Come scegliere un piano di lavorazione mineraria per la produzione di oro colloidale e un impianto completo?
Come scegliere un piano di lavorazione per la produzione di oro colloidale e un impianto completo?
Il termine "oro colloidale" ha, in realtà, due significati completamente diversi nel settore dell\'estrazione dell\'oro: da un lato, i "maestri" dei siti di lavorazione del minerale lo utilizzano per indicare l\'"oro gelatinoso" o "oro in forma colloidale", ovvero quell\'oro presente nel minerale sotto forma di particelle estremamente fini, in uno stato gelatinoso o disperso in particelle microscopiche;l\'altro è il marcatore a base di oro colloidale utilizzato nel settore biomedico. Il presente articolo tratta il primo caso: quella tipologia di oro presente nel minerale in forma colloidale, disperso in particelle microscopiche, che è molto difficile da recuperare completamente con i metodi convenzionali di separazione gravitazionale e cianurazione. Come definire il processo di selezione per questo tipo di minerale e come configurare l\'impianto completo sono questioni che rappresentano un vero grattacapo per molti proprietari di miniere.
I. Chiariamo innanzitutto: a quale tipo di minerale si riferisce esattamente quando parla di «oro colloidale»?
Nella pratica della lavorazione dei minerali auriferi, il cosiddetto «oro colloidale» corrisponde solitamente alle seguenti situazioni:
1. Minerali auriferi a infiltrazione con particelle finissime (tipo Carlin)
L\'oro è racchiuso sotto forma di particelle invisibili o submicroscopiche all\'interno di solfuri quali la pirite e l\'arsenopite; per quanto fine sia la macinazione, è difficile ottenere una liberazione delle singole particelle. Questo tipo di minerale è un tipico esempio di minerale aurifero difficile da trattare; il tasso di lisciviazione diretta con cianuro sul materiale grezzo spesso si attesta solo tra il 20-30% e il 50%.
2. Minerali auriferi ossidati di tipo gelatinoso o argilloso
L\'oro si presenta in forma colloidale, adsorbito sulla superficie di limonite, minerali argillosi o ossidi di manganese; è comune nei giacimenti alterati di tipo “cappello di ferro” e “lateritici”. I granelli d\'oro sono estremamente fini, il tasso di recupero mediante separazione gravitazionale è basso e l\'elevato contenuto di argilla influisce sulla reologia della poltiglia minerale e sulla permeabilità alla lisciviazione.
3. Minerali contenenti sostanze carbonacee che causano il “furto d\'oro”
Le sostanze carbonacee presenti nel minerale (carbonio organico, grafite, ecc.) adsorbono i complessi cianurici dell\'oro già disciolti, causando l\'effetto di “sequestro dell\'oro”; di conseguenza, la concentrazione di oro nel liquido di lisciviazione non aumenta e il tasso di lisciviazione apparente risulta molto basso.
4. Oro a grana fine nell\'oro alluvionale
Nei giacimenti di oro sabbioso, le particelle grossolane di oro possono essere recuperate con canalette di separazione e centrifughe, ma le particelle fini di dimensioni micrometriche tendono a essere trascinate via dal flusso d\'acqua e richiedono la selezione mediante tavole vibranti o centrifughe.
Il punto in comune di queste quattro tipologie di minerali è che i granelli d\'oro sono fini, lo stato di presenza è complesso e un unico processo non garantisce una separazione completa. Il fulcro della progettazione del processo non è «quale attrezzatura acquistare», ma piuttosto comprendere a fondo lo stato di presenza dell\'oro prima di decidere il percorso tecnologico.
II. Come definire il processo di lavorazione dei minerali contenenti oro colloidale
Soluzione 1: arricchimento per flottazione + pretrattamento + cianurazione (adatta ai minerali a grana finissima di tipo impregnato, contenenti arsenico e carbonio)
Si tratta del percorso principale per i minerali di tipo Carlin e per quelli difficili da trattare contenenti arsenico e carbonio.La logica è la seguente: innanzitutto, mediante la flottazione, si arricchiscono i solfuri auriferi in un concentrato, riducendo notevolmente il carico di lavoro del successivo pretrattamento; successivamente, si sottopone il concentrato a pretrattamento (agenti chimici esclusivi, calcinazione, ossidazione sotto pressione, ossidazione biologica, ecc.) per liberare l\'oro incapsulato; infine, si procede al recupero tramite cianurazione.
