Уголь в пульпе или уголь в выщелачивании: что выбрать

В выборе между углём в пульпе (CIP) и углём в выщелачивании (CIL) побеждает CIL: совмещение выщелачивания и сорбции в одних аппаратах убирает 20–30% ёмкостей и нейтрализует сорбционно активные руды, которые могут отнять у CIP 5–15% извлечения. CIP сохраняет преимущество только на чистых, быстро выщелачиваемых питаниях с малым содержанием шламов.

Ключевые положения

• CIL выщелачивает и сорбирует одновременно; CIP сначала завершает выщелачивание, затем сорбирует в отдельной цепочке.
• CIL переносит сорбционно активные и шламистые руды, которые стоят CIP 5–15% извлечения.
• CIP даёт более богатый уголь, но требует примерно на два аппарата больше.
• В CIL запас угля и потери на истирание выше; нагрузка на сита различается по времени, а не по количеству.
• Основы сорбции и расчёта аппаратов — в базовом руководстве по выщелачиванию.

Что это и в чём разница

Обе схемы извлекают растворённое золото из цианидной пульпы гранулированным активированным углём и заканчиваются одинаково: насыщенный уголь идёт на десорбцию, электролиз или цинковое осаждение, а хвосты — на складирование. Разница не в химии, а в том, где в схеме стоит сорбция.

CIP контактирует полностью выщелоченную пульпу с углём в шести–восьми аппаратах с мешалкой после того, как цианирование завершено в отдельной цепочке. Золото находится в виде ауроцианидного комплекса Au(CN)₂⁻, уголь сорбирует его в поровой структуре, пульпа движется вперёд, а уголь — противотоком, так что самый свежий уголь встречается с самой бедной пульной.

CIL растворяет золото разбавленным NaCN и сорбирует Au(CN)₂⁻ в тех же аппаратах одновременно: одна цепочка выполняет две задачи, которые CIP делит между двумя. Кинетика растворения и сорбции перекрывается: золото, растворяющееся в третьем аппарате, уже улавливается в первом и втором.

Сорбционно активная (preg-robbing) руда содержит природный органический или графитовый углерод, который повторно сорбирует ауроцианид и «крадёт» уже растворённое золото. Это самый сильный аргумент в сравнении, потому что схемы ведут себя совершенно по-разному. Запас угля — рабочий объём активированного угля в аппаратах, продвигаемый против потока пульпы и периодически выводимый на десорбцию и термическую регенерацию; его размер, насыщение и истирание формируют значительную часть операционных затрат.

Обе схемы измельчают до P80 53–75 µm, поскольку лимитирует обычно раскрытие, а не сорбция.

Различия схем

Отсюда три практических следствия. Число ёмкостей: завод, которому по CIP нужно 8 аппаратов выщелачивания и 7 сорбции — 15 ёмкостей, — по CIL часто выполняет ту же задачу на 9–12 аппаратах: меньше металла, бетона, мешалок и зданий. Профиль содержания: в CIP на сорбцию идёт полностью выщелоченный раствор 2–10 mg/L Au, первый уголь быстро насыщается, и КПД на аппарат высок; в CIL содержание подавлено с самого начала, потому что уголь снимает золото с той же скоростью, с какой его растворяет цианид: хорошо для закрепления извлечения, но уголь насыщается медленнее и до меньшего содержания. Момент сит: число сит на аппарат одинаково, но в CIP они видят уже подготовленную пульпу, а в первом аппарате CIL — свежую с крупными включениями, где крупное золото и абразивная мелочь чаще забивают отверстия.

Почему CIL держит сорбционно активные и шламистые руды

Сорбционное поглощение — это гонка: после растворения золото захватывает либо активированный уголь, либо углеродистое вещество руды. В CIP цепочка выщелачивания работает 24–48 h без активированного угля, и природный углерод — гуминовые кислоты, графит, битуминозное вещество — имеет всё это время, чтобы повторно сорбировать Au(CN)₂⁻ на поверхностях, которые никогда не попадут на десорбцию. Потеря незаметна: анализы питания и хвостов выглядят нормально, а растворённое золото никуда не приходит.

