ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ОБЖИГА ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ УГЛИСТЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

АННОТАЦИЯ

В этой статье приведены результаты проведённых комплексных исследований золотомышьяковых углистых концентратов, биокеков с применением окислительного обжига для улучшения показателей извлечения золота по показателям влияния температуры и продолжительности процесса. Усугубляет процесс извлечения присутствие органического вещества – природного сорбента. Максимальное извлечение золота при переработке такого рода сырья возможно только с комбинированной технологией, включающая бактериальное окисление флотоконцентрата, сорбционное цианирование биокека, окислительный обжиг хвостов сорбционного цианирования и последующее сорбционное цианирование огарка. Данная статья посвящена решению уменьшения содержания углеродистого вещества и увеличению степени десульфуризации при окислительном обжиге.

ABSTRACT

This article presents the results of a comprehensive study of gold-arsenic carbonaceous concentrates, biocakes using oxidative roasting to improve gold recovery in terms of temperature and process duration. The presence of organic matter, a natural sorbent, aggravates the extraction process. The maximum extraction of gold in the processing of this kind of raw material is possible only with a combined technology, including bacterial oxidation of the flotation concentrate, sorption cyanidation of the biocake, oxidative roasting of the tailings of the sorption cyanidation, and subsequent sorption cyanidation of the cinder. This article is devoted to the solution of reducing the content of carbonaceous matter and increasing the degree of desulfurization in oxidative roasting.

Ключевые слова: золотомышьяковые углистые концентраты, бактериальное окисление, обжиг, печь кипящего слоя, извлечение золота.

Keywords: gold-arsenic carbonaceous concentrates, bacterial oxidation, roasting, fluidized bed furnace, gold recovery.

Введение. На сегодняшний день в мировой практике уделяется особое внимание переработке упорных золотосодержащих руд и концентратов. В области переработки упорных золотосодержащих руд разрабатываются новые технологии и технологические схемы для повышения степени извлечения ценного компонента и уменьшения содержания ценного компонента в хвостах производственных процессов, которые являются актуальными задачами науки и техники. В этом аспекте применение окислительного обжига с последующим цианированием является наиболее благоприятным способом для увеличения сквозного извлечения основного металла.  Вместе с тем, существуют проблемы, имеющие важное значение для науки и практики горно-металлургического производства, которые связаны с качеством процессов окислительного обжига: недоокисления сульфидных частиц, невысокой степени десульфуризации, потери энергии в технологических процессах и т. д. Решению этих проблем был проведён ряд научных исследований.

Наличие надежных информация о хим. реакции, происходящие при обжиге, является основой для улучшения улучшение показателей качества обжига. В связи с этим, чтобы изучить текущие физико-химические превращения при обжиге необходимо обработать и выявить причины, препятствующие извлечению золота при последующем выщелачивании с растворы цианидов, было проведено исследование поведения учредителя компоненты взятой пробы из хвостов сорбционного цианирования, подвергнутые окислительному обжигу.

Критериями, выбранными для выбора условий обжига продукта, были последующее цианирование золота и серебра, а также потребление цианида натрия и извести. Таким образом, некоторые испытания по окислительному обжигу проводили при 450, 500, 550, 600, 650 и 700 °С, где продукт выдерживается в течение 1 часа. Дополнительный двухстадийный цикл обжига при 500 °С в течение 1/2 ч и 625 °С в течение 1/2 ч был проведен для получения максимальной пористости в минералогической структуре пирита и арсенопирита.

Экспериментальная часть

Были проведены опыты химического анализа проб по определению процентного содержания компонентов упорных золотосодержащих руд.

Для исследования переработки золотомышьяковых углистых концентратов было месторождение Кокпатас, кеки биовыщелачивания гидрометаллургического производства. Отобраны пробы и проведен полный химический анализ проб в Центральной научно-исследовательской лаборатории ГП «НГМК». Результаты анализа приведены в таблице 1 и 2.

Таблица 1.

Результаты полного химического анализа проб

Были проведены анализы окислительного обжига извлечения ценного компонента и степени окисления по показателям влажности материала. При проведении исследований процесса обжига принята следующая последовательность выполнения работы по переработке сера- и углеродсодержащих трудно перерабатываемых полупродуктов BIOX.