Punti chiave:
- la finezza di macinazione deve garantire la dissociazione dei singoli solfuri auriferi, ma non è necessario perseguire il principio “più fine è, meglio è”, poiché una macinazione eccessiva aumenta la formazione di fango e il consumo di reagenti;
- il regime di dosaggio degli agenti di flottazione determina il tenore del concentrato e il tasso di recupero dello zolfo; nei minerali contenenti arsenico è necessario inibire la formazione di arseniuro di mercurio o effettuare una flottazione separata del concentrato di arsenico-oro, mentre nei minerali contenenti carbonio è necessario inibire l\'effetto di "sequestro" dell\'oro da parte delle sostanze carbonacee;
- La scelta del metodo di pretrattamento dipende dal contenuto di arsenico/carbonio e dalle condizioni di presenza, e determina direttamente la redditività.
Schema 2: separazione gravimetrica + cianurazione combinata (adatto a minerali di tipo «cappello di ferro» e minerali ossidati gelatinosi)
La separazione gravimetrica consente di recuperare in anticipo l\'oro libero a grana grossa nel circuito di macinazione, evitando la perdita dovuta a una macinazione eccessiva; gli sterili della separazione gravimetrica vengono inviati alla lisciviazione con cianuro per il recupero dell\'oro a grana fine. La struttura porosa della limonite favorisce la penetrazione del liquido di lisciviazione, ma in presenza di un elevato contenuto di argilla è necessario migliorare la reologia della sospensione minerale mediante l\'uso di disperdenti o la granulazione.
Soluzione 3: CIL/CIP su minerale grezzo (adatto a minerali in cui l\'oro è prevalentemente in forma libera, con ganga semplice e privi di elementi interferenti)
Se le analisi confermano che l\'oro è prevalentemente in forma libera e non sono presenti elementi interferenti quali arsenico, carbonio e antimonio, è più diretto procedere direttamente alla cianurazione del minerale grezzo. Il processo CIL, che prevede l\'estrazione e l\'assorbimento simultanei, ha un flusso compatto ed è adatto a impianti di lavorazione di piccole, medie e grandi dimensioni; il processo CIP, che prevede prima la lisciviazione e poi l\'adsorbimento, offre un controllo più preciso per fase ed è comunemente utilizzato negli impianti di grandi dimensioni.
Soluzione 4: Processo completo di lavaggio e separazione gravitazionale (adatto a giacimenti di oro sabbioso e oro in granuli finissimi)
Vagli a tamburo/lavatrici per il lavaggio e la classificazione del minerale → Selezione grossolana tramite canalette → Arricchimento tramite centrifuga → Selezione fine tramite tavoli vibranti. In presenza di un elevato contenuto di argilla è necessario intensificare il lavaggio del minerale; l\'oro a grana grossa viene separato tramite canalette e centrifughe, mentre quello a grana fine tramite tavoli vibranti o centrifughe di selezione.Le soluzioni mobili sono adatte a giacimenti dispersi, mentre quelle fisse sono adatte a fonti minerarie concentrate.
Regola d\'oro nella scelta della soluzione: senza analisi chimiche e prove di selezionabilità su campioni rappresentativi del minerale, qualsiasi scelta è come “toccare l\'elefante alla cieca”. Ciò vale in particolare per i minerali contenenti oro colloidale: una differenza minima nello stato di presenza dell\'oro comporta un errore enorme nel percorso di lavorazione.
