В долинах золотого песка

Глава девятая «ЕДИНОГО ГРАММА РАДИ…»

21 ноября 1555 г. умер Георгий Агрикола — выдающийся ученый своего времени, автор обстоятельного труда «О горном деле и металлургии»[28].

Восьмая книга этого замечательного памятника, вобравшего в себя опыт предшествующих столетий, позволяет нам с большой исторической достоверностью заглянуть в колыбель одной из основных отраслей горного дела — обогащения.

В эпоху древних цивилизаций люди путем нехитрых приспособлений намывали тяжелый желтый металл, выделяя его из массы песка, гальки, гравия и глины, слагающих россыпь. Уже во времена Агриколы строили золотоизвлекательные установки, на которых материал проходил последовательно дробление, измельчение, грохочение, промывку и затем амальгамацию — извлечение золота путем перемешивания со ртутью. Одним из основных способов извлечения золота из россыпей становится промывка на герде, промывка на ящике, корыте.

Для иллюстрации расскажем об одном из способов промывки золота. В промывной ящик, дно которого состоит из железной пластины со множеством отверстий, накладывают материал, предназначенный для промывки, и пропускают воду. Мелкий материал (его измельчают железной лопаткой) через отверстия в дне ящика попадает в желоб, расположенный под ящиком, а более крупные частицы остаются.

Желоб перегорожен 10–15 перегородками, образующими, таким образом, отдельные ящички. Естественно, что в результате промывки крупицы золота, или более крупные его частицы, оседают в верхних ящичках, а более мелкие — в нижних. Дальнейшая промывка ведется в корыте, которое окрашивают в черный цвет, чтобы золото больше выделялось на этом фоне.

Одной из разновидностей промывки в корыте было следующее устройство. Корыто, наполненное песком и водой, подвешивали двумя канатами к балке. Затем встряхивали его, периодически выливая воду и шлам. Частицы золота, будучи наиболее тяжелыми, оседали в хвостовой части корыта, а более легкий песок — в передней части.

Так принцип различия в свойствах золота и вмещающих его пород уже в далекие годы лег в основу обогащения золотоносных россыпей.

В период 1830–1860 гг., в поисках способов более полного извлечения золота из россыпей, русские инженеры сконструировали несколько типов промывочных машин. Для всех этих машин было характерно наличие особых приспособлений для размыва глинистых песков, свойственных россыпям Урала. Вследствие низкого уровня техники первые промывочные устройства были несовершенны, хотя и в основу их конструкций были положены правильные принципы. Промывочные машины середины прошлого века были рассчитаны на размыв песков, отсев крупной гальки на грохоте, осаждение золота из потока пульпы, текущей по наклонной плоскости.

Во второй половине XIX столетия появились новые приборы для обогащения золотоносных песков, в том числе вашгерд (бутара) и чаша Комарницкого, предназначенные для промывки глинистых песков.

В 1870 г. В. А. Кулибин, внесший большой вклад в развитие русского золотого промысла, — изобрел прибор для обогащения песков, который назвали Кулибиной. В этом приборе впервые были применены подшлюзники, которые до сих пор широко используются для улавливания золота при шлюзовом процессе.

Однако систематические исследования по изысканию наиболее совершенных способов извлечения золота из россыпей, а также разработка теории улавливания россыпного золота начались лишь в советское время.

В 1923–1925 гг. М. К. Широкинский, Н. Н. Котляр и другие ученые и инженеры исследовали обогатительные процессы на многих драгах Урала, работавших на россыпях с различными горногеологическими условиями и разным содержанием золота. В результате был установлен процент извлечения драгоценного металла на обогатительных приборах всех типов и выявлены условия, определяющие благоприятный ход процесса обогащения золотоносных песков. Большую роль в разработке теории улавливания на шлюзах сыграли труды проф. П. В. Лященко.

В послевоенные годы, наряду с дальнейшим совершенствованием шлюзового процесса, большая работа проводится по внедрению отсадочных машин.

Зерна золота в песках россыпей находятся в виде механических примесей, т. е. в свободном состоянии. Поэтому при обогащении их не подвергают дроблению, как это делается, к примеру, при обогащении руды.

Для обогащения золотоносных песков россыпей применяют такие способы, при которых минеральные зерна разделяются благодаря разности их удельных весов. По сравнению с другими способами такое обогащение — гравитационное — просто, экономично и характеризуется сравнительно высоким извлечением золота.

Если смесь минеральных зерен одинакового удельного веса, но различного диаметра бросить в сосуд с водой, то скорость падения их будет неодинакова: более крупные зерна упадут на дно сосуда скорее, чем мелкие. Если же взять смесь зерен одинакового диаметра, но различного удельного веса, то скорость падения зерен с большим удельным весом будет выше и они начнут осаждаться на дно раньше зерен с меньшим удельным весом.

