CC BY
103
ЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ:
! * * * * , № Л.П. Тигунов, 2000
УДК 622.341.2:541.2:622.7
Л.П. Тигунов
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ДОБЫЧИ, ОБОГАЩЕНИЯ И ПЕРЕДЕЛА КАРБОНАТНЫХ МАРГАНЦЕВЫХ РУД - ОСНОВА ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ
■
С распадом СССР в России сложилось чрезвычайное положение с обеспечением многих отраслей промышленности и сельского хозяйства, науки и здравоохранения минеральносырьевыми ресурсами, продуктами обогащения и переработки полезных ископаемых. Это произошло главным образом потому, что в период плановой экономики минерально-сырьевая база марганца создавалась на Украине, в Грузии и Казахстане, хромитов - в Казахстане, титана и циркония - в Казахстане и на Украине и т.д. Ни в одной стране мира металлургическая промышленность, а тем более качественная металлургия, не может успешно функционировать в условиях рынка без использования легирующих металлов, в том числе без марганца, хрома, ванадия, титана и др. металлов. В этом ряду ведущее положение занимает марганец - его оксиды, соединения и сплавы, около 90 % которых используется в черной металлургии в виде ферромарганца, си-ликомарганца и др. продуктов. Чрезвычайно важна роль марганца и его соединений в цветной металлургии и электротехнической промышленности. Наверное, каждый гражданин знает перманганат калия или "марганцовку", даже если страна не ведет кровопролитную войну. В доперестроечные годы с их "избыточным" производством сельское хозяйство и пищевая промышленность не получали достаточного количества марганцевых продуктов.
После 1991 г. все горнодобывающие марганцевые предприятия остались на Украине, в Грузии, Казахстане. По уровню добычи марганцевых руд СССР занимал второе место в мире. Эти предприятия строила вся страна -они оказались за границами России. Россия стала страной-импортером товарных марганцевых продуктов и продуктов их передела не только де-факто, но и де-юре. А это означает фактическую экономическую и политическую зависимость государства. Следует отметить, что на каждом конкретном месторождении запасы полезного ископаемого не только сокращаются со временем, но и, как правило, качество руд ухудшается. Это в полной мере относится к уникальному по запасам марганцевых руд Никопольскому бассейну и др. регионам СНГ. Все без исключения марганцевые руды СССР подлежали обогащению и, несмотря на принимаемые усилия, из них, за редким исключением, не удавалось получать концентраты, отвечающие мировым стандартам по содержанию марганца, фосфора, кремнезема, железа и др. металлов (элементов). Структура запасов марганцевых руд в СССР кардинально отличалась от таковой зарубежных стран - основных производителей марганцевых продуктов: в балансе марганцевых руд СССР на 01.01.91 г. легкообогати-мые окисные и окисленные руды составляли 17.4 %, карбонатные и карбонатно-силикатные - 73.5 %,
остальные 9.1 % - так называемые труднообогатимые руды - балансом не учитываются. Кроме того, содержание марганца в недрах стран дальнего зарубежья, даже в карбонатных и карбонатно-силикатных рудах, в 1.5-2 раза выше, чем в рудах месторождений бывшего СССР. Одним из главных "вредных" компонентов в марганцевых рудах является фосфор. В виде акантита и других минералов фосфор постоянно присутствует в месторождениях марганца Украины и Грузии в количестве 0.2-0.3 % и больше, что совершенно неприемлемо для черной металлургии. И только в рудах Казахстана содержится фосфора менее 0.15 %. В рудах стран дальнего зарубежья обычное содержание фосфора меньше 0.1 %; за редким исключением эти руды не требуют глубокого обогащения, что обязательно для руд марганцевых месторождений бывшего СССР. Но даже глубокое обогащение механическими способами не приводит, как правило, к желаемым результатам и влечет за собой значительные издержки при производстве ферросплавов. В структуре балансовых запасов марганца России так называемые трудно-обогатимые карбонатные руды (на 01.01.99) составляют 90.84 %, труднообогатимые окисленные руды - 4.47 %, и только 4.66 % -запасы легкообогатимых низкофосфористых окисных руд. При реализации прогнозных ресурсов баланс может быть улучшен за счет разведки легкообогатимых окисленных и окисных руд с низким содержанием фосфора (менее 0.15 %).