1. Пенный продукт с реакторов BIOX (S до 8 %, C до 3 %) – 50 %.
2. Кек BIOX (S до 6 %, C до 4 %) – 50 %.

Шихта (до 10 кг/ч) состоит из вышеперечисленных полупродуктов (в среднем до 7 % S, до 3 % C). После фильтрации шихта с влажностью W = 30-35 % поступает на сушку в трубчатую вращающуюся печь. Температура печи 250-300°С. Полученный кек (W=1%) подвергается низкотемпературному твердофазному окислительному обжигу в предлагаемой печи. Обжиг в лабораторных условиях проводится во взвешенном состоянии в потоке огня в стационарной печи длиной 600 мм, шириной 200 мм и высотой 400 мм (см. чертеж № 2-201502, этап №8), максимальная температура печи 600-650 °С. Первая зона, где протекает выделение внутренней и гигроскопической влаги материала, имеет длину 400 мм с Т – 400-450 °С, во второй зоне начинается процесс сгорания угля и диссоциация пирита, пирротина, арсенопирита с частичным окислением. Данные процессы протекают в хвостовой части печи, где температура составляет 550-600°С и завершается процесс окисления сернистых и углеродистых соединений. Огарок выводится через отверстие и промывается 2% раствором NaOH и передается к дальнейшему цианированию (можно не промывать).

Сульфидные сера- и углеродсодержащие трудно перерабатываемые полупродукты BIOX и концентраты перед гидрометаллургической переработкой во многих случаях передаются окислительному обжигу. Целью окислительного обжига является удаление серы и углерода из материала и перевод сульфидных соединений железа в окислы, а золото в легко цианируемые при последующей переработке. На показатели процесса окислительного обжига влияют следующие факторы: скорость подачи дутья, концентрация кислорода при подавлении воздуха, минералогический состав подаваемого материала, температура процесса, крупность частиц шихты и интенсивность перемешивания шихты во взвешенном состоянии, а также температуры подаваемого нагретого воздуха.

Таблица 2.

Влияние продолжительности обжига и температуры на качество огарка

Результаты обжига показывают, что переработка арсенопиритных концентратов предусматривает проведение обжига в две стадии: низкотемпературный (400-450°С) с отгонкой соединения трехвалентного мышяка (As₂O₃) и высокотемпературный (700-750°С) с разложением пирита, пирротина и прочих сулфидов с удалением серы в виде SO₂.

Результаты анализа показывают, что с использованием сорбционного цианирования огарка можно достичь извлечения золота до 83,7 % при 550 °С. Процесс обжига проводили при оптимальной температуре 550 °С с продолжительностью времени 2,0 часа в печи кипящего слоя. Далее с увеличением температуры извлечение золото уменьшалось с повышением температуры. С этого можно сделать вывод что золото при высоких температурах чем 550 °С влияет негативно на извлечение золото из-за инкапсуляции золотых частиц в обожжённых минералах.

Рисунок 1. Влияние температуры и продолжительности процесса на степень окисления сульфидных соединений

Рисунок 2. Влияние влажности концентрата на степень окисления сульфидов

На рисунках 1 и 2 показаны результаты различных опытов по нахождению оптимальных условий окислительного обжига сульфидных биокеков ГМЗ-3 ГП НГМК. В этих кривых показана только степень окисления материала. Конечно, степень окисления на прямую влияет на извлечение ценного компонента, но есть предположения, что в процессах окислительного обжига при высоких температурах начинается спекание кусков, и это приводит к дальнейшему снижению степени извлечения. Поэтому нами было исследовано степень извлечения и факторы, влияющие на ней. В нижеследующих кривых показывается влияние разных факторов на степени извлечения. И с этим можно уточнить и определить оптимальные условия для интенсивного низкотемпературного обжига сульфидных концентратов.

Результаты и обсуждения

Арсенопирит и мышьяковый пирит разлагаться с выделением мышьяка, который поглощает тепло и оставляет позади, затем пары мышьяка диффундируют наружу, периметр, где он вступает в реакцию с кислородом с образованием As₄O₆ (г) и выделением тепла

FeS₂ → FeS + S.                                                                (1)

 4FeAsS → 4FeS + As₄                                                        (2)

Мышьяк и сера выделяются в результате экзотермических реакций от разложения оксидов вдоль внешнего периметра зерна.

