Новые технологии в золотодобывающей отрасли
А.В.Сергеев, В.В.Смолянинов
Когда мы слышим о золоте, то в первую очередь представляем несметные сокровища в древнем затерянном городе или сказочные богатства восточных шейхов. Красивая женщина подумает о ювелирном украшении, банкир — о золотом резерве, а любитель вестернов вспомнит времена золотой лихорадки и многочисленных старателей, бросившихся на поиски обеспеченной жизни. Золото — обыкновенный металл желтого цвета — очень давно привлекло внимание человека. Что же его сделало таким ценным? Во-первых, самородная форма. Благодаря ей, обнаружив золото, его можно быстро использовать (чего не скажешь, например, о рудных металлах, которые требуют выплавки и дополнительной подготовки). Во-вторых, инертность к условиям окружающей среды. Несмотря на излишнюю мягкость, оно способно сохраняться веками и тысячелетиями, в отличие от более крепкого, но подверженного окислению железа. Так со временем и повелось: железо — для всех, а золото — только для богатых и сильных, как гарант вечности и нерушимости их положения. Что же изменилось к XXI в.?
Немного истории
До сих пор химический элемент №79 все еще остается желанным объектом для людей.
Антон Владимирович Сергеев, аспирант, младший научный сотрудник Института математических проблем биологии РАН. Область научных интересов — математическое моделирование, микроскопия и обработка изображений, ДНК-нанотехнологии.
Владислав Владимирович Смолянинов,
доктор биологических наук, директор научно-производственной фирмы «Гамма». Лауреат премии Совета министров СССР (1981). Занимается исследованиями и разработкой проектов в области биотехнологий.
© Сергеев А.В., 2014
Смолянинов В.В.,
И если раньше золото было символом власти и богатства, то сейчас это символ технологического расцвета (пускай и не такой заметный). Оно незримо окружает нас повсюду: мобильные телефоны, компьютеры, холодильники. Низкое электрическое сопротивление в сочетании с высокими антикоррозийными свойствами делают этот металл практически незаменимым в электротехнике. Различным отраслям промышленности требуется все больше золота. Проблема заключается в том, что старые месторождения с высокой концентрацией золота не вечны, и старателям все чаще приходится обращать свои взгляды в сторону более бедных месторождений [1].
За свою долгую историю золотодобыча претерпела несколько экономических и технологических этапов, что превратило ее в серьезную наукоемкую отрасль. Изначально большая часть этого благородного металла добывалась обычной промывкой золотоносного
песка или поиском и выработкой золотых жил. Известный термин «золотая лихорадка», описывающий стихийный наплыв людей, связан в первую очередь с тем, что они находили крупные самородные месторождения, сконцентрированные на поверхности. Вести о легком заработке и невероятных богатствах распространялись зачастую далеко за пределы областей золотодобычи.
Начиная с XVII в. население Земли пережило большое количество таких «лихорадок». Попеременно объектами внимания целых когорт охотников за богатством становились территории Австралии, Бразилии, Канады, России, США и ЮАР Тогда же начали формироваться первые золотодобывающие предприятия, которые пытались конкурировать с индивидуальными предпринимателями. У таких предприятий был один большой плюс. Дело в том, что значительная часть старателей довольствовалась довольно крупными выделениями самородного золота, а золотую пыль и более мелкие вкрапления получить в то время было нелегко.
В конце XIX в. предприниматели Дж.Макартур и братья Форресты запатентовали реакцию цианирования, позволявшую извлекать из породы более 95% золота. К слову сказать, эта реакция была впервые исследована и описана пятьюдесятью годами ранее русским военным и государственным деятелем П.Р.Багратионом (племянником П.И.Багратиона — героя 1812 г.). С помощью цианидов золото растворяли и вымывали из породы, а затем, применяя дополнительные химические вещества, извлекали его из раствора. Циа-нидное выщелачивание стало, пожалуй, самой распространенной технологией, применяющейся в золотодобыче.
Экономика с точки зрения геолога
До середины XX в. золото было по своей сути основной мировой валютой. Но в 1944 г. вступило в силу соглашение, по которому тройская унция золота стала эквивалентна 35 амер. долл., что перевело его из основной валюты в резервную. Однако дальнейшие экономические осложнения и высокая инфляция в США привели к отмене этого соглашения. В 70-х годах была создана новая валютная система плавающих курсов, что сделало данный драгоценный металл одним из инвестиционных товаров.
Изменения на мировом рынке, случившиеся в последующее время, вызывают удивление. Если в течение практически 150 лет цена на золото была на уровне 20—30 долл. за унцию, то после вышеописанных событий она, перевалив за 800 долл., подскочила почти в 20 раз! Помимо этого из-за нефтяного кризиса начали повышаться цены на нефть. Золотой запас стал очень выгодным товаром, что не могло не сказаться и на промышленности. Настала необходимость браться за менее перспективные месторождения (которых, естественно, гораздо больше) и, вырабатывая всего половину от старого количества, снижать себестоимость технологического процесса.
