Реагент на вес золота
Так выглядит пирит с золотом
Учёные из Института проблем комплексного освоения недр РАН создали реагенты, позволяющие найти мельчайшие частички золота в тоннах руды. Эксперименты показали, что использование новых компонентов в реакции значительно повышает выход драгоценного металла.
Россыпного золота в России, то есть добытого в виде больших и малых драгоценных самородков из открытых месторождений, чаще всего речек и ручьев, практически не осталось. За два столетия активной разработки такие прииски истощились и теперь дают менее 30 процентов добычи «жёлтого металла».
Основными источниками пополнения золотых резервов РФ стали упорные сульфидные руды, в которых золото содержится не в самородном виде, а заключённым в так называемую сульфидную матрицу из пирита, арсенопирита, пирротина и других минералов.
Сначала из руды с помощью современных технологий извлекают золотоносные сульфиды, а из них уже потом выщелачивают мельчайшие золотые песчинки. Правда, чтобы добыть всего несколько граммов драгметалла, требуется переработать тонны руды! Метод, который главным образом используется при этом, называют флотацией. Он базируется на разности в гидрофобных свойствах поверхности различных минералов. Это когда частички одной породы тонут в воде, а другой - закрепляются на пузырьках воздуха, образуемых во флотационной пульпе. Используя это свойство, специалисты и отделяют зёрна от плевел, точнее, золото от пустой породы.
Но, оказывается, и это решение проблемы имеет свои ограничения. Хороших золотоносных руд тоже становится всё меньше, и, напротив, попадается больше таких, которые учёные называют труднообогатимыми. Сульфидных минералов, содержащих золото, в руде становится всё меньше (их примерно 10-15 процентов), да и вкрапления благородного металла в них, как правило, очень малы, они достигают микронных или даже наноразмеров.
Чтобы найти золотосодержащую породу в груде пустой, требуются особые селективные реагенты, способные «почувствовать» видимые лишь под микроскопом драгоценные частички.
Команда исследователей из Института проблем комплексного освоения недр РАН поставила целью создать такие реагенты и, используя их, найти новые условия для более эффективного процесса извлечения золота из руды.
Тамара Матвеева: «Мы создаем новые реагенты-собиратели - термоморфные полимеры и растительные модификаторы для селективного извлечения золота из упорного минерального сырья»
«В первую очередь речь идёт о реагентах-собирателях, которые, закрепляясь на поверхности содержащих золото минералов, позволяют им собираться в концентрат, - комментирует участник проекта, заведующий лабораторией теории разделения минеральных компонентов, д.т.н. Тамара Матвеева. - При этом пустая порода исключается. Такой селективный подход, реагирующий на вкрапления золота в сульфидах, позволяет получить большее количество драгоценного металла, а также снизить энергетические затраты на переработку рудной массы».
Образцы сульфидной руды на разных стадиях подготовки к извлечению драгметалла
Учёные сосредоточили свои усилия на создании реагента, функциональная группа которого образовывала бы прочное соединение с золотом, и при этом обладала бы углеводородным радикалом, придающим гидрофобность поверхности минерала. То есть реагент должен не просто «собрать» все нужные минералы, которые он увидит в руде, но и вынести их в пенный продукт на поверхность раствора. Работа в этом направлении привела к тому, что
был найден совершенно новый класс реагентов, который еще не используется в процессе флотации, - термоморфные полимеры (вещества, способные при изменении температуры менять в растворе своё состояние с жидкого на твёрдое).
«Мы их модифицировали специфическими селективными группами на золото, то есть достроили молекулы этих полимеров специальными группами атомов, которые будут взаимодействовать с золотом, - поясняет Тамара Матвеева. - Этот реагент будет подаваться в воду, образовывать соединения с золотом на поверхности минерала, а при повышении температуры и соответственно переходе в твёрдое состояние приобретать гидрофобные свойства. Главное достоинство термоморфных полимеров с функциональными группами на золото в том, что они реагируют на частицы благородного металла микронных размеров».
Помимо реагентов-собирателей, учёные ищут и другой тип «участников реакции», который называют модификаторами. Их предназначение в том, чтобы создать условия для адсорбции собирателей, а также выступать в роли «депрессеров», то есть способствовать осаждению ненужных частиц.
«Здесь мы выбрали растительные реагенты, выделенные из коры и стружки дуба, и листья и стебли сорняковых растений семейства зонтичных. Их не так часто применяют как класс, потому что считают, что они недостаточно селективны и могут задепрессировать даже полезные минералы. Однако наши исследования показали, что такие вещества могут проявлять селективные свойства в зависимости от того, как мы их подготовим - от их концентрации, от щёлочности среды, в которой происходит флотация и т.д. Мы разработали методику подготовки и эффективного использования таких реагентов. Считаем, главное их преимущество в том, что они доступны в нашей полосе, экологически безопасны и дёшевы - фактически представляют собой отходы деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности», - отмечает Тамара Матвеева.
Лабораторная флотационная установка для получения золотосодержащего концентрата
В настоящее время учёные заняты экспериментальной отработкой методики реакции. Они измельчают руду до микронных размеров и помещают её во флотационную машину. Там создают определённые условия, в частности, добавляют реагенты в рассчитанном составе и количестве и обеспечивают подсос воздуха, благодаря чему минералы закрепляются на пузырьке воздуха и всплывают на поверхность.
«Чем больше у нас получится золота в продукте, который всплывает, т.е. концентрате, тем эффективнее реагентный режим, - уточняет Тамара Матвеева. - Собиратель в данном случае нужен для того, чтобы минерал закрепился на пузырьке, модификатор - чтобы подготовить поверхность для лучшего закрепления собирателя, депрессер - чтобы не дать флотировать минералы пустой породы. Также в реакции участвуют вспениватели, создающие пузырьки воздуха нужной структуры. Концентрацию реагентов в растворе мы анализируем с помощью ультрафиолетовой спектроскопии, состав веществ идентифицируем посредством инфракрасной спектроскопии. Также у нас есть современные микроскопы, позволяющие наблюдать на поверхности золота и золотоносных минералов процессы, протекающие под действием того или иного вещества. Например, мы можем видеть, закрепился ли реагент на поверхности золота или минерала, в каком виде он закрепился и насколько прочно».
В экспериментах учёным удалось повысить извлечение золота в концентрат в 1,2 раза. Проводя обычную флотацию с использованием традиционных реагентов они получали максимум 16 граммов на тонну, новые компоненты и условия реакции позволили увеличить выход золота до 21 грамма. Впрочем, и это не окончательный вариант. Флотационные схемы достаточно сложные, и на финальной стадии, по оценкам учёных, возможно добиться получения 100-150 граммов золота из тонны руды.
Индустриальным партнёром в проекте выступает научно-исследовательский и проектный институт «Технологии обогащения минерального сырья» - НИиПИ «ТОМС», специализирующийся на разработке технологии извлечения золота, а также проектировании фабрик по добыче золота.
Проект «Разработка высокоэффективных методов извлечения золота из упорного минерального сырья с применением термоморфных полимеров и растительных модификаторов» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы».
http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=221&d_no=96552#.VUkM1We-BR1