Ускорить естественный процесс
Химические процессы в добыче золота применялись еще в Римской империи. Римляне придумали добывать золото из руды с помощью ртути — содержащую драгоценный металл руду дробили и смешивали с ртутью. Затем породу отделяли от ртути с помощью фильтра, а ртуть выпаривали, чтобы осталось только золото.
К тому же римляне придумали насыщать водой золотоносную породу — для этого они рыли в руднике сеть тоннелей, и подводили к руднику акведук. Со временем напор воды увеличивали, в результате чего она размывала часть рудника, смывая породу вниз. Естественно, римляне понятия не имели ни о каких бактериях, содержащихся в воде, но отмечали, что такой способ помогает отделить золото от всего лишнего.
Лишь в середине XX века ученые выяснили, что бактерии способны превращать твердые металлы, содержащиеся в руде, в раствор, потому что питаются энергией, которую получают в результате окисления сульфидов. Этот процесс назвали «бактериальным выщелачиванием».
Проще говоря, чтобы получать пищу и жить, бактерии разрушают структуру минералов — это происходит в природе повсеместно. А если в составе минералов было золото — его можно легко отделить от всего лишнего, а потом извлечь химическим путем за счет цианирования (с помощью избирательного растворения концентрата в растворах цианидов щелочных металлов). Так можно добывать золото из так называемой «упорной руды» — то есть, руды, из которой золото обычными способами добыть крайне сложно.
Почему же этот процесс не был открыт раньше? Потому что в природе он длится на протяжении миллионов лет, и заметить его можно было лишь с развитием биологии и химии, а также благодаря появлению соответствующего лабораторного оборудования. Однако, процесс было мало просто заметить — чтобы добывать с его помощью золото, нужно было придумать способ его ускорить.
Поскольку в упорной руде содержится примерно треть всего золота в мире, разработка технологии бактериального выщелачивания не заставила себя ждать. Во второй половине XX века в СССР были разработаны основные положения биотехнологии , а в 1974 году была запущена первая в мире опытная установка по биогидрометаллургической переработке упорных золотосодержащих концентратов.
Сегодня для бактериального выщелачивания используются такие способы, как подземное, кучное и чановое выщелачивание. Самый распространенный способ — чановое выщелачивание. Процесс идет следующим образом:
- добытую руду сначала перерабатывают на золотоизвлекательной фабрике: измельчают, обогащают и получают золотосодержащий сульфидный концентрат;
- концентрат отправляется в специальный чан, где бактерии разрушают содержащиеся в концентрате сульфиды;
- золото извлекается из концентрата путем цианирования, то есть растворения концентрата в растворе цианидов.
Так можно получить золото там, где не помогли бы никакие другие способы. В России этот метод применяется самой крупной в стране компанией-золотодобытчиком.
Изобретение «Полюса»
Плюс чанового выщелачивания в том, что оно никак не зависит от условий окружающей среды — в чане можно создать те условия, которые нужны для дальнейшего извлечения золота. Поэтому российская компания «Полюс», столкнувшись с упорными рудами на Олимпиадинском месторождении, решила использовать именно этот метод.
«Полюс» — крупнейшая российская золотодобывающая компания с активами в в Красноярском крае, Иркутской и Магаданской областях, а также в Республике Саха (Якутия). Доказанные и вероятные запасы «Полюса» на конец 2020 года оцениваются в 104 млн унций золота — это больше, чем у кого бы то ни было в мире.
Самое крупное из действующих месторождений компании — Олимпиадинское, находится в Северо-Енисейском районе Красноярского края. Как раз тут золотодобытчики столкнулись со сложным химическим и минералогическим составом сырья и условиями Крайнего Севера, в которых традиционными способами добывать золото очень тяжело. Но, как известно, трудности — главный мотиватор к развитию.
