Перспективы переработки упорного золотосульфидного сырья

Мировая минерально-сырьевая база золота на 30 % представлена упорным по отношению к цианиду сырьем. На фоне глобальной тенденции к снижению добычи богатых и легкообогатимых руд в переработку вовлекается низкокачественное сырье, в том числе и с высоким содержанием серы и мышьяка. Авторами оценены основные факторы, затрудняющие процесс выщелачивания упорного золота: влияние форм нахождения золота в сырье, наличие эффекта прег-роббинга, влияние на процесс выщелачивания минералов-цианисидов, в частности пирротина. Сульфидные минералы оказывают значительное влияние на кинетику процесса выщелачивания золота, а также на расходы реагентов. Поведение Fe₅S₆ описывается понятием «химическая депрессия». В условиях цианидного выщелачивания пирротин активно вступает в прямое взаимодействие с NaCN/KCN, подвергается реакциям поверхностного окисления растворенным в пульпе кислородом с образованием ферроцианидных комплексов, роданидов, не проявляющих выщелачивающую способность в отношении золота. На сегодняшний день существуют два подхода к способам повышения технологических показателей технологии переработки упорного сырья. Первый метод предполагает включение в технологическую схему операций подготовки к цианированию, нацеленных на раскрытие заключенного в сульфидную матрицу золота (гидрометаллургические и пирометаллургические технологии окисления, механоактивация). Альтернативным подходом является использование в качестве выщелачивателя иных реагентов (наиболее известные из них – тиомочевина, тиосульфаты натрия и аммония, галоиды). В статье рассматриваются способы модификации технологического процесса извлечения золота при значительных содержаниях пирротина в составе руд или продуктов обогащения.

1. Ince Ceren. Reusing gold-mine tailings in cement mortars: Mechanical properties and socio-economic developments for the Lefke-Xeros area of Cyprus. Journal of Cleaner Production. 2019;238. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117871

2. Петров Е.И., Тетенькин Д.Д. О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2020 году. Государственный доклад. Москва, 2021. URL: https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_i_ispolzovanii_mineralno_syrevykh_resursov_2020/ (дата обращения: 28.04.2023).

3. Вайнштейн М.Б., Смолянинов В.В., Абашина Т.Н., Шехватова Г.В. Выщелачивание золота: тенденции и предложения. Золото и технологии. 2015;1:100—103.

4. Захаров Б. А., Меретуков М. А. Золото: Упорные руды. М.: Руда и металлы, 2013. 452 с.

5. Adams M.D. Advances in gold ore processing. The Nederlands, Elsevier, 2005. Vol. 15. 1076 p.

6. Богинская А.С., Маркелов А.В., Шнеерсон Я.М., Петров Г.В. Применение метода математического моделирования для расчета процесса автоклавного окисления упорного сульфидного золотосодержащего флотоконцентрата. Фундаментальные исследования. 2014;3-4:706—710. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2002-36-4-44-47

7. Strauss J.A., Bazhko V., Ventruti G., Liguo X., Gomez M.. Arsenic behavior during the treatment of refractory gold ores via POX: Characterization of Fe—AsO4—SO4 precipitates. Hydrometallurgy. 2021;203(2):11. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.10561

8. Van Niekerk J.A., Van Buuren C.B., Olivier J.W. Bioprocessing of refractory gold ores: The BIOX, MesoTHERM, and ASTER processes. In: Biomining Technologies: Extracting and Recovering Metals from Ores and Wastes. Cham: Springer International Publishing, 2022. Р. 67—88.

9. Van Aswegen P.C., Van Niekerk J., Olivier W. The BIOX™ process for the treatment of refractory gold concentrates. Biomining. 2007:1—33.

10. Cheng K.Y., Acuña C.C.R., Boxall N.J., Li J., Collinson D., Morris C., Plessis C.A., Streltsova N., Kaksonen A.H. Effect of initial cell concentration on biooxidation of pyrite before gold cyanidation. Minerals. 2021;11:834. https://doi.org/10.3390/min11080834

11. Clary R., DiNuzzo P., Hunter T., Varghese S. Making the right selection: a comparative analysis for the treatment of refractory gold concentrates. The Minerals, Metals & Materials Series. 2021:1327—1338. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95022-8_108

12. Хмельницкая О.Д., Чикина Т.В., Ланчакова О.В., Сидоров И.А. Способ извлечения благородных металлов из упорного сульфидсодержащего сырья: Патент 2598742 (РФ). 2014.

