Извлечение золота из горной породы: методы дробления, измельчения, разделения и выделения

Золото редко встречается в горных породах в виде крупных чистых самородков. В большинстве золотосодержащих руд ценный металл присутствует в виде мельчайших частиц, связанных с кварцем, сульфидными минералами или другими породообразующими минералами. Поэтому извлечение золота требует тщательно разработанной технологической схемы, которая обеспечивает раскрытие золотоносных минералов и их отделение от пустой породы.

1. Где находится золото в горных породах?

Понимание того, в какой форме золото присутствует в руде, является первым шагом при выборе подходящего метода извлечения. Золото может встречаться в виде относительно свободных частиц, находиться внутри сульфидных минералов или присутствовать в рудах, требующих специальной предварительной обработки.

1.1 Легкоизвлекаемое свободное золото

Легкоизвлекаемое свободное золото присутствует в виде относительно свободных частиц, которые можно отделить от окружающих минералов с помощью традиционных методов переработки.

• Золото может встречаться в виде крупных или мелких частиц в кварцевых жилах или других вмещающих породах.
• Крупное золото иногда можно извлечь после относительно простого дробления и измельчения.
• Гравитационное обогащение часто оказывается эффективным, поскольку плотность золота значительно выше плотности большинства распространённых пустых пород.
• В зависимости от типа руды могут применяться центробежные концентраторы, отсадочные машины или концентрационные столы.

Руды со свободным золотом, как правило, легче перерабатывать, поскольку золото можно достаточно раскрыть без интенсивной химической или специализированной обработки.

1.2 Золото, связанное с сульфидными минералами

Золото может быть связано с такими сульфидными минералами, как пирит и арсенопирит.

В таких рудах:

• Частицы золота могут быть чрезвычайно мелкими.
• Золото может быть физически заключено внутри зёрен сульфидных минералов.
• Одного дробления может быть недостаточно для достижения необходимого раскрытия.
• Для высвобождения золотоносных минералов может потребоваться тонкое измельчение.
• Флотация может применяться для получения золотосодержащего сульфидного концентрата.
• Перед окончательным извлечением золота может потребоваться дополнительная обработка концентрата.

Поэтому схема переработки сульфидной золотой руды может быть значительно сложнее, чем схема для руды со свободным золотом.

1.3 Упорная золотосодержащая руда

Упорная золотосодержащая руда особенно сложна для переработки с использованием традиционного гравитационного обогащения или прямого выщелачивания.

Золото может быть:

• Чрезвычайно тонко вкрапленным;
• Заключённым внутри сульфидных минералов;
• Связанным с минералами, которые препятствуют извлечению;
• Химически труднодоступным для традиционных методов переработки.

Для таких руд может потребоваться специальная предварительная обработка, например окисление, перед последующим извлечением золота. Выбор подходящей технологии в значительной степени зависит от минералогических характеристик руды.

2. Технологическая схема переработки золотой руды от породы до извлечённого золота

Типичная фабрика по переработке золота из твёрдых пород включает несколько этапов:

Добыча → Подача → Дробление → Грохочение → Измельчение → Классификация → Гравитационное разделение/Флотация → Обработка концентрата → Извлечение золота → Обработка хвостов

Каждый этап выполняет определённую функцию:

• Добыча: Золотоносная порода извлекается из месторождения.
• Подача: Руда из карьера или шахты подаётся на обогатительную фабрику с контролируемой скоростью.
• Дробление: Крупные куски породы уменьшаются до подходящего для дальнейшей обработки размера.
• Грохочение: Дроблёный материал разделяется по размеру частиц.
• Измельчение: Руда дополнительно измельчается для раскрытия мелкого золота и золотоносных минералов.
• Классификация: Измельчённые частицы разделяются по размеру, обычно с помощью гидроциклонов.
• Гравитационное разделение/флотация: Золото или золотоносные минералы концентрируются.
• Обработка концентрата: Концентрат очищается и подвергается дальнейшей переработке.
• Извлечение золота: Золото извлекается из концентрата или раствора.
• Обработка хвостов: Оставшийся отходный материал управляется и, при необходимости, подвергается дальнейшей переработке.

3. Дробление породы для раскрытия золотоносных минералов

3.1 Первичное дробление золотой руды из карьера или шахты

Руда из карьера или шахты может содержать очень крупные куски породы, которые нельзя непосредственно подавать на оборудование для измельчения или разделения. Первичное дробление уменьшает размер материала до подходящего для последующих стадий.

К распространённым первичным дробилкам относятся:

• Щековые дробилки : Подходят для многих твёрдых и абразивных золотосодержащих руд.
• Гирационные дробилки: Часто применяются на высокопроизводительных предприятиях, перерабатывающих большие объёмы твёрдых пород.
• Первичные роторные дробилки: Подходят для определённых задач, когда характеристики исходного материала позволяют их использовать.

3.2 Вторичное и третичное дробление для дальнейшего уменьшения размера

После первичного дробления руде может потребоваться дополнительное уменьшение размера.

