CC BY
36
© А.Ф. Илимбстов, Д.Н. Радченко, И.А. Абдрахманов, 2008
УДК 553.43
А.Ф. Илимбетов, Д.Н. Радченко, И.А. Абдрахманов
К ОБОСНОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИЕЙ
Семинар № 19
Анализ тенденций развития отечественной горнодобывающей промышленности свидетельствует, что принятые в 20 веке и действующие до настоящего времени принципы проектирования предприятий отечественной горнодобывающей промышленности, построены по отраслевому принципу, которые предполагают применение технологий, ориентированных на извлечение основных компонентов, содержащихся в рудах месторождений. Так, на медно-колчеданных месторождениях извлекают преимущественно базовые компоненты - медь, цинк и дополнительно оценивают содержание в соответствующих концентратах золота и серебра. Извлечение основных полезных компонентов в концентраты в зависимости от перерабатываемых сортов руд составляет: меди - 70-80 %, цинка - 60-75 %. Медный концентрат содержит 16-17 % меди, цинковый - 6-47 % цинка. Суммарное извлечение меди 81-85 %, цинка- 81-82 %. Наряду с медью и цинком попутно извлекаются в медный и цинковый концентраты компоненты - золото, серебро, селен (содержание в рудах 5 - 85 г/т), теллур (1-84 г/т), кадмий (10 - 12,7 г/т), индий (2-14,1 г/т). Их стоимость учитывается при реализации концентратов большинства обогатительных фабрик,
перерабатывающих медно-цинковоколчеданные руды.
Наряду с указанными элементами, проявления полезных компонентов в рудах представляют: галлий (7 - 19 г/т), таллий (до 3,5 г/т), германий (до 5,9 г/т), барий (0,15-1,4 г/т), кобальт (до 60 г/т), никель (в среднем 0,013 %), висмут (до 20,6 г/т), молибден и другие. Вредными примесями в рудах являются мышьяк (0,12-1,27 %),
сурьма (0,006-0,12 %), фтор (0,010.1%), ртуть (2,2-37 г/т). Необходимо отметить, что получение этих компонентов флотационным методом невозможно, ввиду присутствия их в сульфидах в виде изоморфных включений, а не в виде самостоятельных минералов. Частично микроэлементы извлекаются в металлургическом переделе - при плавке медного концентрата и электролитической переработки цинкового. Вместе с тем, значительная их часть теряется с отходами добычи руд и хвостами флотации (табл. 1, 2).
Наиболее целесообразными технологиями переработки некондиционных георесурсов такого вещественного состава являются физико-химические.
Анализ особенностей вещественного состава некондиционных природных и техногенных георесурсов и исследования их на обогатимость
Таблица 1
Химический состав некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений, складированные в отвалах
№ п/п Содержание Ед. Некондиционная руда месторождения
изм. Молодежного Узельгинского
1 Медь % 0,7 0,52
2 Цинк % 0,48 6,94
3 Железо общ' % 26,61 31,36
4 Селен % 0,0143 0,01
5 Теллур % 0,006 0,02
10 Таллий г/т 1,88 1,78
11 Золото г/т 0,2 2,2
12 Серебро г/т 0,7 3,6
Таблица 2
Усредненный химический состав хвостов обогащения обогатительных фабрик, перерабатывающих медно-колчеданные руды Уральской колчеданной формации
Наименование компонента Ед. изм. Содержание Наименование компонента Ед. изм. Содержание
SiO2 % 18,5-20,0 Свинец % 0.09-0.12
А12Оэ % 4,5 - 6,0 Марганец % 0,03 - 0.05
TiO2 % 0,15-0,3 Кобальт % 0,005-0,008
CaO % 0,9-1,3 Никель % 0,005 - 0,007
MgO % 0,3 - 0,5 Хром % 0,006-0,01
K2O % 0,12-0,15 Золото г/т 1,28-2,0
Na2O % 0,5-0,7 Серебро г/т 6-20
BaSO4 % до 2 Платина г/т 0,55-0,6
Железо % 25-30 Кадмий г/т 29-40
Медь % 0,2 - 0,4 Селен г/т 40-50
Цинк % 0,61-0,95 Теллур г/т 52-60
Сера % 32,25-35,0 Индий г/т 4-6
Мышьяк % 0,1-0,2 Стронций г/т 30-35
свидетельствуют о том, что как базовые компоненты - медь, цинк, так и благородные, редкие металлы и рассеянные элементы из бедных руд сложного вещественного состава и техногенных отходов могут быть эффективно извлечены только выщелачиванием, что определяет необходимость включения в технологическую схему освоения медно-колчеданных месторождений процессов физикохимической геотехнологий.
