Использование хвостов Дарасунской ЗИФ в качестве гранулированной закладки и техногенного сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.234

W

Лизункин Владимир Михайлович Vladimir Lizunkin

Гурулёв Андрей

Леонидович Andrey Gurulev

Лаевский Дмитрий Николаевич Dmitry Laevsky

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХВОСТОВ ДАРАСУНСКОЙ ЗИФ В КАЧЕСТВЕ ГРАНУЛИРОВАННОЙ ЗАКЛАДКИ И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

USE OF DARASUNSKY MILL TAILINGS AS GRANULAR STOWING

AND MAN-MADE MATERIALS

Предложено перспективное направление переработки техногенных месторождений, заключающееся в гранулировании хвостов обогащения с последующим выщелачиванием в подземных условиях либо на поверхности (кучное выщелачивание).

Проведёнными лабораторными исследованиями установлена техническая возможность использования гранулированных хвостов в качестве сырья для подземного и кучного выщелачивания. Установлены зависимости извлечения металла из гранулированной закладки от сроков выщелачивания и степени термической обработки гранул

Ключевые слова: гранулы, выщелачивание, золото, прочность, хвосты обогащения, твердеющая закладка

Perspective direction of processing waste deposits, consisting in processing of mill tailings, followed by leaching into groundwater or surface conditions (heap leaching) is suggested.

The laboratory studies established the technical ability to use granular tailings as raw material for underground and heap leaching. The dependencies of the granulated metal removal tab on the time of leaching and the degree of thermal treatment of the granules are stated

Key words: granules, leaching, gold, strength, tailings, hardening stowing

Развитие добычи полезных ископаемых привело к образованию больших объемов отходов горно-обогатительного производства: пустых пород, убогих руд, хвостов обогащения и т.д. В то же время перед предприятиями встает вопрос истощения месторождений, платы за хранение и скла-

дирование отходов своего производства, с каждым годом количество которых возрастает, занимая огромные территории, что ведет к исчезновению ландшафтов и влечет загрязнение окружающей среды.

Разработка техногенных месторождений, по сравнению с природными источ-

никами минерального сырья, отличается лучшими технико-экономическими показателями, за счет которых можно восполнить минеральные ресурсы, сохранив важнейшие характеристики ранее отработанных месторождений: относительно невысокую капиталоемкость, оперативность при освоении, близкое расположение к поверхности и минимальную степень ущерба окружающей среде в период эксплуатации.

Ресурсный потенциал техногенных золотосодержащих объектов, расположенных на территории России, оценивается неоднозначно. Многочисленные исследования показывают, что объекты вторичного золотосодержащего сырья разнообразны по своей природе, содержанию металла, масштабам накопления и экономической значимости [1-3].

Значительный вклад в решение данной проблемы, и прежде всего в фундаментальных исследованиях, сделан в работах И.Н. Плаксина, В.А. Чантурия, СБ. Леонова, О.Н. Тихонова, В.З. Козина, В.М. Авдохина, П.М. Соложенкина, В.А. Бочарова, В.П. Мязина, В.В. Кармазина.

Существующие способы переработки методами обогащения пока не нашли широкого применения. Одним из перспективных направлений является гранулирование хвостов и последующее выщелачивание, которое может быть осуществлено либо на поверхности (кучное), либо в подземных условиях. При кучном выщелачивании приготовленные гранулы укладываются в штабеля, после чего происходит их выщелачивание. В подземных условиях хвосты можно использовать одновременно в качестве закладки. При этом гранулы должны иметь определённую прочность, как закладочный материал. В то же время их прочность не должна оказывать отрицательное влияние на проницаемость растворов.

С целью установления характера изменения прочности гранул и выщелачивания из них металла проведены лабораторные исследования.

В качестве исходного сырья использовали хвосты флотации Дарасунской ЗИФ с гранулометрическим составом, приведенным в таблице.

Результаты гранулометрического анализа пробы

Класс крупности, мм Выход пробы

г %

+ 2 1,2 0,06

-2+1 8,8 0,44

-1+0,5 11,3 0,565

-0,5+0,2 274,5 13,7

-0,2+0,1 550,5 27,525

-0,1+0,074 421,3 21

-0,074+0,064 144,1 7,20

-0,064+0,032 322,6 16,13

-0,032+0,016 178 8,9

-0,016+0,008 35,1 1,66

-0,008 49,5 2,47

Гранулометрический состав определён на пробе массой 2 кг с помощью ситового и дисперсионного анализов. При этом среднее содержание золота в пробе составило 1,55 г/т.

