Spezialisierte Lösungen für die Gewinnung und Aufbereitung von arsenhaltigem Golderz | Hocheffiziente Goldgewinnungsverfahren und umweltgerechte Technologien
Spezialisierte Lösungen für die Gewinnung und Aufbereitung von arsenhaltigem Golderz | Hocheffiziente Goldgewinnungsverfahren und umweltkonforme Technologien
Arsenhaltiges Golderz gilt in der Goldindustrie allgemein als „harte Nuss“. Das Gold ist in Arsenopyrit und arsenhaltigem Pyrit eingeschlossen und lässt sich selbst bei feinster Zerkleinerung nicht freisetzen;die Ausbeute bei der herkömmlichen Cyanidauslaugung des gesamten Erzes liegt oft nur bei 20–50 %, der Chemikalienverbrauch ist hoch, und die arsenhaltigen Rückstände müssen als gefährlicher Abfall entsorgt werden. Viele Bergwerksbetreiber, die mit diesem Erz konfrontiert sind, denken zunächst: „Ist das vielleicht ein hoffnungsloser Fall?“ – Tatsächlich ist nicht das Erz hoffnungslos, sondern das Verfahren ist nicht auf die spezifischen Gegebenheiten abgestimmt.
Dieser Artikel beginnt mit den Eigenschaften des Erzes und erläutert anschaulich die Verfahrensabläufe, die Anlagenkonfiguration sowie die wichtigsten Punkte zur Einhaltung der Umweltschutzauflagen bei der Gewinnung und Aufbereitung von arsenhaltigem Golderz.
I. Zunächst die Grundlagen klären: Worin liegt die Schwierigkeit bei arsenhaltigem Golderz?
Die „Schwierigkeiten“ bei arsenhaltigem Golderz liegen hauptsächlich auf drei Ebenen:
Erstens: Die Form, in der das Gold vorliegt.
In arsenhaltigen Golderzen liegt Gold meist in Symbiose mit Arsenarsenit (FeAsS) und arsenhaltigem Pyrit vor und tritt häufig in Form von mikrofeinen, umhüllten Goldpartikeln, submikroskopischem oder sogar unsichtbarem Gold auf.Da das Gold vom Kristallgitter der Sulfide umschlossen ist, lässt sich durch herkömmliche Aufbereitung keine Einzelpartikel-Freisetzung erreichen; das Cyanid gelangt nicht an das Gold heran, sodass die Auslaugungsrate naturgemäß nicht gesteigert werden kann.
Zweitens: die Störung durch Arsen.
Arsen verbraucht während des Auslaugungsprozesses Cyanid und Sauerstoff und bildet Arsenide, die die Oberfläche der Goldpartikel bedecken und eine Passivierungsschicht bilden, was die Auflösung des Goldes weiter behindert. Je höher der Arsengehalt, desto unwirtschaftlicher ist die konventionelle Cyanidauslaugung.
Drittens: Umweltbelange.
Arsenhaltige Rückstände und Arsen in der Lauge bergen bei unsachgemäßer Behandlung das Risiko einer Umweltverschmutzung. Für die Lagerung, den Transport und die Entsorgung arsenhaltiger Materialien gelten strenge Umweltschutzauflagen. Dies bestimmt unmittelbar, dass bei der Prozessplanung nicht nur berücksichtigt werden muss, „wie viel Gold gewonnen werden kann“, sondern auch, „wie die Rückstände die Grenzwerte einhalten“.
Daher lautet die zentrale Logik bei der Konzeption von Verfahren für arsenhaltige Goldlagerstätten: zuerst Anreicherung, dann Aufbrechen der Einlagerung und schließlich Goldgewinnung, wobei der Arsenfluss während des gesamten Prozesses kontrolliert wird.
