Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кучное выщелачивание золота

Кучное выщелачивание - это промышленный процесс добычи полезных ископаемых, используемый для извлечения драгоценных металлов , меди , урана и других соединений из руды с использованием ряда химических реакций, которые поглощают определенные минералы и повторно отделяют их после их отделения от других земных материалов. Подобно добыче на месте, разработка методом кучного выщелачивания отличается тем, что при этом руда помещается на футеровку, а химические вещества добавляются через капельные системы к руде, тогда как на местегорнодобывающая промышленность не имеет этих вкладышей и поднимает насыщенный раствор для добычи минералов. Кучное выщелачивание широко используется в современных крупномасштабных горнодобывающих предприятиях, поскольку оно позволяет получать желаемые концентраты по более низкой цене по сравнению с традиционными методами обработки, такими как флотация, перемешивание и чановое выщелачивание. [1]

Кроме того, выщелачивание из отвалов является неотъемлемой частью большинства операций по добыче меди и определяет качество производимого материала наряду с другими факторами.

Из-за рентабельности, которую выщелачивание из отвалов имеет для процесса добычи, т.е. оно может существенно способствовать экономической жизнеспособности процесса добычи, выгодно включать результаты операции выщелачивания в общую экономическую оценку проекта. [2]

Этот процесс имеет древнее происхождение; один из классических методов производства меди (сульфата железа) состоял в том, чтобы накапливать железный пирит и собирать фильтрат из кучи, который затем кипятили с железом для получения сульфата железа (II) . [3]

Процесс [ править ]

Слева: мелочь без агломерации. Справа: мелкие частицы руды после агломерации - улучшенное просачивание в результате агломерации.

Добытая руда обычно измельчается на небольшие куски и складывается на непроницаемую пластиковую или облицованную глиной площадку для выщелачивания, где ее можно орошать выщелачивающим раствором для растворения ценных металлов. В то время как спринклеры иногда используются для орошения, чаще используются капельные орошения, чтобы минимизировать испарение , обеспечить более равномерное распределение выщелачивающего раствора и избежать повреждения обнаженного минерала. Затем раствор просачивается через кучу и выщелачивает как цель, так и другие минералы. Этот процесс, называемый «циклом выщелачивания», обычно занимает от одного или двух месяцев для простых оксидных руд (например, большинства золотых руд) до двух лет для никелевого латерита.руды. Затем выщелачивающий раствор, содержащий растворенные минералы, собирается, обрабатывается на технологической установке для извлечения целевого минерала и, в некоторых случаях, осаждения других минералов, и возвращается в кучу после корректировки уровней реагентов. Максимальное извлечение целевого минерала может варьироваться от 30% выщелачиваемых сульфидных медных руд из рядовых отвалов до более 90% для руд, которые легче всего выщелачивать, например, некоторых оксидных золотых руд.

Основные вопросы, которые необходимо решить в процессе кучного выщелачивания: [4]

  • Могут ли инвестиции в дробление руды быть оправданы потенциальным увеличением извлечения и скорости извлечения?
  • Как со временем следует изменять концентрацию кислоты, чтобы получить раствор, который можно экономично обрабатывать?
  • Как форма кучи влияет на извлечение и качество раствора?
  • При любом заданном наборе обстоятельств, какого типа восстановления можно ожидать, прежде чем качество выщелачивающего раствора упадет ниже критического предела?
  • Какого выздоровления (поддающегося количественной оценке) можно ожидать?

В последние годы добавление барабана для агломерации позволило улучшить процесс кучного выщелачивания, сделав выщелачивание более эффективным. Агломератор с вращающимся барабаном, такой как барабан для агломерации Sepro с приводом от шин, работает, собирая измельченную мелочь руды и агломерируя ее в более однородные частицы. Это значительно облегчает прохождение выщелачивающего раствора через кучу, проходя через каналы между частицами.

Добавление агломерационного барабана также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в возможности предварительного смешивания выщелачивающего раствора с мелкозернистой рудой для получения более концентрированной, гомогенной смеси и обеспечения возможности начала выщелачивания до образования кучи. [5]

Несмотря на то, что в конструкции кучного выщелачивания за последние несколько лет был достигнут значительный прогресс благодаря использованию новых материалов и улучшенных аналитических инструментов, промышленный опыт показывает, что есть значительные преимущества от расширения процесса проектирования за пределы хвостовика до самой горной сваи. При определении физических и гидравлических (гидродинамических) свойств выщелачиваемой руды основное внимание уделяется непосредственному измерению основных свойств руды, а именно:

  • Связь между высотой кучи и насыпной плотностью руды (профиль плотности)
  • Связь между насыпной плотностью и перколяционной способностью (профиль проводимости)
  • Взаимосвязь между насыпной плотностью, пористостью и ее составляющими (микро и макро)
  • Взаимосвязь между влагосодержанием и перколяционной способностью (кривая проводимости)
  • Взаимосвязь между вышеуказанными параметрами и методами подготовки руды (добыча, дробление, агломерация, выдержка и способ размещения)

Теоретический и численный анализ, а также эксплуатационные данные показывают, что эти фундаментальные механизмы контролируются масштабом, размерностью и неоднородностью, которые отрицательно влияют на масштабируемость металлургических и гидродинамических свойств от лаборатории до месторождения. Отказ от этих механизмов может привести к ряду практических и финансовых проблем, которые будут проявляться в течение всего срока службы кучи, влияя на финансовую отдачу от операции. Благодаря процедурам, выходящим за рамки обычно используемых металлургических испытаний и интеграции данных, собранных в ходе трехмерного мониторинга в реальном времени, можно получить более полную репрезентативную характеристику физико-химических свойств среды кучи.Это улучшенное понимание приводит к значительно более высокой степени точности с точки зрения создания действительно репрезентативной выборки среды в куче.[6]

Придерживаясь указанных выше характеристик, можно получить более полное представление о средах кучного выщелачивания, что позволит отрасли отойти от фактического подхода «черного ящика» к физико-химически всеобъемлющей модели промышленного реактора.

Драгоценные металлы [ править ]

Измельченная руда орошается разбавленным щелочным цианистым раствором. Раствор, содержащий растворенные драгоценные металлы в насыщенном растворе, продолжает просачиваться через измельченную руду, пока не достигнет лайнера на дне отвала, где он стекает в водоем для хранения (насыщенный раствор). После отделения драгоценных металлов от насыщенного раствора разбавленный раствор цианида (теперь называемый «бесплодный раствор») обычно повторно используется в процессе кучного выщелачивания или иногда направляется на промышленную очистку воды.установка, где обрабатывают остаточный цианид и удаляют остаточные металлы. В районах с очень большим количеством осадков, таких как тропики, в некоторых случаях имеется избыток воды, который затем сбрасывается в окружающую среду после очистки, что может привести к загрязнению воды, если очистка не проводится должным образом. [ необходима цитата ]

При производстве одного золотого кольца с помощью этого метода может образоваться 20 тонн отходов. [7]

Во время фазы экстракции ионы золота образуют комплексные ионы с цианидом:

Восстановление золота легко достигается с помощью окислительно-восстановительной реакции:

Наиболее распространенными методами удаления золота из раствора являются либо использование активированного угля для его избирательного поглощения, либо процесс Меррилла-Кроу, при котором цинковый порошок добавляется для осаждения золота и цинка. Прекрасным продуктом может быть доре (золотые слитки) или цинк-золотой шлам, который затем очищается где-то еще.

Медные руды [ править ]

Этот метод аналогичен описанному выше цианидному методу, за исключением того, что для растворения меди из ее руд используется серная кислота . Кислота рециркулируется из контура экстракции растворителем (см. Экстракция растворителем-электровыделение , SX / EW) и повторно используется на подушке для выщелачивания. Побочным продуктом является сульфат железа (II) , ярозит , который образуется как побочный продукт выщелачивания пирита , а иногда даже та же серная кислота, которая необходима для процесса. Выщелачивать можно как оксидные, так и сульфидные руды, хотя циклы выщелачивания сильно различаются, и для выщелачивания сульфидов требуется бактериальный или биовыщелачивающий компонент.

В 2011 году в результате выщелачивания, как кучного, так и подземного , было произведено 3,4 миллиона метрических тонн меди, что составляет 22 процента мирового производства. [8] Крупнейшие операции по кучному выщелачиванию меди находятся в Чили, Перу и на юго-западе США.

Хотя кучное выщелачивание является недорогостоящим процессом, обычно он имеет коэффициент извлечения 60-70%. Обычно это наиболее выгодно с рудами с низким содержанием. Руды с более высоким содержанием обычно подвергаются более сложным процессам измельчения, где более высокие извлечения оправдывают дополнительные затраты. Выбранный процесс зависит от свойств руды.

Конечный продукт - катодная медь.

Никелевые руды [ править ]

Этот метод представляет собой метод кучного кислотного выщелачивания, аналогичный методу с медью, в котором для растворения целевых минералов из дробленой руды используется серная кислота вместо раствора цианида. Требуемое количество серной кислоты намного выше, чем для медных руд, до 1000 кг кислоты на тонну руды, но более распространено 500 кг. Первоначально этот метод был запатентован австралийской горнодобывающей компанией BHP Billiton и в настоящее время коммерциализируется компанией Cerro Matoso SA в Колумбии, 100-процентной дочерней компанией BHP Billiton ; Вейл в Бразилии; и European Nickel PLC для горных латеритных месторождений Турции, Талвиваарамоя в Финляндии, на Балканах и на Филиппинах. В настоящее время нет действующих предприятий по кучному выщелачиванию латерита никеля в промышленных масштабах, но в Финляндии работает сульфидная HL.