Для изучения возможности вовлечения в переработку методом кучного
выщелачивания некондиционных отвальных руд Молодежного и Узель-гинского месторождений, навески руды, отобранные из представительных проб, поставленных в лабораторию (хим. состав см. табл. 2), были загружены в лабораторные перколяторы. Масса навесок составила 40-50 кг. Предварительного дробления отвальной руды не производилось. Выщелачивание проводилось сернокислым раствором при концентрации кислоты 1,5-2 г/дм3 в двух режимах: статическом - при замачивании, и перколя-
Таблица 3
Максимальные концентрации редких и рассеянных элементов в продуктивных растворах выщелачивания некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений, мг/дм3
№ п/п Элементы Рула месторождения
Молодежное Узельгинское
1 Кадмий 11,5 76,51
2 Марганец 14,13 74,74
4 Никель 178,2 183,9
5 Кобальт 0,284 0,484
6 Европий 5,01 20,23
7 Г ерманий 1,051 0,363
8 Магний 189,55 483,33
9 Палладий 0,724 0,416
10 Платина 0,012 0,034
11 Молибден 0 0,145
12 Теллур 0 0,079
13 Рений 0,27 1,288
14 Скандий 0,568 0,453
15 Г аллий 2,629 1,481
16 Ванадий 0,259 0,172
17 Индий 14,7 2,78
ционном - при периодическом орошении массива.
Анализ результатов выщелачивания меди и цинка из руды Молодежного месторождения в обоих режимах выявил достаточно высокие показатели извлечения металлов уже в начальные 10 суток выщелачивания (рис. 1). Это объясняется тем, что некондиционная руда Молодежного месторождения - смешанная, представлена частично окисленными формами и вторичными сульфидами меди и железа, а также халькопиритом. За исследуемый период выщелачивания извлечение меди составило в статическом режиме 42,5 %, цинка -34 %, в перколяционном режиме - меди - 65,6 %, цинка -23,2 %. Более интенсивно выщелачивание руды протекает в перколяци-онном режиме, что связано с дополнительным окислением руды кислородом воздуха и образованием сульфата трехвалентного железа.
Учитывая полиэлементный состав руды и содержание в ней, наряду с медью и цинком, редких, благородных металлов и рассеянных элементов в продуктивных растворах выщелачивания анализировалось также содержание селена, теллура, таллия, золота, серебра. В соответствии с данными табл. 3, был рассчитан уровень извлечения выщелачиваемых элементов в динамике.
Необходимо отметить высокий уровень извлечения серебра (более 50 % в статическом и более 60 % в фильтрационном режиме). Вместе с
тем, целесообразность извлечения серебра из руд Молодежного месторождения при его низком исходном содержании в рудах (0,7 г/т) должна обосновываться экономическими расчетами. Отсутствие золота, теллура, таллия в продуктивных растворах обусловлено выбранным для выщелачивания растворителем (2%-ный раствор Н2БО4). Извлечения таких элементов возможно при применении более агрессивных растворителей или иных методов интенсификации процесса сернокислотного выщелачивания.
Анализ данных выщелачивания некондиционной руды Узельгинского месторождения в фильтрационном режиме свидетельствует о существенно более низком уровне извлечения ценных компонентов в продуктивные растворы, что связано с особенностями вещественного состава руд.
Рис. 1. Динамика выщелачивания меди, цинка и железа из некондиционной отвальной руды Молодежного месторождения в статическом (а) и перколяционном (б) режимах
а)
Продолжительность выщелачивания, сут.
ф Цинк —■— Железо Д Серебро —X— Медь
б)
Рудные минералы, представлены, преимущественно, в виде первичных сульфидов - сфалерита, халькопирита, пирита.
