ГЕОХИМИЯ, 2010, № 5, с. 544-550
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОННОЙ ФОРМЫ ЗОЛОТА В КОЛЧЕДАННЫХ РУДАХ © 2010 г. С. Ф. Винокуров, И. В. Викентьев, В. А. Сычкова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35; e-mail: viken@igem.ru Поступила в редакцию 21.05.2008 г.
Интерес к установлению форм нахождения золота в сульфидах не ослабевает [1—3]. Ранее было замечено, что часть (установленного с помощью химического и пробирного анализов) золота является "невидимым". Под ним подразумевается в основном внеструктурное ультрамикроскопическое (менее 0.1 мкм) и структурное изоморфное состояние золота [3—5]. По представлениям [6, 7] внеструктур-ная форма золота отвечает его металлическому состоянию Аи(мет) или Аи0. Возможности вхождения золота в окисленном состоянии в структуру сульфидов, за исключением арсенопирита [8], весьма спорные, хотя и были предложены его различные механизмы [9].
Особенно остро проблема форм нахождения золота в сульфидах стоит для колчеданных месторождений Урала [9, 10]. Так, например, при обогащении колчеданных руд Урала потери попутного золота достигают 80%, превышая 12 т в год, и обусловлены они подчиненной ролью легко извлекаемого, относительно крупного золота на большинстве месторождений Урала.
ФОРМЫ ЗОЛОТА В СУЛЬФИДАХ
И МЕТОДЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Золото в сульфидах представлено двумя формами: оно входит в кристаллическую решетку или находится в них в виде субмикроскопических (0.001— 0.1 мкм) включений. Главным концентратором Аи в колчеданных рудах является преобладающий в них минерал пирит (~1 г/т, до 20 г/т, а иногда и более). Мономинеральные фракции практически всех сульфидов (за исключением пирротина) могут быть в значительной степени (до 10—20 г/т) обогащены Аи. Наиболее золотоносными являются колло-морфный и почковидный пирит с мелкими включениями халькопирита и сфалерит с тонкой эмуль-сиевидной вкрапленностью халькопирита [10].
Для выявления в сульфидных рудах собственньх минералов благородных металлов используют прием выделения ультратяжелых фракций из проб, в которых предварительно было установлено повышенное содержание Аи. Разделение обесшламленных проб проводится с помощью электромагнитных сепараторов и с использованием тяжелых жидкостей: по-
сле отмывки в воде и бромоформе гранулометрических фракций + 0.06...—0.1 и —0.06 мм полученный тяжелый концентрат исследуется на микроанализаторах [10]. Для выделения субмикроскопического самородного золота может быть использована методика разложения сульфидной матрицы в расплаве КОН с последующим промыванием на атомных фильтрах. При этом объем проб сокращается в 10000—15000 раз, и выделяются отпрепарированные зерна самородного золота [11].
Формы нахождения золота в сульфидных рудах, в том числе наличие структурно-связанного золота, могут быть установлены с помощью ряда новейших физических методов [8, 12, 13], реализованных в Канаде, США, Франции и Германии, но в России их аппаратурное обеспечение практически отсутствует. Для примерной оценки возможных форм его нахождения используются данные рационального (фазового) анализа, разработанного ИРГИРЕДМЕТом [14]. В основе методики — различие в химической устойчивости форм золота при растворении сульфидов и силикатов. Относительно крупное, свободное золото извлекается из руды амальгамацией, мелкое самородное золото в тонких сростках с сульфидами — цианированием, тонкодисперсное (вероятно, в основном структурно связанное) золото в сульфидах—извлекается цианированием после разложения нерастворенного остатка в азотной кислоте ("упорное" золото). Описанный прием оценки форм нахождения золота имеет ограничения. Они обусловлены тем, что эффективность химической экстракции золота определяется разной степенью доступности микроскопических зерен минералов золота для контакта с химическим реагентом, зависящей от наличия микронеоднородностей (пор, микротрещин, дефектов кристаллической решетки) в структуре вмещающих сульфидов.
В главных рудообразующих минералах — пирите, халькопирите, сфалерите и обычно второстепенных — борните, теннантите, галените концентрация Аи изменяется от 0.0001 до 0.01 мас.% (1—100 г/т). Это не позволяет применить традиционные структурные методы исследований (рентгеновская дифракция, инфракрасная спектроскопия и др.). Другие физические методы, в первую очередь широко распространенные микрорентгеноспектральные, и
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОННОЙ ФОРМЫ ЗОЛОТА В КОЛЧЕДАННЫХ РУДАХ
545
более чувствительная (0.n—0.01 г/т Au) вторичная ионная масс-спектроскопия (SIMS) не позволяют установить состояние золота в матрице сульфидов; можно только оценить равномерность его распределения и, в случае SIMS — выявить включения самородного золота размером порядка 10 мкм. В работах [4, 5, 15, 16] в основном используются методы SIMS, мёссбауэровской спектроскопии (197Au), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и рентгеновской абсорбционной спектроскопии в ближней области (XANES) [12, 13] — причем только для сульфидов с высоким уровнем концентрации Au (0.05—0.1 мас. % и выше), что в колчеданных рудах практически не встречается.
