CC BY
68
DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2019.11.4.50-55 УДК 622.7
ОБЩИЕ КРИТЕРИИ ВЫБОРА И ВИДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНЫХ РУД
А. В. Орлова, В. А. Таранов
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», г. Санкт-Петербург
Аннотация
Дан обзор критериев, которые влияют на выбор технологических схем переработки медной руды. Представлена классификация медных руд в зависимости от геолого-промышленного типа горного сырья. Рассмотрены успешно применяемые и перспективные методы переработки сульфидных и окисленных медных руд. Помимо флотационного обогащения также освещены альтернативные методы и способы обогащения медной руды в связи с постепенным снижением металла разрабатываемых месторождений. Ключевые слова:
медная руда, окисленность, флотация, выщелачивание, концентрат.
GENERAL SELECTION CRITERIA AND TYPES OF TECHNOLOGICAL SCHEMES FOR THE PROCESSING OF COPPER ORES
Anna V. Orlova, Vadim. A. Taranov
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg
Abstract
Keywords:
A review of the criteria for choosing technological scheme for copper ore beneficiation is presented. The review presents the classification of copper ores depending on the geological and industrial type of ore. Successfully applied and promising methods for processing sulfide and oxidized copper ores are considered. With the gradual deterioration in the quality of mined copper ore, other methods and technics except flotation are used to obtain a concentrate of a given quality.
copper ore, oxidation, flotation, leaching, concentrate.
Введение
Медные руды представляют большой интерес в промышленности. Медь применяют в машиностроении, судостроении, строительстве, в ювелирном производстве и других отраслях экономики. В связи с этим выбор технологической схемы обогащения медной руды играет важную роль в процессе получения медного сырья в виде концентрата или готового металла. Выбор схемы переработки руды, в свою очередь, зависит как от свойств самой руды, так и от развития науки и техники. Разнообразие технологических схем переработки обусловлено большим числом типов медных руд.
Целью данной статьи является обзор и классификация критериев выбора технологической схемы переработки медных руд. Критерии были выделены на базе анализа применяемых технологических схем для определенных типов руд.
Обзор литературы
Россия занимает третье место по величине сырьевой базы меди после Чили и Перу. Российская сырьевая база меди традиционно базируется на объектах сульфидного медно-никелевого, медноколчеданного и стратиформного геолого-промышленных типов [1]. Основные месторождения меди сосредоточены в Красноярском, Забайкальском и Хабаровском краях, Мурманской, Челябинской, Свердловской и Оренбургской областях, республиках Башкортостан и Тыва, Чукотском автономном округе, основные характеристики этих месторождений представлены в табл. 1.
äs §
1
о-
о «
С
(\) С
Ж -С
ж с
(\) С
-г:
то
ж
2
а
£ 5!
-и
Ьо
Таблица 1 Table 1
Основные медные месторождения / Major copper deposits
Месторождение (субъект РФ) Deposit (subject of the RF) Геолого-промышленный тип Geological and industrial type Запасы, тыс. т Reserves, thousand tons Доля в запасах РФ, % Share in the reserves of the RF, % Содержание меди в руде, % Copper content in the ore, % Добыча за 2016 г., тыс. т Production for 2016, thousand tons
A+B+Ci c2
Октябрьское (Красноярский край) Oktyabr'skoye (Krasnodar Krai) Сульфидный медно-никелевьгй Sulfide copper nickel 14091,7 5497,3 20,1 1,9 319,6
Талнахское (Красноярский край) Talnakhskoye (Krasnoyarsk Krai) 7677,5 2660,5 10,6 1,1 83
Норильск I (Красноярский край) Norilsk I (Krasnoyarsk Krai) 948,7 839,5 1,8 0,42 8
Ждановское (Мурманская обл.) Zhdanovskoe (Murmansk region) 703,8 226,3 1 0,31 12,6
Быстринское (Забайкальский край) Bystrinskoe (Zabaykalsky Krai) Скарновый медно-магнетитовый Skarn copper magnetite 1711,2 352,2 2,1 0,78 7,6
