Come selezionare il minerale “Jiejin”? Processi CIP/CIL e soluzioni complete per impianti di lavorazione dei minerali
Come selezionare il minerale “a contenuto d\'oro elevato”? Processi CIP/CIL e soluzioni complete per gli impianti di lavorazione del minerale
I minerali auriferi carboniosi sono universalmente riconosciuti come una delle tipologie di minerali auriferi più difficili da trattare e rappresentano una delle principali fonti di preoccupazione per molti proprietari di miniere.Il problema principale risiede nel fenomeno del “oro rapito”: le sostanze carbonacee presenti nel minerale (grafite, carbone attivo, acido umico, ecc.) possiedono proprietà adsorbenti simili a quelle del carbone attivo e riadsorbono i complessi cianurici dell\'oro già disciolti nella soluzione riportandoli allo stato solido, causando una situazione in cui “l\'oro viene estratto ma non recuperato”.Il tasso di lisciviazione con cianuro convenzionale è solitamente solo del 20-50%, mentre il consumo di reagenti rimane elevato. Molti gestori di miniere hanno sostituito due volte le attrezzature, ma il tasso di recupero non è migliorato; la causa principale spesso non risiede nelle attrezzature stesse, bensì nel fatto che le sostanze carbonacee non vengono trattate efficacemente prima della lisciviazione.
Partendo dal meccanismo del “rapimento dell\'oro”, questo articolo analizza in modo sistematico l\'approccio alla lavorazione dei minerali auriferi carbonacei, la combinazione tra i processi CIP/CIL e il pretrattamento, la configurazione dell\'intero impianto di lavorazione, nonché gli aspetti chiave da considerare nell\'attuazione del progetto, con l\'obiettivo di aiutare gli sviluppatori di miniere aurifere carbonacee a scegliere il processo e le attrezzature più adatte per aumentare il tasso di recupero.
I. Che cosa si intende esattamente per “rapina dell\'oro”?
Per scegliere il processo giusto, occorre innanzitutto comprendere il meccanismo del “rapimento dell\'oro”.
1. Le sostanze carbonacee sono “carbone attivo naturale”.
Le sostanze carbonacee presenti nei giacimenti auriferi carbonacei, quali la grafite, il carbone attivo e l\'acido umico, presentano sulla superficie un gran numero di siti di adsorbimento attivi, con proprietà di adsorbimento simili a quelle del carbone attivo.Durante la lisciviazione con cianuro, l\'oro viene disciolto sotto forma di complessi cianuro-oro ed entra nella soluzione; tuttavia, i materiali carboniosi, proprio come il carbone attivo, “ricatturano” l\'oro già disciolto riportandolo allo stato solido.Il risultato è che l\'oro viene lisciviato ma non può essere recuperato, il tenore degli sterili risulta troppo elevato e il tasso di lisciviazione non aumenta.
2. Il tipo di sostanza carboniosa determina la capacità di “sequestrare l\'oro”.
La capacità di "sequestro dell\'oro" varia notevolmente a seconda del tipo di materiale carbonioso: il carbone attivo presenta la capacità di adsorbimento più elevata, seguito dalla grafite, mentre i composti humici sono relativamente più deboli.Maggiore è il contenuto di sostanze carbonacee e maggiore è la loro attività, più grave è l\'effetto di “sequestro dell\'oro” e maggiore è la necessità di un pretrattamento. Questo spiega perché, pur trattandosi di minerali contenenti carbonio, in alcuni casi il tasso di lisciviazione può superare il 90% dopo il pretrattamento, mentre in altri rimane costantemente basso.
3. Spesso si presenta in associazione con arsenico e zolfo, con un cumulo di fattori che ne rendono difficile il trattamento.
I giacimenti auriferi carboniosi sono spesso associati a pirite arsenica e arsenopite. L\'arsenico intrappola l\'oro all\'interno dei solfuri, rendendone impossibile l\'estrazione anche con una macinazione finissima; il carbonio, a sua volta, riassorbe l\'oro disciolto.A causa di questa doppia interferenza, il tasso di lisciviazione con cianuro convenzionale è estremamente basso e gli agenti chimici vengono completamente sprecati in reazioni inefficaci.
4. La lisciviazione diretta non è economicamente sostenibile.
Se si procede alla lisciviazione con cianuro senza pretrattamento, non solo il tasso di lisciviazione è basso, ma anche il consumo di cianuro è elevato, con risultati economici estremamente sfavorevoli. Nei minerali auriferi carboniosi è necessario “passivare” o rimuovere le sostanze carbonacee prima della lisciviazione, per eliminare l\'effetto di “sequestro” dell\'oro; solo così il tasso di recupero tramite cianurazione potrà tornare a livelli normali.
