Impianto di lavorazione per la concentrazione di polpa carboniosa proveniente dal giacimento aurifero ad alto tenore di carbonio: pacchetto completo di macchinari e soluzione di elettrolisi analitica

I minerali auriferi ad alto tenore di carbonio sono universalmente riconosciuti come una delle "sfide più ardue" nella lavorazione dei minerali auriferi.Le sostanze carbonacee presenti in questo tipo di 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 il fenomeno per cui “l\'oro viene estratto ma non recuperato”.Il tasso di lisciviazione convenzionale con cianuro è solitamente solo del 20-50%, mentre il consumo di reagenti rimane elevato. Molti proprietari di miniere hanno costruito impianti di lavorazione del carbon slurry dotati di attrezzature di buona qualità e con processi ben definiti, ma il tasso di recupero non riesce a migliorare: il problema spesso non risiede nelle vasche di lisciviazione, bensì nel fatto che le sostanze carbonacee non vengono trattate efficacemente prima della lisciviazione.

Il presente articolo verte sulla realizzazione di impianti di lavorazione del carbone per i giacimenti auriferi ad alto tenore di carbonio, analizzando i meccanismi di assorbimento dell\'oro, i percorsi di pretrattamento, la scelta dei processi CIP/CIL, fino alla configurazione completa delle attrezzature meccaniche e alle soluzioni elettrolitiche per la desorbimento del carbonio caricato d\'oro,delineando in modo sistematico un percorso tecnico realizzabile, per aiutare gli investitori nel settore dei minerali auriferi ad alto tenore a costruire impianti di lavorazione adeguati, a configurare correttamente le attrezzature e ad aumentare il tasso di recupero.

I. Comprendere innanzitutto il “rapimento dell\'oro”: perché i minerali auriferi ad alto tenore di carbonio sono difficili da trattare

La progettazione di un piano di lavorazione deve partire dalle caratteristiche del minerale. La difficoltà di trattamento dei minerali auriferi ad alto tenore di carbonio deriva principalmente da quattro aspetti:

1. Le sostanze carbonacee sono “carbone attivo naturale”. La superficie delle sostanze carbonacee presenti nel minerale presenta numerosi 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; le sostanze carbonacee, 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, con un tenore dei residui di estrazione relativamente elevato.

2. Il tipo di materiale carbonioso determina la capacità di sequestro dell\'oro. Il carbone attivo possiede la capacità di adsorbimento più elevata, seguito dalla grafite, mentre i composti humici presentano una capacità relativamente più debole.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 anche perché, pur essendo tutti definiti “minerali carbonacei”, alcuni raggiungono tassi di lisciviazione superiori al 90% dopo il pretrattamento, mentre altri rimangono costantemente a livelli bassi.

3. Spesso si presenta in associazione con arsenico e zolfo, con un cumulo di fattori che ne rendono difficile il trattamento. I minerali auriferi ad alto tenore di carbonio si presentano spesso in associazione con pirite arsenica, arsenopite e simili. L\'arsenico racchiude l\'oro all\'interno dei solfuri, che non riescono a liberarsi nemmeno con una macinazione molto fine; il carbonio, invece, riassorbe l\'oro disciolto.A causa di questa doppia interferenza, il tasso di lisciviazione con cianuro convenzionale è estremamente basso e i reagenti vengono completamente sprecati in reazioni inefficaci.

4. La lisciviazione diretta non è economicamente sostenibile. Il trattamento con cianuro senza pretrattamento non solo comporta un basso tasso di lisciviazione, ma anche un elevato consumo di cianuro, con risultati economici estremamente scarsi.I minerali auriferi ad alto tenore di carbonio devono essere sottoposti a “passivazione” o rimozione delle 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 ad alto tenore di carbonio sono difficili da trattare, non perché l\'oro sia difficile da lisciviare, ma perché l\'oro lisciviato viene “sottratto” dalle sostanze carbonacee. La priorità assoluta nella progettazione di un impianto di lavorazione del carbonio è il pretrattamento prima della lisciviazione, non il numero di vasche di lisciviazione.