Гайское (Оренбургская обл.) Gaiskoye (Orenburg Region) Медно-колчеданный Copper pyrite 4288,9 478,5 4,9 1,3 69
Михеевское (Челябинская обл.) Mikheevskoe (Chelyabinsk region) Медно-порфировый Copper-porphyry 1054,5 296,1 1,4 0,41 73,6
Томинское (Челябинская обл.) Tominskoe (Chelyabinsk region) 1206,3 1418,7 2,7 0,41 Проект Project
Юбилейное (Республика Башкортостан) Yubileynoye (Republic of Bashkortostan ) Медно-колчеданный Copper pyrite 1274,7 45,7 1,4 1,67 10,7
Подольское (Республика Башкортостан) Podol'skoye (Republic of Bashkortostan) 1701,3 16,7 1,8 2,11 Проект Project
Удоканское (Забайкальский край) Udokanskoye (Zabaykalsky Krai) Медистые песчаники Copper sandstones 16864 3232 20,6 1,25 Проект Project
Малмыжское (Хабаровский край) Malmyzhskoe Khabarovsk Krai Медно-порфировый Copper-porphyry 1271 3885,4 5,3 0,33 Проект Project
Песчанка (Чукотский AO) Peschanka (Chukotka AO) 2606,2 1124,5 3,8 0,83 Проект Project
Ак-Сугское (Республика Тыва) Ak-Sugskoye (Tyva Republic) 3121,2 512,1 3,7 0,67 Проект Project
Волковское (Свердловская обл.) Volkovskoe (Sverdlovsk region) Ванадиево-железо-медный Vanadium iron copper 1594,5 153,4 1,8 0,63 4,3
0
01
В
к
CD
тЗ К н
(В
ъ
К К (Я
Е
о\
о
ъ
р
(Я
к Й Е
н си
X
я о и о ч к л св о
я
о
(В
Я
(В
ъ
(В
ъ р
Ol
о
Й к
(В й X tг
По качественной характеристике медные руды разделяются следующим образом: весьма богатые — с содержанием меди более 3-5 %; богатые — содержащие более 2 % меди (для руд медно-порфировых месторождений — более 1 %); среднего качества (рядовые) — с содержанием меди более 1 % (для руд медно-порфировых месторождений — более 0,4 %); бедные — содержащие от 0,7 до 1 % (для руд медно-порфировых месторождений — менее 0,4 %) [2].
В большинстве промышленных месторождений медь присутствует в виде сульфидных соединений. Известно свыше 200 медьсодержащих минералов, из них промышленное значение имеют только 15 (табл. 2). Около 90 % мировых запасов и добычи меди приходится на четыре сульфида — халькопирит, борнит, халькозин и кубанит [2].
Таблица 2 Table 2
Главнейшие минералы меди [2] The main minerals of copper [2]
Минерал Mineral Химический состав (формула) Chemical composition (formula) Содержание меди, % The copper content, % Плотность, г/см3 Density, g/cm3
Халькопирит / Chalcopyrite CuFeS2 34,5 4,1-4,3
Борнит / Bornite Cu5FeS4 52-65 4,9-5,2
Халькозин / Chalcosine Cu2S 79,8 5,5-5,8
Кубанит / Cubanite CuFe2S3 22-24 4,0-4,2
Блеклые руды / Fahlore 3Cu2S(Sb, As)2S3 22-53 4,4-5,1
Энаргит / Enargite Cu3AsS4 48,3 4,4-4,5
Ковеллин / Covellite CuS 66,5 4,6-4,7
Малахит / Malachite CuCO3-Cu(OH)2 57,4 3,9-4,1
Азурит / Azurite 2CuCO3-Cu(OH)2 55,3 3,7-3,9
Хризоколла / Chrysocolla CuSiO3-2ftO 32,8-40,3 2,0-2,3
Брошантит / Broshantite CuSO4-3Cu(OH)2 56,2 3,8-3,9
Атакамит / Atacamite CuCh3Cu(OH)2 59,5 3,7-3,8
Куприт / Cuprite Cu2O 88,8 5,8-6,1
Тенорит / Tenorite CuO 79,9 5,8-6,4
Самородная медь Native copper Cu 88-100 8,5-8,9
По степени окисления руды медных месторождений подразделяются на сульфидные, смешанные и окисленные. Критерием для отнесения руд к тому или иному типу служит содержание меди в оксидной форме: для сульфидных руд — до 10 %, смешанных — 11-50 %, окисленных — более 50 %; для каждого месторождения эта цифра уточняется в процессе технологических исследований [2].
Выбор схемы переработки зависит от вещественного состава руды, характера вкрапленности сульфидных минералов, степени окисленности.
Применяемые и перспективные схемы переработки
Сульфидные руды в основном перерабатывают флотационным методом. Применяются коллективно-селективная и селективная схема флотации.
Для медно-порфировых руд используют коллективные схемы флотации. В некоторых случаях коллективный концентрат подвергается пропарке и обжигу с последующим выщелачиванием. Перспективным методом является извлечение молибденита из медных сульфидных концентратов обратной флотацией, другой способ предполагает предварительную электрообработку рудной пульпы для избирательной депрессии минералов путем подбора материала электродов [3].
