автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Комплексная оценка и утилизация золотосодержащих амальгам техногенных месторождений

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Татауров Сергей Борисович

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА И УТИЛИЗАЦИЯ. ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ АМАЛЬГАМ ТЕХНОГЕННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05. 15. 11 - «Физические процессы горного

производства»

Диссертация, представленная на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - д.т.н., профессор Мязин В.П. Научный консультант - д.г.-м. н., профессор Наркелюн Л.Ф.

ЧИТА 1999

-2- ,

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................. 5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕЙ АМАЛЬГАМЫ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

РУД И РОССЫПЕЙ.................................................................... 13

1 Л. Характеристика техногенных месторождений золота

пораженных ртутью............................................................... 13

1.2.Условия образования и уровень изученности физико-химических свойств золотосодержащей амальгамы техногенных месторождений РФ....................................... 20

1.3.Анализ существующей техники и технологии утилизации золотосодержащих амальгам техногенных месторождений...................................................................... 28

1.4.Цели и задачи исследования................................................. 41

ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ФОРМ РТУТИ И

ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ АМАЛЬГАМ В ПРОЦЕССЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.. 43

2.1. Эколого-геохимические исследования техногенных месторождений золота пораженных ртутью....................... 43

2.2. Особенности строения и состава золотосодержащих амальгам техногенных месторождений............................... 5 ^

2.3. Возможный механизм образования цианида ртути при применении метода кучного выщелачивания на техногенных месторождениях золота.................................. 57

2.4. Выводы по главе.............................. .................. 59

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ АМАЛЬГАМ И МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РТУТИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ..........................................................................................................................61

3.1. Анализ геолого-технологической документации и данных технологического опробования минерального сырья техногенных месторождений..............................................................................................62

3.2. Проведение поисковых работ аномальных зон с применением газортутного метода................................'...... 62

3.3. Эколого-геохимическое опробование техногенных месторождений ранее пораженных ртутью......................... 65

3.4. Технологическое опробование..........................................................................................^

3.5. Минералогическая и физико-химическая оценка золотосодержащих амальгам и металлической ртути техногенных месторождений..............................................................................................76

3.6. Выводы по главе...................................................................

ГЛАВА 4 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ

АМАЛЬГАМ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ЧИТИНСКОЙ ОБЛАСТИ......................................................................................................................85

4.1. Объекты и методы исследования................................................................................85

4.2. Исследование минералогических особенностей золотосодержащих амальгам техногенных месторождений Читинской области..................................... ^

4.3. Изучение физико-химических свойств золотосодержащих амальгам Читинской области...............................................

4.4. Возможный механизм образования системы «золото-

93

ртуть-железо» в процессе внутренней амальгамации......... ^

4.5. Выводы по главе................................................................... 108

ГЛАВА 5 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И

ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕЙ АМАЛЬГАМЫ И МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ

РТУТИ........................................................................................... 110

5.1. Обоснование технических параметров и проектирование ворсистого поверхностно-активного модульного устройства используемого в процессе переработки техногенных россыпных месторождений............................ 110

5.2. Опытно-промышленные испытания противоточного ворсистого поверхностно-активного модульного устройства для утилизации золотосодержащей амальгамы и металлической ртути....................................... 117

5.3. Построение технологических линий для утилизации золотосодержащих амальгам и металлической ртути техногенных месторождений............................................... 122

5.4. Природоохранные мероприятия на территориях пораженных ртутью.............................................................. 130

5.5. Эколого-экономическое обоснование применения технологии утилизации золотосодержащих амальгам с использованием модульного устройства............................. 133

5.6. Выводы по главе................................................................... 135

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................................ ш

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................ 140

ПРИЛОЖЕНИЕ А................................................................................... 158

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.................................................................................... 163

ПРИЛОЖЕНИЕ В.................................................................................... 164

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.................................................................................... 168

-5- -

Введение

Актуальность работы. Снижение объемов добычи золота в России за последние годы требует вовлечения в отработку легкоосваиваемых россыпных месторождений. При этом прослеживается четкая тенденция увеличения сырьевой базы россыпной золотодобычи прежде всего за счет вовлечения в переработку техногенных месторождений, в которых накоплено значительное количество высокотоксичных продуктов в виде золотосодержащей амальгамы и металлической ртути (от 0,2 до 5,0 г/т).

Характерно, что накопленная золотосодержащая амальгама и металлическая ртуть в техногенных месторождениях претерпели существенные изменения физико-химических свойств. В этой связи существующие традиционные методы обогащения песков не позволяют эффективно извлекать золотосодержащую амальгаму и металлическую ртуть. Потери золота и ртути в амальгаме достигают, по данным практики, до нескольких десятков грамм в сутки.