II. Come scegliere il percorso di pretrattamento: eliminare innanzitutto l\'effetto di “sequestro” dell\'oro

Per contrastare l\'effetto di “sequestro” dell\'oro da parte delle sostanze carbonacee, nel settore esistono principalmente le 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 tramite prove di lavorazione:

1. Inibizione delle sostanze carbonacee mediante flottazione. Durante la fase di flottazione si aggiungono inibitori delle sostanze carbonacee per impedirne la galleggiamento, evitando così che si accumulino nel concentrato o interferiscano con la schiuma di flottazione; in alternativa, si può ricorrere alla flottazione selettiva, separando prima le sostanze carbonacee e poi i solfuri auriferi.Un altro vantaggio della flottazione è quello di concentrare i solfuri auriferi nel concentrato, riducendo così il volume di materiale da sottoporre al successivo trattamento di cianurazione: trattando solo il concentrato anziché l\'intero minerale, è possibile ridimensionare sia le vasche di lisciviazione che i sistemi di adsorbimento.

2. Pretrattamento mediante clorurazione/ossidazione chimica. Si utilizzano 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 cianurici dell\'oro.Si tratta di uno dei principali percorsi di pretrattamento per i minerali auriferi ad alto tenore di carbonio; la chiave sta nel controllare il dosaggio dei reagenti e le condizioni di reazione, in modo da passivare i materiali carboniosi evitando al contempo un\'eccessiva ossidazione che potrebbe compromettere la successiva lisciviazione.

3. Pretrattamento mediante calcinazione. La calcinazione ad alta temperatura rimuove i materiali carboniosi e i solfuri, eliminando l\'effetto di “sequestro dell\'oro” e aprendo l\'involucro dei solfuri. Il trattamento è completo, ma comporta un elevato consumo energetico e investimenti elevati in termini di tutela ambientale; è adatto a minerali con un alto contenuto di materiali carboniosi, nei quali altri metodi risultano poco efficaci.

4. Pretrattamento mediante ossidazione biologica/ossidazione a pressione. L\'ossidazione biologica sfrutta i microrganismi per decomporre i solfuri; presenta costi relativamente bassi e un buon impatto ambientale, ma richiede tempi lunghi; l\'ossidazione sotto pressione ossida solfuri e sostanze carbonacee ad alta temperatura e alta pressione, garantendo risultati efficaci e rapidi, ma comporta investimenti in attrezzature e costi operativi elevati ed è adatta a progetti su larga scala e a minerali particolarmente difficili da trattare.

Considerazioni chiave: non esiste un unico metodo di pretrattamento valido in ogni caso.La scelta del metodo di pretrattamento per i giacimenti auriferi carboniosi dipende dal contenuto di carbonio, arsenico e antimonio e dalle condizioni di presenza di tali elementi; è necessario effettuare prove di arricchimento per una verifica comparativa e valutare attentamente il rapporto economico tra l\'aumento del tasso di lisciviazione e i costi di pretrattamento. Se, a seguito della diagnosi, si conferma l\'assenza di valore economico, è necessario comunicarlo in modo trasparente, evitando di promuovere il metodo in modo acritico.

III. Come scegliere il processo di trattamento con impasto carbonioso: CIP o CIL

Una volta risolto il problema della perdita di oro tramite il pretrattamento, il passo successivo consiste nel recuperare l\'oro disciolto. I processi principali per questa fase sono la lisciviazione con cianuro + adsorbimento su carbone attivo, ovvero il CIP (metodo a poltiglia di carbone) e il CIL (metodo a immersione in carbone).

CIP (metodo a poltiglia di carbone): prima la lisciviazione, poi l\'adsorbimento, per un controllo più preciso. Una volta completata la lisciviazione, la poltiglia minerale entra nella vasca di adsorbimento dove viene aggiunto il carbone attivo; la lisciviazione e l\'adsorbimento avvengono in vasche separate, garantendo un tempo di lisciviazione più adeguato. 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.Nel caso dei minerali auriferi ad alto tenore di carbonio, poiché è necessario garantire un tempo di lisciviazione sufficiente anche dopo il pretrattamento, i vantaggi del controllo a fasi del processo CIP risultano ancora più evidenti: la fase di lisciviazione può essere ottimizzata in modo indipendente in termini di tempo, mentre la fase di adsorbimento consente il controllo indipendente della concentrazione di carbone.

