Доизвлечение невидимых частиц золотаиз хвостов гравитационного обогащенияжелезомарганцевых руд

А.В. Константинова , Н.А. Лаврик, Н.М. Литвинова, К.В. Прохоров
Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация
Russian Mining Industry №4S / 2025 p. 31-35

Резюме: В статье представлены результаты исследования благороднометалльной минерализации комплексных железомарганцевых руд месторождения Поперечное Южно-Хинганского рудного узла. Было установлено, что на месторождении золото присутствует как в гравиобогатимой форме, так и в форме «невидимых частиц». Субмикронные частицы ценного компонента были обнаружены как в рудах, так и во вмещающих породах. Содержание подобных форм золота варьирует от 0,6 до 1,5 г/т. Целью работы являлся поиск эффективного метода доизвлечения «невидимых частиц» золота из хвостов гравитации золотосодержащих руд и вмещающих пород месторождения Поперечное. Гидрометаллургические испытания проводились с использованием двух реагентных режимов: стандартного горячего цианирования и активного хлоридного раствора. Методика приготовления активного хлоридного раствора включает электролиз раствора NaCl с последующим ультрафиолетовым облучением. Выщелачивание золота с использованием стандартного горячего цианирования показало невысокие результаты извлечения ценного компонента в продуктивный раствор – от 7,94 до 60,19%. Использование активного хлоридного раствора позволило получить показатели извлечения золота, значительно превышающие результаты, полученные при цианировании: для руды от 91,49 до 96,76%; для вмещающей породы от 54,6 до 93,11%. Результаты исследований подтверждают, что метод выщелачивания с использованием активного хлоридного раствора является эффективным для извлечения тонких и дисперсных форм золота из различных типов руд и пород.

Ключевые слова: невидимые частицы золота, железомарганцевые руды, упорные руды, гравитационное обогащение, гидрометаллургия, хвосты обогащения, активный хлоридный раствор, цианидное выщелачивание, механоактивация

Благодарности: Химический, микроскопические и минералогические исследования были выполнены на базе центра коллективного пользования «Центр исследования минерального сырья» ХФИЦ ДВО РАН.

Для цитирования: Константинова А.В., Лаврик Н.А., Литвинова Н.М., Прохоров К.В. Доизвлечение невидимых частиц золота из хвостов гравитационного обогащения железомарганцевых руд. Горная промышленность. 2025;(4S):31–35. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4S-31-35

Информация о статье

Поступила в редакцию: 21.06.2025

Поступила после рецензирования: 07.08.2025

Принята к публикации: 15.08.2025

Информация об авторах

Константинова Александра Викторовна – младший научный сотрудник, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-8406-1016; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Лаврик Наталья Анатольевна – старший научный сотрудник, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-0808-6115; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Литвинова Наталья Михайловна – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-8199-1605; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Прохоров Константин Валерьевич – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0003-4569-1928; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

Современное развитие горнодобывающей и металлургической промышленности сопровождается дефицитом традиционных месторождений благородных металлов.

Это создает необходимость в переработке бедных и сложных по составу руд, которые, хотя и обладают низким содержанием ценных компонентов, могут стать источниками высокоценного сырья при использовании эффективных методов обогащения [1; 2]. Одним из альтернативных источников благородных металлов являются комплексные руды, которые ранее считались нерентабельными для попутного извлечения золота и платины, или содержание благородных металлов в них вовсе не анализировалось [3; 4]. Существует немало месторождений, в которых встречаются в промышленных объёмах золото, платина вместе с железом и другими ценными металлами, такими как никель, медь и т.д. [5–7]. Пространственное соседство железа и благородных металлов объясняется их совместным происхождением из магматических и гидротермальных процессов, общими источниками и благоприятными геохимическими условиями для сосредоточения этих элементов в одном районе [8; 9]. Подобные объекты существуют по всему миру, например, наиболее крупные полиминеральные месторождения Норильско-Таймырского региона России – уникальный комплекс, в котором основными элементами являются железо, золото и платиноиды, а сопутствующими никель, медь, кобальт [10]. Бушвельдский комплекс (ЮАР) кроме основных руд на железо, платину и золото включает сопутствующие металлы: хром, ванадий, палладий, родий [11]. Садонское гидротермальное месторождение в Северной Осетии является свинцово-цинковым месторождением с попутным содержанием серебра, золота, кадмия, индия и висмута [12]. Также железомарганцевые месторождения, традиционно рассматриваемые как сырьевая база для получения марганца и железа, в последние десятилетия привлекают внимание наличием в них золота, платины и других ценных элементов.