Для проведения исследований методом окомкования изготовлены гранулы диаметром 20, 25 и 30 мм с различным содержанием цемента (5, 10, 20, 30 %). Гранулы просушивали при комнатной температуре (20...25 0С). Часть гранул сразу же после

изготовления подвергали обжигу в муфельной печи в течение 40 мин при температуре 9300С.

Прочность гранул определяли на индикаторе механических свойств «Викинг» раздавливанием в количестве 10 штук для каждого опыта. На графике (рис. 1) представлены результаты исследований влияния сроков твердения и размера гранул на их прочность.

сб

С

£ и

сб а

[н

Л

н о О И Р О

а С

10 20 Время твердения, сут

зо

Размер гранул, мм:

Рис. 1. Изменение средней прочности гранул в зависимости от сроков твердения и размера гранул (содержание цемента в гранулах 10 %)

Из графика видно, что на 5-е сутки наиболее прочными являются гранулы диаметром 20 мм, а наименее — гранулы размером 30 мм (разница между ними составляет 22 %). В дальнейшем прочность гранул возрастает и на 15.16 сутки достигает 5,0 МПа у всех гранул. На 30 сутки наиболее прочными являются гранулы диаметром 30

мм, а прочность гранул диаметром 20 и 25 мм одинакова. В целом изменение прочности гранул в зависимости от срока твердения в исследуемом интервале существенно.

На графике (рис. 2) приведены результаты исследований влияния содержания цемента и размера гранул на их прочность.

а

С

£ *

£ : н

а р

г

Л

т

с

о

н

р

о

р

с ■■■

Диаметр гранул, мм:

10 20

Содержание цемента, %

30

Рис. 2. Изменение прочности гранул в зависимости от содержания цемента и размера гранул при сроке твердения 10 сут

Установлено, что при содержании цемента 5 % наиболее прочными являются гранулы диаметром 25 мм, а наименее прочными — размером 30 мм. Разница между ними составила 60 %. В дальнейшем, с увеличением содержания цемента в гранулах, отмечается закономерное увеличение их прочности. Так, например, прочность гранул с содержанием цемента 30 % в 6...6,5

раз выше, чем у гранул с содержанием связующего 5 %. Однако большое содержание цемента в гранулах значительно увеличивает затраты на возведение искусственного массива.

На графике (рис. 3) приведены результаты исследований изменения прочности гранул в зависимости от термообработки и сроков твердения.

Обожженные гранулы

Не обожженные гранулы

5 10 15 20

Сроки твердения, сут

Рис. 3. Изменение почности гранул в зависимости от термообработки и сроков твердения при содержании цемента в гранулах 10 %

Из графика видно, что гранулы, подвергшиеся термической обработке, обладают более высокой прочностью, чем не обожженные. Это объясняется отрицательным влиянием на прочностные свойства большей скорости испарения влаги при воздействии высоких температур.

На следующем этапе производились лабораторные исследования выщелачивания металла из гранул, изготовленных описанным способом с теми же характеристиками. Выщелачивание осуществляли в перколяторах высотой 800 мм и диаметром 90 мм. Испытывались технологические пробы из гранул массой 4 кг каждая. Обеспечивалась необходимая насыпная плотность материала посредством встряхивания и уплотнения. В качестве реагента использовали 10 % раствор серной кислоты. Так как содержание золота в пробах незначительно, то при изготовлении гранул в хвосты добавлена медная крошка.

Выщелачивание металла из гранулированных хвостов руд осуществлялось в две стадии. На первой производили закисление материала раствором серной кислоты с рН рабочих растворов 2,0.2,2. Повышенная кислотность (30.35 г/дм3) поддерживалась в первые 7.10 суток до достижения рН рабочих растворов 2,5.3,0, затем она постепенно снижалась до 15 г/дм3.

По завершении процесса закисления гранулированные хвосты переводились в стадию активного выщелачивания. При этом концентрация серной кислоты в растворах орошения снижалась до 1.3 г/дм3. Величина рН продуктивных растворов поддерживалась в пределах 1,8.2,0 путем регулирования кислотности рабочих растворов. Расход растворов поддерживался на уровне 1800 мл/час [4 - 10].