Поэтому для решения проблемы утилизации золотосодержащих амальгам и металлической ртути при переработке техногенных месторождений должны быть использованы последние достижения науки и техники, основанные на применении комплекса физических и физико-химических методов, позволяющих создавать малоотходные ресурсосберегающие технологические схемы.

Решение актуальной научно-практической задачи по разработке и созданию технических средств для утилизации золотосодержащих амальгам техногенных месторождений в настоящее время сдерживается слабой изученностью эколого-геохимических, физико-химических свойств системы «золото-ртуть-минеральные примеси» и отсутствием эффективных

технических решений по её утилизации из техногенных золотосодержащих месторождений.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Комплексными программами МинВУЗа РФ «Энерго- и ресурсосберегающие технологии в металлургии» и «Технологии экологического прогнозирования, мониторинга и рационального природопользования» в составе раздела «Экологически чистое горное производство». Работа вызвана возникшей потребностью расширения минерально-сырьевой базы за счет вовлечения в эксплуатацию техногенных месторождений Забайкалья с необходимостью решения экологических проблем, возникающих в процессе их отработки.

Цель_работы. Разработать экологически безопасную

ресурсосберегающую технологию утилизации золотосодержащей амальгамы и металлической ртути из техногенных месторождений в процессе ведения горных работ.

Основная идея работы заключается в комплексной физико-химической и технологической оценке золотосодержащих амальгам и металлической ртути как системы «золото-ртуть-минеральные примеси», образованной при переработке металлоносных песков с использованием амальгамационных технологий.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- разработана методика эколого-технологической оценки золотосодержащих амальгам и металлической ртути на основе использования геохимических и технологических методов исследования;

- проведена физико-химическая и технологическая оценка золотосодержащих амальгам в системе «золото-ртуть-минеральные примеси» техногенных месторождений Читинской области и выявлены их характерные свойства: агрегатное состояние, плотность, смачивание, магнитная

восприимчивость, электропроводность при различных соотношениях компонентов в системе «золото-ртуть-минеральные примеси»;

- разработаны методические рекомендации по аппаратурной компоновке технологических схем с целью утилизации золотосодержащих амальгам и металлической ртути из техногенных месторождений;

- проведена опытно-промышленная апробация комбинированной технологии утилизации золото- и ртутьсодержащих продуктов из техногенных месторождений. Выполнена комплексная эколого-экономическая оценка эффективности разработанной технологии на объектах россыпной золотодобычи.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы были проведены аналитические и экспериментальные исследования золотосодержащих амальгам и техногенного минерального сырья: минералогический и пробирный анализы; оптическая микроскопия; фотограмметрия; измерения удельной магнитной восприимчивости в неоднородном магнитном поле высокой напряженности (метод Гуи); измерения краевого угла смачивания при проектировании капли амальгамы на экран (метод Ребиндера); электрофизические методы измерения термоэдс, теплопроводности. Проделана математическая обработка данных с использованием современных методов статистического анализа и программных средств ЭВМ.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Разработана комплексная методика физико-химической и эколого-технологической оценки золотосодержащих амальгам и металлической ртути техногенных месторождений. Эта методика, в отличие от ранее полученных закономерностей в системе «золото-ртуть», также учитывает влияние вмещающих примесей в системе «золото-ртуть-минеральные примеси».

2. Предложено в качестве критерия оценки системы «золото-ртуть-минеральные примеси» использовать магнитную восприимчивость, позволяющую вскрыть закономерности изменения магнитных свойств системы с учетом особенностей оксидов и гидроксидов железа. На этой основе предложена рабочая гипотеза, позволяющая дать оценку системе «золото-ртуть-железо» с позиции изменения магнитной восприимчивости золотосодержащих амальгам в процессе внутренней амальгамации.

3. Разработаны методические принципы построения экологически безопасных ресурсосберегающих комбинированных технологических схем утилизации золотосодержащих амальгам из техногенных месторождений в виде отдельных модулей. Предложено аппаратурное оформление для их реализации, которое отличается от традиционных технологий обогащения техногенных россыпей наличием последовательно установленных магнитных сепараторов с низкой (80 - 120 кА/м) и высокой (800 - 1600 кА/м) напряженностями, а также электростатической сепарацией и термической обработкой амальгам для выделения золота и ртути.

Научная новизна.

1. Разработаны методические основы эколого-технологической оценки золотосодержащих амальгам техногенных месторождений, позволяющие выявить характерные участки ртутного загрязнения и научно обосновано подойти к разработке технологических схем утилизации высокотоксичных ртутьсодержащих продуктов.