In sintesi: i minerali auriferi carboniosi sono difficili da trattare, non perché l\'oro sia difficile da lisciviare, ma perché l\'oro lisciviato viene “sottratto” dai materiali carboniosi. La chiave per risolvere il problema sta nel pretrattamento dei materiali carboniosi prima della lisciviazione.
II. Quali sono i percorsi di pretrattamento per contrastare il “furto d\'oro”?
Per contrastare l\'effetto di “sequestro dell\'oro” causato dalle sostanze carbonacee, nel settore si ricorre principalmente alle seguenti categorie di percorsi di pretrattamento; la scelta dipende dal contenuto, dal tipo e dallo stato di presenza delle sostanze carbonacee e deve essere verificata e convalidata attraverso prove di lavorazione.
1. Inibizione delle sostanze carbonacee durante la flottazione.
Nella fase di flottazione si aggiungono inibitori delle sostanze carbonacee per impedirne la galleggiamento, evitando che si accumulino nel concentrato o interferiscano con la schiuma di flottazione; in alternativa, si ricorre alla flottazione prioritaria, separando prima le sostanze carbonacee e poi i solfuri auriferi.Uno degli obiettivi della flottazione è quello di concentrare i solfuri auriferi nel concentrato, riducendo così il volume di materiale da sottoporre a pretrattamento successivo: trattando solo il concentrato anziché l\'intero minerale, i costi di pretrattamento si riducono notevolmente.
2. Pretrattamento mediante clorurazione/ossidazione chimica.
Utilizzare agenti cloruranti (come il clorito di sodio, il cloro gassoso, ecc.) o altri ossidanti per ossidare e passivare le sostanze carbonacee, distruggendo i siti di adsorbimento superficiali attivi e facendo sì che le sostanze carbonacee perdano la capacità di adsorbire i complessi cianuri d\'oro.Gli agenti cloruranti possiedono un forte potere ossidante e sono in grado di ridurre efficacemente la capacità dei materiali carboniosi di legare l\'oro. Si tratta di uno dei metodi principali per il pretrattamento dei minerali auriferi carboniosi; la chiave sta nel controllare il dosaggio dei prodotti chimici e le condizioni di reazione, in modo da passivare i materiali carboniosi evitando al contempo un\'ossidazione eccessiva che potrebbe compromettere la successiva lisciviazione.
3. Pretrattamento mediante calcinazione.
L'ossidazione mediante calcinazione ad alta temperatura rimuove i materiali carboniosi e i solfuri, eliminando l'effetto di "sequestro dell'oro" e liberando i solfuri incapsulati. Il trattamento di calcinazione è completo, ma comporta un elevato consumo energetico e costi elevati in termini di tutela ambientale; è adatto a minerali con un elevato contenuto di materiali carboniosi, nei quali altri metodi risultano poco efficaci.
4. Pretrattamento mediante ossidazione biologica.
Sfruttando l\'ossidazione microbica per decomporre i solfuri, si liberano i solfuri contenenti oro e, contemporaneamente, si ottiene una certa degradazione delle sostanze carbonacee. L\'ossidazione biologica presenta costi relativamente bassi e un buon impatto ambientale, ma richiede tempi di reazione lunghi e condizioni operative e tipi di minerale specifici.
5. Pretrattamento mediante ossidazione a pressione.
L\'ossidazione dei solfuri e delle sostanze carbonacee avviene in condizioni di alta temperatura e alta pressione; offre buoni risultati e una velocità di reazione elevata, ma comporta costi elevati sia in termini di investimento in attrezzature che di gestione operativa ed è adatta a progetti su larga scala e a minerali particolarmente difficili da trattare.
È importante sottolineare che non esiste un unico metodo di pretrattamento in grado di risolvere tutti i casi.La scelta del metodo di pretrattamento per i minerali auriferi carboniosi dipende dal contenuto di carbonio, arsenico e antimonio e dalle loro condizioni di presenza; è necessario effettuare prove di arricchimento per una verifica comparativa e valutare attentamente il rapporto economico tra l\'incremento del tasso di lisciviazione e i costi di pretrattamento. Se, dopo la diagnosi, si conferma l\'assenza di valore economico, è necessario comunicarlo con trasparenza, evitando di promuovere il servizio in modo acritico.