Опыты проводились при комнатной температуре в течение 33 суток. По завершении выщелачивания гранулы извлекали

из перколятора, промывали водой, сушили и анализировали.

Контроль процесса (отбор проб растворов) осуществляли с периодичностью один раз в трое суток. По результатам анализов производился ежедневный подсчет количества извлечения меди, расхода выщела-

чивающего реагента и съема продуктивных растворов, концентрации металла в продуктивных растворах. На графике (рис.4) приведены зависимости извлечения металла от продолжительности выщелачивания и степени термообработки.

3 б 9 12 15 18 21 24 27 30 33 Продолжительность выщелачивания, сут

Обожженные гранулы

Не обожженные гранулы

Рис. 4. Изменение зависимости извлечения металла от продолжительности выщелачивания и степени термообработки гранулированных хвостов с содержанием цемента 25 %

Из графика видно, что извлечение металла из гранулированных хвостов обогащения зависит от продолжительности процесса выщелачивания. Максимальная степень извлечения наблюдается в первые 12 суток после процесса закисления. По окончании процесса выщелачивания извлечение металла из обожженных гранул составило 83,2 %, что на 23 % больше, чем из гранул, не подвергавшихся термической обработке. Разница в извлечении металла в хвостах объясняется сгоранием вредных примесей (сера, мышьяк и др.) при термической обработке, которые оказывают негативное влияние на процесс выщелачивания; кроме того, при обжиге происходит окисление содержащегося в хвостах металла, что способствует более полному извлечению.

С увеличением содержания цемента в гранулах происходит снижение извлечения

металла (рис. 5). Так, при содержании цемента 5 % из пробы извлекается 91 % полезного компонента, а при 25 %-ном содержании цемента — всего 68 %, т.е. разница в извлечении составляет 23 %. Это объясняется ухудшением проницаемости гранул при увеличении содержания цемента, а также ростом расхода растворителя (серной кислоты) на выщелачивание цемента.

Кривые извлечения металла от продолжительности выщелачивания и размера гранул ( рис. 6) свидетельствуют, что наиболее эффективно выщелачивание происходит из гранул диаметром 20 мм. Уже на шестые сутки выщелачивания из них извлечено 50 % полезного компонента, в то же время из гранул диаметром 30 мм извлечено всего лишь 38 % металла. На 30 сутки из гранул диаметром 20, 25 и 30 мм извлечено соответственно 85, 81, и 73 % полезного компонента.

а л

т

е

е и н

е

р

е л в

со

к

50 40 30 20 10

10 15 20 25

Содержание цемента в гранулах, %

30

Рис. 5. Изменение зависимости извлечения металла от содержания цемента в гранулах

а л

т

е

е и н

е

е л в

Диаметр гранул, мм:

-•—20

25

■ни—30

3 б 9 12 15 21 24

Продолжительность выщелачивания, сут

27 30

Рис. 6. Изменение зависимости извлечения металла от продолжительности

выщелачивания и размера гранул

Выводы:

1. Техногенные месторождения металлов составляют значительную сырьевую базу для производства благородных металлов.

2. Одним из перспективных направлений переработки запасов техногенных

месторождений является гранулирование хвостов обогащения с последующим выщелачиванием в подземных условиях либо на поверхности (кучное выщелачивание).

3. Выявлены зависимости прочности гранул от содержания цемента, сроков твердения и степени термической обработки.

4. Установлены зависимости извлечения металла из проб от сроков выщелачивания и степени термической обработки гранул.

5. Задачами дальнейших исследований является обоснование рациональной

Литература_

1. Кучное выщелачивание благородных металлов / Под ред. М.И. Фазлуллина. М.: Академия горных наук, 2001. 648 с.

2. Возмилов А.М. Отходы горнорудного производства Читинской области // Вестн. МАНЭБ. Чита: Забтранс, 1999. № 6(18). С. 25-28.

3. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. М.:МГУ, 2001. 656 с.

4. Антоненко Л.К., Зотеев В.Г. Проблемы переработки и захоронения отходов горно-металлургического производства // Горный журнал. 1999. № 2. С. 70-73.

5. Антоненко Л.К., Зотеев В.Г. Проблемы безопасной эксплуатации хвостохранилищ и пути их решения // Горный журнал. 1998. № 1. С. 65-67.