Области реакции ниже:

S + O₂ → SO₂ (газ)                                                          (3)

As₄ + 3O₂ → As₄ O₆ (газ)                                                   (4)

В идеале пирротин окисляется к магнетиту, а магнетит далее окисляется до гематита, после реакций:

3FeS + 5O₂ → Fe₃O₄ + 3SO₂(газ)                                             (5)

4Fe₃O₄ + O₂(gas) → 6Fe₂O₃                                                        (6)

Реакция между мышьяковым отходящим газом границы раздела фаз и оксида железа с образованием непористый арсенат железа или арсенит железа. Основано на исследованиях типичного обжига хвосты выщелачивания на Barrick's Goldstrike, был сделан вывод о том, что в очень окислительная среда в условиях низкого климата, мышьяк потенциально может быть захвачен в виде непористого арсената железа (FeAsO₄) или пироарсенит железа (Fe₂AsO₅). Результирующий As₂О₅ может далее реагировать с Fe₂О₃ или CaCO_3, или CaO в образце с образованием FeAsO₄ и Са₃(AsO₄)₂ в качестве показано в реакциях ниже:

As₄O₆ + 2O₂ → 2As₂O₅                                                    (7) 

Fe₂O₃ + As₂O₅ → 2FeAsO₄                                                 (8) 

6CaCO₃ + 3As₂O₅ → 2Ca₃(AsO4 )₂ + 6CO₂.                                   (9)

Соединения железа и кальция с наблюдалось высокое содержание мышьяка в образцах, приготовленных при температурах 650°С и выше. В эксперименте по дифракции рентгеновских лучей при нагреве на месте происходит окисление арсенопирит/пирит начинается при 400°C до 450°C, и полностью окисляется ниже 500°С. Нагрев образца от дна толщиной 0,1 мм. Выборка и сбор данных из верхней части образца может объяснить причина повышенного окисления температуры инициирования пирита/арсенопирит в этой установке.

Заключение. Сприменением окислительного обжига, извлечение золота из сульфидных, углистых и арсенидных соединений достигается примерно 80-83.7% сульфидных и 80% углистых соединений разрушается, остальная часть золота остается в хвостах. Применение процесса окислительного обжига в печах кипящего слоя является наиболее эффективным для переработки упорных золотосодержащих кеков, где сульфидные частицы окисляются и огарок превращается в пористую хорошо проницаемую для цианистых растворов массу окислов.

Список литературы:

