CC BY
148
Корюков Владимир Николаевич
кандидат технических наук, доцент, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина,
г. Екатеринбург, Россия
bibanaeva@mail.ru
Bibanaeva Svetlana Aleksandrovna
Researcher, Federal State Government-Financed Research Institution Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS,
Yekaterinburg, Russia
bibanaeva@mail.ru
Pasechnik Liliya Aleksandrovna
PhD (Chemistry), Federal State Government-Financed Research Institution Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia pasechnik@ihim.uran.ru Skachkov Vladimir Mikhailovich
PhD (Chemistry), Federal State Government-Financed Research Institution Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch
of the RAS, Yekaterinburg, Russia
vms@weburg.me
Sabirzyanov Nail Adelebich
Dr. Sc. (Engineering), Federal State Government-Financed Research Institution Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia sabirzyanov@ihim.uran.ru Lebedeva Elvira Mikhailovna
Leading Engineer, Federal State Government-Financed Research Institution Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch
of the RAS, Yekaterinburg, Russia
bibanaeva@mail.ru
Koryukov Vladimir Nikolaevich
PhD (Engineering), Associate Professor, Ural Federal University Named after the First President of Russia B. N. Yeltsin,
Yekaterinburg, Russia
bibanaeva@mail.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.821 -824 УДК 622.7
ХВОСТЫ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД АО «КОЛЬСКАЯ ГМК» И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Ю. Л. Денисова, А. В. Светлов
Институт проблем промышленной экологии Севера — обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты, Россия
Аннотация
Рассмотрены проблемы складирования, хранения, опасности для окружающей среды и возможные пути использования медно-никелевых хвостов обогащения подразделения АО «Кольская горно-металлургическая компания» (Кольская ГМК) в г. Заполярный. Ключевые слова:
медно-никелевые хвосты обогащения, флотация, грануляция, кучное выщелачивание, геохимические барьеры.
COPPER-NICKEL ORE DRESSING TAILINGS OF KOLSKAYA MMC, JSC AND POSSIBLE USING WAYS Yu. L. Denisova, A. V. Svetlov
Institute of North Industrial Ecology Problems — Subdivision of the Federal Research Centre "Kola Science Center of the RAS", Apatity, Russia
Abstract
The problems of storing, keeping, environmental hazards and possible ways of using copper-nickel ore dressing tailings of Kolskaya Mining and Metallurgical Company, JSC (Kola MMC) in town of Zapolyarny, have been considered. Keywords:
copper-nickel ore dressing tailings, flotation, granulation, heap leaching, geochemical barriers.
Экологическая опасность хвостов обогащения сульфидных руд заключается в загрязнении окружающей среды за счет фильтрации поровых растворов через тело дамбы и дно хвостохранилища. Также стоит отметить и
размерные характеристики подобных объектов: они уступают по площади вскрышным породам, но все равно требуют изъятия значительной площади из естественной природной среды. На примере производственной площадки в г. Заполярный, АО «Кольская горно-металлургическая компания» (Кольская ГМК), по отчетной информации [1], хвостохранилище медно-никелевых руд занимает площадь порядка 1033 га. Общие запасы данного вида техногенных отходов составляют свыше 160 млн т., приблизительное среднее содержание, %: никель — 0,16; медь — 0,08. Хвостохранилище обогатительной фабрики № 1 (ОФ) образовано в 1965 г., годовой прирост составляет около 7 млн т.
Тип минеральных ассоциаций является одним из наиболее значимых факторов, определяющих скорость и последствия окислительных процессов в сульфидсодержащих отходах. Статистический анализ показал, что по соотношению в составе горнопромышленных отходов сульфидов и нерудных минералов все месторождения подразделяются на две неравные группы [2]. Первая — месторождения, в составе руд которых главную роль играют сульфиды железа, а общее содержание сульфидов сопоставимо с суммарным содержанием нерудных минералов (около 10 % от общего числа проанализированных месторождений). Хвосты обогащения таких руд характеризуются высоким содержанием сульфидов. К этой группе относятся колчеданные руды (главным образом, медные или полиметаллические). Вследствие высокого содержания сульфидов независимо от состава нерудной части горнопромышленных отходов, благодаря образующимся в процессе окисления сульфидов железа кислым солям и свободной серной кислоте, поровые растворы будут характеризоваться устойчивой кислой реакцией. Вторая группа — месторождения, в хвостах обогащения руд которых содержания сульфидов составляют доли процента или первые проценты. Состав нерудных минералов будет определять величину рН поровых растворов, соотношение в них сульфат- и гидрокарбонат-ионов. Нерудные компоненты в значительной степени определяют интенсивность, последовательность окисления сульфидов и в конечном итоге экологическую опасность отходов.