III. Come configurare l\'impianto completo: abbinare le apparecchiature in base al percorso di lavorazione
1. Fase di frantumazione e macinazione (punto di partenza per tutti i giacimenti auriferi rocciosi)
- Frantoio a mascelle: frantumazione grossolana, adatto a minerali grezzi di grandi dimensioni, struttura semplice e resistente;
- Frantoio a cono: frantumazione media-fine, elevata efficienza nel trattamento di rocce dure, granulometria uniforme del prodotto in uscita;
- Mulino a sfere: tipo a griglia con scarico forzato, elevata capacità di trattamento, adatto alla macinazione grossolana o alla prima fase di macinazione; tipo a sfioro con scarico per gravità, finezza di macinazione più elevata, adatto alla macinazione fine o alla seconda fase di macinazione.Nei giacimenti auriferi rocciosi si utilizza comunemente un processo di macinazione a due stadi: primo stadio a griglia + secondo stadio a sfioro; il secondo stadio forma un circuito chiuso con un separatore a spirale o un idrociclone;
- Apparecchiature di classificazione: il classificatore a spirale/il ciclone idraulico opera in circuito chiuso con il mulino; la polvere fine conforme alle specifiche viene convogliata via, mentre la sabbia grossolana viene reimmessa per essere rimacinata.
Si segue il principio «frantumare di più, macinare di meno»: la fase di frantumazione svolge la maggior parte del lavoro, mentre la fase di macinazione consuma meno energia elettrica.
2. Sezione di separazione gravitazionale (recupero anticipato dell\'oro a grana grossa)
- Separatore centrifugo: potenzia la separazione gravitazionale basandosi sul principio della centrifugazione, recuperando metalli preziosi come oro, argento e metalli del gruppo del platino in forma di particelle microfine; è l\'apparecchiatura principale nel circuito di macinazione per il recupero dell\'oro monomolecolare a grana grossa;
- Agitatore (a onda seghettata/idraulico): tratta la frazione a grana grossa, con elevata capacità di trattamento;
- Tavola vibrante (tavola 6-S / tavola multistrato): trattano la frazione a grana fine, con elevata precisione di separazione, utilizzate per la selezione del concentrato di separazione gravitazionale;
- Canale a spirale: struttura semplice, adatto alla selezione grossolana e allo scarto dei residui.
La separazione gravitazionale di solito non costituisce da sola un processo completo per i giacimenti auriferi in roccia, ma viene integrata nel circuito di macinazione o combinata con la flottazione e la cianurazione. Il grado di dissociazione è l\'indicatore chiave del tasso di recupero nella separazione gravitazionale; se la finezza di macinazione è insufficiente, la separazione gravitazionale è inutile.
3. Sezione di flottazione (minerali solfuri contenenti oro, minerali con disseminazione a grana fine)
- Serie di flottatori: modello SF ad autoaspirazione, adatto alla fase iniziale di selezione grossolana e di pulizia; modello XCF/KYF ad aerazione, la scelta preferita per la configurazione di grandi vasche a flusso continuo; modelli BF e JJF abbinati in base alle esigenze di capacità di trattamento e di aerazione.Possono essere combinate in unità di selezione grossolana, selezione di spazzamento e selezione fine (da una selezione grossolana, due selezioni fini e due di spazzamento fino a una selezione grossolana, tre selezioni fini e tre di spazzamento);
- si utilizzano vasche di agitazione per la miscelazione dei reagenti prima della flottazione, mentre i densificatori e i filtratori a pressione servono per la disidratazione del concentrato.
Il metodo di flottazione è in grado di trattare minerali auriferi a basso tenore e a grana fine, presenta un\'elevata adattabilità ed è una delle tecnologie più ampiamente utilizzate nei giacimenti di oro in roccia della Cina.