II. Verfahrensablauf: Anreicherung durch Flotation + Vorbehandlung + Cyanidierung
Dies ist der gängigste Prozessablauf für arsenhaltige Golderze und zugleich derjenige, bei dem die Wirtschaftlichkeit am besten kontrollierbar ist. Er erfolgt in drei Schritten:
Schritt 1: Anreicherung von arsenhaltigem Goldkonzentrat durch Flotation
Durch Flotation werden goldhaltige Sulfide wie Arsenopyrit und arsenhaltiges Pyrit zu einem Konzentrat angereichert, während die Rückstände direkt entsorgt werden.Der Vorteil dieses Schritts liegt darin, dass große Mengen an Roherz, die einer Vorbehandlung bedürfen, auf eine geringe Menge an hochgradigem Konzentrat reduziert werden. Dadurch sinkt das Durchsatzvolumen für die nachfolgende Vorbehandlung und Cyanidierung erheblich, was wiederum zu einer Senkung der Investitions- und Chemikalienkosten führt.
Wichtige Kontrollpunkte:
- Die Mahlfeinheit muss die Einzelauflösung der goldhaltigen Sulfide gewährleisten, ohne jedoch blindlings eine zu feine Mahlung anzustreben, da eine Übermahlung die Schlammbildung und den Chemikalienverbrauch erhöht;
- Das Chemikalienkonzept bestimmt die Selektivität – Art und Dosierung der Sammler, pH-Regulatoren sowie das Verhältnis von Aktivatoren zu Inhibitoren müssen entsprechend den unterschiedlichen Flotationsverhalten von Arsenopyrit und Pyrit angepasst werden;
- Bei arsenhaltigem Erz besteht die Wahl zwischen der Hemmung von Arsenarsenit, der separaten Flotation von Arsen-Gold-Konzentrat oder der gemeinsamen Flotation von Arsen und Gold mit anschließender Trennung; die konkrete Vorgehensweise hängt vom Arsengehalt und der Art der nachfolgenden Vorbehandlung ab;
- Der Gehalt des Flotationskonzentrats und die Schwefelrückgewinnungsrate wirken sich direkt auf die Wirtschaftlichkeit der nachfolgenden Vorbehandlung aus; diese beiden Kennzahlen müssen in der Versuchsphase eindeutig überprüft werden.
Schritt 2: Vorbehandlung zur Aufbrechung der Einlagerungen
Das Gold im Flotationskonzentrat ist noch von Sulfiden umhüllt; daher muss diese Hüllstruktur zunächst aufgebrochen werden. Zu den möglichen Verfahren gehören:
Vorbehandlung mit firmeneigenen Reagenzien
Ein maßgeschneidertes Reagenzsystem für arsen- und kohlenstoffhaltiges Erz, das vor der Auslaugung die Sulfidumhüllung aufbricht und den passivierenden Effekt des Arsens beseitigt; der Prozess ist relativ einfach und erfordert geringe Investitionen;
Röstung und Oxidation
Durch die Oxidation von Sulfiden und Arsen bei hohen Temperaturen wird das umhüllte Gold freigelegt. Das Verfahren ist ausgereift, jedoch gelangt Arsen in Form von As₂O₃ in die Abgase, sodass ein System zur Arsenabscheidung und -verfestigung aus den Abgasen erforderlich ist, was hohe Investitionen in den Umweltschutz erfordert;
Druckoxidation
Oxidation der Sulfide unter sauren Bedingungen bei hoher Temperatur und hohem Druck; das Gold wird vollständig freigesetzt, die Rückgewinnungsrate ist hoch; geeignet für Großprojekte, erfordert jedoch hohe Investitionen in die Anlagen und hohe betriebliche Anforderungen;
Biologische Oxidation
Oxidation der Sulfide durch säureliebende Bakterien; relativ kostengünstig und umweltfreundlich, jedoch mit langen Oxidationszyklen (mehrere Tage bis zu über zehn Tagen) und starker Abhängigkeit von Temperatur und Aufschlussbedingungen;
Chemische Oxidation
Unter Normaldruck werden die Einlagerungen mit Oxidationsmitteln aufgebrochen; geeignet für kleine bis mittlere Anlagen oder bestimmte Erzarten.
Die Wahl der Vorbehandlung hängt vom Arsengehalt, dem Grad der Goldeinlagerung, dem Umfang der Aufbereitung, den lokalen Umweltschutzauflagen und dem Investitionsbudget ab. Dies lässt sich nicht aus dem Stegreif entscheiden, sondern erfordert einen Vergleich der Auslaugungsraten und Kosten der verschiedenen Verfahren anhand von Erzprobenversuchen.