Одним из таких примеров месторождений на Дальнем Востоке, содержащих комплексные руды, является железомарганцевое месторождение Поперечное Южно-Хинганского рудного узла (ЕАО), которое может стать источником попутного извлечения благородных металлов. Руды этого месторождения делятся на преимущественно марганцеворудные гематит-браунитового типа и преимущественно железорудные магнетитового типа, содержащие марганец до 21%, железо до 30%, а также фосфор и кремнезём [13; 14].

Рассеянная благороднометалльная минерализация, представленная золотом и платиной, отмечается как в рудных телах, так и во вмещающих карбонатных породах и углеродизированных сланцах. Золото различных размеров, форм выделения и состава присутствует как гравитационное, так и невидимое [15; 16]. В связи с повсеместно рассеянным нахождением золота актуальной задачей является подбор технологических операций, наиболее эффективных для полного извлечения ценного компонента из всех видов золотосодержащего сырья на месторождении Поперечное.

Материалы и методы

Исследования, проведённые на железомарганцевых рудах и вмещающих породах месторождения Поперечное, базировались на комплексном подходе, который включает минералогический, химический и атомно-абсорбционный спектрофотометрический анализ. Этот подход позволил детально изучить формы нахождения благородных металлов в рудах, в том числе их дисперсные и химически связанные формы. Электронно-микроскопические исследования отдельных зёрен благородных металлов проводились с использованием растрового электронного микроскопа «JEOL» (Япония), оснащенного энергодисперсионным анализатором «JCM-6000 PLUS». Для количественной оценки содержания золота применялся атомно-абсорбционный спектрофотометр ААС-7000, ААС-6200. Исследование исходного материала на содержание общего углерода выполнялось высокотемпературным каталитическим методом ИК-детектирования с использованием анализатора общего углерода ТОС-V (SHIMADZU).

Технологические исследования включали несколько этапов. На первом этапе было проведено гравитационное обогащение с целью извлечения свободных форм золота. Гидрометаллургические исследования проводились на материале крупностью –1 мм хвостов гравитационного обогащения. Для исследования были взяты навески по 100 г проб из двух типов руд (гематит-браунитовой и магнетитовой) и вмещающих пород (известняки, доломиты и углистые сланцы).

После гравитационного обогащения следующим этапом были проведены исследования возможности выщелачивания тонких и дисперсных форм золота из хвостов гравитации горячим цианидным раствором и активным хлоридным раствором. В ходе приготовления выщелачивающих растворов применялись фотоэлектрохимические реакторы: электролизер «САНЕР-5-30-01», ультрафиолетовая лампа с длиной волны 400 нм. Технологический процесс выщелачивания сопровождался режимом механоактивации пульпы в агитационной установке, собранной на базе лаборатории.

Результаты

В результате исследований железомарганцевых руд установлена благороднометалльная минерализация: золото представлено свободными зёрнами (крупностью 0,05– 0,2 мм) и тонкодисперсными частицами. Содержание золота в головках и концентратах стола (крупностью 0,2 мм) в магнетитовой руде составило 361,77 г/т, в гематит-браунитовой руде содержание золота в головках стола – 514– 550 г/т и платины в пределах 0,02–0,1 г/т.

Хвосты гравитации также подвергались минералогическому и химическому анализу для оценки необходимости дальнейшего обогащения или возможности выведения материала в отвальные хвосты. В хвостах гравитационного обогащения, отобранных для технологических исследований проб железомарганцевых руд и вмещающих пород, было определено содержание золота, серебра, общего и органического углерода. Содержание золота, недоизвлечённого в гравитационный концентрат, в рудах гематит-браунитового типа – 1,08 г/т и магнетитового – 1,02 г/т, во вмещающих известняках – 1,63 г/т, доломитизированных известняках – до 0,68 г/т и 0,63 г/т в углистых сланцах.

Гравитационные методы обогащения недостаточно эффективны при извлечении мелких частиц золота, что связано как с их склонностью к плавучести, так и с ухудшением технологических показателей из-за образования шламов при тонком измельчении, необходимом для раскрытия тонкодисперсного золота. Содержание органического углерода в пробах составляет 0,29–0,38% и во вмещающих углистых сланцах достигает 4,65%. Сорбционно-активный углерод в пробе снижает степень извлечения золота в продуктивный раствор.