III. Processi CIP/CIL: recupero sicuro dell\'oro disciolto
Una volta risolto il problema della “perdita d\'oro” grazie al pretrattamento, si passa al recupero dell\'oro disciolto. I processi principali di questa fase sono la lisciviazione con cianuro e l\'adsorbimento su carbone attivo, ovvero il CIL (metodo di lisciviazione con carbone) e il CIP (metodo con impasto di carbone).
CIL (metodo di lisciviazione con carbone): lisciviazione e adsorbimento simultanei, processo compatto. In condizioni alcaline (pH 10-11), la soluzione di cianuro dissolve l\'oro formando complessi cianuro-oro; contemporaneamente, nell\' stesso bacino di lisciviazione viene aggiunto carbone attivo per adsorbire l\'oro, in modo che la lisciviazione e l\'adsorbimento avvengano simultaneamente.Il carbone attivo viene aggiunto nell\'ultimo serbatoio, dove si muove in controcorrente, entrando in contatto con la poltiglia minerale in senso opposto. Il processo CIL è adatto a impianti di lavorazione di piccole, medie e grandi dimensioni; grazie al suo flusso compatto e al numero ridotto di serbatoi, è il processo di recupero comunemente utilizzato dopo il pretrattamento dei giacimenti auriferi carboniferi.
CIP (metodo a poltiglia carboniosa): prima l\'immersione, poi l\'adsorbimento, con un controllo più preciso. Una volta completata la lisciviazione, la poltiglia minerale entra nella vasca di adsorbimento e solo successivamente viene aggiunto il carbone attivo; la lisciviazione e l\'adsorbimento avvengono in vasche separate, garantendo un tempo di lisciviazione più prolungato. Il CIP è adatto a minerali con velocità di lisciviazione elevata che richiedono un controllo per fasi ed è comunemente utilizzato negli impianti di lavorazione di grandi dimensioni.
Differenza fondamentale tra CIP e CIL: il CIL combina l\'estrazione e l\'adsorbimento in un unico processo, riducendo il numero di vasche e rendendo il flusso compatto; il CIP prevede prima la lisciviazione e poi l\'adsorbimento, garantendo un tempo di lisciviazione più lungo e un controllo più preciso.La scelta dipende dalla velocità di lisciviazione del minerale, dalla capacità di trattamento e dai requisiti di controllo operativo. Per i minerali auriferi carbonacei sottoposti a pretrattamento, poiché l\'effetto di “rapina dell\'oro” è stato eliminato, il processo compatto del CIL risulta spesso più economico; se la velocità di lisciviazione del minerale è lenta o è necessario un controllo preciso dei tempi di lisciviazione, il CIP è più indicato.
Catena di recupero successiva: dopo la separazione mediante vagliatura, il carbone caricato d\'oro entra nelle fasi di lavaggio acido e desorbimento elettrolitico; l\'oro viene eluito ed elettrolizzato in forma di fango d\'oro, quindi fuso in un forno di fusione per produrre oro di qualità commerciale; gli sterili, dopo essere stati addensati e disidratati mediante filtrazione a pressione, vengono smaltiti a secco o scaricati nel rispetto delle norme.Nell\'intero processo, il vaglio di separazione del carbone impedisce la perdita di carbone attivo con la poltiglia minerale, mentre il sollevatore di carbone estrae il carbone impregnato d\'oro dalla vasca; queste apparecchiature di dettaglio influiscono direttamente sul consumo di carbone e sul tasso di recupero.
IV. Come configurare il progetto completo dell\'impianto di lavorazione del minerale
La configurazione completa dell\'impianto per il processo combinato “pretrattamento + CIP/CIL” applicato ai giacimenti auriferi carboniferi è illustrata di seguito, suddivisa per fasi del processo:
Fase di frantumazione e macinazione:
frantumatore a mascelle (frantumazione grossolana) + frantumatore a cono (frantumazione media e fine) + mulino a sfere (macinazione a due stadi: tipo a griglia + tipo a sfioro) + classificatore a spirale/ciclone idraulico (classificazione a circuito chiuso).La finezza di macinazione deve garantire la liberazione dei minerali auriferi, evitando al contempo una macinazione eccessiva.
Sezione di flottazione:
Serie di flottatori (tipo SF ad autoaspirazione, tipo XCF/KYF ad aerazione; si preferisce la configurazione con canali a flusso continuo di grandi dimensioni), gruppi combinati di pre-selezione, selezione di spazzamento e selezione fine; vasche di agitazione e sistemi di dosaggio abbinati. In questa fase è necessario aggiungere inibitori di carbonio al minerale carbonifero.