1. Saliyevich H. A., Ibrohimovich T. B., Gulomovich P. F. Advantages of low-temperature roasting of molybdenum cakes //International scientific review. – 2019. – №. LVII. – С. 17-18.
2. Behzod T. Research of the oxidative process of gold-containing sulfide materials roasting for the development of an optimal mode //technika. – 2020. – №. 2. – С. 15-19.
3. Толибов Б.И., Сайдахмедова Л.А., Уткирова Ш.И. Обзор технологий по окислительному обжигу сульфидных золотосодержащих кеков бактериального выщелачивания// Journal of Advances in Engineering Technology Vol.1(5), January - March, 2022 стр. 64-67. DOI: 10.24412/2181-1431-2022-1-64-67
4. Толибов Б.И., Саидахмедова Л.А., Шоназаров М.И. Изучение термодинамики окислительного обжига, диссоциация сульфидов и оксидов при окислении // Development of a modern education system and creative ideas for it, republican scientific-practical on-line conference on "suggestions and solutions, 15- may 2022 part-37/2, стр. 598-601.
5. У.А. Эргашев, Р.А. Хамидов Содержание серы и углерода - основной критерий упорности пенного продукта процесса биоокисления // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 5(86). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11787 стр. 4, (33).
6. Zhakhongir Narzullayev and Evgeniy Kuznetsov Prerequisites for Processing a Foam Product in the Process of Bacterial Oxidation of Gold-Bearing Concentrates in a Separate Cycle // The Second Interregional Conference “Sustainable Development of Eurasian Mining Regions (SDEMR-2021)1Kemerovo, Russian Federation, September 21-23, 2021 стр. 4, (33).
7. Мякота С.В., Мажидова И.И Исследование смешанной золотосодержащей руды месторождения «Аристантау», характерные критерии её упорности // Горный Вестник Узбекистана №85, апрель-июнь 2021.С 113-115. Навои, стр. 3, (33).
8. Ja. Narzullayev Research of sulfide and carbon material with the purpose of studying physico-chemical transformations during its roasting // Научно – технический и производственный Горный журнал Казахстана №4, 2022, стр. 6, (100).
9. Санакулов К., Хамидов Х.И., Фузайлов О.У, Нарзуллаев Ж.Н. Исследование изменения состава и структуры минералов в хвостах сорбции кека биоокисления в процессе обжига современными физико-химическими методами // Горный Вестник Узбекистана №90, июль-сентябр 2022.С 46-52. Навои, стр. 7, (25).
10. Санакулов К.С., Эргашев У.А., Доберсек А., Воцка Н., Мишина О. Промышленная установка окислительного обжига хвостов сорбционного выщелачивания золота // Материалы X международного конгресса «Цветные металлы и минералы». 2018 г.
11. Санакулов К., Фузайлов О.У. Исследование инкапсуляции золота в маггемите при микроволновом обжиге флотоконцентрата // Горный вестник Узбекистана. – Навои, 2020. – № 3. – С. 50-52.
12. Хамидов Р.А., Нарзуллаев Ж.Н. Перспектива отдельной переработки пенного продукта процесса бактериального окисления золотосодержащих руд // Современные тенденции и инновации в науке и производстве: Х международная научно-практическая конференция. - Кузбас, 2021. - С.177.
13. Самадов А.У., Хужакулов Н.Б., Хужамов У.У., Махмудова Ф.М. Изучение возможности усовершенствования технологии переработки руд месторождений «Аджибугут» // Academy. 2021. №5 (68).
14. Самадов А.У., Хужамов У.У., Буронов А.Б. Исследование технологии переработки электронного лома // Научный журнал Universum: Технические науки. - 2021. - №10(91). - С.72-74.
15. Саидахмедов А.А., Хасанов А.С., Хужамов У.У. Исследование интенсификации процесса фильтрации растворов выщелачивания при переработке техногенных отходов // Научный журнал Universum: Технические науки. - 2020. - № 9(78). – С.62-67.
16. Хужамов У.У., Каримов У.Х. Анализ способов переработки урановых руд и практика переработки урановых руд за рубежом // Academy. - 2020. - № 1(52). – С.70.
17. Тагаев И.А., Андрийко Л.С., Вохидов Б. Р., Бойхонова М. Ю., Хужакулов Н.Б., Нарзуллаев Ж.Н. Подбор исходного местного сырья и изучение дериватографических показателей для получения сорбентов // Universum: технические науки. 2020. №9-2 (78).
18. Самадов А.У., Хужакулов Н.Б., Хужамов У.У. Гидрометаллургик заводларнинг чиқинди омборини геотехнологик тадқиқоти методологияси // Ўзбекистон кончилик хабарномаси. – Навоий, 2019. ‒ №2. – С.11-13.
19. Xujakulov N.B., Tongatarova M.T., Saydaxmedova L.A. Oltinni qayta ishlash zavodlarining sianidli qoldiqlarini bakterial qayta ishlash // Международная научно-практическая онлайн конференция «Проблемы, перспективы и инновационный подход эффективной переработки минерального сырья и техногенных отходов». – 2021. – стр. 94-95.
20. Yuldoshev S.M., Ibotov B.O., Saidaxmedova L.A., Majidova I.I. Yoshlik konining optimal rejimda mahalliy va xorijiy flotareagentlar orqali olingan natijalari // Международный современный научно-практический журнал Научный импульс.-2022.- № 4 (100) Часть 4.-стр. 392-395.
21. Ahmedov M.S., Saidahmedova L.A., Karimova Sh.K. Mis shlaklaridan temir va uning birikmalarini ajratib olishni tadqiq qilish // Международная научно-практическая онлайн конференция «Проблемы, перспективы и инновационный подход эффективной переработки минерального сырья и техногенных отходов». – 2021. –стр.143-144.
22. Хужамов У.У., Самадов А.У. Анализ способов переработки электронного лома // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14906