Команда инженеров-исследователей «Полюса» решила проработать вариант бактериального окисления сульфидных золотосодержащих руд — окисления при помощи микроорганизмов. В результате, в 2007 году компания защитила технологию, получившую название BIONORD®.
Старатель по имени Сульфобациллиус
В новую технологию «Полюса» входит ряд патентов, связанных с использованием специально отобранных бактерий для окисления в реакторах первичных руд Олимпиадинского месторождения: «Способ переработки первичных золотосодержащих руд»; «Способ извлечения золота из упорных золотосодержащих руд».
Инициатором и разработчиком технологии BIONORD® был Александр Белый — заведующий лабораторией биотехнологии минерального сырья исследовательского центра компании «Полюс». По словам ученого, бактерии могут извлекать даже микроскопические частицы благородного металла.
«В упорной сульфидной руде золота не видно даже под микроскопом, хотя там может быть 5-10 граммов золота на тонну. Но золото там невидимое, так как размеры частиц составляют от десятков до тысячных долей микрона. Микронное золото при измельчении руды, даже до 20-микронной крупности, обычным цианированием не извлекается. И к таким упорным труднообогатимым рудам нашли подход с помощью бактерий, которые помогают это золото извлекать», — рассказал Александр Белый.
Лучше всего с растворением справляются бактерии, которые были отобраны на самих золотоносных месторождениях. Ученым «Полюса» удалось открыть новые группы микроорганизмов, играющих ключевую роль в технологическом процессе — например, бактерии Sulfobacillus olympiadicus и Sulfobacillus sibiricus.
Чтобы бактерии быстро справлялись с работой, ученые развивают их в питательной среде, увеличивают их массу. Затем бактерии отправляются в раствор серной кислоты в соотношении от 2-3 до 5 грамм бактерий на литр.
Рука об руку с наукой
При промышленном извлечении золота в чане используется соотношение 1:4 или 1:5 — 1 часть твердой фазы и 4-5 частей жидкой фазы. Прямо в процессе извлечения в чан автоматически обеспечивается поступление новых ингредиентов.
На Олимпиадинском месторождении работают в промышленном режиме четыре установки чанового биовыщелачивания:
- «БИО-1» — пять линий по шесть реакторов емкостью 450 м³ каждый;
- «БИО-2» — три линии по шесть биореакторов емкостью по 1000 м³;
- «БИО-3» — одна линия из шести биореакторов емкостью 1000 м³ каждый;
- «БИО-4» — одна линия из восьми биореакторов емкостью по 1000 м³.
Цех «БИО-4» запустили в 2017 году. Его главная особенность — открытое размещение реакторов. В настоящий момент степень извлечения золота на переделе составляет 92-93 %.
Кроме того, у «Полюса» есть собственный исследовательский центр, в состав которого входят нескольких лабораторий. Ученые занимаются научным сопровождением всех процессов добычи, переработки руды и производства золота на месторождениях компании. Это единственный исследовательский центр в России, выполняющий полный цикл исследований: от геологии месторождения до золота в слитках.
«Как раньше добывали золото — вручную, драгами, и как мы делаем это сейчас, — два принципиально разных процесса. Исследовательский центр „Полюса“ находится в Красноярске и занимается научно-техническим обеспечением и технологическим сопровождением производства, разрабатывает новые технологии и совершенствует имеющиеся, проводит испытания технологического процесса на пилотных установках, разрабатывает технологические регламенты. Одним словом, множество новых технологий, которые внедрены на производствах разных бизнес-единиц „Полюса“, рождаются именно здесь», — отметил Александр Белый.
Технологии биовыщелачивания — лишь один из примеров успешной работы исследователей. Начиная с 2004 года было зарегистрировано более 30 патентов на изобретения, зарегистрированы результаты интеллектуальной деятельности, выполнено более 500 научно-исследовательских работ, свыше 80 % которых успешно используются на производстве.
Интернет-газета Newslab
Фото предоставлены компанией «Полюс»