2. Выявлено три характерных типа золотосодержащих амальгам (жидкая, полужидкая и твердая) на техногенных месторождениях Читинской области, позволяющих учесть особенности физико-химических и технологических свойств гетерогенных систем «золото-ртуть-минеральные примеси» с целью дальнейшей их утилизации. Соотношение

золотосодержащих амальгам по разновидности агрегатных состояний (твердая, полужидкая и жидкая) составляет 1-0,37-0,15.

3. Для научно обоснованного построения экологически безопасных технологических схем переработки металлоносных песков и повышения эффективности методов утилизации золотосодержащих амальгам предложено кроме ранее известных технологических свойств (плотность и смачивание) дополнительно учитывать магнитную восприимчивость, электропроводность и теплопроводность гетерогенной системы «золото-ртуть-минеральные примеси».

4. Подтверждены ранее установленные изменения удельной магнитной восприимчивости от объемной концентрации магнитных минералов (проф. В.В. Кармазин) и краевого угла смачивания в системе «золото-ртуть» (проф. И.Н. Плаксин) на гетерогенных системах «золото-ртуть-минеральные примеси» техногенных месторождений.

5. Установлена прямолинейная зависимость удельной магнитной восприимчивости системы «золото-ртуть-минеральные примеси» от объемной концентрации магнитных минералов (оксидов и гидроксидов железа), подчиняющаяся известным закономерностям насыщения слабомагнитных систем. По количественным оценкам коэффициента термоэдс золотосодержащие амальгамы отнесены к проводникам, следовательно, для их утилизации могут быть использованы методы магнитной и электрической сепарации.

6. Выдвинута рабочая гипотеза по оценке взаимодействия ртути с тонкоизмельченным металлическим железом (-1мм), позволяющая прогнозировать изменение удельной магнитной восприимчивости золотосодержащих амальгам во времени. Показана возможность образования цианида ртути в процессе повторной отработки золотосодержащих

техногенных месторождений с использованием методов кучного выщелачивания.

7. Предложено построение экологически безопасных ресурсосберегающих технологических схем осуществлять на основе сочетания процессов гравитационного обогащения с физическими и физико-химическими методами концентрирования золотосодержащих амальгам с последующей их термической обработкой для получения золота и металлической ртути;

8. Предложен нетрадиционный подход к утилизации золотосодержащих амальгам в специальных аппаратах путем совместного использования физического и физико-химического воздействия, сущность которого заключается в регулировании гидродинамики текущего по наклонной плоскости потока и интенсификации процесса смачивания золотосодержащих амальгам при воздействии на подложку электрическим током.

Практическая значимость.

1. Предложена классификация изученных золотосодержащих амальгам техногенных россыпных месторождений Читинской области, основанная на оценке физико-химических свойств, особенностях агрегатного состояния, неоднородности минерального состава и поверхности минеральных зерен (золота) гетерогенной системы «золото-ртуть-минеральные примеси».

2. Реализованы методические принципы утилизации золото- и ртутьсодержащих продуктов как в голове технологического процесса, так и в доводочных циклах переработки шлиховых продуктов. В частности, на уровне изобретений разработаны две патентно-защищенные технологические схемы и одно устройство (патент, заявл. 30.01.96., №2111795; положительное решение на выдачу патента, заявл. 01.04.98., №97120814/02).

3. Разработан модельный стенд для измерения удельной магнитной восприимчивости в поле высокой напряженности диамагнитных и слабомагнитных минералов, реализованный в учебном процессе на кафедре «Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья» в ЧитГТУ при проведении практических и лабораторных работ по курсу «Магнитные и электрические методы обогащения». Материал по эколого-технологическим и физико-химическим исследованиям системы «золото-ртуть-минеральные примеси» использован при проведении учебных занятий.

4. Опытно-промышленные испытания технологической схемы, проведенные на техногенном россыпном месторождении Горохон а/с «Южная», подтвердили её высокую эффективность утилизации золотосодержащих амальгам. При этом извлечение их в концентрат составило 97,8%. Эколого-экономическая эффективность после внедрения технологической схемы по утилизации токсичных соединений ртути из техногенных месторождений составит 105.68 тыс. руб.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований; применением апробированных методов и приборов, позволяющих провести эксперименты с допустимой погрешностью; проверкой и подтверждением выводов в опытно-промышленных условиях.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на:

- областной научно-студенческой конференции «Молодежь и

современный мир», (г. Чита, 28-29 апреля 1997 г.);

- ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях

ЧитГТУ в 1995 - 1998 гг.;

- научно-технической конференции «Драгоценные металлы и драгоценные камни: проблемы добычи и извлечения их из руд, песков и вторичного сырья» (г. Иркутск, 25-28 июня 1996 г.);

- международной конференции «Забайкалье на пути к ус