Применение озона в добыче золота, серебра и металлов

Озон (O₃) становится ценной технологией в горнодобывающей и обогатительной промышленности. Благодаря мощным окислительным свойствам озон предлагает решения для улучшения извлечения драгоценных металлов из упорных руд, повышения эффективности выщелачивания и очистки горных сточных вод. В этой статье рассматриваются научные исследования применения озона в процессах добычи золота, серебра и других металлов.

Озоновая предварительная обработка упорных золотых руд

Упорные золотые руды представляют значительную проблему в горнодобывающих операциях. В таких рудах частицы золота заключены в сульфидные минералы — пирит, арсенопирит и пирротин, что делает их недоступными для традиционного цианидного выщелачивания. Предварительная обработка озоном предлагает эффективное решение путём окисления этих сульфидных минералов и высвобождения золота для извлечения.

Исследования, проведённые на образцах мексиканских упорных руд, продемонстрировали значительные улучшения при озоновой предварительной обработке. Метод непрямого контакта с озоном увеличил извлечение золота с 53% до 88%, а серебра — с 26% до 78%. Кроме того, прямая озоновая предварительная обработка сократила время извлечения с 40 часов до 24 часов при сохранении показателей извлечения.

Механизм окисления включает реакцию озона с сульфидными минералами с образованием сульфатов и гидроксидов металлов. Этот процесс высвобождает ранее инкапсулированные частицы золота и снижает расход цианида при последующем выщелачивании. Температура определена как преобладающий параметр, влияющий на эффективность озоновой предварительной обработки, тогда как концентрация озона оказывает меньшее влияние при обработке руд в растворах сернокислого железа.

Озоновый лёд для интенсификации кучного выщелачивания

Кучное выщелачивание — широко применяемый метод добычи золота, однако доступность кислорода часто ограничивает скорость выщелачивания. Исследования в различных институтах изучали использование озонового льда в качестве реагента для высвобождения кислорода.

Исследования показали, что увеличение концентрации растворённого кислорода (РК) с 8,2 мг/л до 12 мг/л удвоило скорость выщелачивания золота при высоких концентрациях цианида (60 мг/л). При добавлении озонового льда с концентрацией озона 300 мг/л в колоночные эксперименты извлечение золота увеличилось на 4,1% по сравнению с контрольными колонками без озонового льда.

Поток озона через колонки с зерном происходит в две фазы. В Фазе 1 озон быстро разлагается, реагируя с веществом на поверхности зерна. В Фазе 2 озон свободно проходит через зерно с минимальным разложением, позволяя ему реагировать с целевыми материалами. Увеличение скорости потока озона с 0,02 до 0,04 м/с способствует более глубокому проникновению в Фазе 1.

Прямое озоновое выщелачивание драгоценных металлов

Помимо применения для предварительной обработки, озон может служить прямым выщелачивающим агентом для драгоценных металлов. Исследования показали, что водный раствор озона в разбавленных хлоридных средах может растворять золото и палладий при комнатной температуре.

Процесс выщелачивания формирует хлоридные комплексы металлов (такие как AuCl₄⁻) путём окисления озоном в присутствии ионов хлора. Кинетика контролируется массопереносом озона к границе раздела твёрдое-жидкое, демонстрируя первый порядок зависимости от концентрации растворённого озона.

Расход электроэнергии на генерацию озона составляет 4-8 кВт·ч на килограмм выщелоченного металла. Это делает процесс экономически наиболее целесообразным для высокоценных металлов — золота и металлов платиновой группы. Недавние исследования также изучали комбинированные подходы озон/тиосульфат для извлечения меди и золота из старых флотационных хвостов.

Разрушение цианидов в горных сточных водах

Одно из наиболее устоявшихся применений озона в горнодобывающей промышленности — разрушение цианидов в сточных водах. Цианид необходим для извлечения золота, но представляет серьёзную экологическую и санитарную угрозу при необработанном сбросе.

Озон окисляет цианид в двухстадийном процессе: сначала цианид (CN⁻) превращается в цианат (CNO⁻), затем происходит дальнейшее окисление и гидролиз до бикарбоната и азота. Реакция следует кинетике первого порядка по концентрации озона и нулевого порядка по концентрации цианида. Стехиометрия указывает, что один моль цианида реагирует с одним молем озона.

Промышленные испытания на золотодобывающих предприятиях продемонстрировали 99% снижение содержания свободного цианида и слабокислотных диссоциированных (WAD) цианидных комплексов. Средняя доза озона составляет 2-3 грамма O₃ на грамм цианида, полное окисление обычно достигается в течение 10-30 минут.

Усовершенствованные системы каталитического озонирования с использованием MgO/персульфата или катализаторов ЭДТА-кокосовое волокно/медный шлак достигли эффективности удаления цианида 98,71%. Комбинация O₃/H₂O₂ (процесс пероксон) оказалась наиболее эффективной для полного удаления свободного цианида, достигая почти полного устранения за 3 минуты при pH 11,0.

Экологические преимущества по сравнению с традиционными методами

Снижение расхода химикатов: озоновая предварительная обработка может значительно снизить расход цианида при последующем выщелачивании, минимизируя количество необходимых токсичных веществ.
Устранение опасных добавок: озон может заменить свинцовые добавки, традиционно используемые для улучшения выщелачивания золота, устраняя связанные экологические риски.
Генерация на месте: озон производится на месте из воздуха или кислорода, исключая транспортировку и хранение опасных химикатов.
Отсутствие токсичных остатков: озон быстро разлагается до кислорода, не оставляя вредных остатков в обработанных материалах или сточных водах.
Рециркуляция сточных вод: обработанные озоном сточные воды часто можно повторно использовать в процессе, снижая потребление пресной воды.

Промышленное применение и внедрение

Несколько горнодобывающих предприятий успешно внедрили озоновые технологии для различных применений:

Системы разрушения цианидов: системы генерации озона на месте установлены на золотых рудниках в Юго-Восточной Азии и Южной Африке, достигая снижения свободного цианида более чем на 85% при соответствии Международному кодексу управления цианидами (ICMC).
Установки предварительной обработки: пилотные и промышленные системы озоновой предварительной обработки были испытаны для переработки дважды упорных золотых руд, демонстрируя улучшенное извлечение золота и сокращение времени обработки.
Комбинированные системы очистки: интегрированные системы, сочетающие озон с другими окислителями (перекись водорода, персульфат), были развёрнуты для повышения эффективности очистки сточных вод.

Хотя озонирование требует относительно высоких капитальных затрат на оборудование, эксплуатационные расходы ниже по сравнению с традиционными химическими окислителями, такими как гипохлорит натрия. Технология не требует корректировки хвостовых потоков, обеспечивает быстрые и необратимые реакции и повышает безопасность операторов за счёт исключения работы с опасными химикатами.

Выводы

Озоновые технологии предлагают значительные преимущества для извлечения драгоценных металлов и очистки горных сточных вод. Исследования продемонстрировали их эффективность в предварительной обработке упорных руд, повышении извлечения золота и серебра, а также разрушении цианидов в сточных водах. По мере ужесточения экологических норм и поиска промышленностью более устойчивых практик применение озона в горнодобыче будет расширяться. Ключевые преимущества включают улучшение показателей извлечения металлов, снижение расхода химикатов, уменьшение экологического воздействия и соответствие международным экологическим стандартам.