4. Sezione di lisciviazione e adsorbimento (esclusiva per CIL/CIP)
- Vasca di lisciviazione (con agitazione e aerazione): aggiunta di cianuro di sodio e calce per regolare il pH (10-11), in modo da consentire la dissoluzione dell\'oro;
- Vasca di lisciviazione con carbone ad alta efficienza a doppia girante: nel processo CIL la lisciviazione e l\'adsorbimento avvengono contemporaneamente; il carbone attivo viene aggiunto nell\'ultima vasca e si muove in controcorrente verso l\'avanti;
- Setaccio di separazione del carbone: impedisce la perdita del carbone attivo con la poltiglia minerale; Elevatore del carbone: solleva e estrae il carbone caricato d\'oro;
- Impianto di desorbimento elettrolitico: a temperatura e pressione ambiente per il trattamento convenzionale; a temperatura e pressione elevate per un desorbimento più completo, adatto a minerali di grandi dimensioni o difficili da desorbire;
- Forno di fusione dell\'oro: fusione del fango aurifero in lingotti d\'oro;
- Impianto di sostituzione con polvere di zinco (liquido prezioso da lisciviazione in cumulo, lavaggio in controcorrente del liquido prezioso con CCD): filtrazione di chiarificazione → deossigenazione sotto vuoto → aggiunta di polvere di zinco per la sostituzione → filtrazione a pressione del fango aurifero → fusione.La soluzione preziosa deve essere chiarificata fino a un contenuto di sospesi <10 ppm e di ossigeno disciolto <1 mg/L; il tasso di sostituzione è solitamente >99%.
5. Fase di concentrazione e disidratazione
Il denso (a trasmissione centrale/denso ad alta efficienza) viene utilizzato per la sedimentazione e la disidratazione preliminari del concentrato e degli sterili; il filtro a piastre e telai comprime la poltiglia minerale in un panello, ed è l\'apparecchiatura chiave per lo smaltimento a secco degli sterili; il vaglio di disidratazione viene utilizzato per la disidratazione finale.
6. Attrezzature ausiliarie
Alimentatori vibranti, nastri trasportatori, pompe per poltiglia/pompe per il recupero del carbone, lavatori a tamburo/lavatori a coclea (pretrattamento del minerale ad alto contenuto di fango), vagli a tamburo (lavaggio e selezione dell\'oro alluvionale).
IV. Quattro criteri chiave per la scelta dell\'impianto completo
In primo luogo, definire prima il processo e poi le attrezzature.
Le attrezzature non vanno acquistate a casaccio sul mercato; la scelta deve basarsi sulle caratteristiche del minerale e sul flusso di processo. A parità di flottatore, il tasso di recupero può variare di venti punti percentuali a seconda che si tratti di filoni di quarzo o di giacimenti di tipo Karst; a parità di centrifuga, se la finezza di macinazione non è corretta, l\'oro a grana grossa finirà comunque negli sterili.
In secondo luogo, il processo e le attrezzature devono essere “in sintonia”.
Se frantoi, mulini a sfere, centrifughe, flottatori e sistemi di lisciviazione CIL provengono da produttori diversi, è facile che interfacce, capacità produttiva e consumo energetico non siano compatibili, con conseguenti scaricabarile reciproci quando il sistema non raggiunge gli standard. Solo se la progettazione del processo e la produzione delle attrezzature sono gestite dallo stesso team è possibile evitare il problema della mancata corrispondenza tra “disegni di progetto e dimensioni delle attrezzature”.
Terzo, personalizzare in base al minerale, non basarsi sulle scorte.
Per i minerali altamente silicei e abrasivi, è necessario sostituire le parti a contatto con il flusso con leghe ad alto contenuto di cromo o gomma resistente all\'usura; in ambienti di lisciviazione acidi è possibile passare all\'acciaio inossidabile anticorrosivo o a rivestimenti interni anticorrosivi;condizioni operative particolari, quali climi rigidi, altitudini elevate o instabilità dell\'alimentazione elettrica in Africa, richiedono personalizzazioni non standard dei materiali, della potenza dei motori e della struttura (ad esempio, gruppi elettrogeni diesel di serie e configurazioni di avviamento graduale per ridurre i picchi di corrente all\'avvio).
Quarto, calcolare il costo complessivo, non puntare solo sul prezzo più basso.
Una scelta accurata del modello evita un eccesso di prestazioni dell\'apparecchiatura, la progettazione integrata elimina i costi nascosti derivanti da controversie tra più parti, mentre la progettazione a risparmio energetico riduce i consumi durante la fase operativa successiva. Un approccio fai-da-te comporta costi di gestione legati al coordinamento tra più parti, costi di rifacimento dovuti a errori di scelta, perdite dovute a ritardi nei tempi di consegna, nonché elevati costi energetici e di manutenzione in fase successiva.