Из халькопирит-борнит-халькозиновых руд месторождений медистых песчаников и кварцево-халькопиритовых руд жильных месторождений медьсодержащие минералы хорошо извлекаются прямой флотацией. Однако при наличии на месторождении комплексных разновидностей руд, содержащих свинец и цинк, требуются более сложные комбинированные схемы селективной и коллективно-селективной флотации [2].
Сплошные медно-колчеданные руды обычно перерабатываются по схемам селективной флотации с получением медного, цинкового и пиритного концентратов. В голове процесса флотируют сульфиды меди при депрессии сфалерита и пирита, затем из хвостов медной флотации после активации сфалерита медным купоросом флотируют цинк [2]. Пиро-и гидрометаллургическая переработка, включающая хлорирующий и сульфатизирующий обжиг, является перспективным методом переработки хвостов коллективной сульфидной флотации [3]. Первая стадия состоит из процесса хлорирующего или сульфатизирующего обжига, вторая — включает гидрометаллургическую переработку огарка. Для проведения данных методов переработки необходим высокий температурный режим. Метод переработки хвостов флотации позволяет эффективно извлекать медь из нефлотируемых минералов.
Вкрапленные медно-цинковые и полиметаллические колчеданные руды перерабатываются преимущественно по комбинированным коллективно-селективным схемам с получением коллективных концентратов и последующей их селекцией, которая осуществляется по цианидному или безцианидному способу. Цианидное разделение проводится с использованием смеси цианида с цинковым купоросом.
Халькопирит-магнетитовые (скарновые) и борнит-пирротин-магнетитовые (ванадиево-железо-медные) руды перерабатываются по комбинированным схемам, включающим флотацию минералов меди и магнитную сепарацию магнетита [2].
При переработке окисленных медных руд обычно применяют флотационный метод. Наиболее перспективным направлением переработки подобных руд является кучное выщелачивание.
Сущность выщелачивания состоит в переводе металлов из минералов в растворы, а затем в товарные осадки посредством физико-химической реакции. Данная технология исключает затраты на выпуск, доставку горной массы, рудоподготовительные процессы, поэтому требует меньше трудозатрат, энергоресурсов и технических материалов [4].
Окисленные и смешанные руды обогащаются значительно хуже, чем сульфидные, особенно те, что содержат медь в силикатной форме. Их переработка осуществляется флотационными, комбинированными и гидрометаллургическими методами. Флотация проводится после предварительной сульфидизации окисленных минералов сернистым или гидросернистым натрием. Из комбинированных методов наибольшее распространение получил метод Мостовича, который включает выщелачивание окисленной меди серной кислотой, осаждение (цементацию) меди, перешедшей в раствор, металлическим железом и флотацию цементной меди [2]. Другой вариант комбинированной схемы включает флотационное обогащение с последующим выщелачиванием концентрата флотации с последующим извлечением меди из раствора.
В настоящее время в области обогащения медных руд проводятся исследования по повышению показателей качества и извлечения концентратов.
В статье [5] рассматривается влияние высокоинтенсивного кондиционирования пульпы между стадиями основной сульфидной флотации тонких и ультратонких частиц и основной-перечистной сульфидной флотации как подготовительной операции. Применение данной операции позволяет повысить извлечение (на 17 %) и содержание меди (на 3,6 %) при низких расходах реагента. Повышение качественных показателей вызвано наличием в свежем потоке, поступающем на контактирование перед операцией основной-перечистной сульфидной флотации, извлекаемых гидрофобных минералов.
В работе [6] дана оценка современного состояния вопроса влияния крупности измельчения полиметаллической сульфидной руды на электрохимические параметры процесса подготовки пульпы перед промежуточной стадией флотации. Контроль с помощью электрохимических параметров позволяет расширить информационную базу при диагностике технологических свойств руды, а также количественно оценить значение электрохимических параметров пульпы, выявить факторы, отрицательно влияющие на технологический процесс.
Различные условия измельчения оказывают влияние на флотацию медных руд. Показатели флотации зависят также от способа и степени измельчения, которые связаны с минералогическим составом руд [7].
В работах [8-10] дана оценка современного состояния сульфидных руд и приведены особенности их подготовки для флотационного извлечения металлов.
Алгоритм априорного выбора технологии обогащения руд
Л. А. Барский и Л. М. Данильченко предложили алгоритм априорного выбора технологии обогащения руд. В основе алгоритма выбора технологии лежат данные геолого-минералогического опробования. По геологическим данным определяют генетический тип руды, ее текстурно-морфологические свойства, минеральный комплекс, после этого устанавливают существующие перспективные методы обогащения данной руды и выбирают предприятия-аналоги. Параллельно проводят анализ обогатимости входящих в комплекс минералов. На базе полученных априорных данных выбирают несколько технологических схем для экспериментальной проверки [3].