Выщелачивание меди и цинка из руд Узельгинского месторождения за 150 суток составило 40,5 % и 22 % соответственно (рис. 2). Возможность
переработки таких руд методами физико-химической геотехнологии с извлечением широкого спектра ценных компонентов обуславливает необходимость изыскания новых эффективных методов интенсификации процесса сернокислотного выщелачивания. Полученные в исследованиях продуктивные растворы возможно перерабатывать методом экстракция-электролиз с получением рафинированной катодной меди в рамках горно-перерабатывающего комплекса.
Интересен факт, что из руд Узель-гинского месторождения, представленных сульфидными минералами, селен и теллур выщелачиваются несколько интенсивнее. Извлечение селена за 150 суток выщелачивания достигло 18 %, теллура - 3 %.
Во всех исследованиях отмечен весьма низкий уровень извлечения из руды железа, несмотря на его высокое содержание в продуктивных растворах -до 18 г/дм3. Это связано с
Рис. 2. Динамика выщелачивания меди, цинка и железа из некондиционных руд Узельгинского месторождения
высоким содержанием металла в исходной руде и особенностями ее минерального состава - большая часть железа входит в состав упорного для выщелачивания пирита.
Ввиду отсутствия исходных данных по содержанию индия, германия, лантаноидов и других ценных компонентов в пробах руд Молодежного и Узельгинского месторождений, оценить уровень их извлечения не представилось возможным. Вместе с тем, при анализе продуктивных растворов концентрацию этих элементов оценивали. Результаты измерений представлены в табл. 3. Анализ данных таблицы свидетельствует, что такие элементы, как магний, никель, германий, европий, галлий, индий переходят в продуктивные растворы в достаточно высоких концентрациях, однако выщелачивание протекает не достаточно стабильно. Учитывая высокую стоимость перечисленных металлов на мировом рынке, установление закономерностей их фазовых переходов является весьма перспективным направлением.
Результаты лабораторного эксперимента показали эффективность технологии выщелачивания из руд меди и цинка. Это позволяет рассматривать в качестве перспективной технологию разработки окисленных руд методом кучного или подземного выщелачивания. Эти технологии позволят получить дополнительные товарные металлы и являются резервом компенсации потери финансовых показателей в неблагоприятных горногеологических и экономических условиях.
Наряду с некондиционными рудами перспективными объектами физико-химической геотехнологии являются отходы обогатительных фабрик, перерабатывающих медно-цинковые колчеданные руды.
Для обеспечения возможности выщелачивания текущих хвостов обогащения Учалинской обогатительной фабрики, хвосты были подвергнуты предварительному окомкованию. Состав шихты для окомкования:
- текущие хвосты Учалинской обогатительной фабрики - 90 % по массе;
- гранулированный шлак медеплавильного производства - 5 % по массе;
- негашеная обожженная известь -5 % по массе.
Приготовленные таким образом окатыши обладают требуемыми для выщелачивания характеристиками: прочностью, пористостью, механической устойчивостью в сернокислых средах. Окатыши выдерживают нагрузку на сжатие 1,2-1,8 МПа. Такое значение при насыпной плотности 2,3 кг/дм3 соответствует высоте отсыпаемого штабеля до 40 м, а состав шихты на основе хвостов, шлака и извести может быть рекомендован к промышленному внедрению.
Окатыши, массой 15 кг, приготовленные на основе шихты вышеописанного состава, были загружены в лабораторный перколятор для исследования возможности кучного выщелачивания из них ценных компонентов. Выщелачивание проводилось в течение 110 суток. Каждые 10-15 суток продуктивный раствор выводился из процесса и отдавался на химический анализ, который проводился методом атомно-эмиссионной спектрометрии. В течение всего срока выщелачивания в растворах фиксировалось значение окислительно-восстановительного потенциала и рН среды, которые, в случае отклонения от исходных, корректировались путем подкисления раствора. рН среды поддерживали на уровне 1,2-1,7; ЕЬ > 0,4 В.