Детальное изучение тонкодисперсных частиц золота из руд и вмещающих пород железомарганцевого месторождения Поперечное позволило установить состав, формы выделения, размеры выявленных зёрен золота, определить основные включения и примеси. Размеры золотин в основном от 30 до 100 микрометров. Золото из руд чаще всего характеризуется сложной сглаженной формой выделения, содержит меньше примесей по сравнению с вмещающими породами (часто встречается чистое золото, реже с вариативной примесью серебра). Золото из вмещающих пород отличается большим разнообразием форм выделения: отдельные кристаллы, сростки кристаллов, сферы, дендритовидные формы, неправильные комковатые, пластинчатые и др. Характерно большое количество включений породообразующих минералов (кварц, доломит, пироксены, амфиболы, хлорит и др.) и примесей (серебро, алюминий, свинец, кадмий, железо), что значительно влияет на технологические свойства материала при его гравитационном обогащении [17; 18].

Обогащение руд с помощью гравитационных методов позволило извлечь значительное количество золота в концентраты, однако также высокие содержания тонкодисперсных и химически связанных форм золота остаются в хвостах гравитационного обогащения. Для переработки золотосодержащего сырья с субмикронными частицами ценного компонента, как правило, применяются гидрометаллургические технологии. Наиболее распространённым способом извлечения золота как в России, так и за рубежом остаётся цианирование [19–21]. В то же время цианирование малоэффективно для ряда упорных руд с тонкодисперсным золотом. В результате возникает необходимость разработки принципиально новых методов извлечения золота, исключающих использование цианидов, в том числе и по причине их экологической опасности, связанной с их токсичностью. Одним из возможных решений может быть применение растворимых соединений хлора в сочетании с подходящими окислителями.

Таблица 1 Выщелачивание тонкого и дисперсного золота из хвостов гравитации железомарганцевых руд и вмещающих пород месторождения Поперечное с использованием стандартного горячего цианирования

Table 1 Hot cyanide leaching of fine grains of gold from gravity tailings of the ores and host rocks of the Poperechnoe iron-manganese deposit

Гидрометаллургические исследования по выщелачиванию тонкого и дисперсного золота проводились двумя методами: с использованием стандартного горячего цианирования и активного хлоридного раствора. Результаты извлечения золота и серебра с использованием стандартного горячего цианирования представлены в табл. 1 и с использованием активного хлоридного раствора – в табл. 2.

 Таблица 2 Результаты выщелачивания золота из хвостов гравитационного обогащения активным хлоридным раствором

Table 2 Results of gold leaching from gravity tailings with active chloride solution

Выщелачивание золота с использованием стандартного горячего цианирования показало невысокие результаты извлечения ценного компонента в продуктивный раствор – от 7,94 до 60,19%. Наиболее низкий показатель извлечения был получен для углистых сланцев, характеризующихся высоким содержанием органического углерода и соответственно обладающих повышенной сорбционной активностью к золото-цианидным комплексам. Максимальное извлечение золота достигнуто для гематит-магнетитовых руд – 60%.

Методика приготовления активного хлоридного раствора включает электролиз раствора NaCl с последующим ультрафиолетовым облучением. Это приводит к образованию кластерных соединений хлорноватистой кислоты, обладающих высокой окислительной способностью. Такие кластеры эффективно разрушают минеральную матрицу и вскрывают микровключения золота. Важной особенностью такого раствора является его способность атаковать не только золотосодержащие минералы, но углистые и сульфидные компоненты руды, которые экранируют золото.

Механохимическая обработка пробы параллельно с процессом выщелачивания способствует формированию в золотосодержащих минеральных матрицах дополнительных микротрещин, пор и наноразмерных дефектов кристаллической решетки. Механохимическая обработка является в определенном смысле альтернативой сверхтонкому измельчению, которое обеспечивает полноценное вскрытие инкапсулированных микронных и субмикронных частиц золота, но в то же время требует значительных энергетических затрат и не подходит для систем переработки минерального сырья с низким содержанием золота.

Хлоридное выщелачивание дисперсного и химически связанного золота позволяет получить более высокие показатели извлечения, чем при стандартном горячем цианировании. Данные показатели по всем пробам превышают аналогичные по цианидному выщелачиванию.

Особенно интересный результат был получен по углистым сланцам. Активационное хлоридное выщелачивание обеспечило 54%-ное извлечение золота в продуктивный раствор, при цианидном выщелачивании данный показатель достигал лишь 7,94%.