Уже в 1998 г. Россия импортировала товарные марганцевые руды и ферросплавы более чем на 200 млн. долл.США. В 1999 г. в России наметилась тенденция увеличения производства в черной и цветной металлургии, в некоторых других отраслях промышленности, что неизбежно повлечет за собой увеличение импорта марганцевых продуктов. К тому же повышаются импортные цены на товарную руду и марганцевые ферросплавы.
Создание конкурентоспособной продукции - другого выхода России на мировой уровень нет. Ка-
чество товара во многих, если не в большинстве, отраслях зависит в значительной мере от качества сырьевых минеральных ресурсов. Если природа не создала на территории России месторождений марганца с рудами высокого качества, гражданская обязанность всех специалистов, причастных к этой проблеме, найти достойный выход из существующего положения и вывести страну из минерально-сырьевой и экономической, а также политической зависимости от стран ближнего и дальнего зарубежья. Усилиями ученых и практиков-геологов, обогатителей, физиков, химиков, горняков, буровиков и металлургов удалось с использованием высоких технологий создать базовое направление для обеспечения отечественных предприятий марганцевыми продуктами высокого качества - мирового уровня.
В разработке техники и технологии новых способов добычи, обогащения и переработки по-существу некондиционных марганцевых руд России с получением продукции высокого качества особая роль принадлежит ВИМСу, ВНИИХТу, МГГА, НВП "Центр-ЭСТАгео" (г. Москва), Уралмеханоб-ру, Уральскому институту металлов (г. Свердловск-Екатеринбург) и ряду других организаций. Стратегия этих исследований разрабатывалась МПР России, РАЕН, Минэкономики РФ. В то же время МПР России настойчиво ведет поиск месторождений с богатыми и лег-кообогатимыми окисными и окисленными рудами марганца в различных районах страны.
По данным ИМЕТ им. Байкова черной металлургии страны потребуется в 2000 г. около 400 тыс. т марганцевых сплавов или 1.2-1.3 млн. т товарной руды с содержанием 37-40 % марганца. Маркетинг, проведенный Уральским ИМ, показал текущую потребность в ферросплавах (марганца) в количестве 546 тыс. т. С учетом потребностей других отраслей промышленности текущая потребность в товарной руде может быть определена в 1.5 млн. т (в расчете на концентрат с содержанием 40 % марганца или 1.2 млн. т с содержанием 50% металла). По-
следнее требование удовлетворяет техническим условиям электротехнической промышленности: 30 тыс. т с содержанием Мп не менее 42 % и Мп02 не менее 72.5 %. Для производства химических источников тока (ХИТ) электролитический диоксид марганца (ЭДМ) предпочтительнее природного, химический (ХДМ) лучше ЭДМ. Электролитический содержит 60-61 % марганца, химический - 63-65 %; последний является предметом импорт по цене 150 долл. США за 1 т (из стран дальнего зарубежья).
Традиционными методами обогащения из карбонатных руд России и СНГ получают концентраты 1-го сорта с содержанием марганца 28-30 % при содержании в исходной руде 20-22 %. При этом содержание фосфора и кремнезема несколько увеличивается. Из окисленных руд с небольшим содержанием пиролюзита получают промпродукты с содержанием марганца 30-36 % и (или) концентраты с 37-48 % марганца и, как правило, высоким содержанием фосфора и кремнезема, а также железа. Выход концентратов перок-сидного типа с содержанием марганца 50 % и больше редко достигает 5-6 % (от исходной руды).
В этой ситуации был выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых определилось главное направление использования отечественной минеральносырьевой базы марганца с получением продукции высокого качества - мирового уровня.
Основным результатом работ следует считать гидрометаллургический способ обогащения и передела труднообогатимых окисленных и карбонатных марганцевых и желе-зо-марганцевых руд, в том числе комплексного состава (с никелем, кобальтом, литием, бором, золотом, серебром и др. металлами).
Особое место в этом ряду занимают карбонатные руды, запасы которых в России составляют около 90 % промышленных категорий.