Sezione di pretrattamento:
Vasche di reazione per il pretrattamento (con agitazione e rivestimento interno anticorrosivo), dispositivi di dosaggio di cloruranti/ossidanti, sistema di regolazione del pH, impianti di ventilazione e trattamento dei gas di scarico.I materiali delle apparecchiature devono essere sottoposti a un trattamento anticorrosivo specifico per l\'ambiente corrosivo della clorurazione/ossidazione (acciaio inossidabile anticorrosivo o rivestimento interno anticorrosivo); si tratta di un dettaglio spesso trascurato in molti progetti: una scelta errata dei materiali riduce notevolmente la durata delle apparecchiature.
Fase di lisciviazione e adsorbimento (CIP/CIL):
Vasca di lisciviazione (con agitazione e aerazione), sistema di adsorbimento a carbone attivo, setaccio di separazione del carbone aurifero (setaccio separatore di carbone/elevatore ad aria), estrattore di carbone, impianto di desorbimento elettrolitico (a temperatura e pressione ambiente per il trattamento convenzionale, ad alta temperatura e alta pressione per miniere di grandi dimensioni o minerali difficili da desorbire), forno di fusione dell\'oro.
Fase di concentrazione e disidratazione:
densificatore (disidratazione del concentrato e degli sterili) + filtro pressa (scarico a secco degli sterili) + vaglio di disidratazione.
Attrezzature ausiliarie:
alimentatori vibranti, nastri trasportatori, pompe per poltura, pompe per il recupero del carbone, pompe per acqua pulita.
Il principio fondamentale nella configurazione degli impianti è «adattare le attrezzature al minerale», anziché «adattarle alle scorte disponibili». Le caratteristiche del minerale, quali il tenore di carbonio, la flottabilità dei solfuri auriferi e la velocità di lisciviazione, determinano direttamente il numero di sezioni di flottazione, il volume delle vasche di pretrattamento, il numero delle vasche di lisciviazione e la scelta del metodo di desorbimento.GoldProcessingPlant dispone di un proprio stabilimento di produzione, dove frantoi, mulini a sfere, flottatori, vasche di lisciviazione e impianti di desorbimento elettrolitico vengono interamente realizzati in proprio. Gli ingegneri di processo e gli ingegneri meccanici lavorano in sinergia all\'interno dello stesso team, e le attrezzature vengono prodotte rigorosamente in base ai disegni di progettazione del processo, evitando così il problema della discrepanza tra i disegni e le dimensioni effettive delle attrezzature.Per far fronte alle condizioni corrosive del pretrattamento con cloruro, è possibile effettuare aggiornamenti anticorrosivi personalizzati sulle parti a contatto con il fluido e sul rivestimento interno delle vasche.
V. Attuazione del progetto: prima i test, poi le attrezzature
La complessità dei giacimenti auriferi carboniferi impone che la soluzione non venga decisa a casaccio. Il processo di collaborazione di GoldProcessingPlant pone l\'accento sul principio “prima comprendere il giacimento, poi configurare le attrezzature”:
Primo passo: prove di arricchimento e verifica del processo.
Si effettuano analisi chimiche e prove di selezionabilità su campioni rappresentativi di minerale, che comprendono prove di flottazione, prove comparative delle condizioni relative a diversi metodi di pretrattamento (clorurazione/ossidazione/calcinazione/ossidazione biologica), prove di lisciviazione con cianuro e prove comparative CIL/CIP.Il rapporto di prova non si limita a fornire il processo raccomandato e i tassi di recupero previsti, ma include direttamente l\'elenco delle attrezzature selezionate e un preventivo preliminare. La verifica standard richiede circa 3-4 settimane, mentre la redazione di un rapporto completo sul progetto richiede solitamente circa 30-45 giorni; se le caratteristiche del minerale sono particolarmente complesse, è necessario aggiungere ulteriori fasi di verifica, con un conseguente prolungamento dei tempi.
Fase 2: progettazione del processo e preventivo per la selezione delle attrezzature.
Sulla base dei dati sperimentali, vengono definiti il percorso di processo (pretrattamento + CIP/CIL) e i relativi parametri; vengono quindi forniti il diagramma di flusso del processo, l\'elenco delle configurazioni delle attrezzature, le proposte di selezione delle attrezzature e il preventivo.
Terza fase: disegni tecnici e produzione delle attrezzature.