Выводы

Использование активного хлоридного раствора позволило получить высокие показатели извлечения золота: для магнетитовой и гематит-магнетитовой руды 96,76 и 91,49% соответственно; из вмещающих известняков извлекается 93,11%, из доломитизированных известняков – 88,24 и 54,6% из углистых сланцев. Результаты исследований подтверждают, что метод выщелачивания с использованием активного хлоридного раствора является эффективным для извлечения тонких и дисперсных форм золота из различных типов руд и вмещающих пород.

Руды месторождения Поперечное представляют собой важный источник для получения не только марганца и железа, но и высокоценных благородных металлов. Железомарганцевые руды, содержащие золото и платину, имеют высокую перспективу для дальнейшего освоения.

Исследования, проведённые на вмещающих породах и рудах железомарганцевого месторождения Поперечное, подтверждают высокий потенциал таких руд как источников благородных металлов, что открывает новые горизонты для улучшения экономической эффективности переработки комплексных руд и попутного извлечения благородных металлов.

Список литературы

1. Воробьев А.Е., Верчеба А.А., Требесси С. Основные наноформы золота месторождений и техногенного минерального сырья. Разведка и охрана недр. 2015;(4):21–25.Vorobyov A.E., Vercheba A.A., Trebessi S. The main nanoforms of gold in geogene and technogenic mineral raw materials. Prospect and Protection of Mineral Resources. 2015;(4):21–25. (In Russ.)

2. Шумилова Л.В. Геолого-технологическая классификация золотосодержащих руд с дисперсными формами нахождения металла. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009;(4):215–219.Shumilova L.V. Geological and technical classification of gold bearing ore with dispersed metal speciations. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2009;(4):215–219. (In Russ.)

3. Сазонов А.М., Звягина Е.А., Леонтьев С.И., Вульф М.В., Полева Т.В., Чекушин В.С., Олейникова Н.В. Ассоциации микро- и наноразмерных обособлений благороднометалльного комплекса в рудах. Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2008;1(1):17–32.Sazonov A.M., Zvyagina E.A., Leontyev S.I., Vulf M.V., Poleva T.V., Checkushin V.S., Oleynikova N.V. Associations of microand nanosize isolations of the precious metals complex in ores. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2008;1(1):17–32. (In Russ.)

4. Секисов А.Г., Зыков Н.В., Королев В.С. Дисперсное золото: геологический и технологический аспекты. М.: Горная книга; 2012. 224 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/19160 (дата обращения: 19.05.2025).

5. Ashley P.M., Creagh C.J., Ryan C.G. Invisible gold in ore and mineral concentrates from the Hillgrove gold-antimony deposits, NSW, Australia. Mineralium Deposita. 2000;35(4):285–301. https://doi.org/10.1007/s001260050242

6. Zhu Y., Zeng Y., Jiang N. Geochemistry of the ore-forming fluids in gold deposits from the Taihang mountains, Northern China. International Geology Review. 2001;43(5):457–473. https://doi.org/10.1080/00206810109465026

7. Kaufmann A.B., Lazarov M., Weyer S., Števko M., Kiefer S., Majzlan J. Changes in antimony isotopic composition as a tracer of hydrothermal fluid evolution at the Sb deposits in Pezinok (Slovakia). Mineralium Deposita. 2024;59(3):559–575. https://doi.org/10.1007/s00126-023-01222-7

8. Pokrovski G.S., Escoda C., Blanchard M., Testemale D., Hazemann J.-L., Gouy S. et al. An arsenic-driven pump for invisible gold in hydrothermal systems. Geochemical Perspectives Letters. 2021;17:39–44. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2112

9. Yang L., Wang Q., Large R.R., Mukherjee I., Deng J., Li H. et al. Fluid source and metal precipitation mechanism of sedimenthosted Chang'an orogenic gold deposit, SW China: Constraints from sulfide texture, trace element, S, Pb, and He-Ar isotopes and calcite C-O isotopes. American Mineralogist. 2021;106 (3):410–429. https://doi.org/10.2138/am-2020-7508

10. Самойлов А.Г. (ред.). Очерки по истории открытий минеральных богатств Таймыра. 2-е изд., перераб. и доп. Новосибирск: Изд-во СО РАН. Фил. «Гео»; 2003. 348 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/25837 (дата обращения: 19.05.2025).

11. Авдонин В.В., Старостин В.И. (ред.). Месторождения металлических полезных ископаемых. 2-е изд., доп. и испр.М.: Трикста: Академический проект; 2005. 720 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/8775 (дата обращения: 19.05.2025).