Если опустить в сосуд с водой смесь золота и пустой породы, то на его дне последовательно будут откладываться: вначале крупные частицы золота, не имеющие в данной смеси «равнопадающих» с ними зерен пустой породы, после этого — равнопадающие зерна пустой породы и золота, затем — только зерна пустой породы. В случае, если осаждение происходит не в спокойной воде, а в восходящем потоке, скорость падения зерен будет меньше, и зерна, имеющие скорость падения в воде меньшую, чем скорость восходящего потока, будут вынесены потоком вверх.

На описанных принципах и основаны процессы гидравлической классификации и отсадки.

Наиболее распространенный способ обогащения, основанный на принципе гравитации, — обогащение на шлюзах. Шлюзы просты по конструкции, высоко производительны и как правило обеспечивают сравнительно высокое извлечение золота. Шлюз представляет собой наклонный желоб, изготовленный из дерева или листовой стали. Размеры шлюза самые различные: иногда длина достигает 50 м и ширина варьирует от 0,5 до 1,6 м, но чаще длина шлюза 15–20 м, ширина 0,6–0,8 м. Дно шлюза застилается дырчатым покрытием, состоящим из ячеек, так называемым трафаретом. Но это первое, «ложное» дно шлюза: под трафаретом находится «коренное» дно, устланное ворсистой тканью, или резиной, или плетенкой из прутьев.

Обогащение на шлюзах основано на принципах теории движения минеральных зерен в струе воды, текущей по наклонной плоскости. Скорость движения жидкости в этом случае зависит от угла наклона плоскости и от характера поверхности дна.

Поток воды с золотосодержащим песком при движении по шлюзу расслаивается. Мелкие частицы легких минералов уносятся водой, а на дне шлюза задерживаются зерна, для смыва которых скорость потока недостаточна. Это — крупные зерна легких минералов и имеющие с ними равную скорость движения зерна тяжелых минералов. Понятно, что скорость потока должна выдерживаться очень точно — на дне не должно остаться пустой породы, вода не должна «унести» тяжелые зерна золота. Постепенно на дне шлюза накапливается золотой концентрат.

До последнего времени считалось, что трафареты служат не только для накопления концентратов, но и для вторичного обогащения осевшего материала. При этом имелось в виду, что материал, поступая на шлюз, расслаивается. Зерна, имеющие большую скорость падения, осаждаются быстрее, заполняя ячейки трафаретов, а зерна с меньшей скоростью уносятся водным потоком. Зерна, заполнившие ячейки трафаретов, не остаются неподвижными, а восходящими струями турбулентного потока периодически перераспределяются и «занимают места» в соответствии со своим удельным весом: зерна золота опускаются на дно ячеек, а крупные зерна пустой породы выходят на поверхность и затем смываются потоком.

В последнее время выдвинута другая теория образования концентратов. Согласно этой теории, материал, отложившийся в ячейках трафарета, остается неподвижным. Трафареты предохраняют частицы золота от выноса их из ячеек водным потоком, и поэтому, чем больше скорость потока, тем больше должна быть глубина ячеек, образованных трафаретами, и наоборот. Например, для обогащения материала крупностью меньше 1 мм в качестве застила применяют сукно без трафаретов.

Шлюзы до сих пор служат основными приборами для обогащения золотосодержащих песков. Особенно широко применяют их при добыче песков гидравлическим способом. В этом случае шлюз обычно устанавливают на эстакаде.

Концентрат снимают раз в сутки с головной части шлюза и три раза в месяц со всей площади шлюза.

Отсадка отличается от гидравлической классификации тем, что осаждение происходит в потоке воды, периодически изменяющем направление своего движения — от восходящего к нисходящему, в так называемом пульсирующем потоке.

При отсадке вначале смесь расслаивается и на дне образуется слой зерен с большим удельным весом и наиболее крупных зерен с меньшим удельным весом. Этот слой называют постелью. Теперь необходимо обогатить материал. Это выполняют восходящие потоки воды, которые разрыхляют постель. В образовавшиеся промежутки между зернами «проваливаются» зерна тяжелых минералов, а падающие одновременно с ними зерна легких минералов задерживаются, так как их поперечные размеры больше. Так происходит дальнейшее расслоение зерен по удельным весам, причем в нижнем слое осаждаются зерна, обладающие большим удельным весом, а в верхнем — зерна легких минералов.

Зерна большего удельного веса — это крупинки золота, их направляют для дальнейшей обработки, а верхний «пустой» слой удаляют.