Извлечение никеля из выщелачивающих растворов намного сложнее, чем для меди, и требует различных стадий удаления железа и магния, и в процессе образуются как остатки выщелоченной руды («рипиос»), так и химические осадки на установке для извлечения (в основном, остатки оксида железа, магний сульфат и сульфат кальция ) примерно в равных пропорциях. Таким образом, уникальной особенностью кучного выщелачивания никеля является наличие хвостохранилища.

Конечным продуктом могут быть осадки гидроксида никеля (NHP) или осадки смешанного гидроксида металла (MHP), которые затем подвергаются обычной плавке для получения металлического никеля.

Урановые руды [ править ]

Схема извлечения урана при кучном выщелачивании (NRC США)

Аналогично кучному выщелачиванию оксида меди, также с использованием разбавленной серной кислоты. Rio Tinto коммерциализирует эту технологию в Намибии и Австралии ; французская атомная энергетическая компания Areva в Нигере с двумя шахтами и Намибией; и несколько других компаний изучают его осуществимость.

Конечный продукт представляет собой желтый кек и требует значительной дальнейшей обработки для производства топливного сырья.

Аппарат [ править ]

В то время как большинство горнодобывающих компаний перешли от ранее принятого метода разбрызгивания к просачиванию медленно капающих выбранных химических веществ, включая цианид или серную кислоту, ближе к фактическому рудному пласту [9], площадки кучного выщелачивания не сильно изменились за эти годы. По-прежнему существует четыре основных категории подушек: обычные, выщелачивающие на отвале, насыпи впадин и двухпозиционные подушки. [10] Как правило, каждая прокладка имеет только одну геомембранную прокладку для каждой прокладки с минимальной толщиной 1,5 мм, обычно толще.

Обычные подушечки простейшей конструкции используются в основном на ровных или пологих участках и удерживают более тонкие слои измельченной руды. Площадки отвала для выщелачивания содержат больше руды и обычно могут обрабатывать менее ровную местность. Заливки долин - это площадки, расположенные на дне долин или уровнях, которые могут удерживать все, что в нее попадает. Колодки включения / выключения включают в себя значительно большую нагрузку на колодки, а также их снятие и повторную загрузку после каждого цикла.

Многие из этих шахт, которые ранее имели глубину копания около 15 метров, копают глубже, чем когда-либо прежде, чтобы добывать материалы, примерно на 50 метров, а иногда и больше, что означает, что для того, чтобы вместить всю смещаемую землю, опоры должны удерживать больший вес из-за того, что более измельченная руда находится на меньшей площади (Lupo 2010). [11] При таком увеличении накопления возникает вероятность снижения выхода или качества руды, а также потенциально слабые места в футеровке или области повышенного нарастания давления. Это скопление все еще может привести к проколам лайнера. По состоянию на 2004 год прокладочные ткани, которые могли бы уменьшить возможные проколы и их протекание, все еще обсуждались из-за их тенденции к увеличению рисков, если на прокладку будет возложен слишком большой вес на слишком большой поверхности (Thiel and Smith 2004). [12] Кроме того, некоторые вкладыши, в зависимости от их состава, могут вступать в реакцию с солями в почве, а также с кислотой в результате химического выщелачивания, что влияет на эффективность облицовки. Со временем это может усилиться. [ необходима цитата ]

Проблемы окружающей среды [ править ]

Эффективность [ править ]

Добыча кучным выщелачиванием хорошо работает для больших объемов руды с низким содержанием, поскольку требуется пониженная металлургическая обработка (измельчение) руды для извлечения эквивалентного количества минералов по сравнению с измельчением. Значительно сниженные затраты на переработку компенсируются сниженным выходом обычно примерно на 60-70%. Величина общего воздействия на окружающую среду, вызванного кучным выщелачиванием, часто ниже, чем при использовании более традиционных методов. [ Требуется цитата ] Для использования этого метода также требуется меньшее энергопотребление, которое многие считают экологической альтернативой.

Правительственное постановление [ править ]

В Соединенных Штатах Общий закон о горной промышленности 1872 года дал право на разведку и добычу на государственных землях; исходный закон не требовал рекультивации после добычи (Woody et al. 2011). Требования к рекультивации минных земель на федеральных землях зависели от требований штата до принятия Федерального закона о земельной политике и управлении в 1976 году. В настоящее время для добычи полезных ископаемых на федеральных землях необходимо иметь утвержденный правительством план горных работ и рекультивации до начала добычи. Требуются мелиоративные облигации. [13] Добыча на федеральных, государственных или частных землях регулируется требованиями Закона о чистом воздухе и Закона о чистой воде .

