые золотосодержа-

щие осадки. Дальнейшая переработка этих продуктов осу-

ществляется на специализированных аффинажных заводах

с получением золота и серебра высокой чистоты.

Специфической особенностью золотых руд является

крайнее низкое содержание в них основного ценного ком-

понента. Степень концентрирования золота в процессе

обработки руд и получения чистого металла характеризу-

ется величиной порядка 10

—10

. Поэтому если начальные

стадии технологического процесса весьма громоздки и свя-

заны с переработкой больших объемов рудного сырья, то

на заключительных операциях имеют дело с несоизмеримо

меньшими количествами перерабатываемых материалов.

Блеклые руды — изоморфный ряд минералов — сульфосолей с

общей формулой C1112X4S13, где X—As, Sb, в котором мышьяк и сурьма

могут изоморфно замещать друг друга. В качестве примеси в блеклых

рудах часто содержится серебро, изоморфно замещающее медь.

Как уже было сказано, основным сырьевым источником

серебра являются руды цветных металлов (медные, мед-

ио-никелевые, свинцово-цинковые и др.), в которых сереб-

ро (и некоторое количество золота) присутствует в виде

примеси и извлекается попутно с цветными металлами.

Технология переработки таких руд подробно рассматри-

вается в соответствующих курсах металлургии тяжелых

цветных металлов. Поэтому в настоящем курсе изложение

металлургии серебра ограничено в основном технологией

аффинажного производства. Вопросы же извлечения се-

ребра из рудного сырья рассматриваются лишь в той сте-

пени, в которой они связаны с переработкой золотых руд,

содержащих серебро как примесь.

Глава IV

ПОДГОТОВКА РУД

К ИЗВЛЕЧЕНИЮ ЗОЛОТА И СЕРЕБРА

В настоящее время золото и серебро извлекают из коренных руд либо

с помощью гидрометаплургических процессов, либо с применением ком-

бинированных схем, в которых большую роль играют приемы обога-

щения различными методами. Так как добытая руда представляет со-

бой крупные куски (до 500 мм, а иногда и крупнее), то ее прежде

всего дробят и измельчают.

§ 1. Дробление и измельчение

Задача этих операций — полное или частичное раскрытие зерен золо-

тосодержащих минералов, в основном, частиц самородного золота, и

приведение руды в состояние, обеспечивающее успешное протекание

последующих обогатительных и гидрометаллургических процессов.

Операции дробления и особенно тонкого измельчения энергоемки, и

расходы на них составляют значительную долю общих затрат на пере-

работку руды (от 40 до 60 %). Поэтому нужно иметь в виду, что из-

мельчение всегда нужно заканчивать на той стадии, когда благо-

родные металлы окажутся достаточно вскрытыми для окончательного

их извлечения или для промежуточной их концентрации. ^

Поскольку основной прием извлечения золота и серебра для боль-

шинства руд — гидрометаллургические операции, то необходимая сте-

пень измельчения должна обеспечить возможность контакта растворов

с раскрытыми зернами золотых и серебряных минералов. Достаточ-

ность вскрытия этих минералов для данной руды обычно определяется

предварительными лабораторными технологическими испытаниями по

извлечению благородных металлов. Для этого пробы руды подвергают

технологической обработке после различной степени измельчения с од-

новременным определением извлечения золота и сопутствующего ему

серебра. Ясно, что чем тоньше вкрапленность золота, тем глубже дол-

жно быть измельчение. Для руд с крупным золотом обычно бывает

достаточно грубого измельчения (90 % класса — 0,4 мм). Но посколь-

ку в большинстве руд наряду с крупным золотом присутствует и мел-

кое, то чаще всего руды измельчают более тонко (до —0,074 мм).

В отдельных случаях руду приходится подвергать еще более тонкому

измельчению (до 0,044 мм).

Экономически целесообразную степень измельчения устанавлива-

ют с учетом ряда факторов:

1) степени извлечения металла из руды;

2) возрастанию расхода реагентов при более интенсивном измель-

чении;

3) затратам на дополнительное измельчение при доведении руды

до заданной крупности;

4) ухудшению сгущаемости и фильтруемости тонкоизмельченных

руд и связанных с этим дополнительных расходов на операции сгуще-

ния и фильтрования.