Отсадочные машины получили применение главным образом при обогащении песков, содержащих «тонкое» золото, которое плохо извлекается на шлюзах. Отсадочные машины подразделяют на два основных типа: с неподвижным и подвижным решетами. В машинах первого типа решето, на котором располагается материал, неподвижно, и пульсирующие потоки воды создаются особым механизмом. В машинах второго типа решету вместе с расположенным на нем материалом, находящимся в наполненной водой ванне, придается возвратно-поступательное движение. Этим и создается пульсирующий поток воды.

Схема поршневой отсадочной машины.

Расслаивание песков по удельному весу, форме и крупности зерен при смыве их водой по наклонной поверхности легло в основу процесса обогащения на так называемых концентрационных столах. Расскажем вкратце, что представляет собой этот метод обогащения.

Концентрационному столу придается возвратно-поступательное движение, скорость которого от начала хода вперед постепенно нарастает, а затем, достигнув наибольшей величины, резко убывает до нуля, после чего стол движется в обратном направлении. Скорость движения при этом резко нарастает, а затем медленно падает до нуля.

Зернам, находящимся на поверхности стола (на его деке), сообщается прерывистое движение вперед. Зерна одинаковой крупности, но различного удельного веса в конце хода вперед и в начале обратного хода будут иметь различную скорость: тяжелые зерна будут двигаться с большей скоростью, чем легкие, и поэтому за одно и то же время пройдут большее расстояние.

Большое влияние на расслаивание золотоносного песка оказывает нарифление деки стола. Рифли располагаются на поверхности стола параллельно направлению его продольного качания. Высота рифлей увеличивается от верхнего загрузочного края к нижнему. Расстояние между рифлями зависит от крупности обрабатываемого материала и средней скорости потока. Наилучшее расстояние между рифлями такое, которое примерно равно расстоянию естественного волнообразования в водном потоке, движущемся по наклонной плоскости.

Процесс извлечения золота из песков, независимо от способа их добычи, слагается из следующих основных операций: разрыхления, грохочения, получения концентратов, доводки концентратов и удаления хвостов обогащения.

Пески, представляющие собой массу с большим количеством комьев, сцементированных пластичной глиной, до поступления на шлюз должны быть предварительно разрыхлены до такой степени, чтобы все, даже самые мелкие зерна золота полностью освободились от обволакивающих их глинистых частиц пустой породы. Это достигается превращением сухих песков в пульпу, т. е. в смесь минеральных зерен и воды.

Одна из важных предварительных операций обогатительного комплекса — грохочение песков. Оно нужно для того, чтобы выделить из общей массы песков крупную фракцию, не содержащую золота, и удалить ее в хвосты.

Разрыхление и грохочение — это лишь подготовительные процессы, предшествующие основной операции обогащения — получению концентратов.

Концентрат содержит зерна не только золота, но и сопутствующих ему тяжелых минералов — магнетита, ильменита и др. Эти так называемые черные шлихи удаляют вторичной обработкой концентрата и окончательной доводкой, в результате которой получают шлиховое чистое золото.

Барабанный грохот: I, II, III — классы крупности.

В течение долгого времени для окончательного извлечения золота широко применялась амальгамация — улавливание золота ртутью. Особо важное значение имел этот способ для извлечения золота из руд. Это самый старый способ и в то же время наиболее простой.

Прежде считалось, что амальгамация заключается в способности золота растворяться в ртути с образованием амальгамы. Однако это ошибочное представление не помешало широкому применению амальгамации в древности. Установлено, что при обыкновенной температуре в ртути растворяется всего 0,2 % золота. Из чего же состоят золотые амальгамы?

Они состоят из избыточного количества жидкой ртути (растворено золота не больше 0,2 %) и из твердых химических соединений золота с ртутью.

Процесс «вылавливания» золота ртутью вкратце состоит в следующем. Горная масса, богатая золотом, измельчается до зерна крупностью 0,2–0,3 мм. Собственно, такие частицы трудно назвать зернами: ведь их трудно рассмотреть без большого увеличения. Затем смешивают измельченный продукт с ртутью. И тут ртуть выполняет самую главную свою работу: капли жидкого металла улавливают мелкие частички золота и тянут их на дно чаши. Так, масса вмещающих золото пород «обеззолачивается», становится бесполезной и ее удаляют.

Смесь двух металлов — жидкого и тяжелого снимают со дна чаши, золото отделяют и ртуть вновь пускают в работу.

Золото можно растворять в цианистом натрии или калии. На основании этого вывода в 1889 г. был разработан цианистый процесс, позволяющий почти полностью, без потерь, извлекать золото. (Цианистый натрий или калий растворяют золото не всегда, а только в присутствии кислорода). Первый цианистый завод в России был построен на Березовском руднике на Урале.

