Исследование геохимических процессов при освоении медно-колчеданных месторождений Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

полное использование запасов месторождений разработку месторождений БЖР может стать

и экологическую безопасность в Белгородском основной рудной базой отечественной метал-

железорудном районе КМА. Бассейн КМА в лургии.

ближайшей перспективе за счет вовлечения в

-------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новиков А.А., Ястржембский И.Э., Благутин Ю.Л. Перспективы развития сырьевой базы металлургии России/ Горный журнал 2002, №7. - С. 3-9.

— Коротко об авторак ------------------------------------------------------------------

Аллилуев В.Н - вед. научный сотрудник, кандидат технических наук, ОАО «НИИКМА».

----------------------------------- © М.В. Рыльникова, Е.А. Горбатова,

Н.Н. Старостина, 2004

УДК 550.4/553.43

М.В. Рыльникова, Е.А. Горбатова, Н.Н. Старостина

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 15

~П настоящее время на большинстве -Я-9 медно-колчеданных месторождений наблюдается резкое сокращение балансовых запасов руды, что приводит к истощению минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий. Вместе с тем, принятые в проектах физико-технические технологии не позволяют вовлечь в эффективную отработку все запасы медно-колчеданных руд. В подземном пространстве за проектным контуром в бортах и основании карьеров остаются выклинивающиеся в массиве и распределенные по периметру рудные участки; в шахтных полях не полностью отрабатываются бедные руды и маломощные рудные залежи, отдаленные локальные рудные тела, а также запасы, расположенные в неблагоприятных горно-геологических условиях.

Поэтому задача изыскания технологии, обеспечивающей возможность вовлечения забалансовых запасов месторождений в эффективное промышленное использование, весьма актуальна.

Исследование факторов, влияющих на техногенные процессы выщелачивания и осаждения меди, проводились на представительных пробах сульфидных медно-колчеданных руд Узельгинского и Октябрьского месторождений. Медно-колчеданные руды представляют собой плотные зернистые массы сульфидов, где главными рудообразующими минералами являются серный колчедан, халькопирит и сфалерит. Минераграфический анализ показал, что:

1. пирротинсодержащие руды представлены мелкозернистыми массами с тонким прорастанием сульфидов меди и железа (рис. 1а);

г ■! 6- * ■)

Рис. 1. а - тонкая сеть прожилков халькопирита (серое) в сплошном пиритном агрегате (белое); б - мелкозернистый агрегат пирротина (светло-серое), халькопирита (серое) и сфалерита (темно-серое)

2. медно-колчеданные руды, содержащие пирит первой генерации, являются пористыми и трещиноватыми агрегатами; медные минералы, особенно халькопирит, в таких рудах выполняют полости трещин, пор и межзер-новое пространство;

3. медно-колчеданные руды, содержащие пирит второй генерации, представлены зернистой массой, где зерна пирита имеют хорошую кристаллографическую огранку, включающие микровростки халькопирита (рис. 16).

Структурно-текстурный анализ медноколчеданных руд показал, что в природных условиях при формировании рудных тел халькопирит образуется по пириту, путем метасома-тического замещения при наложении на серноколчеданные залежи более поздней медной минерализации. В результате взаимодействия минерализованных вод с серным колчеданом, ионы меди вытесняют железо, и образуется халькопирит, расширяя полости трещин в пиритном агрегате (рис. 2).

Условия образования минеральных ассоциаций медно-колчеданных руд и фазовых переходов в техногенных условиях определялись путем термодинамического анализа устойчивости соединений меди и железа в серосодержащих системах, который включает: выбор среды минералообразования, расчет химических по-луреакций образования минералов; определение активности ионов Fe2+, Си2+ и НЗ; установление значений изобарно-изотермического и стандартного потенциалов; выявление зависи-

Рис. 2. Метакристаллы пирита (белое) в халькопи-ритовой массе (светло-серое)

pH

мости кислотности (щелочности) раствора от окислительно-восстановительного потенциала среды. Результатами проведенных термодинамических расчетов является построение диаграмм минерального равновесия в координатах окислительно-восстановительный потенциал среды - кислотность раствора (рис. 3).