Конусные дробилки широко используются для вторичного и третичного дробления твёрдых и абразивных руд. Они могут работать в замкнутом цикле с грохотами для контроля конечного размера продукта.

Типичная схема может выглядеть следующим образом:

• Первичная дробилка → Грохот → Вторичная дробилка → Грохот → Третичная дробилка
• Надрешётный материал возвращается в дробилку, а материал требуемого размера направляется на измельчение.
• Роторные дробилки также могут применяться, если характеристики руды позволяют это, особенно при переработке менее абразивного материала.

3.3 Насколько мелко следует дробить золотую руду?

Не существует универсального размера дробления для золотой руды.

Целевой размер должен определяться характеристиками раскрытия золота и вмещающих минералов, а не стремлением измельчить руду как можно сильнее.

Если золото крупное и хорошо раскрыто, чрезмерное дробление может привести к дополнительным затратам энергии без существенного повышения извлечения. Если золото тонко вкраплено, может потребоваться дополнительное измельчение, а не просто дальнейшее дробление.

4. Измельчение дроблёной руды для раскрытия золота

4.1 Почему измельчение имеет решающее значение для извлечения золота

Дробление уменьшает общий размер породы, но не всегда позволяет полностью высвободить мелкие частицы золота.

Измельчение разрушает связи между минералами и повышает степень раскрытия между:

• Золотом;
• Сульфидными минералами;
• Кварцем; и
• Другими пустыми породами.
• Лучшее раскрытие может повысить эффективность последующего гравитационного разделения или флотации.

Однако чрезмерное измельчение также может создавать проблемы. Слишком мелкие частицы бывает трудно извлекать гравитационными методами, а энергопотребление при этом возрастает. Поэтому цель заключается в достижении достаточной степени раскрытия при минимально возможных затратах энергии на измельчение.

4.2 Распространённое оборудование для измельчения золотой руды

К распространённому оборудованию для измельчения относятся:

• Шаровые мельницы: Широко применяются для тонкого измельчения на предприятиях по переработке минерального сырья.
• Мельницы SAG: Подходят для крупномасштабных операций и способны выполнять значительное уменьшение размера материала.
• Стержневые мельницы: Используются в некоторых процессах, где их характеристики измельчения дают преимущества.
• Вертикальные и мельницы с перемешиваемой средой: Полезны для тонкого и сверхтонкого измельчения.
• HPGR: Валковые прессы высокого давления могут подходить для определённых типов руды и технологических схем.

Выбор подходящей мельницы зависит от твёрдости руды, производительности, требуемого размера продукта и общей технологической схемы.

5. Классификация измельчённой золотой руды

Классификация контролирует размер частиц, поступающих в контур разделения.

Гидроциклоны для классификации золотой руды

Гидроциклоны широко применяются в замкнутых контурах измельчения для разделения частиц в соответствии с их поведением при осаждении и эффективным размером.

Типичный контур работает следующим образом:

• Измельчённая руда и вода поступают в гидроциклон.
• Более крупные или недостаточно измельчённые частицы возвращаются в мельницу.
• Частицы подходящего размера выходят из контура классификации.
• Материал требуемого размера направляется на гравитационное обогащение, флотацию или другой этап извлечения.

Такая схема замкнутого цикла предотвращает попадание слишком крупных частиц на последующее оборудование и одновременно снижает ненужное измельчение уже достаточно мелких частиц.

6. Отделение золота от измельчённой руды

После измельчения и классификации для концентрации золота применяются физические и физико-химические методы.

Гравитационное разделение крупного свободного золота

Высокая удельная плотность золота (примерно 19,3) по сравнению с большинством пустых пород делает гравитационное обогащение весьма эффективным для свободных или частично раскрытых частиц. К часто используемому оборудованию относятся:

• Центробежные концентраторы (например, Knelson, Falcon), создающие высокие центробежные ускорения и позволяющие извлекать мелкое свободное золото, которое традиционные отсадочные машины или столы могут пропустить.
• Концентрационные столы для очистки и повышения содержания золота в гравитационных концентратах.
• Отсадочные машины и спиральные концентраторы в определённых процессах, особенно для более крупного исходного материала.

Гравитационные контуры часто размещаются в начале технологической схемы (после первичного измельчения или даже после дробления в некоторых процессах переработки россыпных руд или руд со свободным золотом), чтобы извлечь крупное золото до его чрезмерного измельчения или потери с флотационными хвостами.

Флотация мелкого золота и золота, связанного с сульфидами

Когда золото является мелким или заключено в сульфидах, флотация становится основным методом концентрации. Собиратели (обычно ксантогенаты или дитиофосфаты) делают поверхности золотоносных сульфидов гидрофобными; пенообразователи стабилизируют агрегаты пузырьков и частиц, которые поднимаются вверх и формируют обогащённую минералами пену. Полученный сульфидный концентрат затем может подвергаться дальнейшей обработке с помощью интенсивного цианирования, обжига, автоклавного окисления или плавки в зависимости от минералогического состава. Флотация особенно ценна для извлечения золота, которое в противном случае попало бы в гравитационные хвосты или осталось заключённым в сульфидах.