Одним из предлагаемых решений проблем мелиорации является приватизация земли, подлежащей добыче (Woody et al. 2011).

Культурные и социальные проблемы [ править ]

С ростом движения защитников окружающей среды также возросло понимание социальной справедливости, и горнодобывающая промышленность в последнее время демонстрирует аналогичные тенденции. Общества, расположенные вблизи потенциальных мест добычи полезных ископаемых, подвергаются повышенному риску подвергнуться несправедливости, поскольку на их окружающую среду влияют изменения, внесенные в заминированные земли - государственные или частные, - которые в конечном итоге могут привести к проблемам в социальной структуре, идентичности и физическом здоровье (Franks 2009 г.). [14] Многие [ кто? ]утверждали, что, передавая силу шахт через местных жителей, это разногласие можно смягчить, поскольку обе группы интересов имели бы общий и равный голос и понимание в отношении будущих целей. Однако часто бывает трудно сопоставить интересы корпоративных горнодобывающих компаний с местными социальными интересами, и деньги часто являются решающим фактором успеха любых разногласий. Если общины могут почувствовать, что у них есть действительное понимание и власть в вопросах, касающихся их местной окружающей среды и общества, они с большей вероятностью будут терпеть и поощрять положительные преимущества, связанные с добычей полезных ископаемых, а также более эффективно продвигать альтернативные методы кучного выщелачивания. добыча полезных ископаемых, используя их глубокие знания местной географии (Franks 2009).

Примеры [ править ]

См. Также [ править ]

  • Цианирование золота
  • Добыча золота
  • Выщелачивание на месте
  • Хвосты
  • Минеральная переработка
  • Yellowcake
  • Экологическая справедливость

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Petersen, J., & Dixon, DG (2002). Термофильное кучное выщелачивание халькопиритового концентрата. Минеральное дело , 15 (11), 777-785.
  2. ^ Буффар, Сильви К. и Дэвид Г. Диксон. «Исследовательское исследование гидродинамики процессов кучного выщелачивания». Металлургические операции и операции с материалами B 32.5 (2001): 763-776.
  3. ^ Индустриальная Англия в середине восемнадцатого века, Nature , Том 83, № 2113, четверг, 28 апреля 1910 г .; стр.267.
  4. ^ Роман, Рональд Дж., Блэр Р. Беннер и Джордж Беккер. «Модель диффузии для кучного выщелачивания и ее применение для масштабирования». TRANS SOC MIN ENG, AIME 256.3 (1974): 247-252.
  5. ^ «Агломерационные барабаны в процессе кучного выщелачивания» . FEECO International, Inc . Проверено 21 февраля 2013 года .
  6. Перейти ↑ Guzmán-Guzmán, A., Y. Cáceres Hernández, O., Srivastava, R., & W. Jones, J. (2014). Интегрированное управление процессом для повышения производительности кучного выщелачивания. Документ, представленный на Второй международной конференции по решениям кучного выщелачивания, Лима, Перу.
  7. ↑ Gage B. & G. 2008. Американское возмущение . США: Хьюман Райтс Вотч.
  8. ↑ Геологическая служба США, Ежегодник полезных ископаемых 2011 - Медь , 2012.
  9. ^ Краут, Ричард Г. 1991 Система контролируемой перколяции и метод добычи кучного выщелачивания. Патент США 5 005 806. 9 апреля 1991 г.
  10. ↑ Тиль, Ричард и Марк Э. Смит, 2004 г. Анализ состояния практики в области проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22 (5): 555-568
  11. ^ Лупо, Джон Ф. 2009 Конструкция системы футеровки для площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 28 (12): 163-173
  12. ↑ Тиль, Ричард и Марк Э. Смит, 2004 г. Анализ состояния практики в области проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22 (5): 555-568
  13. ^ Невада Отдел полезных ископаемых, Современная мелиорация добыча Архивировано 2013-07-02 в Wayback Machine .
  14. ↑ Franks, Daniel 2009 г. Избегание конфликта между шахтами и сообществом: от диалога к общему будущему. В: Жак Вирц и Крис Моран, Материалы Первого международного семинара по экологическим вопросам в горнодобывающей промышленности. Энвиромайн 2009, Сантьяго, Чили, (xx). 30 сентября - 2 октября 2009 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Кучное выщелачивание грунтовых вод - серьезная проблема для здоровья со стороны инженерной школы Политехнического института Ренсселера.
  • Официальный сайт European Nickel PLC
  • Ежегодник полезных ископаемых USGS 2005 - Никель