О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОННОЙ ФОРМЫ ЗОЛОТА
В связи с изложенным нами предложен принципиально иной метод количественного анализа ионной формы нахождения золота, т.е. его нахождения в виде различных сульфидных, теллуридных и других ионных соединений вне зависимости от их размерности. Основа метода — сульфатизирующий обжиг сульфидных руд или их концентратов с преобразованием подавляющей части золотоносных сульфидов в сульфаты с последующим выщелачиванием спека 5% раствором HCl. При этом наряду с основными цветными металлами, в раствор переходит только Au, находившееся в сульфидах в ионной форме, т.к. свободное (самородное) золото в этих условиях не растворяется без дополнительного введения окислителя.
При разработке этого метода использованы данные, полученные при термогидрометаллурги-ческой комплексной переработке медного концентрата колчеданных руд и различных золото-сульфидных руд [17, 18]. Сначала исследования проводили с использованием технологической пробы флотационного концентрата весом 100 кг, отобранной на Учалинской обогатительной фабрике. Было изучено распределение золота с применением трех независимых методов анализа: 1) пробирного (ЦНИГРИ), 2) атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС, ИГЕМ РАН и ВНИИХТ), 3) инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА, ИГЕМ РАН). Установлено, что частные значения содержания Au по данным всех анализов изменяются от 1 до 3.4 г/т со средним значением ~2 г/т [19].
Использованный вариант определения ионной формы золота включал сульфатизирующий обжиг концентрата при 500—600°С в течение 1.5—2.5 ч с последующим кислотным (5% HCl или H2SO4) выщелачиванием сульфидного огарка в течение 1 ч при 50—60°С. В результате сульфатизирующеого режима термообработки было получено почти полное преобразование сульфидов Cu и Zn в сульфаты, а
сульфиды железа (пирит, марказит и пирротин) практически нацело замещаются гематитом. Расчет баланса Аи по его содержанию в твердых фазах (огарках и кеках), а также в жидкой и твердой (ке-ках) фазах, показал, что в сернокислые рабочие растворы переходит соответственно от 55 до 75% золота от его общего содержания. Следовательно, существенная часть исходного Аи выщелачивается из огарка слабокислотным раствором без дополнительного введения окислителя.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что большая часть Аи находится в сульфидах меди и железа в ионной форме, причем вероятно, в виде сложных сульфидов, теллуридов и/или селенидов, и выделяется при преобразовании их в сульфаты. Также сделан вывод [19] о преобладающей ионной форме золота в исследованном концентрате, а соответственно и в медноколчеданных рудах.
При исследовании особое внимание было уделено характеру изменения величины концентраций Аи в рабочих растворах и кеках; содержание определялось различными методами в разных лабораториях, что было обусловлено прежде всего высокими содержаниями меди (20%) при малых (до первых г/т) концентрациях Аи в анализируемых образцах. Подобный состав проб резко снижает чувствительность и достоверность определения Аи методом ААС в лабораториях, проводивших анализы. В связи с этим определение Аи методом ААС контролировалось АЭС(ИСП)-методом в Аналитическом центре ВНИИХТ и (при определении Аи в твердых фазах — огарках и кеках) — классическим пробирным анализом в ЦНИГРИ.
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
Для дальнейшей разработки и апробации предложенного термохимического способа определения ионного золота была использована серия технологических проб руд и промпродуктов из пяти месторождений Урала (Гайское, Узельга, Учалы, Уваряж, Барсучий Лог), представляющих различные типы и подтипы колчеданного семейства и принадлежащих разным рудным районам (табл. 1).
Концентрация Аи в рудах Учалинского месторождения составляет порядка 1.4 г/т, участками достигая 3—4 г/т, а в отдельных штуфных пробах — до 6—20 г/т. Основные концентрации металла (около 85%) связаны с тонкодисперсным золотом в пирите, а содержание свободного золота составляет лишь 13—16%. Самородное золото встречается крайне редко — в выделениях с преобладающим размером 5—25 мкм [10]. Просвечивающей электронной микроскопией выявлены и более мелкие обособления в виде пластинок размером от десятков нанометров до первых мкм. Микродифракционная картина большинства частиц монокристаль-
Таблица 1. Типы колчеданных месторождений Южного Урала и минералы Аи Ag в рудах
Тип месторождения Месторождение Возраст* Минераллы Au и Ag
[ссылка] Редкие Очень редкие
3 Cu > Zn (Au, Ag) Гайское [10] D1ems гессит, самородное золото (710—975**), электрум, аргентит, Ag-бетехтени петцит, монбрейит, сильванит, креннерит, калаверит, мутманит, кюстелит, самородное серебро
« § S ^ о М ü ? Zn > Cu (Au, Ag) Учалинское [10, 20] D2e1 гессит, самородное золото (450—870), Ag-тетраэдрит, Ag-теннантит-тетраэдрит калаверит, электрум, петровска-ит, фрейбергит, аргентит, п
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.