CC BY
9
5. The program for calculating ventilation of excavation sites / Yu.M. Govorukhin, V.G. Krivolapov, A.N. Domrachev, O.Yu. Lukashov // High-tech technologies for the development and use of mineral resources. 2016. № 3. pp.445-448.
6. Improving the quality and efficiency of engineering calculations when conducting mine rescue operations / Yu.M. Govorukhin, V.G. Krivolapov, D.Yu. Paleev, A.N. Domrachev // High-tech technologies of development and use of mineral resources. 2019. No. 5. pp.450-453.
7. On the method of estimating the volumes of gasification by explosive methane-air mixture of coal mine workings / Yu.M. Govorukhin, A.N. Domrachev, V.G. Krivolapov, D.Yu. Paleev // Sb. nauch. tr. III international scientific-practical conference. Safety of technological processes and productions. Yekaterinburg. 2021. pp.13-18.
8. Mine ventilation / N.F. Grashchenkov [et al.]. Handbook; edited by K.Z. Ushakov. 2nd ed., reprint. and additional M.: Nedra, 1988. 440 p.
9. Computer technologies for solving the problems of the accident prevention plan / D.Y. Paleev [et al.]. M.: Publishing house "Mining" LLC "Kimmeriyskiy center", 2011. 160 p.
10. Aerology of mining enterprises: textbook for universities. 3rd ed., reprint. and add.; edited by K.Z. Ushakov [et al.]. M.: Nedra, 1987. 421 p.
УДК 504.55.054:622(470.6)
К МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ПРОЦЕССОВ УТИЛИЗАЦИИ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ
КВАРЦИТОВ
В.И. Голик
Анализируется состояние железорудной базы России. Сформулирована проблема полного извлечения ценных попутных металлов из комплексных руд с использованием методов механохимической активации процессов выщелачивания металлов в скоростной мельнице-дезинтеграторе. Приведены результаты извлечения железа из хвостов обогащения хранилища Лебединского ГОК. Обобщены результаты исследования прочности твердеющих смесей на основе механоактивированных хвостов обогащения. Показано, что проблема обеспечения сырьем для изготовления твердеющих смесей при переходе на подземный способ разработки решается комбинированием технологий выщелачивания и активации хвостов обогащения.
Ключевые слова: железистые кварциты, хвосты обогащения, твердеющие смеси, активация, металл, дезинтегратор.
Введение
Россия обладает 15,6...26 % мировых запасов руд железа, но по-прежнему экспортирует не металлы и изделия из них, а концентраты. Развитие горного производства сдерживается невысоким содержанием железа в рудах и сложными горно-геологическими условиями локализации месторождений. Выходом из сложившегося положения может быть
повышение качества товарной продукции и снижение издержек основного производства, за счет полноты использования добытых руд.
Железорудные предприятия переживают, трудный период времени, который характеризуется достижением предельных для открытой разработки глубин и переходом на подземный способ добычи, не только не сохранив, но и увеличив производственную мощность.
Неотъемлемым элементом развития горных предприятий является разработка технологий глубокого извлечением полезных компонентов при использовании техногенных запасов в хранилищах некондиционного сырья и возвращении ранее задействованных под хранилища земель в хозяйственный оборот.
В практике недропользования предстоит технологическая конверсия от валовой выемки разносортного сырья с использованием мощной техники к более селективному извлечению руд, что позволит компенсировать уменьшение объемов добычи улучшением качества добываемого минерального сырья.
Системы разработки характеризуются сравнительно низким извлечением запасов, потому что до 60 % запасов теряется в охранных целиках. Увеличение полноты извлечения запасов требует замены целиков искусственными массивами из твердеющих смесей.
Перед отраслью стоит задача увеличения объема производства железа при снижении его содержания в рудах и обеспечении сохранности земной поверхности от разрушения горными работами. Эта проблема сопряжена с рациональным использованием ресурсов в виде отходов добычи и обогащения руд.
Тенденция заполнения отработанных камер гидравлической смесью на основе хвостов обогащения не всегда оправдана экономически. Вместе с компонентами смесей в очистных выработках оказываются уран, золото и редкоземельные элементы. Так, прогнозные потери золота в отходах ГОК составляют не менее 3 т/год при содержании золота 0,2... 9 г/т.
