Έρευνα των πηγών ευγενών και άλλων μετάλλων σε κοιτάσματα πορφυρικού τύπου Cu-Au-Pd-Pt: βιώσιμη ανάπτυξη

Abstract

This PhD thesis presents a study about the origin of the metals in porphyry Cu-Au deposits. New data is given from Skouries deposit and is coupled with existing one from Skouries, Elatsite, Mamut and Ok Tedi deposits. The precious metals (Au, Pd, Pt) are found in ultramafic to mafic magmatic rocks and come from the partial melt of the asthenospheric mantle wedge or the lower crust, that gives basaltic magma. Precious metals are incorporated into the sulfur fragment of this magma and under oxidizing conditions are liberated, to be carried by hydrothermal solutions. The enrichment of metalliferous rocks in incompatible elements (Ba, Sr, Pb, U, Th, LREE: La, Ce, Nd) is a result of fractional crystallization (mainly), but also of crustal material incorporation.Moreover a recovery method for Au, Pd and Pt is implemented on chalcopyrite concentrates. These concentrates are representative of the whole metalliferous rocks in the porphyry Cu-Au deposits: Skouries, Elatsite, Mamut and Ok Tedi. The recovery method includes two stages: a) oxidizing roasting of the concentrates in 915 oC for 2 h and b) oxidizing leaching of the roasted and grained concentrates in 70 oC for 24 h. The leaching is carried out in a spherical reactor, that contains an aquatic solution of 500 ml HCl 6 M and H2O2 0,03 M, under continuous stirring. The recovery percentages are greater than 85%.The sustainability of mining and processing in Skouries deposit is being researched through a techno-economical analysis, based on data from Behre Dolbear and Kvaerner Metals feasibility studies. These data in combination with the recovery percentages and the metal prices, are being used for the Net Present Value (N.P.V.) calculation. The simultaneous recovery of Pd and Pt, as by-products, besides Cu and Au that remain the main products, contributes importantly in an N.P.V. increase (about 31 mil. U.S. $). This improves Skouries deposit’s economic attractiveness.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια μελέτη της προέλευσης των μετάλλων στα κοιτάσματα πορφυρικού τύπου Cu-Au. Παρατίθενται πρωτότυπα στοιχεία από το κοίτασμα των Σκουριών, σε συνδυασμό με υπάρχοντα δεδομένα από τις Σκουριές και άλλα κοιτάσματα (Elatsite, Mamut, Ok Tedi) αντίστοιχου τύπου. Τα πολύτιμα μέταλλα (Au, Pd, Pt) απαντώνται σε υπερβασικά έως βασικά μαγματικά πετρώματα και προέρχονται από τη μερική τήξη της ανώτερης ασθενοσφαιρικής μανδυακής σφήνας ή του κατώτερου φλοιού, που δίνει μάγμα βασαλτικής σύστασης. Τα πολύτιμα μέταλλα ενσωματώνονται στο θειούχο τήγμα και αποδεσμεύονται από αυτό, κάτω από οξειδωτικές συνθήκες, για να μεταφερθούν από τα υδροθερμικά ρευστά. Ο εμπλουτισμός των μεταλλοφόρων πετρωμάτων σε μη ανταγωνιστικά στοιχεία (Ba, Sr, Pb, U, Th, LREE: La, Ce, Nd) είναι αποτέλεσμα κλασματικής κρυστάλλωσης (κυρίως), αλλά και ενσωμάτωσης υλικού όξινης σύστασης από το φλοιό.Παράλληλα, εφαρμόζεται μια μέθοδος ανάκτησης, για τα πολύτιμα μέταλλα Au, Pd και Pt, από συμπυκνώματα επίπλευσης χαλκοπυρίτη. Τα τελευταία είναι αντιπροσωπευτικά της μεταλλοφορίας και προέρχονται από τα κοιτάσματα των Σκουριών, Elatsite, Mamut και Ok Tedi. Η ανάκτηση περιλαμβάνει δύο στάδια: α) οξειδωτική φρύξη των συμπυκνωμάτων επίπλευσης στους 915 oC για 2 h και β) οξειδωτική εκχύλιση των φρυγμένων και κονιοποιημένων συμπυκνωμάτων στους 70 oC για 24 h. Η εκχύλιση πραγματοποιείται σε σφαιρικό αντιδραστήρα, που περιέχει υδατικό διάλυμα HCl 6 M και H2O2 0,03 M, όγκου 500 ml, υπό συνεχή ανάδευση. Τα ποσοστά ανάκτησης κυμαίνονται σε υψηλά επίπεδα (>85%).Η βιωσιμότητα της εξόρυξης και του εμπλουτισμού στις Σκουριές διερευνάται μέσα από μια τεχνοοικονομική ανάλυση βασισμένη σε δεδομένα από σχετικές μελέτες βιωσιμότητας των Behre Dolbear και Kvaerner Metals. Αυτά τα δεδομένα, σε συνδυασμό με τα ποσοστά ανάκτησης και τις αξίες των μετάλλων, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της Καθαρής Παρούσας Αξίας (Κ.Π.Α.). Η ταυτόχρονη ανάκτηση του Pd και του Pt, ως παραπροϊόντα, πέρα από το Cu και το Au που παραμένουν τα κύρια προϊόντα, συμβάλλει σημαντικά στην αύξηση της Κ.Π.Α. (περίπου έως + 31 εκ. δολάρια Η.Π.Α.) και άρα στην ουσιαστική βελτίωση της οικονομικής ελκυστικότητας του κοιτάσματος.