Заключение
В основу выбора технологической схемы переработки положены следующие общие критерии: характеристика геолого-промышленного типа руды; текстурно-структурные особенности руды; форма нахождения полезных компонентов; присутствие элементов-примесей; степень окисления; присутствие тонкодисперсных и легкорастворимых минералов; физические свойства минералов и руд; геологические факторы.
Ввиду того что в мировой практике обогащения используется большое количество различных химических реагентов, применяемых при извлечении меди, а также существует широкий выбор технологического оборудования, выбор схем обогащения медной руды зависит от увязки рассмотренных критериев с современными технологиями. Выполнение данной задачи эффективным образом видится в тесной комбинации технологических исследований медных руд и компьютерного моделирования технологии извлечения.
Применение такого инструмента, как моделирование технологических схем переработки медных руд в программных пакетах, позволяет подобрать по определенным критериям и свойствам руды наиболее оптимальную технологию обогащения для конкретно рассматриваемой руды, имея на выходе типоразмер основного обогатительного оборудования. В свою очередь, процессы моделирования не отменяют проведения лабораторных и полупромышленных испытаний, а лишь корректируют их с целью получения исходных данных для моделирования. Финальным и обязательным критерием выбора технологической схемы остается экономическая составляющая.
ЛИТЕРАТУРА
1. О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2016 и 2017 гг.: гос. докл. / М-во природных ресурсов и экологии Российской Федерации. М., 2018. 372 с. 2. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Медные руды / ФГУ ГКЗ. М., 2007. 39 с. 3. Авдохин В. М. Основы обогащения полезных ископаемых: учебник для вузов: в 2 т. Т. 2. Технологии обогащения полезных ископаемых. 4-е изд., стер. М.: Горная книга, 2017. 312 с. 4. Исмаилов Т. Т. Специальные способы разработки месторождений полезных ископаемых: учебник для вузов. М.: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2008. 331 с. 5. Tabosa E., Rubio J. Flotation of Copper Sulphides Assisted by High Intensity Conditioning (HIC) and Concentrate Recirculation // Minerals Engineering. 2010. №. 23 (15). Р. 1198-1206. 6. Alexandrova T. N., Romanenko S., Arustamian K. M. Electrochemistry Research of Preparation Slurry before Intermediate Flotation for Sulfide-Polimetallic Ores // 17th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2017.Conference Processing (Albena, Bulgaria, 29.06 — 05.07.2017). 2017. Vol. 17. P. 841-848. 7. Long Liu H, Corin K. C, O'Connor C. T. A Study of the Effect of Grinding Environment on the Flotation of Two Copper Sulphide Ores // Minerals Engineering. 2018. Vol. 122. 8. Aleksandrova T., Romanenko S., Arustamian K. Research of Slurry Preparation before Selective Flotation for Sulphide-Polymetallic Ores // IMPC 2018, 29th International Mineral Processing Congress. 2018. Р. 2071-2078. 9. Supergene Oxide-Silicate Nickel Deposits: Mineral-Geochemical Composition and Peculiarities of Processing / I. V. Talovina [et al.]// Eurasian Mining. 2017. №. 1. P. 21-24. DOI: 10.17580/em.2017.01.06. 10. Александрова Т. Н., Ромашев А. О., Семенихин Д. Н. Минералого-технологические аспекты и перспективные методы интенсификации обогащения сульфидной золотосодержащей руды // Металлург. 2015. № 4. С. 53-59.
Сведения об авторах
Орлова Анна Вячеславовна — аспирант кафедры обогащения полезных ископаемых Санкт-Петербургского горного университета E-mail: [email protected]
Таранов Вадим Александрович — кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых Санкт-Петербургского горного университета E-mail: [email protected]
Author Affiliation
Orlova Anna V. — Postgraduate of the Department of Mineral Processing of the Saint Petersburg Mining University
E-mail: [email protected]
Vadim A. Taranov — PhD (Engineering), Associate Professor of the Saint Petersburg Mining University E-mail: [email protected]
Библиографическое описание статьи
Орлова, А. В. Общие критерии выбора и виды технологических схем переработки медных руд / А. В. Орлова, В. А. Таранов // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2019. — № 4 (11). — С. 50-55.
Reference
Orlova Anna V., Taranov V. A. General Selection Criteria and Types of Technological Schemes for the Processing of Copper Ores. Herald of the Kola Science Centre of RAS, 2019, vol. 4 (11), pp. 50-55. (In Russ.).