С использованием сернокислотного способа обогащения (переработки) бедных карбонатных руд (18-22 % марганца) и концентратов (26-30 % марганца) полу-
чены растворы с 8-10 % и больше марганца, которые используются для производства карбоната марганца (с 50 % металла), ЭДМ (6061 % марганца) и ХДМ (63-65 % марганца), марганец металлический. Комплексные руды перерабатывались серной, соляной, азотной кислотой с извлечением марганца, никеля, кобальта более 80 % каждого. Если карбонатные руды залегают среди доломитов, то из раствора можно извлекать оксид магния, в случае присутствия значительного количества железа получают оксид железа, который может использоваться в качестве природного железосодержащего пигмента. Таким образом, казалось бы моно- или бимине-ральные марганцевые руды становятся комплексным минеральным сырьем, позволяющим извлекать и реализовать 5-6 товарных дефицитных в России продуктов, кроме них можно получать также дефицитный в России перманганат калия. Содержание фосфора в конечных товарных продуктах находится на уровне 0.08-0.02 % и ниже, т.е. отвечает мировым требованиям к марганцевым продуктам высокого качества. По существу, создана малоотходная технология передела (использования) карбонатных и окисленных руд (промпродуктов).
Наиболее крупные запасы карбонатных руд разведаны на Усин-ском месторождении в Кемеровской области, Порожинском в Красноярском крае, Утхумском в Иркутской области, в месторождениях Полуночной группы в Свердловской области, на Парнокском месторождении в республике Коми. При этом на Усинском месторождении открытым способом можно отработать не более 40 % карбонатных руд, на Порожинском не более 10 %, на Парнокском и на месторождениях Полуночной группы - не более 5 % таких руд. Только из руд Усинского месторождения возможно получение карбонатных концентратов относительно высокого качества (37-39 % марганца) с использованием рентген-люминесцентного метода (ВИМС, 1999): это обусловлено существенно родохрозитовым составом руд месторождения.
Из руд существенно мангано-кальцитового и кальцит-родохрозитового состава физикомеханическими способами можно получать товарные продукты с содержанием марганца не выше 3031 %. Подземная отработка карбонатных руд России при расчете на текущие и перспективные цены оказывается убыточной. В то же время условно балансовые запасы карбонатных руд России -134.5 млн. т - со средним содержанием марганца 19.76 %, представляются достаточными для удовлетворения потребности предприятий страны на ближайшие 25-30 лет. Для этого предлагается построить рудники подземного выщелачивания марганца с использованием скважин - рудники СПВ - в первую очередь в Свердловской области на Урале, на Парнокском месторождении в Республике Коми, на Порожин-ском и Mазульском месторождениях в Красноярском крае. После отработки карбонатных руд верхних горизонтов Усинского место-
рождения в Кемеровской области открытым способом (~30 млн. т), залегающие ниже уреза р. Усы руды предлагается отработать способом СПВ (~60 млн. т). Капитальные вложения на строительство рудников СПВ ниже, чем на сооружение карьеров и шахтных комплексов сопоставимой глубины (ВНИИХТ, MT^, ВИMС), значительно ниже и годовые эксплуатационные затраты, качество же получаемых продуктов несравнимо выше, шире ассортимент реализуемых товарных продуктов. В 2000-2001 г. можно построить опытные рудники СПВ на Парнокском, Ивдельском (Свердловская область) и Порожинском месторождениях, до 2005 г. - промышленные предприятия СПВ. Для месторождений карбонатных руд марганца на Урале СПВ - это очевидно основной способ их отработки, т.к. строительство шахт - предприятие убыточное (ВИMС, 1999).
Строительство рудников СПВ на месторождениях карбонатных руд России не исключает исполь-
зования иных способов отработки окисленных и окисных руд - открытого (карьером) и СГД (скважинной гидродобычи).
Представляется экономически выгодным не подвергать глубокому обогащению окисленные труд-нообогатимые руды, добытые в карьерах и на рудниках СГД: промпродукты, полученные из них, целесообразно подвергнуть гаус-манитовому способу обогащения с последующим гидрометаллургическим переделом для получения товарных марганцевых продуктов высокого качества (марганца -более 50 %, фосфора менее 0.15 %).
Такая стратегия использования минерально-сырьевой базы марганца России позволит уже в 2010 г. полностью отказаться от импорта этого дефицитного продукта, а в дальнейшем перейти к его экспорту в страны Западной и Восточной Европы, Азии и Америки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аренс В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых. 3. Смирнов Л.А., Тигунов Л.П. Марганец в своем отечест-
М. Недра. 1986. 279 с. ве. Металлы Евразии. № 6, 1999, С. 20-23
2. Лаверов Н.П., Абдульманов И.Г., Бровин К.Г. и др. Подземное выщелачивание полиэлементных руд. М. Изд-во Академии горных наук, 1998. 446 с.