5. Riferimenti per la stima degli investimenti: fascia di prezzo delle attrezzature principali complete per i processi CIP/CIL
Prendendo come esempio un impianto completo di apparecchiature principali per i processi CIP/CIL/cianurazione a fango intero/lisciviazione in un giacimento aurifero (prezzi espressi in 10.000 dollari USA, esclusi lavori di ingegneria civile, installazione, logistica e materiali ausiliari):
| Capacità di trattamento giornaliera (tonnellate/giorno) | Fascia di prezzo delle attrezzature principali complete (in 10.000 dollari USA) |
|---|---|
| 30 | 20–35 |
| 50 | 25–40 |
| 100 | 35–50 |
| 200 | 45–75 |
| 300 | 60–90 |
| 500 | 90–135 |
| 800 | 125–170 |
| 1000 | 150–190 |
| 1500 | 205–270 |
| 2000 | 265–335 |
| 2500 | 300–380 |
Il limite inferiore dell\'intervallo corrisponde alla configurazione standard, a minerali di oro ossidati convenzionali o minerali solfuri semplici, nonché a condizioni operative standard; il limite superiore dell\'intervallo corrisponde a configurazioni personalizzate non standard, minerali complessi, condizioni operative speciali o soluzioni con configurazioni più complete.Si tratta solo di prezzi di riferimento per le apparecchiature principali dell\'impianto, esclusi i lavori di ingegneria civile, l\'installazione e la logistica; il preventivo specifico deve essere determinato in base al tipo di minerale, al processo di lavorazione e alle condizioni in loco.
VI. Ciclo del progetto e termini di consegna: non lasciate che l\'attesa comprometta l\'investimento
Per i progetti relativi a miniere d\'oro convenzionali, il ciclo complessivo dall\'avvio della progettazione di processo alla messa in produzione definitiva è solitamente di 8–15 mesi:Progettazione di processo e soluzione tecnica 7–15 giorni → Progettazione ingegneristica 20–30 giorni → Produzione delle attrezzature 60–120 giorni → Logistica 30–60 giorni → Installazione e messa a punto 60–150 giorni; per i progetti all\'estero occorre inoltre prevedere un margine di circa 30 giorni per lo sdoganamento.Un\'adeguata integrazione tra le varie fasi consente di ridurre i tempi complessivi di realizzazione; fornire tempestivamente campioni rappresentativi del minerale per avviare la progettazione di processo costituisce il primo passo in tal senso.
Per quanto riguarda l\'ambito di fornitura, il modello standard prevede che il fornitore sia responsabile della progettazione di processo, dei disegni tecnici, della produzione delle attrezzature principali, della guida tecnica per l\'installazione in loco, della messa in servizio integrata e della formazione;mentre i lavori di costruzione civile e la manodopera generica per l\'installazione vengono organizzati localmente dal cliente. In questo modo si garantisce la qualità tecnica e si aiutano i clienti a risparmiare sui costi relativi a biglietti aerei, visti, vitto e alloggio e alle elevate retribuzioni giornaliere per il distacco di manodopera nazionale. Se in loco non sono effettivamente disponibili risorse per i lavori di costruzione, è possibile concordare una soluzione “chiavi in mano”.
VII. Conclusione: nella selezione del minerale d\'oro colloidale, occorre prima comprendere il minerale e poi scegliere le attrezzature
La difficoltà nel trattamento dei minerali contenenti oro colloidale non risiede mai in un singolo impianto, ma nell\'armonia tra i tre elementi: “minerale – processo – impianto”. Quando l\'oro è presente in forma colloidale, disperso in particelle microscopiche o incapsulato, ogni parametro – finezza di macinazione, regime di dosaggio dei reagenti, fase di separazione gravimetrica, condizioni di lisciviazione – deve essere determinato in base alle caratteristiche del minerale.