CIL (metodo di lisciviazione con carbone): lisciviazione e adsorbimento simultanei, processo compatto. La lisciviazione e l\'adsorbimento con carbone attivo avvengono contemporaneamente nella stessa vasca di lisciviazione; il carbone attivo viene aggiunto nell\'ultima vasca e si sposta in controcorrente verso la parte anteriore.I vantaggi sono il numero ridotto di vasche, il processo compatto e l\'investimento relativamente basso; è adatto a impianti di lavorazione di piccole, medie e grandi dimensioni. Se dopo il pretrattamento l\'effetto di “rapina d\'oro” è stato completamente eliminato e la velocità di lisciviazione del minerale è elevata, il processo compatto del CIL risulta più economico.

Logica di scelta: nella scelta del processo a poltiglia di carbone per i minerali auriferi ad alto tenore di carbonio, non si deve considerare solo l\'investimento, ma anche l\'efficacia del pretrattamento e la cinetica di lisciviazione.Per i minerali in cui, dopo il pretrattamento, la passivazione delle sostanze carbonacee è completa e la velocità di lisciviazione è elevata, il processo CIL compatto risulta più economico; per i minerali in cui, dopo il pretrattamento, permangono interferenze residue e la velocità di lisciviazione è lenta, è più prudente optare per il CIP, che prevede prima la permeazione e poi l\'assorbimento. La scelta specifica deve essere verificata tramite prove di lisciviazione e test comparativi CIP/CIL, senza basarsi su decisioni arbitrarie.

IV. Configurazione completa dell\'impianto meccanico: dalla frantumazione all\'oro concentrato

L'impianto completo per la lavorazione del minerale aurifero ad alto tenore di carbonio mediante separazione a poltiglia di carbonio è suddiviso per fasi di lavorazione come segue:

Sezione di frantumazione e macinazione: frantoio a mascelle (frantumazione grossolana, per minerali grezzi di grandi dimensioni, struttura semplice e resistente) + frantoio a cono (frantumazione media-fine, alta efficienza nel trattamento di rocce dure, granulometria uniforme del prodotto in uscita)+ 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 in forma singola, evitando al contempo una macinazione eccessiva. La fase di frantumazione segue il principio “frantumare di più, macinare di meno”, riducendo così il consumo energetico della macinazione.

Sezione di flottazione (se si adotta il pretrattamento per flottazione): Serie di flottatori (tipo SF ad autoaspirazione, adatti per la fase iniziale di selezione grossolana e di pulizia; tipo XCF/KYF ad aerazione, la scelta preferita per la configurazione di canali a flusso continuo di grandi dimensioni), gruppi combinati di selezione grossolana, pulizia e selezione fine;vasche di agitazione di supporto, sistema di dosaggio (compresa l\'aggiunta di inibitori di sostanze carbonacee).

Sezione di pretrattamento: vasca di reazione per il pretrattamento (con agitazione e rivestimento interno anticorrosivo), dispositivi di dosaggio di cloruranti/ossidanti, sistema di regolazione del pH, dispositivi di ventilazione e trattamento dei gas di scarico.I materiali delle apparecchiature devono essere potenziati per resistere alla corrosione causata dall\'ambiente di clorurazione/ossidazione (acciaio inossidabile anticorrosivo o rivestimento interno anticorrosivo) — una scelta errata dei materiali ridurrebbe notevolmente la durata delle apparecchiature.

Sezione di lisciviazione e adsorbimento (CIP/CIL): vasca di lisciviazione (con agitazione e aerazione, più vasche in serie), sistema di adsorbimento a carbone attivo, setaccio di separazione del carbone caricato d\'oro (setaccio separatore di carbone/elevatore ad aria), estrattore di carbone.Il setaccio di separazione del carbone impedisce la perdita di carbone attivo con la poltiglia minerale, mentre l\'elevatore estrae il carbone caricato d\'oro dalla vasca; queste apparecchiature di dettaglio influiscono direttamente sul consumo di carbone e sul tasso di recupero. Il processo CIL richiede inoltre la configurazione di una vasca di lisciviazione ad alta efficienza con doppia girante.