Выходом из сложившейся ситуации является создание замкнутого производства, когда одни технологические процессы готовят базу для использования продукта отходов в других процессах. Реализация концепции глубокой переработка хвостов обогащения могла бы укрепить финансовое благополучие предприятий и расходовать средства на решение экологических проблем.
Железорудная база России представлена крупными месторождениями с содержание железа до 40 %, что значительно уступает ведущим мировыми добытчиками руды с содержанием железа до 64 %.
В горнорудной практике особое внимание привлечено к разработке конверсионных ресурсосберегающих методов добычи и переработке ресурсов, показателем эффективности которых является получение
положительных результатов использования с учетом затрат на освоение [1 - 4].
В сложившейся ситуации актуализируются проблемы рационального использования минеральных ресурсов, в том числе, техногенных месторождений [5 - 8].
Утилизацию металлосодержащих хвостов с извлечением металлов до уровня санитарных норм обеспечивает технология, в рамках которой процессы механической активации комбинируют с химической активацией.
Хвосты первичной переработки содержат ценные металлы, например, в хранилище Михайловского ГОК ежегодно укладывается 1,5 т золота и др. металлы.
Одним из основных механизмов решения проблем упрочнения минерально - сырьевой базы металлургической промышленности является вовлечение в производства отходов обогащения руд [9 - 11].
Ликвидация хранилищ является радикальным решением соседствующей проблемы глобального значения - снижения техногенной нагрузки на окружающую среду [12 - 15].
Методика исследования
Целью исследований является доказательство возможности извлечения металлов до уровня санитарных требований и изготовления твердеющих смесей на основе активированных в скоростной мельнице-дезинтеграторе хвостов обогащения железистых кварцитов (рис. 1).
Рис. 1. Схема работы дезинтегратора
Проба хвостов обогащения весом 60 кг была отобрана в отсеке 4 хранилища Лебединского ГОК и исследована в лаборатории СКГМИ переработкой в дезинтеграторе DESI-11 фирмы «Гефест».
В единичном эксперименте выщелачивали 50 граммов первичных хвостов или руды, измельченных до крупности - 2 мм.
Количество выщелачивающего раствора заданного состава определялось из условия обеспечения заданного для единичного эксперимента соотношения «жидкого к твердому».
После приготовления раствор смешивали с пробой хвостов или руды, полученную пульпу подвергали агитационному выщелачиванию в течение заданного времени на агитаторе с постоянной и заданной для данного эксперимента скоростью вращения.
После выщелачивания пульпа фильтровалась, отфильтрованный продукционный раствор анализировался на содержание свинца и цинка не позже 24 часов после получения.
Прочность смесей на основе активированных хвостов обогащения сравнивали с прочностью смесей, изготовленных по традиционной технологии.
Результаты исследования
Результаты исследований параметров активации хвостов в дезинтеграторе представлены на рис. 2.
70 60
г?
£ 50 с
| 40 ш
I 30 ш т 01
т
10 0
25 75 125 175 225
Частота вращения ротора дезинтегратора, Гц
Рис. 2. Влияние частоты вращения роторов на извлечение металлов в дезинтеграторе: ряд 1 - цинк; ряд 2 - свинец; 3 - железо
В течение 1 часа переработки извлечение железа в раствор составило, %: агитационным выщелачиванием - 4,7; агитационным выщелачиванием после механической активации в дезинтеграторе - 8,5; выщелачиванием в дезинтеграторе - 12,5. Содержание металлов во вторичных хвостах уменьшилось в 3-4 раза.
-РяА1
Ряд2 -РидЗ
Прочность смесей исследовали при одинаковом расходе компонент, кг/м3: хвосты 1445, цемент 10, вода 380 (таблица).
Прочность бетонов на основе выщелоченных хвостов обогащения
Вариант активации Прочность, МПА, 28 сутки,
Цемент100 кг/м3 Активация, без цемента
Без активац ии С активацией
Агитационное выщелачивание 1,20 - 1,01
Агитационное выщелачивание после активации - 1,32 1,12
Выщелачивание в дезинтеграторе - 0, 94 0, 84
Активация хвостов обогащения повысила прочность смесей на 10 %. Кривые выхода аналогичных классов крупности сближаются (рис. 3).