В CIL активированный уголь входит в первый аппарат вместе с пульпой. Его сродство и скорость поглощения Au(CN)₂⁻ намного выше, чем у природного углерода, поэтому он захватывает комплекс через минуты после растворения и держит до десорбции: схема превращает проигранную химическую конкуренцию в выигранную. Заводы на углеродистых рудах обычно сообщают о приросте извлечения на 5–15 процентных пунктов при переходе с CIP на CIL; конкретная величина зависит от руды и подтверждается диагностикой.

Шламистые руды вознаграждают CIL по другой причине — время. Шламы (материал мельче примерно 20 µm) повышают вязкость, замедляют диффузию цианида и кислорода к поверхности золота и удлиняют выщелачивание. Схема CIP, которой нужно 40 часов, должна построить 40-часовую цепочку выщелачивания и ещё одну на сорбцию; CIL поглощает длинное выщелачивание внутри единой цепочки, и сорбция идёт в эти же часы бесплатно.

Прямое сравнение

Время пребывания — разница первого порядка: CIL превращает часы сорбции в часы выщелачивания, и общее время с числом аппаратов падает, а это и есть строка капитала. Запас угля движется в обратную сторону: сорбируя при низком содержании, CIL нуждается в 1.5–2 раза большем запасе для того же суточного улавливания, и этот уголь приходит на десорбцию беднее, что повышает частоту циклов на килограмм произведённого золота. Сита — вопрос момента, а не количества, но первый аппарат CIL должен выдерживать самую абразивную пульпу.

Последовательность пуска тоже разная: сначала проверяют мешалки, эрлифты и сита на воде; CIP настраивает цианид (обычно 0.3–0.5 g/L NaCN), pH 10.5–11.0 и кислород без угля, затем вводит уголь в уже стабильное выщелачивание; CIL должен установить выщелачивание и перемещение угля одновременно — обычно на пониженной нагрузке с замедленным темпом перекачки и ежечасным контролем содержания в хвостовом растворе. Запас угля наращивают этапами (50%, 80%, проектный), а приёмку ведут по потерям в хвостовом растворе ниже 0.02 mg/L Au в течение 72 h, а не по одной удачной смене.

Что выбрать по типу руды

Для сорбционно активных углеродистых руд CIL предпочтителен, потому что уголь в первом аппарате захватывает комплекс через минуты после растворения, до повторной сорбции природным углеродом. Для шламистых и медленных — потому что длительное пребывание поглощается одной цепочкой вместо двух. Для чистых и быстрых — CIP, потому что полностью выщелоченное богатое питание насыщает уголь до 3,000–5,000 g/t Au и снижает запас, частоту десорбции и золото, «запертое» в обороте. При реконструкции с годными аппаратами CIP выигрывает, поскольку новая цепочка сорбции — единственный капитал.

Работа с углём

Размер запаса. CIL несёт больший запас. Сорбция при низком содержании означает, что каждая тонна угля собирает золото медленнее, поэтому нужно в 1.5–2 раза больше угля для того же суточного улавливания. Ориентир первого приближения: запас порядка 20–40 суточных производств золота в граммах, уточняемый кинетикой.

Насыщение и частота десорбции. Обратная сторона большего запаса — меньшее насыщение. CIP с 3,000–5,000 g/t даёт больше золота за цикл; CIL с 1,000–2,500 g/t означает больше циклов на килограмм, больше реагента за цикл и больше проходов термической регенерации. Каждый цикл снимает мелочь, поэтому CIL расходует больше свежего угля — цифру надо подтверждать испытаниями, так как истирание зависит от твёрдости угля, схемы перекачки и износа сит.

Ситы и перекачка. Обе схемы двигают уголь противотоком, но сита CIL круглосуточно работают на пульпе с крупными частицами, поэтому клиновые стальные или полимерные сита 0.6–0.8 mm, рассчитанные на удержание гранул 1.4–2.0 mm, требуют более частого осмотра.

И ещё одно: запас угля — это склад золота. CIL с 250 t угля при среднем 800 g/t держит около 200 kg золота в аппаратах: оборотный капитал и одновременно задержка превращения в деньги, которую финансовой службе следует моделировать вместе с металлургией.