Извлечение золота происходит следующим образом. В чаны загружают песок и заливают его цианистым раствором, который свободно проходит через всю толщу песка и растворяет золото. Растворы, содержащие золото, подвергаются дальнейшей переработке (золото осаждают металлическим цинком), а «отработанные» пески выпускают через люк. Затем операции повторяются. Скорость просачивания раствора через песок различна и зависит от обрабатываемого материала. Удовлетворительной считают скорость просачивания 3–5 см в час.

Золотоносные растворы проходят затем через экстракторы — длинные узкие ящики, заполненные тончайшей цинковой стружкой толщиной 0,02—0,06 мм. На осаждение 1 г золота расходуется до 20 г цинка. Снимают осажденное золото 1–2 раза в месяц.

Золото — один из наиболее тяжелых минералов — не может подняться со дна сосуда с жидкостью на поверхность без «посторонней» помощи.

Иногда ему помогает химия. Как это происходит?

В воду вместе с рудой золота добавляют специальные реагенты, которые покрывают золотые крупинки тончайшей пленкой. Это предохраняет крупинки золота от смачивания водой. Наоборот, частицы вредных примесей — глины, гравия, кварца и др. пленкой не покрываются и «насыщаются» до отказа водой. Теперь золото подготовлено к «выдаче на гора». Транспортом служит… воздух. Именно воздух подается в раствор и при перемешивании образует тысячи маленьких воздушных пузырьков, которые, подобно микроскопическим воздушным шарам, устремляются вверх, на поверхность.

Не смоченные водой крупинки золота, сталкиваясь с пузырьками, прилипают к ним, а смоченные частицы породы остаются в растворе. На поверхности всплывшее золото собирается в пене, поддерживающей его на плаву.

Образование обильной, прочной и достаточно подвижной пены — «дело рук» других химических реагентов — вспенивателей. Такой метод извлечения золота называется флотацией.

Схема флотации.

В промышленности его начали применять только в 30-х годах нашего века, а зародился он еще в XV в., когда для обогащения ультрамарина и азурита использовалось различие в смачиваемости их маслами и водой.

Сегодня флотация — широко применяемый в горнорудной промышленности метод обогащения. Но всегда ли годится он для золота?

Оказывается нет. «Грузоподъемность» маленьких воздушных шаров-пузырьков очень мала, поэтому лучше всего поддается флотации золото, крупность частиц которого менее 0,15 мм. Крошечные, подчас не видимые глазом золотые чешуйки собираются в пене в граммы чистого металла. Этим способом можно извлечь из руды до 96 % золота.

Применение флотации для извлечения золота заполнило пробел в обогащении желтого металла — ведь применяемыми методами обогащения довольно хорошо извлекаются крупные зерна золота, а «мелочь» не поддается извлечению. Однако, как правило, вместе с мелким золотом содержится и крупное, поэтому одной флотацией обойтись на производстве нельзя.

Иногда золотоносные россыпи содержат очень крупные зерна золота — самородки. Размер самородков достигает 200–300 мм в поперечнике, а в некоторых случаях и больше. Но чаще всего встречаются самородки размерами от 15 до 50 мм в поперечнике. При обработке песков с предварительным грохочением самородки — ведь по размерам они схожи с крупными кусками бесполезной породы — могут попасть в хвосты обогащения. Для предупреждения этих потерь применяют самородкоуловители.

Предложено много конструкций самородкоуловителей, которые можно подразделить на три большие группы.

К первой группе относятся самородкоулавливающие шлюзы, при помощи которых дополнительно извлекают значительное количество крупного золота. Так, на одной из драг за полгода работы самородкоулавливающим шлюзом было извлечено 8,3 % крупного золота от всего количества драгоценного металла, намытого драгой.

Ко второй группе относятся самородкоуловители, основанные на высокой электропроводности золота. Широкого распространения устройства этой группы не получили.

Третья группа самородкоуловителей основана на принципе электромагнитного резонансного контура. Этот принцип сводится в основном к следующему. Лента конвейера «окружена» рамкой, представляющей собой катушку индуктивности. Через катушку от источника энергии пропускают электрический ток. Когда золото вместе с пустой породой попадает в поле катушки, в металле возникают вихревые токи. В результате возрастают потери энергии и уменьшается амплитуда колебаний генератора. При соответствующем изменении амплитуды этих колебаний срабатывает реле, установленное в цепи электрического тока; электромагнит приводит в действие отсекатель, и золото, вместе с некоторой частью пустой породы, попадает в специальный бункер.