Первоначально всегда возникает вопрос о возможности включить отходы в переработку посредством существующих технологических схем, задействованных на производственной площадке. Данный тип переработки позволяет снизить опасность отходов, посредством доизвлечения тяжелых металлов, оставив после только песок мелкой фракции, который затем можно направлять на производство строительных материалов. В лабораторных условиях выполнена флотация текущих хвостов обогащения Кольской ГМК, было применено две схемы (максимально близких к производственным режимам):
1) измельчение хвостов в шаровой мельнице до 90 % класса -71 мкм с последующей флотацией;
2) обесшламливание хвостов на гидроциклоне по классу 20 мкм, доизмельчение песков гидроциклона до 90 % -71 мкм с последующей флотацией.
Для первой схемы, содержащей одну операцию флотации, расход реагентов был следующим: медный купорос — 30 г/т; БКс (бутиловый ксантогенат) — 160 г/т; МИБК (метилизобутилкарбинол) — 70 г/т.
Вторая схема включала три операции, для которых расход реагентов составил:
флотация 1: медный купорос — 30 г/т; БКс — 100 г/т, МИБК — 50 г/т;
1-я контрольная флотация: БКс — 50 г/т, МИБК — 20 г/т;
2-я контрольная флотация: БКс — 50 г/т, МИБК — 20 г/т..
Результаты флотации хвостов обогащения медно-никелевых руд показали: в первой схеме извлечение N1 и Си в концентрат составило 33,7 и 44 % соответственно; вторая схема показала более высокие значения — 41,2 и 58,6 %. Для анализа причин недостаточного извлечения никеля и меди в концентрат, особенно по первой схеме, выполнено детальное исследование концентрата и хвостов флотации. Основу концентрата составляют обломки нерудных минералов с включениями сульфидов. Присутствуют магнетит, хромит, ильменит. Среди сульфидов преобладает пирротин, в подчиненном количестве присутствует пентландит. Отмечены халькопирит, ковеллин, единичные зерна пирита. По сравнению с концентратом, в хвостах значительно меньше сульфидов. Основная масса хвостов представлена обломками нерудных минералов с мелкими включениями сульфидов и магнетитом. Анализ показывает, что для более полного извлечения рудных минералов в концентрат необходимо совершенствование схем флотации, более тонкое измельчение и применение селективной флокуляции сульфидов. Вместе с тем полученные концентраты пригодны для последующей гидрометаллургической переработки.
Следующим шагом в поиске возможностей использования такого вида отхода, как хвосты обогащения медно-никелевых руд, являются технологии кучного выщелачивания [3]. Здесь стоит отметить ряд объективных трудностей. При переработке тонкодисперсных техногенных продуктов или природного сырья с высоким содержанием слоистых гидросиликатов (глинистых минералов) возникают проблемы кольматации, приводящие к ухудшению проницаемости штабеля выщелачивающими растворами и к остановке процесса. Данные явления наблюдаются при хранении хвостов обогащения медно-никелевых руд. Появление в лежалых хвостах хлоритов, а также смешаннослойных образований с чередованием хлоритовых и смектитовых слоев приводит к образованию глиноподобных искусственных грунтов и снижению коэффициента фильтрации более чем в 100 раз. Одним из путей решения этой проблемы является грануляция материала с использованием вяжущих. Наиболее часто в качестве вяжущих применяют известь и портландцемент. С учетом избытка производимой предприятиями Кольской ГМК серной кислоты и проблем с ее реализацией, представляется перспективным процесс гранульной сульфатизации, где серная кислота используется в качестве связующего [4].