45
40
35
30
¡1 25 о
X
а 20
■О
£ 15
о
ь
Го 10
Т
10-0 20-10 30-20 40-30 50-40 60-50 70-60 80-70 Класс, мкм
■ Дифференциальное распредление частиц по крупности после измельчения в барабанной мельнице шаровой мельнице в течение 5 часов
Дифференциальное распределение частиц по крупности после измельчения в планетарной мельнице в течение 5 часов
■ Распределение частиц по крупности после измельчения в панетарной мельнице в течение 5 минут
Рис. 3. Распределение частиц по крупности после измельчения
в мельницах
рис.4.
Влияние активатора на процесс выщелачивания иллюстрируется
5
0
00 IX
<и
X
о с
о
а:
о |_
о
X
т <и
о с
<и
X
<и
Рис. 4. Извлечение металлов в зависимости от активации минералов
Анализ и обсуждение
Выходом из положения может быть создание замкнутой цепи производства, когда одни технологические процессы готовят базу для успешного развития других процессов, используя имеющуюся инфраструктуру.
Свойства продуктов горного передела зависят от качества их измельчения в мельницах. Например, эффективность защитных покрытий снижается из -за появления окисной пленки на частицах, что минимизируют обработкой в скоростных мельницах - дезинтеграторах.
В ССКТБ «Дезинтегратор» (г. Таллинн) магниевый порошок в виде 3 % раствора перманганата калия при соотношении масс раствора и магния 6:1 обрабатывали в лабораторном дезинтеграторе при скорости вращения роторов 8000 и 16000 об/мин). Увеличение скорости вращения роторов вдвое незначительно увеличили коррозионную стойкость магния (14 %). Повторное пропускание суспензии через дезинтегратор уменьшает коррозию на 86 %. Магниевый порошок после дезинтегратора корродирует на 70.. .80 % меньше по сравнению с исходным.
Показатели извлечения металлов повышают комбинированием мельниц и химических реакторов, что интенсифицирует изменение химических свойств вещества. Наибольшее извлечение металла в раствор достигается при минимальной поверхности частиц.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
4 6 8 10 12 16 20 Концентрация соляной кислоты в растворе, %
• Извлечение цинка из отвальных хвостов без механоактивации
Извлечение цинка из хвостов без механоактивации
• Извлечение железа из хвостов
механоактивации
Извлечение цинка из хвостов с использованием механоактивации Извлечение свинца из хвостов с использованием механоактивации Извлечение железа из хвостов с использованием меаноактивации
0
Эффективность безотходной утилизации хвостов обогащения увеличивается за счет уменьшения ущерба окружающей среде:
(С - ЕК + ДУ2) - (С - ЕК + ДУ) > 0, где С1 и С2 - текущие затраты; Е - коэффициент эффективности капитальных вложений; К1 и К2 - капитальные вложения; ДК1 и У2 -уменьшение экологического ущерба.
Результаты исследования корреспондируют с выводами Российских и зарубежных специалистов данного направления горного дела [16 - 20].
Заключение
Предлагаемая технология обеспечивает приращение сырьевой базы и отвечает концепции гуманизации отношений технологий и окружающей среды. Она может быть востребована при решении проблемы обеспечения горных предприятий сырьем для изготовления твердеющих смесей при переходе на подземный способ разработки.
Список литературы
1. Валиев Н.Г., Пропп В.Д., Вандышев А.М. Кафедре горного дела УГГУ - 100 лет // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2020. № 8. С. 130-143.
2. Уральский горный и московский горный: взаимодействие вузов / А.В. Душин, Н.Г. Валиев, Ю.А. Лагунова, А.Г. Шорин // Горный журнал. 2018. № 4. С. 4-10.
3. Haifeng Wang, Yaqun He, ChenlongDuan, Yuemin Zhao, Youjun Tao, Cuiling Ye. Development of Mineral Processing Engineering Education in China University of Mining and Technology // Advances in Computer Science and Engineering. AISC 141.Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012. Р. 77-83.
4. Doifode S. K., Matani A. G. Effective Industrial Waste Utilization Technologies towards Cleaner Environment // International Journal of Chemical and Physical Sciences. 2015. Vol. 4. Special Issue. NCSC. Р. 536-540.
5. Механохимическая технология извлечения железа из хвостов обогащения / В.И. Голик [и др.] // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2021. Т. 64. № 4. С. 282-291.