12. Шевырёв Л.Т., Савко А.Д. Рудные месторождения России и Мира. Воронеж: Воронежский государственный университет; 2012. 284 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-rudnye-mestorozhdeniya-rossii-i-miraspravochnik-i-uchebnoe-posobie.pdf (дата обращения: 19.05.2025).

13. Крюков В.Г. Генетические особенности древних месторождений Малого Хингана. В кн.: Сорокин А.А. (ред.) Вопросы геологии и комплексного освоения природных ресурсов Восточной Азии: сб. докл. 3-й Всерос. науч. конф., г. Благовещенск, 15–17 сентября 2014 г. Благовещенск: Буквица; 2014. Т. 1. С. 111–115

14. Бердников Н.В., Невструев В.Г., Саксин Б.Г. Генетические аспекты благороднометалльной минерализации на месторождении Поперечном (Малый Хинган, Россия). Тихоокеанская геология. 2017;36(6):43–57. Berdnikov N.V., Nevstruev V.G., Saksin B.G. Genetic aspects of the noble-metal mineralization at the Poperechnoe deposit, Lesser Khingan, Russia. Russian Journal of Pacific Geology. 2017;11(6):421–435. https://doi.org/10.1134/S1819714017060021

15. Ханчук А.И., Рассказов И.Ю., Крюков В.Г., Литвинова Н.М., Саксин Б.Г. О находке промышленной платины в рудах Южно-Хинганского месторождения марганца. Доклады Академии наук. 2016;407(6);701–703. https://doi.org/10.7868/S086956521630023XKhanchuk A.I., Rasskazov I.Y., Kryukov V.G., Litvinova N.M., Saksin B.G. Finds of economic platinum in ores from the South Khingan Mn deposit. Doklady Earth Sciences. 2016;470(2):1031–1033. https://doi.org/10.1134/S1028334X1610024X

16. Крюков В.Г., Литвинова Н.М., Лаврик Н.А., Степанова В.Ф. Определение минеральных форм благородных металлов в железо-марганцевых месторождениях Дальнего Востока России. Обогащение руд. 2017;(4):42–48. https://doi.org/10.17580/or.2017.04.08Kryukov V.G., Litvinova N.M., Lavrik N.A., Stepanova V.F. Precious metals mineral forms determinations in Russia’s Far East ferriferrous manganese ores deposits. Obogashchenie Rud. 2017;(4):42–48. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/or.2017.04.08

17. Лаврик А.В., Литвинова Н.М., Лаврик Н.А., Бубнова М.Б. Исследование вещественного состава железомарганцевой руды. Проблемы недропользования. 2019;(2):107–114. Режим доступа: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/423 (дата обращения: 19.05.2025).Lavryk A.V., Litvinova N.M., Lavrik N.A., Bubnova M.B. Study of the material iron manganese ore composition. Problems of Subsoil Use. 2019;(2):107–114. (In Russ.) Available at: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/423 (accessed: 19.05.2025).

18. Лаврик А.В., Литвинова Н.М., Лаврик Н.А., Рассказова А.В. О комплексном подходе к выявлению благороднометальной минерализации. В кн.: Чантурия В.А. (ред.) Проблемы и перспективы эффективной переработки минерального сырья в 21 веке (Плаксинские чтения – 2019): материалы Междунар. совещания, г. Иркутск, 9–14 сентября 2019 г. Иркутск: Репроцентр А1; 2019. С. 49–51.

19. Афанасова А.В. Разработка эффективных технологических решений переработки золотосодержащих руд с учетом их критериев упорности [Дис. … канд. техн. наук]. М.; 2019. 148 с.

20. Шумилова Л.В. Причины технологической упорности золотосодержащих руд с нановключениями металла при цианировании. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009;(4):220–223. Режим доступа: https://www.giabonline.ru/catalog/10339 (дата обращения: 19.05.2025).Shumilova L.V. The causes of technological hardness of gold bearing ores with nano-inclusions during cyanidation. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2009;(4):220–223. (In Russ.) Available at: https://www.giab-online.ru/catalog/10339 (accessed: 19.05.2025).

21. Yang L., Wang Q., Fougerouse D., Xian H., Li H., Wang R. et al. Release and re-enrichment of invisible gold in arsenian pyrite promoted by coupled dissolution-reprecipitation reactions. Communications Earth & Environment. 2024;5:241. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01408-5