Затраты и энергия

Ниже — предпроектные диапазоны для заводов 0.5–5 Mt/a в долларах США без добычи и затрат владельца. По капиталу для острова агитационного выщелачивания (аппараты, мешалки, сита, эрлифты, трубопроводы, без измельчения) CIP обычно составляет US$25,000–40,000 на тонну в сутки мощности, CIL — на 10–20% меньше, поскольку единая цепочка убирает 3–5 ёмкостей с приводами. Остров десорбции и регенерации практически идентичен; установка десорбции на 500 kg за цикл с печью регенерации добавляет обычно US$2–5 млн к любой схеме.

В эксплуатации перемешивание — основная электрическая нагрузка участка: 0.8–1.5 kWh/t руды, причём CIL у нижней границы из-за меньшего числа аппаратов. Расход активированного угля — 10–25 g/t в хорошо работающем CIP и 15–35 g/t в сопоставимом CIL из-за более частой десорбции; при цене US$3,000–5,000/t разница стоит примерно US$0.02–0.05 на тонну руды — мало на фоне реагентов, но не ноль. Цианид (0.3–1.0 kg/t NaCN) и известь (0.5–2 kg/t) практически одинаковы. Реагенты и энергия десорбции масштабируются с частотой циклов, и здесь преимущество CIP выражается в скромной экономии, обычно US$0.05–0.15/t.

Итог: в десятилетней модели экономия капитала CIL доминирует в новом строительстве, а угольная и энергетическая экономия CIP возвращает несколько долларов на тонну; ни тот, ни другой разрыв не достаточен, чтобы перевесить минералогию.

Полевые данные: реконструкция завода 1.2 Mt/a

Кейс — иллюстративное обобщение отраслевого опыта, характерное для реального класса задач. Завод 1.2 Mt/a (≈3,300 t/d) был построен как обычный CIP: восемь аппаратов выщелачивания по 4 h, семь сорбции по 1 h, измельчение до P80 63 µm. Через три года добыча вошла в зону с 0.4% общего органического углерода, и диагностика подтвердила реальное сорбционное поглощение: с углём извлекалось 91%, без угля кривая выходила на плато 82%.

Данные завода говорили то же: потери в хвостовом растворе выросли с 0.015 до 0.048 mg/L Au — около 96 kg золота в год при проектных расходах, — а насыщение угля упало с 3,800 до 2,600 g/t, поскольку завод компенсировал ускоренной перекачкой.

Реконструкция перевела первые четыре аппарата выщелачивания в режим CIL, установив межступенчатые сита и эрлифтную перекачку, а последние четыре аппарата и всю цепочку сорбции оставила как полирующую ступень CIP: гибрид, который вводил уголь именно туда, где происходило поглощение. Капитал — около US$2.8 млн, в основном сита, системы перекачки и обвязка. За шесть месяцев потери в растворе упали до 0.014 mg/L Au, общее извлечение выросло на 2.7 процентных пункта, запас угля увеличился с 190 до 240 t. При действовавшей цене золота окупаемость составила менее 11 месяцев.

Урок обобщается: выбор CIP–CIL не всегда бинарен, и поэтапная реконструкция, вводящая уголь туда, где требует руда, даёт большую часть выгоды CIL за долю стоимости нового строительства.

Часто задаваемые вопросы

Сколько аппаратов реально нужно каждой схеме?

CIP обычно работает с 6–8 аппаратами выщелачивания и 6–8 сорбции — всего 12–16 ёмкостей. CIL совмещает обе задачи в цепочке из 8–12 аппаратов по 2–4 h. Точные числа зависят от кинетики, целевого извлечения и расхода; надёжная закономерность — CIL требует на 20–30% меньше аппаратов при той же задаче.

Почему уголь CIL насыщается беднее?

Насыщение следует за содержанием раствора. В CIL уголь снимает золото сразу после растворения, среднее содержание низкое, и каждая частица набирает металл медленно, финишируя на 1,000–2,500 g/t. В CIP уголь встречает богатый раствор 2–10 mg/L Au и быстро насыщается до 3,000–5,000 g/t. Более высокое насыщение означает меньше циклов десорбции и меньше подпитки на килограмм извлечённого.

Можно ли перевести действующий CIP в CIL?

Часто да, и частично. Добавление сит и эрлифтной перекачки к первым аппаратам выщелачивания создаёт гибрид: уголь входит в зону поглощения, а существующая цепочка сорбции работает как полирующая. Капитал умеренный, но изменение надо подтвердить кинетикой — одновременная сорбция не должна замедлять растворение золота.