Схемы дробления и измельчения варьируют в зависимости от ве-

щественного состава руд и их физических свойств. Как правило, руду

вначале подвергают крупному и среднему дроблению в щековых и ко-

нусных дробилках с поверочным грохочением. Иногда применяют тре-

тью стадию мелкого дробления, осуществляемую в короткоконусных

дробилках. После двухстадийного дробления обычно получают мате-

риал крупностью — 20 мм, после трехстадийного крупность материала

иногда снижается до 6 мм.

Дробленый материал поступает на мокрое измельчение, которое

чаще всего осуществляют в шаровых и стержневых мельницах. Руды

обычно имельчают в несколько стадий. Наибольшее распространение

получило двухстадийное измельчение, причем, для первой стадии пред-

почитают использовать стержневые мельницы, которые дают более рав-

номерный по крупности продукт с меньшим его переизмельчением.

В настоящее время на золотодобывающих предприятиях как в

СССР, так и за рубежом, в цикле рудоподготовки большое распрост-

ранение получило рудное и рудно-галечное самоизмельчение. При руд-

ном самоизмельчении измельчительной средой являются неклассифи-

цированные по крупности куски самой измельчаемой руды, предусмот-

рен только некоторый контроль за верхним размером кусков. В случае

рудно-галечн ом самоизмельчении измельчительной средой является

специально выделенная по крупности и прочности фракция кусков

измельчаемой руды (галя).

Рудное самоизмельчение осуществляется в воздушной или водной

среде в специальных мельницах, у которых по сравнению с обычными

шаровыми мельницами соотношение диаметра к длине мельницы увели-

чено. Так как измельчительное действие кусков руды хуже, чем сталь-

ных шаров, диаметр мельниц самоизмельчения достигает 5,5—11,0 м.

Для сухого самоизмельчения применяют мельницу Аэрофол (рис.

31. Она представляет собой короткий барабан 1, установленный на мас-

сивном фундаменте. На внутренней поверхности барабана вдоль ее

образующей установлены на некотором расстоянии одна от другой

полки 2 из двутавровых балок или рельсов, которые при вращении

барабана поднимают куски руды. Падая, куски дробят находящуюся

внизу руду, и кроме того, ударяясь о полки при падении, крупные куски

раскалываются. На торцевых крышках 3 барабана укреплены направ-

ляющие кольца 4 треугольного сечения, назначение которых сводится к

направлению кусков в середину барабана. Скорость вращения мельни-

цы составляет 80—85 % критической.

На рис. 4 приведена схема установки мельницы Аэрофол в замкну-

том цикле с классификатором. Руда из бункера 1 питателем 2 и кон-

вейером 3 подается в загрузочную воронку 4 мельницы 5. Измельчен-

ный продукт из мельницы по трубопроводу б воздушным потоком, со-

здаваемым вентилятором 7, подается в классификатор 8. Крупный

материал из классификатора по конвейеру 9 подается обратно в мель-

ницу. Мелкий материал из классификатора идет в циклоны 10, в ко-

торых из воздушного потока выделяются частицы требуемой крупно-

сти. Готовый продукт разгружается в бункер И и питателем 12 пода-

ется в контактный чан 13, в котором подготовляется пульпа для

последующих технологических операций. Воздух из циклона 10 через

калорифер 14 подается вентилятором 7 в мельницу.

Измельчение руд в мельницах Аэрофол обеспечивает получение

более однородного по крупности продукта по сравнению с измельче-

нием в обычных шаровых мельницах. В мельницах Аэрофол снижается

переизмельчение руды, что улучшает фильтруемость и сгущаемость по-

лучаемых пульп. После измельчения в этих мельницах улучшаются

также показатели гидрометаллургической обработки: снижается расход

•реагентов (цианида) на 35%, повышается извлечение золота (до4%).

Сухое бесшаровое измельчение золотых руд в ряде случаев экономич-

нее. Однако, оно предъявляет жесткие требования к содержанию влаги

в руде (не более 1,5—2 %). Повышение влажности резко снижает эф-

фективность процессов измельчения и классификации. Кроме того, су-