Дальнейшая стабилизация мирового рынка и совершенствование процессов добычи способствовали понижению цены на золото. Но соглашение центральных банков вкупе с экономическими проблемами начала XXI в. снова взрывают цены на этот металл. Они достигают почти 2000 долл. за унцию! Добыча драгметалла снова сулит большую выгоду. Вдобавок происходит перераспределение мест стран-лидеров по золотодобыче: ЮАР
Динамика цен за одну тройскую унцию золота.
Страны-лидеры в добыче золота.
уступает многолетнее первенство Китаю и еще нескольким странам.
Цианидное выщелачивание и его последствия
Как уже было сказано, цианирование при извлечении золота прочно заняло свое место, и сейчас мало кто видит ему замену. Обычная промывка золота в решете или лотке, как мы привыкли видеть в фильмах о Диком Западе, дает возможность находить достаточно крупные выделения благородного металла. Проблема состоит в том, что мелкие частицы прячутся внутри породы, и, чтобы их достать или даже просто увидеть, приходится применять химию и смекалку.
Во многих материалах есть большое количество очень маленьких пор. При извлечении золота эта пористая (и обычно измельченная) порода заливается цианидсодержащим раствором, который проникает внутрь и взаимодействует с золотой крупинкой. Последняя растворяется, образуя с цианидом сложный комплекс, вытекающий сквозь поры наружу. Нам остается лишь адсорбировать растворенный металл с помощью определенного реагента. Процесс закончен!
Простота данного механизма на самом деле лишь кажущаяся. Для различных пород требуются
различные вещества-посредники, которые облегчают и ускоряют реакцию извлечения. Цианирование, например, не совсем хорошо протекает в присутствии меди и сульфидов. Кроме того, зачастую добытая золотоносная порода проходит сложную предобработку (уже упомянутое измельчение). И наконец, самое главное — требуется обеспечить высокую безопасность процесса, так как большое количество химикатов чрезвычайно вредно для окружающей среды.
Напомним, что цианиды представляют собой соли синильной кислоты HCN — одного из самых сильных ядов. Летальная доза для человека составляет всего-навсего 0.1 г. А теперь представим себе, что на тонну золотоносной породы требуется 250—300 т цианида натрия. В масштабах только одной России расход цианидов составляет несколько десятков тысяч тонн! Простая арифметика показывает, что уровень защиты во время проведения золотодобывающих работ и (что немаловажно) последующей очистки должен быть просто беспрецедентным. И действительно, эта область промышленности хорошо продумана с точки зрения минимизации возможных негативных экологических последствий. Но строгие правила далеко не всегда так же строго выполняются.
События последних двух десятков лет явно показали, что применение особо ядовитых реак-
Золотые слитки (слева) и оставшееся после добычи хвостохранилище, наполненное растворенной отработанной породой с небольшим содержанием золота и большим количеством цианидов и других ядовитых соединений.
тивов — вещь очень опасная. За это время на территории нескольких стран по вине золотодобывающих компаний произошел целый ряд крупных утечек цианидов. Среди пострадавших можно назвать территории России и стран СНГ, Венгрии, Китая, Румынии. Утечка вредных веществ в Венгрии привела к отравлению большого пространства р.Дуная (а ведь это одна из крупнейших рек Европы!) и привела к экологической катастрофе.
Конечно же, от чрезвычайных происшествий никто не застрахован. Однако есть и другая не менее серьезная проблема. Зачастую после отработанных золотых месторождений остаются гигантские пустынные территории с разрушенными экосистемами. Хронические отравления почвы и воды происходят даже при высоком уровне защиты. Одних только потоков воздуха, насыщенных парами цианистых соединений, вполне достаточно, чтобы экологическое равновесие в данном районе пошатнулось. На этом фоне совсем не кажутся неожиданными запреты некоторых стран на использование цианидов в золотодобыче. И многие умы вот уже не один десяток лет пытаются продвинуть более дружелюбные к окружающей среде технологии.
Новые технологии
В списке основных задач любой горнодобывающей промышленности всегда находится повышение выхода добываемого материала. В случае золота был разработан один интересный подход, позволивший соединить современные технологии с биологическими науками, — бактериальное выщелачивание [2]. Метод основан на том, что особые виды бактерий (некоторые из них специально выращивают и «тренируют» в лабораториях) окисляют сульфиды. В золотодобывающую промышленность попадают только самые лучшие.
Например, одни бактерии выдерживают температуру до 70Т, а другие способны переносить очень кислую среду с pH < 2. Для добычи металлов уже используются бактерии родов AcШothюbacШus, HaШЫobacШus, TЫobacШus, LeptospirШum
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.