6. Эколого-экономическая эффективность использования активаторов при формировании свойств вяжущих компонент / Ю.В. Дмитрак [и др.] // Технологии бетонов. 2021. № 2 (175). С. 59-65.
7. Hu Zhenqi, Wang Peijun, Li Jing. Ecological Restoration of Abandoned Mine Land in China // Journal of Resources and Ecology, 2012. 3(4). Р. 289-296.
8. Sinclair L., Thompson J. In situ leaching of copper: Challenges and future pro spects // Hydrometallurgy. 2015. Т.157. Р. 306 - 324.
9. Клюев Р.В., Босиков И.И., Майер А.В. Комплексный анализ генетических особенностей минерального вещества и технологических свойств полезных компонентов Джезказганского месторождения // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 3 (41). С. 321-330.
10. De Oliveira D. M., Sobral L. G. S., Olson G. J., Olson S. B. Acid leaching of a copper ore by sulphur-oxidizing microorganisms // Hydrometallurgy. 2014. Vol.147-148. Р. 223-227.
11. Karimi N. S., Atashpanjeh A., Mollaei F. Design considerations of heap leaching at the sarcheshmeh copper open pit mine // International Mining Congress of Turkey — IMCET. 2001. Р. 513-516.
12. Голик В.И. К проблеме охраны окружающей среды российского Донбасса // Безопасность труда в промышленности. 2022. №2. С.32 - 38.
13. Randolf E., Miller Sh., Miller G. Minimizing acid consumption in mixed oxide/supergene and sulfide heap leach // Proceedings of the 3rd International Conference on Heap Leach Solution. Lima. 2015. Р. 36-44.
14. Haverkamp R. G., Kruger D., Rajashekar R. The digestion of New Zealand ilmenite by hydrochloric acid // Hydrometallurgy. 2016. Vol. 163. Р. 198-203.
15. Vrancken C., Longhurst P. J., Wagland S. T. Critical review of realtime methods for solid waste characterisation: Informing material recovery and fuel production // Waste Management. 2017. Vol. 61. Р. 40-57.
16. Дифференцированная оценка устойчивости обнажений горных пород при подэтажно-камерной системе разработки с закладкой / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, В.С. Пузин, Г.В. Стась // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021. № 5. С. 85-93
17. Основные принципы получения, передачи и хранения информации о параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия / Ю.С. Петров [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 11-1. С. 178-188.
18. Комплексный анализ применения эффективных технологий для повышения устойчивого развития природно-технической системы / Р.В. Клюев [и др.] // Устойчивое развитие горных территорий. 2020. №2. С. 283-290.
19. Половов Б.Д., Валиев Н.Г., Кокарев К.В. Особенности имитационного анализа уровней геомеханических рисков горнотехнических объектов // Горный журнал. 2016. № 12. С. 8-13.
20. The spatial assessment of acid mine drainage potential within a low-grade ore dump: the role of preferential flow paths / M. Shahhosseini, F. D. Ardejani, M. Amini, L. Ebrahimi // Environmental Earth Sciences. 2020. Vol. 79. No. 28. Р. 48-52.
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., v.i.golik@,mail.ru, Россия, Владикавказ, Геофизический институт Владикавказского научного центра; проф., Москва, Московский политехнический университет
TO MECHANOCHEMICAL ACTIVATION OF THE PROCESSES OF UTILIZATION OF TAILINGS OF FERRUGINOUS ENRICHMENT QUARTZITE
V. I. Golik
A certificate on the state of the iron ore base of Russia is given. The problem of complete extraction of valuable associated metals from complex ores using methods of mechanochemical activation of metal leaching processes in a high-speed des-integrator mill is formulated. The results of iron extraction from the tailings of the Lebedinsky GOK storage enrichment are presented. The results of the study of the strength of hardening mixtures based on mechanically activated enrichment tails are summarized. It is shown that the problem of providing raw materials for the manufacture of hardening mixtures during the transition to an underground mining method is solved by combining leaching technologies and activation of enrichment tailings.
Key words: ferruginous quartzites, enrichment tails, hardening mixtures, activation, metal, disintegrator.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.i.golik@,mail.ru , Russia, Vladikavkaz, Geophysical Institute of Vladikavkaz scientific center; professor, Moscow, Moscow Polytechnic University
Reference
1. Valiev N.G., Propp V.D., Vandyshev A.M. The Mining Department of UGSU is 100 years old // News of higher educational institutions. Mining magazine. 2020. No. 8. pp. 130-143.