13. Chen Y., Shi Q., Feng Q., Lu Y., Zhang W. The effect of conditioning on the flotation of pyrrhotite in the presence of chlorite. Minerals. 2017;7(7):125. https://doi.org/10.3390/min7070125

14. Van den Berg R. Inhibition of the pregrobbing phenomenon in gold ores: Theses of Dissertations. Cape Town, Mowbray, Cape Peninsula University of Technology 2000. 135 p. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/148364834.pdf (accessed: 28.04.2023).

15. Ng W.S., Wang Q., Chen M. A review of Preg-robbing and the impact of chloride ions in the pressure oxidation of double refractory ores. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2022;43(1):1—28. https://doi.org/69-96.10.1080/08827508.2020.1793142

16. Переработка упорных руд. URL: https://zolotodb.ru/article/12832 (дата обращения: 28.04.2023).

17. Сивцева А.В., Степанова К.В. Возможности использования отходов добычи золота для изготовления сварочных материалов. Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2009; 6(2):138—140.

18. Litvinenko V., Bowbriсk I., Naumov I., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals. Journal of Cleaner Production. 2022:130530. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.130530

19. Дурягина А.М., Таловина И.В., Либервирт Х., Илалова Р.К. Морфометрические параметры сульфидных руд как основа селективной рудоподготовки сырья. Записки Горного института. 2022;256:527—538. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.76

20. Качор О.Л., Сарапулова Г.И., Богданов А.В. Исследование возможности иммобилизации подвижных форм мышьяка в техногенных субстратах. Записки Горного института. 2019;239:596—602. https://doi.org/10.31897/pmi.2019.5.596

21. Лодейщиков В.В. Гидрометаллургия золота. М.: Наука, 1980. 194 c.

22. Hui Li, Zhihang Li, Jianping Jin, Yuexin Han, Yanjun Li. Pore evolution in refractory gold ore formed by oxidation roasting and the effect on the cyanide leaching process. ACS Omega. 2022;7(4):3618—3625. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06248

23. Kaksonen A.H., Perrot F., Morris C., Rea S., Benvie B.Э., Austin P., Hackl R. Evaluation of submerged bio-oxidation concept for refractory gold ores. Hydrometallurgy. 2014;141:117—125.

24. Ahtiainen R., Liipo J., Lundström M. Simultaneous sulfide oxidation and gold dissolution by cyanide-free leaching from refractory and double refractory gold concentrates. Minerals Engineering. 2021;170:1—8. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107042

25. Афанасова А.В., Абурова В.А., Прохорова Е.О., Лушина Е.А. Исследование влияния депрессоров на флотоактивные породообразующие минералы при флотации сульфидных золотосодержащих руд. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(6-2):161. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_62_0_161

26. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Romashev A., Aburova V., Prokhorova E. Extraction of low-dimensional structures of noble and rare metals from carbonaceous ores using low-temperature and energy impacts at succeeding stages of raw material transformation. Minerals. 2023;13(1):84. https://doi.org/10.3390/min13010084

27. Bulaev A., Melamud V., Boduen A. Bioleaching of nonferrous metals from arsenic-bearing sulfide concentrate. Diffusion and Defect Data. Pt.B: Solid State Phenomena. 2020;299:1064—1068. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.1064

28. Булаев А.Г, Бодуэн А.Я., Украинцев И.В. Биоокисление упорного золотосодержащего концентрата месторождения Бестобе. Обогащение руд. 2019;6: 9—15. https://doi.org/10.17580/or.2019.06.02

29. Bulaev A., Boduen A. Carbon sources as a factor determining the resistance of microbial population oxidizing sulfide concentrate biooxidation to thermal stress. Minerals. 2021;12:110. https://doi.org/10.3390/min12020110