Fase di desorbimento elettrolitico (componenti principali): il carbone caricato d\'oro, dopo il lavaggio acido, entra nel sistema di desorbimento elettrolitico, dove l\'oro viene eluito ed elettrolizzato in fango d\'oro. Le apparecchiature comprendono colonne di desorbimento, celle elettrolitiche, alimentatori raddrizzatori, sistema di riscaldamento, vasche di lavaggio acido e serbatoi di stoccaggio.Gli impianti di desorbimento ed elettrolisi a temperatura e pressione ambiente sono adatti al trattamento convenzionale e presentano costi di investimento e di esercizio contenuti; gli impianti ad alta temperatura e alta pressione garantiscono un\'efficienza di trattamento superiore e un desorbimento più completo, risultando indicati per miniere di grandi dimensioni o minerali difficili da desorbire. La scelta del modello deve essere determinata in base al contenuto di oro nel carbone, alla capacità di trattamento e al tasso di desorbimento desiderato.

Fase di fusione: la poltiglia d\'oro viene fusa in un forno di fusione per produrre lingotti d\'oro di qualità standard.

Fase di concentrazione e disidratazione: denso-spazzolatore (disidratazione della poltiglia prima della lisciviazione, disidratazione degli sterili) + filtropressa (scarico a secco degli sterili) + vaglio di disidratazione.

Fase di bonifica degli sterili: gli sterili contenenti cianuro vengono sottoposti a trattamenti di bonifica, quali il processo di clorurazione alcalina, e, una volta conformi agli standard, vengono scaricati o riutilizzati; il deposito a secco degli sterili è dotato di impermeabilizzazione del fondo, sistema di drenaggio e raccolta del percolato.

Apparecchiature ausiliarie: alimentatore vibrante, nastro trasportatore, vasca di miscelazione, pompa per poltura, pompa per il recupero del carbone, pompa per acqua pulita, pompa di ricircolo, sistema di controllo elettrico.

V. Analisi del processo di elettrolisi: come estrarre l\'oro dal carbone aurifero

L\'elettrolisi di desorbimento rappresenta l\'“ultimo miglio” del recupero dell\'oro negli impianti di produzione di pasta di carbone; la progettazione del processo presenta alcuni punti chiave:

1. Scelta del metodo di desorbimento. Il desorbimento a temperatura e pressione ambiente richiede un investimento ridotto e presenta un funzionamento semplice, rendendolo adatto a impianti di piccole e medie dimensioni e a carbone aurifero convenzionale; il desorbimento ad alta temperatura e alta pressione offre un\'elevata efficienza e un desorbimento completo, rendendolo adatto a miniere di grandi dimensioni e a carbone con elevato contenuto di oro e difficile da desorbire. Nella scelta è necessario valutare la redditività complessiva tenendo conto del ciclo di desorbimento, del consumo di reagenti e dell\'investimento in attrezzature.

2. Coordinamento tra la soluzione di desorbimento e l\'elettrolisi. La soluzione di desorbimento (soluzione preziosa contenente oro) entra nella vasca di elettrolisi, dove, tramite elettrolisi, l\'oro si deposita sul catodo formando fango d\'oro. La densità di corrente, la distanza tra gli elettrodi e il tempo di elettrolisi devono essere adeguati alla concentrazione di oro nella soluzione di desorbimento; un\'elettrolisi incompleta causerebbe il ricircolo dell\'oro nella soluzione povera, riducendo il tasso di recupero.

3. Decapaggio acido e rigenerazione del carbone. Il carbone da oro deve essere sottoposto a decapaggio acido prima della desorbimento per rimuovere i carbonati e le impurità; il carbone povero ottenuto dopo la desorbimento, una volta rigenerato, viene reimmesso nel sistema di adsorbimento per essere riutilizzato. La qualità della rigenerazione del carbone influisce direttamente sulla capacità di adsorbimento del carbone attivo e sul suo consumo; la fase di rigenerazione non può essere tralasciata.