Магнитная сепарация и её ограниченная роль в извлечении золота

Магнитная сепарация редко используется непосредственно для извлечения золота, поскольку самородное золото немагнитно. Однако она может применяться для удаления магнитных минералов (магнетита, пирротина), которые мешают последующим процессам, или для повышения качества некоторых промежуточных продуктов. Её роль является вспомогательной, а не основной.

7. Извлечение золота из концентратов

Концентраты, полученные гравитационным обогащением или флотацией, всё ещё содержат пустую породу и должны быть дополнительно очищены и переработаны.

Очистка гравитационного концентрата

Первичные гравитационные концентраты обычно очищаются на концентрационных столах или с помощью вторичного центробежного обогащения. Цель заключается в удалении оставшихся силикатов и сульфидов с получением высокосортного концентрата, подходящего для непосредственной плавки или интенсивного выщелачивания.

Плавка золотых концентратов

Очищенные гравитационные концентраты или некоторые флотационные концентраты могут подвергаться плавке. Флюсы (бура, кремнезём, кальцинированная сода и т. д.) добавляются для снижения температуры плавления пустой породы и образования жидкого шлака, который отделяется от расплавленного золота. Золото оседает в виде доре-кнопки или слитка, который впоследствии рафинируется до более высокой чистоты. Плавка остаётся одним из самых старых и наиболее прямых способов получения металла из концентрата.

Цианирование подходящих золотых руд и концентратов

Для руд со свободным золотом и многих концентратов цианирование является основным химическим методом извлечения. В контролируемых щелочных условиях и в присутствии кислорода золото растворяется с образованием растворимого ауроцианидного комплекса. Затем растворённое золото извлекается из раствора, чаще всего посредством адсорбции на активированном угле (контуры Carbon-in-Pulp или Carbon-in-Leach), после чего выполняются элюирование, электролитическое осаждение и плавка с получением доре-металла. Интенсивное цианирование часто применяется к гравитационным концентратам для максимального извлечения остаточного мелкого золота.

8. Методы извлечения золота для различных типов золотой руды

Оптимальная технологическая схема зависит от того, в какой форме золото присутствует в руде.

Тип золотой руды	Предпочтительный подход к переработке
Крупное свободное золото	Дробление + измельчение + гравитационное разделение
Мелкое свободное золото	Измельчение + центробежное обогащение/флотация
Жильное кварцевое золото	Дробление + измельчение + гравитационное обогащение/флотация
Золото, связанное с сульфидами	Измельчение + флотация + обработка концентрата
Упорное золото	Тонкое измельчение + специальная предварительная обработка + выщелачивание
Россыпное золото	Грохочение + промывка + гравитационное обогащение

Например, руда, содержащая крупное раскрытое золото, может обеспечивать хорошее извлечение при дроблении с последующим гравитационным обогащением. В то же время золото, заключённое внутри сульфидных минералов, может потребовать тонкого измельчения, флотации и дальнейшей обработки.

Заключение

Извлечение золота из горных пород по сути представляет собой процесс раскрытия, концентрации и извлечения. Крупные золотоносные породы сначала необходимо дробить, а затем достаточно измельчать для высвобождения золота или золотоносных минералов. Классификация контролирует размер частиц, поступающих в контур извлечения, тогда как гравитационное разделение и флотация являются важными методами концентрации золота.

Оптимальная технологическая схема зависит от типа золотой руды. Крупное свободное золото может хорошо извлекаться методом гравитационного обогащения, тогда как мелкое золото или золото, связанное с сульфидами, может потребовать флотации и дополнительной обработки концентрата. Для упорных руд может потребоваться специальная предварительная обработка перед эффективным извлечением золота.

На практике наиболее эффективная фабрика по переработке золота — это не обязательно предприятие, которое измельчает руду до максимально мелкой фракции или использует максимальное количество оборудования. Это предприятие, в котором методы дробления, измельчения, классификации, разделения и извлечения соответствуют фактическому минералогическому составу руды и характеристикам раскрытия минералов.

Часто задаваемые вопросы

1. Каков первый этап извлечения золота из горных пород?

Первым этапом переработки обычно является дробление, после которого руда может проходить грохочение, измельчение, классификацию и соответствующий этап концентрации или извлечения.

2. Можно ли измельчать золотую руду в шаровой мельнице?

Да. Шаровые мельницы широко используются для измельчения дроблёной золотой руды и раскрытия золотоносных минералов перед последующим разделением.

3. Может ли гравитационное разделение извлекать мелкое золото?

Гравитационное разделение позволяет извлекать мелкое золото, однако его эффективность снижается по мере значительного уменьшения размера частиц и сильно зависит от минералогии и рабочих условий.

4. Какое оборудование используется для переработки золотой руды?

Типичное оборудование включает питатели, щековые дробилки, конусные дробилки, вибрационные грохоты, шаровые мельницы, мельницы SAG, гидроциклоны, гравитационные концентраторы, концентрационные столы, флотационные машины, сгустители и фильтры.