30. Marsden J., House I. The chemistry of gold extraction. 2006. SME. 682 p.

31. Dyson D., Yopps S., Langhans J., Dimov S., Brian Hart. Near-technical limit gold recovery from a double refractory carlin-type ore after pre-treatment by high-temperature pressure oxidation. Mining, Metallurgy & Exploration. 2022;39:1563—1570. https://doi.org/10.1007/s42461-022-00638-5

32. Seisembayev R.S., Kozhakhmetov S.M., Kvyatkovsky S.A., Semenova A.S. Extraction of gold from refractory gold-bearing ores by means of reducing pyrometallurgical selection. Metallurgist. 2020;64(7-8):788—795. https://doi.org/10.1007/s11015-020-01055-z

33. Elkina Y., Melamud V. Effect of carbon sources on pyrite-arsenopyrite concentrate biooxidation and growth of microbial population in stirred tank reactors. Microorganisms. 2021;9:2350. https://doi.org/10.3390/microorganisms9112350

34. Ahtiainen R., Lundström M., Liipo J. Preg-robbing verification and prevention in gold chloride-bromide leaching. Minerals Engineering. 2018;128:153—159. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.08.037

35. Ofori-Sarpong G., Osseo-Asare K. Preg-robbing of gold from cyanide and non-cyanide complexes: Effect of fungi pretreatment of carbonaceous matter. International Journal of Mineral Processing. 2013;119:27—33. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2012.12.007

36. Adams M.D., Burger A.M. Characterization and blinding of carbonaceous preg-robbers in gold ores. Minerals Engineering. 1998;11(10):919—927. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(98)00079-X

37. Залесов М.В., Григорьева В.А., Трубилов В.С., Бодуэн А.Я.. Разработка технических решений для повышения эффективности переработки высокомедистой золотосодержащей руды. Горная промышленность. 2021;5:51—56. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-5-51-56

38. Lee S., Sadri F., Ghahreman A. Enhanced gold recovery from alkaline pressure oxidized refractory gold ore after its mechanical activation followed by thiosulfate leaching. Journal of Sustainable Metallurgy. 2022;8:186—196. https://doi.org/10.1007/s40831-021-00476-7

39. Котляр Ю.А., Меретуков М.А., Стрижко Л.С. Металлургия благородных металлов. Т. 1. М.: Руда и металлы, 2005. 432 с.

40. Xie Feng, Chen J., Jian W., We W. Review of gold leaching in thiosulfate-based solutions. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (Eng. Ed.). 2021;31(11):3506—3529. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65745-X

41. Wang J., Xie F., Wang W., Bai Y., Fu Y., Dreisinger D. Eco-friendly leaching of gold from a carbonaceous gold concentrate in copper-citrate-thiosulfate solutions. Hydrometallurgy. 2019;105204. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.10520

42. Liu X., Jiang T., Xu B., Zhang Y., Li Q., Yang Y., He Y. Thiosulphate leaching of gold in the Cu—NH3—S2O3—H2O system: An updated thermodynamic analysis using predominance area and species distribution diagrams. Minerals Engineering. 2021;151:106336. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106336

43. Qiang Y., Mei L., Zhong Y., Jin Y. The oxidation pretreatment of a sulfidic refractory gold ore with pyrolusite. Advanced Materials Research. 2012;454: 285—291. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.550-553.2891

44. Lichter J.K.R., Davey G. Selection and sizing of ultrafine and stirred grinding mills. Mineral Processing Plant Design, Practice and Control. 2002. 1807 p.