Гранулы были получены при соотношении Т : Ж = 3 : 1. В качестве связующего применяли 10 %-й раствор H2SO4. Диаметр гранул для испытаний составил 0,8-1 см. Хвосты содержали, %: Ni 0,17, Cu 0,07, Co 0,01. Перколяционное выщелачивание вели 1%-й серной кислотой в колонках диаметром 45 мм и высотой 0,2 м в течение 110 сут. Предварительно проводили влагонасыщение гранул водой. Загрузка гранул составляла 150 г. Пауза между орошениями составляла 2-3 сут, объем подаваемой кислоты — 25 мл. Динамика выщелачивания металлов в эксперименте свидетельствует, что процесс протекает достаточно интенсивно. Концентрации никеля в растворе стабильны и находятся в диапазоне 0,1-0,35 г/л. Эти показатели приемлемы для промышленной реализации метода при условии оборота растворов. С учетом растворения части силикатных минералов концентрации железа достигают 0,9 г/л. Таким образом, необходима проработка технических решений селективного удаления железа из продуктивных растворов. Обращают на себя внимание относительно высокие концентрации меди. Показатели для кобальта также достаточно стабильны. Кинетика выщелачивания металлов из гранулированных хвостов обогащения медно-никелевых руд показывает, что наиболее интенсивно, как и следовало ожидать, выщелачивается никель. За 110 сут в раствор перешло около 60 % содержащегося в гранулах металла. Более низкие показатели для меди (44 %) объясняются тем, что металл присутствует в составе халькопирита. Относительно низкие показатели для кобальта (41 %) связаны, вероятно, с нахождением части металла в виде изоморфной примеси в магнетите.
Третьим шагом на пути решения проблемы складирования и хранения хвостов может стать использование их в качестве геохимического барьера. Формирование искусственных геохимических барьеров позволит эффективно защищать поверхностные и подземные воды от загрязняющих веществ, попадающих в результате сброса сточных вод предприятий горнодобывающей промышленности, растворения горных пород отвалов, хвостохранилищ и т. д. [5]. В качестве материалов для создания геохимических барьеров можно использовать: отходы горнопромышленного комплекса (вскрышные породы, хвосты обогащения); искусственные смеси или модифицированные различным образом минералы; продукты глубокой химико-металлургической переработки руд и концентратов [6].
Хвосты обогащения медно-никелевых руд комбината «Печенганикель» состоят из серпентина (60 %) и магнетита (13 %). Материал предварительно измельчали до крупности -0,063 мм. Гранулирование проводили методом окатывания с использованием лигносульфоната. Полученные гранулы обжигали в течение 2 ч при температурах 650 и 700 °С. Для проведения экспериментов в динамических условиях гранулы массой 150 г помещали в колонки высотой 0,2 м и увлажняли сульфатным раствором, содержащим 0,1 г/л Ni2+, 0,05 г/л Cu2+ и 0,1 г/л Fe2+. Данные концентрации металлов были выбраны для ускорения времени экспериментов и диагностирования новообразованных фаз. Величины рН модельного раствора составляли 3,84. Эксперименты продолжали в течение 300 сут. Суточный расход раствора составлял 75 мл. Периодичность подачи исходного раствора осуществляли через каждые 2 ч в течение 8 ч, объем исходного раствора — 15 мл.
По истечении 300 сут эксперимента на хвостах обогащения, обожженных при температурах 650 и 700 °С, извлечено: железа 55 и 61 %, меди 46 и 60 %, никеля 21 и 35 %. Осаждение меди, никеля и железа происходит в результате действия одновременно протекающих реакций. На дифрактограммах минеральных фаз хвостов обогащения, обожженных при температурах 650 и 700 °С, после взаимодействия с сульфатными растворами металлов фиксируются рефлексы новообразованного серпентина. Это объясняется тем, что при взаимодействии ионов металлов с метастабильной фазой образуются силикатные соединения, близкие по структуре к серпентину. Дополнительными центрами сорбции выступают соосажденные гидроксиды железа и гидратированная поверхность гематита. Применение геохимических барьеров на основе хвостов обогащения медно-никелевых руд Печенгского рудного поля позволяет значительно увеличить содержание полезных компонентов по сравнению с исходными значениями. По истечении 300 сут эксперимента средние содержания металлов в хвостах обогащения, обожженных при температурах 650 и 700 °С, составляют: железа 20 и 21 %, никеля 0,4 и
0.7 %, меди 0,35 и 0,5 % соответственно. Среднее содержание магния уменьшилось по сравнению с исходным значением (17 %) до 7,5 и 7,3 % в хвостах обогащения, обожженных при температурах 650 и 700 °С [7].
При моделировании возможности добавления вещества барьеров использовали шахтные воды рудника «Северный» Кольской ГМК. Вода содержала, мг/л: никеля — 0,808, меди — 0,078, железа — 1,215, уровень рН — 9.6. При соотношениях смеси реагент : раствор 5 г/л остаточные концентрации металлов в растворе не превышают ПДК для рыбохозяйственных водоемов (ПДКрбх, мг/л: Cu — 0,001, Ni — 0,01, Fe — 0,1). Продолжительность взаимодействия 3 ч. Степень очистки шахтных вод от металлов превышает 99 %.