Эксперимент показал, что из текущих хвостов Учалинской обогати-
Рис. 3. Динамика выщела-
чнвання ценных компонентов из окомкованных теку-шнх хвостов обогащения Учалинской обогатительной фабрики
Продолжительность выщелачивания, сут-
♦ Железо —■— Медь —Д— Цинк —X— Серебро
Селен —•— Т еллур —1 Золото
тельной фабрики за 110 суток медь переходит в раствор на 62 %, цинк на 42,5 % (рис. 3). При этом максимальное содержание меди в растворе не превысило 800 мг/дм3. Практика выщелачивания медных руд свидетельствует, что такие продуктивные растворы могут быть эффективно переработаны с извлечением меди цементацией, методом экстракция-электролиз. Извлечение цинка осуществляется известными осадительными методами.
Продуктивные растворы выщелачивания хвостов содержат также широкий спектр ценных компонентов -кадмий, марганец, селен, никель, кобальт, европий, германий, магний, палладий, платину, теллур, скандий и другие, которые должны учитываться в экономических расчетах при оценке извлекаемой ценности техногенного сырья в случае реализации физикохимических технологий.
С развитием научно-технического прогресса и внедрением на предприятиях новых технологий добычи и обогащения на их баланс поступают специфические отходы производства. Так, с целью вовлечения в промышленную эксплуатацию руд, ранее складированных в отвалах и характеризующихся высоким, по современным оценкам, содержанием ценных компонентов, на Учалинском ГОКе была внедрена технология рентгенометрической покусковой сепарации.
Сепарационная установка позволяет выделить богатую (медьсодержащую) фракцию руды и отвальный продукт, направляемый для использования в гражданском строительстве. Несмотря на явные технико-экономические преимущества данной технологии, в цикле сепарации образуются отходы - просыпь сепарации, химический состав которых приведен в табл. 4.
Это некондиционная фракция по крупности, которая не может быть переработана ни рентгенометрической сепарацией, ни в цикле обогащения. Анализ данных таблицы 4 свидетельствует о высоком содержании ценных компонентов в просыпи. Так, наряду с медью - 0,5 %, в значительных количествах в просыпи содержатся: цинк - 1,86 %, селен - 26 г/т, теллур - 30 г/т, таллий в количестве 3,25 г/т, золото - 1 г/т, серебро
- 17,8 г/т.
При исследовании возможности перколяционного выщелачивания некондиционной фракции рентгенометрической сепарации было установлено, что реализация процесса кучного сернокислотного выщелачивания к такому виду сырья не применима без специальной подготовки, ввиду присутствия большого количества шламов (глинистых частиц), которые закупоривают межкусковые и межзерновые каналы и препятствуют проникновению выщелачивающего раствора в массив и, соответственно, диффузии вглубь куска.
Таблица 4
Гранулометрическая характеристика и распределение ценных компонентов по классам крупности в просыти рентгенометрической сепарации
(в - содержание элемента, є - распределение, %)
№ п/п Класс крупности, мм Масса класса, г Выход класса, % Медь Цинк Железо общее
Р,% £ Р,% £ р,% £
1 +30 85 4,25 0,22 1,84 0,77 1,76 17,27 1,84
2 -30+20 650 32,5 0,22 14,09 0,77 13,47 17,27 1,84
3 -20+10 375 18,75 0,70 25,87 2,88 29,07 22,11 44,85
4 -10+5 230 11,5 0,73 16,55 5,50 34,06 29,02 26,98
5 -5+3 155 7,75 0,57 8,71 2,02 8,43 21,42 12,92
6 -3+1 140 7 0,45 6,21 1,63 6,14 18,94 6,88
7 -1+0,5 65 3,25 0,47 3,01 1,54 2,69 21,85 6,49
8 -0,5+0,25 110 5,5 0,51 5,53 1,28 3,79 24,10 3,27
9 -0,25+0,071 8 0,4 0,49 0,39 1,22 0,26 23,93 5,31
10 - 0,71+0,044 53 2,65 0,57 2,98 1,44 2,05 26,95 0,45
11 -0,044 128 6,4 0,65 8,20 1,38 4,76 24,62 3,40
Итого: 2000 100 0,51 100 1,86 100 22,50 100
Для оценки оптимальной крупности материала для выщелачивания был проведен эксперимент, предусматривающий последовательный отсев тонких фракций, начиная с класса -0,25 мм: -0,25; -0,5, -1, -1,5; -2; -2,5; -3; -5 мм. При отсеве на сите надре-шетный продукт загружался в перко-лятор, куда подавался выщелачивающий раствор, затем замерялся коэффициент фильтрации и отслеживался характер движения раствора и равномерность орошения массива. Установлено, что благоприятные фильтрационные свойства и отсутствие кольматации имеет массив, сложенный фракцией +3 мм, поэтому для вовлечения просыпи рентгенометрической сепарации в промышленную эксплуатацию методом кучного выщелачивания необходимо включение в цикл переработки операции грохочения по классу 3 мм.