45. Ljubetic K., Liu W. limitations of gold leaching in ferric chloride media. Pt. I: Batch reactor studies. Minerals Engineering. 2022;178: 107397. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107397

46. Deschênes G. Advances in the cyanidation of gold. In: Gold Ore Processing. 2016. Р. 429—445. https://doi.org/10.1016/b978-0-444-63658-4.00026-8

47. Dosmukhamedov N., Kaplan V., Zholdasbay E., Argyn A., Kuldeyev E., Koishina G., Tazhiev Y. Chlorination treatment for gold extraction from refractory gold-copper arsenic-bearing concentrates. Sustainability. 2022;14:11019. https://doi.org/10.3390/su141711019

48. González-Anaya J.A., Nava-Alonso F., Pecina-Treviño E.T. Gold recovery optimization of a refractory concentrate by ultrafine grinding — A laboratory study. Mining, Metallurgy & Exploration. 2011; 28(2):94—101. https://doi.org/10.1007/bf03402394

49. Qin H., Guo X., Tian Q., Yu D., Zhang L. Recovery of gold from sulfide refractory gold ore: Oxidation roasting pretreatment and gold extraction. Minerals Engineering. 2021;164:106822. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.106822

50. Ofori-Sarpong G., Osseo-Asare K. Preg-robbing of gold from cyanide and non-cyanide complexes: Effect of fungi pretreatment of carbonaceous matter. International Journal of Mineral Processing. 2013;119:27—33. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2012.12.007

51. Яхонтова Л.К., Грудев А.П. О механизме окисления арсенопирита. Новые данные о минералах CCCP. 1973;22:172—181.

52. Плаксин И.Н. Гидрометаллургия. Избранные труды. М.: Наука. 1972. 278 с.

53. Васильев А.А. Разработка технологии переработки золотосодержащего тонкоизмельченного сырья с использованием атмосферного окисления: Автореферат дис. канд. техн. наук. Иркутск: Иргиредмет, 2011.

54. Rabieh A., Eksteen J.J., Albijanic B. The effect of grinding chemistry on cyanide leaching of gold in the presence of pyrrhotite. Hydrometallurgy. 2017;173:115—124. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2017.08.013

55. Hammerschmidt J., Güntner J., Kerstiens B. Roasting of gold ore in the circulating fluidized-bed technology. In: Gold Ore Processing (Second Edition). 2016. Р. 393—409. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63658-4.00024-4

56. Nanthakumar B., Pickles C. A., Kelebek S. Microwave pretreatment of a double refractory gold ore. Minerals Engineering. 2017;20 (11):1109—1119. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2007.04.003

57. Amankwah R.K., Pickles C.A. Microwave roasting of a carbonaceous sulphidic gold concentrate. Minerals Engineering. 2009;22(13):1095—1101. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2009.02.012

58. Liu X., Li Q., Zhang Y., Jiang T., Yang Y., Xu B., He Y. Improving gold recovery from a refractory ore via Na2SO4 assisted roasting and alkaline Na2S leaching. Hydrometallurgy. 2019;185:133—141. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.02.008

59. Zhang S.H., Zheng Y.J., Cao P., Li C.H., Lai S.Z., Wang X.J. Process mineralogy characteristics of acid leaching residue produced in low-temperature roasting-acid leaching pretreatment process of refractory gold concentrates. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2018; 25:1132—1139. https://doi.org/10.1007/s12613-018-1664-x

60. Ubaldini S., Veglio F., Fornari P., Abbruzzese C. Process flow-sheet for gold and antimony recovery from stibnite. Hydrometallurgy. 2000; 57 (3): 187—199. https://doi.org/10.1016/S0304-386X(00)00107

61. Celep O., Alp İ., Paktunç D., Thibault Y. Implementation of sodium hydroxide pretreatment for refractory antimonial gold and silver ores. Hydrometallurgy. 2011;108(1-2):109—114. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.03.005

62. Celep O., Yazici E.Y. Ultra fine grinding of silver plant tailings of refractory ore using vertical stirred media mill. Transactions of the Nonferrous Metals Society of China. 2013;23(11):3412—3420. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62882-4

63. Guzman I., Thorpe S.J., Papangelakis V.G. Redox potential measurement during pressure oxidation (POX) of a refractory gold ore. Canadian Metallurgical Quarterly. 2018;57(4):382—389. https://doi.org/10.1080/00084433.2017.1386363

64. Konadu K.T., Mendoza D.M., Huddy R.J., Harrison S.T., Kaneta T., Sasaki K. Biological pretreatment of carbonaceous matter in double refractory gold ores: A review and some future considerations. Hydrometallurgy. 2020;196:105434. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2020.105434