Schritt 3: Goldgewinnung durch Cyanidierung
Das vorbehandelte Konzentrat (oder geröstetes Erz bzw. Oxidationsrückstand) wird der Cyanidlaugung zugeführt; das gelöste Gold wird anschließend mittels Aktivkohleadsorption (CIL/CIP) oder durch Verdrängung mit Zinkpulver zurückgewonnen. Da die Einlagerung bereits aufgebrochen und die Störung durch Arsen beseitigt ist, können in diesem Schritt Auslaugungsraten erzielt werden, die über den vertraglich vereinbarten Werten liegen.
Wenn das Gold im Erz überwiegend in freier Form vorliegt, der Arsengehalt nicht zu hoch ist und das Ganggestein einfach beschaffen ist, kann auch die Machbarkeit einer direkten Cyanidauslaugung des gesamten Erzes (CIL/CIP) geprüft werden. Bei arsenhaltigem Erz müssen jedoch vor der Wahl dieses Verfahrens unbedingt Auslaugungstests zur Überprüfung durchgeführt werden – man darf nicht einfach davon ausgehen, dass es funktioniert.
Ergänzendes Verfahren: Kombination aus Schwerkraftabscheidung, Flotation und Cyanidierung
Wenn im Erz grobkörniges freies Gold und feinkörniges, in Mineralen eingebettetes Gold nebeneinander vorkommen, kann im Mahlkreislauf ein Zentrifugalseparator eingesetzt werden, um das grobkörnige Gold vorab zurückzugewinnen, während die goldhaltigen Sulfide durch Flotation angereichert und das Konzentrat nach der Vorbehandlung zyanidiert werden.Durch die „frühe und umfassende Gewinnung“ des grobkörnigen Goldes wird verhindert, dass es durch übermäßiges Mahlen in den Abgang verloren geht. Die Wahl der Knotenpunkte im kombinierten Verfahren (an welcher Stelle im Mahlkreislauf die Schwergutabscheidung erfolgt, ob die Flotationsabgänge erneut gemahlen und aufgeschlossen werden) bestimmt die Gesamtausbeute; die Wirtschaftlichkeit muss durch Versuche nachgewiesen werden.
III. Wie wird die gesamte Anlage konfiguriert?
Entsprechend dem Hauptablauf „Anreicherung durch Flotation + Vorbehandlung + Cyanidierung“ ergibt sich folgende Anlagenkonfiguration:
Zerkleinerungs- und Mahlabschnitt:
Grobzerkleinerung mit Backenbrecher → Mittel- und Feinzerkleinerung mit Kegelbrecher → Kugelmühle (erste Stufe: Gittertyp + zweite Stufe: Überlauftyp) im geschlossenen Kreislauf mit Spiralklassierer/Hydraulikzyklon. Nach dem Prinzip „Mehr zerkleinern, weniger mahlen“ übernimmt die Zerkleinerungsstufe einen Großteil der Arbeit, während die Mahlstufe weniger Strom verbraucht.
Flotationsabschnitt:
Mischbecken zur Aufschlämmung und Dosierung → Flotationsanlagen (selbstansaugende SF-Flotationszellen eignen sich für die Vor- und Reinigung im Vorlauf, belüftete XCF/KYF-Flotationszellen sind für großtechnische Anlagen geeignet; kombinierbar zu einer Konfiguration mit einer Vorreinigung, zwei Reinigungen und zwei Nachreinigungen oder einer Vorreinigung, drei Reinigungen und drei Nachreinigungen) → Eindicker → Filterpresse zur Gewinnung von Arsen-Gold-Konzentrat.
Vorbehandlungsstufe:
Konfiguration entsprechend dem gewählten Verfahren. Für die chemische Vorbehandlung: System zur Herstellung und Zugabe von Reagenzien sowie Reaktionsbecken; für die Röstung: Wirbelröstofen sowie System zur Arsenrückgewinnung aus den Rauchgasen und zur Verfestigung; für die Druckoxidation: Hochdruckkessel und zugehörige Ausrüstung; für die biologische Oxidation: Bioreaktor sowie Belüftungs- und Temperaturregelsystem.