Подготовленная рудная масса была загружена в лабораторные перко-ляторы для исследования процесса выщелачивания при условиях, используемых для выщелачивания руд.
Установлено, что макрокомпонентами, достаточно эффективно извлекаемыми при выщелачивании просыпи раствором серной кислоты концентрацией 2 % являются медь, цинк и селен (рис. 4). Извлечение этих элементов в раствор за 60 суток составило, соответственно, 54 %, 41,5 % и 26 %.
Таким образом, из отходов обогащения и некондиционных отвальных руд возможно дополнительно извлечь в продуктивные растворы макроэлементы с получением дополнительной товарной продукции в виде рафинированной меди, цинковых концентратов методами гидрометаллургии, соединений железа. Учитывая полиэле-ментный состав техногенных отходов и продуктивных растворов их выщелачивания, целесообразно изучать процессы извлечения не только мак-ро, но и микроэлементов - редких и благородных металлов, рассеянных элементов.
В целом, проведенными исследованиями показана перспектива переработки техногенных отходов горно-
Селен Теллур Таллий Золото Серебро
Р,% £ Р,% £ Р,г/т £ Р,г/т £ Р,г/т £
0,0034 5,50 0,0029 4,16 3,79 4,95 0,60 2,55 5,90 1,46
0,0034 42,06 0,0029 31,80 3,79 37,87 0,60 19,50 5,90 11,16
0,0020 14,27 0,0028 17,71 2,56 14,76 1,00 18,75 23,30 25,43
0,0033 14,44 0,0022 8,54 1,47 5,20 2,00 23,00 55,40 37,08
0,0025 7,37 0,0022 5,75 2,94 7,00 1,00 7,75 16,70 7,53
0,0027 7,19 0,0022 5,20 3,04 6,54 0,80 5,60 13,40 5,46
0,0023 2,85 0,0021 2,30 3,31 3,31 1,40 4,55 12,90 2,44
0,0025 5,23 0,0034 6,31 3,52 5,95 0,60 3,30 13,40 4,29
0,0024 0,37 0,0032 0,43 3,72 0,46 0,80 0,32 10,50 0,24
0,0028 2,82 0,0038 3,40 4,33 3,53 1,20 3,18 13,00 2,01
0,0016 3,90 0,0049 10,58 3,31 6,51 1,00 6,40 18,60 6,93
0,0026 100 0,0030 100 3,25 100 1,00 100 17,18 100
Продолжительность выщелачивания, сут.
• Железо Селен
Медь —Д-
- Т еллур —I-
Цинк
Золото
- Серебро
обогатительного комбинатов, осваивающих месторождения медно-колчеданных руд. При этом стратегия комплексного освоения медно-колчеданных месторождений должна предус-
Рис. 4. Динамика выщелачивания ценных компонентов из просыпи рентгенометрической сепарации (некондиционная мелкая фракция отвальной руды)
матривать, наряду с комплексной разработкой и переработкой кондиционных руд, вовлечение в промышленную эксплуатацию некондиционных руд и техногенного сырья применением физико-химических геотехнологий, адаптированных к конкретным горно-геологическим условиям. шин
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------------------
Илимбетов А.Ф. - Администрация Хайбуллинского района, Башкортостан,
Радченко Д.Н. - ИПКОН РАН,
Абдрахманов И.А. - ОАО «Учалинский ГОК».
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 19 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Ж. Аренс.