6. Рубцов Ю. И. О формализованной динамике скоростного кучного выщелачивания золота из окисленных кварцевых руд // Цветные металлы. Вып. 5. М., 2007. С. 26-30.

7. Рубцов Ю.И., Резник Ю.Н. О динамике скоростного кучного выщелачивания золота из окисленных кварцевых руд // горный информационно аналитический бюллетень. Т. 5. М. 2007. С.157-164.

8. Секисов А.Г., Лавров А.Ю., Манзырев Д.В. Перспективные способы выщелачивания золота из техногенных образований Забайкалья с использованием фотоэлектрохимических процессов // Вестник ЧитГУ. № 2(69). Чита: ЧитГУ, 2011. С. 106-111.

9. Рубцов Ю.И., Резник Ю.Н. Методика расчёта скоростного цианидного кучного выщелачивания золота // Вестник ЧитГУ. № 1(52). Чита: ЧитГУ, 2009. С.106-112.

10. Пирогов Г.Г. Природоохранная ресурсосберегающая технология разработки рудных месторождений // Вестник ЧитГУ. № 3(70). Чита: ЧитГУ, 2011. С. 64-70.

технологии изготовления гранул из хвостов обогащения, их доставки в отработанные камеры для подземного выщелачивания, параметров искусственного закладочного массива и технологии подземного и кучного выщелачивания.

_References

1. Kuchnoe vyshhelachivanie blagorodnyh metallov. (Heap leaching of precious metals) Ed. M.I. Fazlullin. Moscow: Publishing House of the Academy of Mining Sciences, 2001. 648 p.

2. Vozmilov A.M. Vestn. MANJeB. (Bulletin. MANEB) Chita: Zabtrans, 1999. no. 6(18). P. 25-28.

3. Arens V. Zh. Fiziko-himicheskaja geotehnologija (Physico-chemical Geotechnology). Moscow: Moscow State University, 2001. 656 p.

4. Antonenko L.K., Zoteev V.G. Gornyj zhurnal. (Mining). 1999. № 2. P. 70-73.

5. Antonenko L.K., Zoteev V.G. Gornyj zhurnal. (Mining). 1998. № 1. P. 65-67.

6. Rubtsov Y.I. Tsvetnye metally. (Non-ferrous metals). Issue. 5. Moscow, 2007. P. 26-30.

7. Rubtsov Ju. I., Reznik Ju. N. Gornyj informatsionno analiticheskiy byulleten. (Mining informational and analytical bulletin). Issue. 5. Moscow, 2007. P. 157-164.

8. Sekisov A.G., Lavrov A.Ju., Manzyrev D.V. Vestnik Chit. Gos. Univ. (ChitGU Vestnik). № 2 (69). Chita ChitGU, 2011. P. 106-111.

9. Rubtsov Ju.I., Reznik Ju.N. Vestnik Chit. Gos. Univ. (ChitGU Vestnik). № 1 (52). Chita: ChitGU, 2009. P. 106-112.

10. Pirogov G.G. Vestnik Chit. Gos. Univ. (ChitGU Vestnik). № 3 (70). Chita ChitGU, 2011. P. 64-70.

Коротко об авторах_

Лизункин В.М., д-р техн. наук, профессор, зав. каф. «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Забайкальский государственный университет, зав. горным делом Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (ИП-РЭК СО РАН), г. Чита, Россия Сот. тел.: 8-914-471-3119

Научные интересы: механическое и буровзрывное разрушение горных пород, физико-техническая и физико-химическая геотехнология, геомеханика

Гурулёв А.Л., аспирант, каф. «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия

[email protected]

Научные интересы: физико-техническая и физико-химическая геотехнология

Лаевский Д.Н., аспирант, каф. «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия

[email protected]

Научные интересы: физико-техническая и физико-химическая геотехнология

_Briefly about the authors

V. Lizunkin, doctor of technical sciences, professor, Transbaikal State University, Institute of Natural Resources, Ecology of the Siberian Department of the Russian Academy of Sciences

Scientific interests: rock disintegration and drill excavation, physicotechnical and physicochemical geotech-nology, geomechanies

A. Gurulev, postgraduate student, Transbaikal State University, Chita, Russia

Scientific interests: physicotechnical and physico-chemical geotechnology.

D. Laevsky, postgraduate student, Transbaikal State University, Chita, Russia

Scientific interests: physicotechnical and physico-chemical geotechnology