Cyanidlaugungsabschnitt:
Laugungsbecken (mit Rühr- und Belüftungsvorrichtung, Zugabe von Natriumcyanid und Kalk zur Einstellung des pH-Werts auf 10–11) → Aktivkohleadsorptionssystem (CIL-Doppelrad-Aktivkohle-Laugungsbecken mit gleichzeitiger Laugung und Adsorption oder CIP-Laugung mit anschließendem Übergang in das Adsorptionsbecken)→ Kohlesieb → Kohleaufnehmer → Desorption und Elektrolyse (bei Raumtemperatur und Normaldruck oder bei hoher Temperatur und hohem Druck) → Goldschmelzofen zur Gewinnung von Mischgold. Zur Aufbereitung der Edelmetalllösung ist auch ein Verfahren mit Zinkpulver-Austausch möglich.
Konzentrations-, Entwässerungs- und Umweltschutzabschnitt:
Dickungsmaschinen und Filterpressen dienen der Entwässerung von Konzentrat und Abgangsmaterial; die Trockenausbeförderung des Abgangsmaterials verringert das Risiko der Lagerung; arsenhaltige Rückstände werden gemäß den Umweltschutzanforderungen stabilisiert bzw. verfestigt.
Entscheidende Faktoren bei der Anlagenauswahl: Verfahren und Anlagen müssen von ein und demselben Team aufeinander abgestimmt konzipiert werden. Der Gehalt des Flotationskonzentrats bestimmt den Umfang der Vorbehandlung, die Art der Vorbehandlung bestimmt die Konfiguration der nachfolgenden Auslaugungsanlagen, und die Auslaugungsparameter bestimmen die Anzahl der CIP-Tanks sowie die Kapazität der Desorptionselektrolyse – wenn auch nur ein Parameter in dieser Kette nicht stimmt, kann das gesamte System die Zielvorgaben nicht erreichen.Die Zusammenstellung von Anlagen verschiedener Hersteller, bei denen Schnittstellen, Produktionskapazitäten und Steuerungslogik nicht aufeinander abgestimmt sind, und die gegenseitige Schuldzuweisung bei Problemen sind die häufigsten Fallstricke bei Projekten mit arsenhaltigen Goldvorkommen.
IV. Einhaltung der Umweltstandards: Der Weg des Arsens muss über den gesamten Prozess hinweg kontrolliert werden
Die Einhaltung der Umweltschutzauflagen bei arsenhaltigen Goldminen ist nicht damit erledigt, am Ende der Prozesskette eine Abwasserbehandlungsanlage zu installieren, sondern erfordert bereits in der Phase der Prozessplanung eine klare Festlegung des Arsenflusses:
1. Verfestigung und Stabilisierung von Arsen.
Durch die Flotation wird Arsen im Konzentrat angereichert; in der Vorbehandlungsphase gelangt Arsen in die Rauchgase (Röstung) oder in die Laugen (Druckauslaugung/biologische Oxidation), weshalb entsprechende Verfahren zur Arsenrückgewinnung, -verfestigung oder -stabilisierung erforderlich sind.Arsenhaltige Rückstände wie Arsen-Kalk-Schlacke müssen gemäß den örtlichen Umweltschutzstandards entsorgt werden und dürfen nicht einfach gelagert werden.
2. Aufbereitung von Laugungsflüssigkeiten und Abwasser aus dem Tailings-Bereich.
Arsen und Cyanide in der Cyanidlauge müssen so behandelt werden, dass sie die Grenzwerte einhalten, bevor sie wiederverwendet oder abgeleitet werden. Dazu gehören entsprechende Abwasserbehandlungsanlagen und Systeme zur Cyanidabbau.
3. Trockenabführung von Abraum.
Durch den Einsatz von Filterpressen werden die Abraumhalden zu Filterkuchen gepresst und trocken entsorgt, wodurch das Risiko des Austritts von arsenhaltigem Abraumwasser verringert und die anschließende Lagerverwaltung erleichtert wird.
4. Einhaltung lokaler Vorschriften.
Umweltgenehmigungen, Emissionsgrenzwerte und Anforderungen an die Entsorgung gefährlicher Abfälle am Projektstandort müssen bereits in der Planungsphase geklärt werden, um zu vermeiden, dass sich nach Fertigstellung der Anlage herausstellt, dass die Umweltgenehmigungsverfahren nicht erfüllt werden können.