Vengono forniti la planimetria dell\'area dello stabilimento, i disegni delle fondamenta delle attrezzature, gli schemi di disposizione, le planimetrie delle tubazioni e i disegni delle condizioni strutturali; le attrezzature principali vengono prodotte in base ai disegni, mentre i componenti non standard vengono realizzati su misura in base alle esigenze.
Fase 4: installazione, messa a punto e formazione del personale.
Invio di ingegneri in loco per guidare l\'installazione, coordinare la messa a punto delle singole macchine e le prove di funzionamento in ciclo continuo con materiale di carico, ottimizzando il regime di dosaggio dei reagenti di pretrattamento, la finezza di macinazione e i parametri di lisciviazione fino all\'ottenimento di oro conforme agli standard di qualità; formazione teorica e pratica del team del cliente per garantire la capacità di regolare autonomamente il regime di dosaggio dei reagenti, la finezza di macinazione e i parametri di lisciviazione.
Riguardo agli impegni relativi agli indicatori: il tasso di recupero è determinato dalle caratteristiche intrinseche del minerale (granulometria della disseminazione, relazioni di simbiosi, stato di giacimento, tipo di materiale carbonioso); non vengono forniti impegni relativi a valori assoluti non realistici.Ciò che possiamo garantire è: attraverso una progettazione rigorosa del processo, elaborare un flusso di lavorazione in grado di raggiungere il massimo tasso di recupero ottenibile nelle condizioni specifiche di tale minerale, perseguendo la perfezione nella scelta delle attrezzature e nel controllo del processo. Le parti concorderanno nel contratto standard di accettazione ragionevoli basati sulla stessa fonte mineraria e sulle stesse condizioni operative.
VI. Modelli di servizio flessibili e durata del progetto
I progetti relativi ai giacimenti auriferi carbonacei presentano un elevato rischio di investimento; GoldProcessingPlant non impone pacchetti obbligatori, ma offre servizi flessibili e suddivisi in fasi: è possibile limitarsi alle prove di lavorazione (per valutare innanzitutto la fattibilità e l\'economicità del pretrattamento),si può richiedere solo un preventivo per la progettazione del processo e la selezione delle attrezzature, solo i disegni tecnici, l\'acquisto di singole unità o di un impianto completo, oppure solo l\'intervento di un ingegnere per la messa a punto in loco; in alternativa, è possibile optare per la soluzione EPC “chiavi in mano”, che comprende la progettazione, la fornitura delle attrezzature, la guida all\'installazione, la formazione sulla messa a punto e la responsabilità per il raggiungimento degli obiettivi di produzione finali.I costi sostenuti nella fase iniziale per le prove di arricchimento e la progettazione possono essere interamente detratti dal prezzo delle attrezzature al momento della successiva stipula del contratto per le attrezzature o del contratto EPC.
Per quanto riguarda la durata del progetto, dal avvio della progettazione di processo alla messa in produzione definitiva, il ciclo complessivo è solitamente compreso tra gli 8 e i 15 mesi circa.Fasi chiave: progettazione di processo e preventivo di selezione 7-15 giorni → progettazione dei disegni tecnici 20-30 giorni → produzione delle apparecchiature 60-120 giorni → logistica 30-60 giorni → installazione e messa a punto 60-150 giorni.I tempi di messa a punto dei processi combinati che includono pretrattamento + CIP/CIL sono relativamente lunghi; è necessario prevedere un periodo di messa a punto adeguato; per i progetti all\'estero occorre prevedere un margine aggiuntivo per lo sdoganamento (circa 30 giorni) e un periodo di transizione flessibile (circa 30 giorni).
Il materiale carbonioso non è un residuo minerario, ma una risorsa collocata nel posto sbagliato. I minerali “a basso tenore d\'oro” sono difficili da trattare, ma proprio i minerali difficili da trattare rappresentano l\'occasione per ripetere una rigorosa verifica del processo e individuare nuove soluzioni. Se altri non riescono a ottenere buoni risultati, potrebbe essere perché il processo non è adeguato o perché il regime dei reagenti non è corretto; non bisogna arrendersi facilmente. La logica di fondo è chiara:innanzitutto, attraverso prove di selezione mineraria, occorre identificare il tipo di materiale carbonioso e la sua capacità di intrappolare l\'oro; poi, scegliendo il percorso di pretrattamento corretto, eliminare i fattori di interferenza prima della lisciviazione; infine, utilizzare i processi CIP/CIL per recuperare in modo affidabile l\'oro disciolto. Gli impianti devono essere configurati in base al processo e i materiali devono essere aggiornati in funzione delle condizioni operative: solo se ogni fase è supportata da dati, il tasso di recupero può essere garantito.