4. Fusione del limo d\'oro. Il limo d\'oro ottenuto dall\'elettrolisi, dopo il lavaggio acido e l\'essiccazione, viene inviato al forno di fusione per la produzione di oro di qualità commerciale. La temperatura di fusione e il rapporto di miscelazione dei fondenti influenzano la purezza dei lingotti d\'oro e il tasso di recupero durante la fusione.

5. Controllo automatizzato. Si raccomanda di dotare il sistema di desorbimento ed elettrolisi di dispositivi di monitoraggio e controllo di temperatura, pressione, portata e corrente, al fine di garantire la stabilità del tasso di desorbimento e dell\'efficienza elettrolitica. È indispensabile predisporre adeguati sistemi di interblocco di sicurezza per le apparecchiature operanti ad alta temperatura e alta pressione.

VI. Attuazione del progetto: prima i test, poi le attrezzature

La complessità dei giacimenti auriferi ad alto tenore di carbonio impone che il progetto non venga definito a casaccio. Il processo di collaborazione di GoldProcessingPlant sottolinea il principio «prima comprendere il giacimento, poi scegliere le attrezzature»:

Primo passo: prove di arricchimento e verifica del processo. Si effettuano analisi chimiche e prove di selezionabilità su campioni rappresentativi del 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 CIP/CIL.Il rapporto di prova non si limita a fornire il processo raccomandato e il tasso di recupero previsto, ma include direttamente l\'elenco delle attrezzature selezionate e un preventivo preliminare. La verifica standard richiede circa 3-4 settimane, mentre l\'emissione del rapporto completo del 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, si definiscono il percorso di processo (pretrattamento + CIP/CIL) e i relativi parametri, per poi redigere il diagramma di flusso del processo, l\'elenco delle attrezzature, le opzioni di selezione e il preventivo.

Terza fase: disegni tecnici e produzione delle attrezzature. Vengono forniti la planimetria dell\'impianto, 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 unità e le prove di funzionamento in ciclo chiuso con materiale di processo, 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 cifre assolute non realistiche.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.

VII. Servizi flessibili e durata del progetto

GoldProcessingPlant non impone pacchetti obbligatori, ma offre servizi flessibili suddivisi in fasi: è possibile effettuare solo prove di lavorazione (per valutare innanzitutto la fattibilità e la redditività del pretrattamento),richiedere solo un preventivo per la progettazione del processo e la selezione delle attrezzature, solo i disegni tecnici, acquistare solo singole unità o impianti completi, richiedere solo la messa a punto in loco da parte di un ingegnere; oppure optare per una soluzione EPC "chiavi in mano", che coordina progettazione, attrezzature, guida all\'installazione, formazione sulla messa a punto e si assume la responsabilità degli obiettivi di produzione finali.I costi sostenuti in fase preliminare 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 attrezzature 60-120 giorni → logistica 30-60 giorni → installazione e messa a punto 60-150 giorni.Il tempo di messa a punto del processo combinato, che include pretrattamento + CIP/CIL + elettrolisi di estrazione, è relativamente lungo; 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).

La logica alla base della costruzione di un impianto di lavorazione del minerale aurifero ad alto tenore di carbonio mediante polpa carboniosa è molto chiara: innanzitutto, attraverso prove di lavorazione del minerale, si determinano il tipo di materiale carbonioso e la capacità di intrappolare l\'oro, scegliendo il percorso di pretrattamento corretto per eliminare i fattori di interferenza prima della lisciviazione; successivamente, in base alle caratteristiche di lisciviazione, si seleziona il CIP o il CIL per recuperare in modo sicuro l\'oro disciolto;gli impianti vengono configurati in base al processo e i materiali sono potenziati in funzione delle condizioni operative; il carbone impregnato d\'oro viene sottoposto a elettrolisi di desorbimento e fusione per produrre oro di qualità conforme; gli sterili vengono sottoposti a trattamento di decontaminazione e smaltimento a secco in conformità con le normative. Ogni fase è supportata da dati concreti, garantendo così il tasso di recupero.