5. Auswahl umweltfreundlicher Verfahren.
Relativ umweltfreundliche Vorbehandlungsverfahren wie die biologische Oxidation sollten, sofern die Bedingungen dies zulassen, vorrangig geprüft werden, um den Druck auf die Endbehandlung zu verringern.
Investitionen in den Umweltschutz sind keine „finanzielle Belastung“ – wenn ein arsenhaltiges Goldminenprojekt die Umweltschutzstandards nicht erfüllt, droht jederzeit eine Produktionsunterbrechung zur Nachbesserung, wodurch die gesamten Vorabinvestitionen verloren gehen. Die Einbindung des Umweltschutzes in die Prozessplanung ist die Voraussetzung für einen langfristig stabilen Betrieb des Projekts.
V. Referenzwerte zu Investitionen und Projektdauer
Die Investitionskosten für ein arsenhaltiges Goldminenprojekt hängen von der Vorbehandlungsmethode (die Investitionen für die chemische Vorbehandlung sind relativ gering, während die für das Rösten und die Druckoxidation hoch sind), dem Verarbeitungsumfang und den Umweltschutzmaßnahmen ab. Als Richtwerte für die Preise der kompletten Hauptanlagen können die Spannen für CIP-/CIL-Verfahren herangezogen werden: bei einer Tageskapazität von 100 Tonnen etwa 350.000 bis 500.000 US-Dollar,bei 300 Tonnen etwa 600.000 bis 900.000 US-Dollar, bei 500 Tonnen etwa 900.000 bis 1.350.000 US-Dollar und bei 1.000 Tonnen etwa 1.500.000 bis 1.900.000 US-Dollar (ohne Bauarbeiten, Montage, Logistik und Hilfsmaterialien; maßgeblich sind die Ergebnisse der Erzversuche und das Angebot für das jeweilige Konzept).
Die Projektlaufzeit beträgt in der Regel 8–15 Monate; da bei arsenhaltigen Erzen jedoch zusätzliche Prozessvalidierungen und Vorbehandlungsschritte erforderlich sind, verlängert sich die Testphase entsprechend – je gründlicher die Erzprobenuntersuchungen durchgeführt werden, desto weniger Nachbesserungen sind später erforderlich. Es wird empfohlen, so früh wie möglich repräsentative Erzproben zur Einleitung der Prozessvalidierung bereitzustellen.
VI. Schlusswort: Arsenhaltige Goldvorkommen sind nicht hoffnungslos, man hat nur noch nicht den richtigen Weg gefunden
Die Schwierigkeit bei arsenhaltigen Goldlagerstätten bestand nie darin, „das Gold nicht gewinnen zu können“, sondern darin, „wie man das ‚Paket‘ öffnet und das Arsen in Schach hält“.Die richtige Vorgehensweise ist: Entnahme repräsentativer Erzproben → Analyse der Erzmerkmale und Vergleichstests verschiedener Vorbehandlungsverfahren → Festlegung des Verfahrensablaufs → Auswahl der Anlagen entsprechend dem Verfahren → gleichzeitige Ausarbeitung eines Umweltschutzkonzepts → Einsatz von Ingenieuren vor Ort bis zur Goldgewinnung.
Das Überspringen der Versuche und der direkte Kauf von Anlagen stellt das größte Risiko bei Investitionen in arsenhaltige Goldvorkommen dar. Wenn andere keine guten Ergebnisse erzielen, liegt das möglicherweise daran, dass der Prozess nicht auf die spezifischen Gegebenheiten zugeschnitten ist oder die Chemikalienauswahl falsch ist – gerade bei schwer aufzubereitenden Goldvorkommen ist es wichtig, den Prozess erneut gründlich zu validieren und nach Durchbrüchen zu suchen.
Wenn Sie über schwer zu verarbeitende, arsen- und kohlenstoffhaltige Golderze mit feinkörniger Einlagerung verfügen, wenden Sie sich gerne an GoldProcessingPlant, um eine Erzprobenanalyse und Prozessvalidierung durchführen zu lassen.