2. Ural mining and Moscow mining: interaction of universities / A.V. Dushin, N.G. Valiev, Yu.A. Lagunova, A.G. Shorin // Mining Journal. 2018. No. 4. pp. 4-10.
3. Haifeng Wang, Yakun He, Chenlongduan, Yuemin Zhao, Yujun Tao, Cuilin Ye. Development of engineering education in the field of mineral processing at the Chinese University of Mining and Technology // Achievements in computer science and engineering. AISC 141.Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 2012. pp. 77-83.
4. Doifod S. K., Matani A. G. Efficient technologies of industrial waste disposal to ensure a cleaner environment // International Journal of Chemical and Physical Sciences. 2015. Volume 4. Special Issue. NCSC. p. 536-540.
5. Mechanochemical technology of extraction of iron from the tailings of enrichment / V.I. Golik [et al.] // Izvestia of higher educational institutions. Ferrous metallurgy. 2021. Vol. 64. No. 4. pp. 282-291.
6. Ecological and economic efficiency of the use of activators in the formation of properties of binding components / Yu.V. Dmitrak [et al.] // Technologies of concrete. 2021. No. 2 (175). pp. 59-65.
7. Hu Zhenqi, Wang Peijun, Li Jing. Ecological restoration of abandoned mine lands in China // Journal of Resources and Ecology, 2012. 3(4). pp. 289-296.
8. Sinclair L., Thompson J. Copper leaching In situ: problems and prospects for the future // Hydrometallurgy. 2015. Vol.157. P. 306-324.
9. Klyuev R.V., Bosikov I.I., Mayer A.V. Complex analysis of genetic features of mineral matter and technological properties of useful components of the Dzhezkazgan deposit // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3 (41). pp. 321-330.
10. De Oliveira D. M., Sobral L. G. S., Olson G. J., Olson S. B. Acid leaching of copper ore by microorganisms oxidizing sulfur // Hydrometallurgy. 2014. vol.147-148. pp. 223-227.
11. Karimi N. S., Atashpanje A., Mollai F. Design considerations of heap leaching at the Sarceshme copper quarry // International Mining Congress of Turkey — IMCET. 2001. p. 513-516.
12. Golik V.I. To the problem of environmental protection of the Russian Donbass // Occupational safety in industry. 2022. No.2. pp.32-38.
13. Randolph E., Miller S., Miller G. Minimizing acid consumption during mixed heap leaching of oxides/supergens and sulfides // Proceedings of the 3rd International Conference on Heap Leaching. Lima. 2015. p. 36-44.
14. Haverkamp R. G., Kruger D., Rajashekar R. Digestion of New Zealand ilmenite with hydrochloric acid // Hydrometallurgy. 2016. Vol. 163. P. 198-203.
15. Vranken K., Longhurst P. J., Wagland S. T. Critical review of methods for determining the characteristics of solid waste in real time: informing about the recovery of materials and fuel production // Waste management. 2017. Vol. 61. pp. 40-57.
16. Differentiated assessment of the stability of rock outcrops with a sub-storey-chamber development system with a bookmark / V.I. Golik, Yu.I. Razorenov, V.S. Puzin, G.V. Stas // Physico-technical problems of mineral development. 2021. No. 5. pp. 85-93
17. The basic principles of obtaining, transmitting and storing information about the parameters of the technogenic cycle of a mining and metallurgical enterprise / Yu.S. Petrov [et al.] // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2020. No. 11-1. pp. 178-188.
18. Complex analysis of the use of effective technologies to improve the sustainable development of the natural-technical system / R.V. Klyuev [et al.] // Sustainable development of mountain territories, 2020. No. 2. pp. 283-290.
19. Polovov B.D., Valiev N.G., Kokarev K.V. Features of the simulation analysis of the levels of geomechanical risks of mining objects // Mining magazine. 2016. No. 12. pp. 813.
20. Spatial assessment of the drainage potential of acid mines within the dump of low-grade ore: the role of preferred flow paths / M. Shahosseini, F. D. Ardehani, M. Amini, L. Ebrahimi // Ecological Earth Sciences. 2020. Volume 79. No. 28. pp. 48-52.