Полученные средние содержания ценных компонентов в материале геохимического барьера сопоставимы с содержаниями металлов в перерабатываемой руде на ОФ № 1 Кольской ГМК (г. Заполярный). Таким образом, может быть перспективным доизвлечение металлов уже из самих фильтрующих систем, после выработки емкости сорбента. В настоящее время отечественными и зарубежными исследователями разработаны экономически выгодные и эффективные гидрометаллургические методы переработки некондиционных медно-никелевых руд. С другой стороны, использование барьеров позволяет эффективно очищать сточные воды от ионов меди, никеля и железа до ПДКрбх.
Литература
1. Кадастр отходов горно-металлургического производства Мурманской области (по состоянию на 01.01.99 г.) /составители: Козырев А. А., Калашник А. И., Вишняков И. А. и др. Мурманск; Апатиты, 1999. 96 с.
2. Оценка экологической опасности хранения отходов добычи и переработки сульфидных руд цветных металлов / В. А. Маслобоев и др. // Проблемы разработки полезных ископаемых и стратегия устойчивого развития регионов России (на примере Воронежской области): мат-лы науч. конф. Воронеж: Элист. 2014. С. 24-51.
3. Simulated heap leaching and recovery of multiple elements from a mineralised black shale / H. R. Watling et al. // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 167. P. 48-57.
4. Исследование возможности кучного выщелачивания цветных металлов из сульфидного сырья природных и техногенных объектов Мурманской области / А. В. Светлов и др. // Экология промышленного производства: межотр. науч.-практич. журн. / ФГУП «ВИМИ». 2015. Вып. 3. С. 65-70.
5. Баюрова Ю. Л. Отходы горнодобывающей промышленности для создания геохимических барьеров и очистки сточных вод // Проблемы освоения недр в XXII веке глазами молодых: мат-лы 12-го междунар. науч. школы молодых ученых и специалистов (23-27 ноября 2015 г.). М.: ИПКОН РАН, 2015. С. 367-369.
6. Физико-химические геотехнологии извлечения цветных металлов из некондиционных руд и техногенных отходов / А. В. Светлов и др. // Геология и стратегические полезные ископаемые Кольского региона: тр. IX Всероссийской Ферсмановской научной сессии, посвящённой 60-летию Геологического института КНЦ РАН (Апатиты, 2-3 апреля 2012 г.) / ред. Ю. Л. Войтеховский. Апатиты: K&M, 2012. С. 360-363.
7. Баюрова Ю. Л. Геохимические барьеры для очистки сточных и природных вод и доизвлечения цветных металлов // Плаксинские чтения — 2016 (26-30 сентября 2016 г.). СПб., 2016. С. 375-377.
Сведения об авторах
Денисова Юлия Леонидовна
Институт проблем промышленной экологии Севера — обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты, Россия j uliabaj urova@mail.ru Светлов Антон Викторович
Институт проблем промышленной экологии Севера — обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты, Россия svetlov@inep.ksc.ru
Denisova Yulia Leonidovna
Institute of North Industrial Ecology Problems — Subdivision of the Federal Research Centre Apatity, Russia juliabajurova@mail.ru Svetlov Anton Viktorovitch
Institute of North Industrial Ecology Problems — Subdivision of the Federal Research Centre Apatity, Russia svetlov@inep.ksc.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.824-828 УДК 691.3
ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОРОДЫ НА УДЕЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ВСПУЧЕННОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ И ИЗДЕЛИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ
Н. В. Гургенян1, И. Б. Хачанова2
1 Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения
2 Национальный университет архитектуры и строительства Армении, г. Ереван, Армения
Аннотация
Исследования показали, что классификация перлитовой породы по средней плотности и крупности фракций сырья позволяет расширить ассортимент получаемых вспученных песков и тем самым создает возможность выбора наиболее оптимального заполнителя для получения теплоизоляционных перлитовых изделий с требуемыми и качественно улучшенными характеристиками. Ключевые слова:
перлитовая порода, заполнитель, удельная поверхность, коэффициент теплопроводности, прочность, водопоглощение.
"Kola Science Center of the RAS",
"Kola Science Center of the RAS",