Термодинамический анализ полей устойчивости соединений меди показал, что область равновесного существования сульфидов меди находится в восстановительной среде при окислительно-восстановительном потенциале (БИ) меньше 0,35В в широком диапазоне pH. При повышении окислительно-

восстановительного потенциала в кислой среде сульфиды меди становятся неустойчивыми и легко выщелачиваются с образованием ионов меди. При БИ больше 0,4В пирит растворяется, образуя сульфат железа (III), тем самым, повышая окислительно-восстановительный потенциал среды минералообразования, что способствует выщелачиванию медьсодержащих минералов. Пирротин образуется в щелочных условиях при pH более 11 и легко вступает в химическую реакцию с минерализованными водами, образуя медные минералы, поэтому пирротиновые руды лучше использовать в качестве геохимического барьера для осаждения ионов меди.

Для подтверждения теоретических изысканий анализировалось влияние параметров среды на результаты выщелачивания медноколчеданных руд и осаждения ионов меди на геохимическом барьере. Основными факторами, влияющими на процесс выщелачивания, являются: температура среды, концентрация растворителя, добавок реагентов-окислителей и продолжительности процесса.

Выщелачивание сульфидов меди происходит в широком диапазоне температур, что определяет возможность перевода ионов меди в раствор на разных глубинах в горном массиве.

Высокое значение окислительно-

восстановительного потенциала и кислотности среды создается добавлением в раствор Н^04 (см. рис. 4). Установлено, что оптимальной концентрацией является 2 %-я H2S04, которая обеспечивает необходимую кислотность раствора (pH = 0,7) и соответствует экологическим требованиям. Для повышения значения БИ среды предложено проводить процесс перевода ионов меди в раствор в режиме сернокислотного выщелачивания с добавлением окислителя.

Применение реагентов-окислителей - хлористого железа FeClз и сульфата железа Fe2(S04)з повышает значение БИ и позволяет увеличить извлечение меди из сульфидной руды в 2,5-3 раза при расходе 50-100 кг/т (рис.5) Поскольку при взаимодействии пирита с серной кислотой образуется сильный окислитель -сульфат железа (III), то для начала выщелачивания необходимо использовать тот же окислитель (сульфат железа (III)), который будет впоследствии формироваться в течение всего процесса выщелачивания.

Осаждение ионов меди происходит на геохимическом барьере, представленном серным колчеданом. На режим и параметры работы этого барьера влияют следующие показатели

Рис. 4. Влияние концентрации серной кислоты на извлечение меди в раствор

Концентрация серной киспотъ, %

Рис. 3. Диаграмма равновесных соотношений устойчивости соединений меди и железа в серосодержащих системах при температуре 20 °С и суммарной активности серы 0,001 моль/дм3 *

* Границы между ионами и твердыми веществами проведены при активности растворенного медьсодержащего компонента, равной 10'4, а при активности железосодержащего компонента 10'3

среды минералообразования: кислотность раствора, ее окислительно-восстановительный потенциал, температура среды минералообразования и концентрация раствора.

Оптимальным значением кислотности раствора при метасоматическом замещении железа в серном колчедане ионами меди является pH = 2,5. Такая кислотность создается добавлением серной кислоты в раствор при расходе 2 г/л. Необходимо отметить, что пирротин в кислых условиях интенсивнее вступает в реакцию с ионами меди, чем пирит, а в слабокислом растворе активнее взаимодействует пирит, чем пирротин (рис. 6).

При минимальном значении окислительновосстановительного потенциала емкость пирротина и пирита составляет 25 мг/г, следовательно, осаждать ионы меди из раствора на руды необходимо в восстановительной среде при БИ равном от 0,01 до 0,1 В (рис. 7). Установлено, что эффективным восстановителем при осаждении ионов меди является тиосульфат натрия №28203 в количестве 35 кг/т, который повышает скорость осаждения ионов меди в 5 раз.

Определено, что оптимальной температурой является 20 - 30°С, но, поскольку температуру массива регулировать невозможно, то ин-

Рис. 5. Влияние реагентов-окислителей 1 - хлорного железа и 2 - сульфата железа (III) на извлечение меди в раствор

Концентрация окислителя, %*0,0001

pH

Рис. 6. Влияние кислотности раствора на емкость сульфидов железа: 1 - пирротина; 2 - пирита

тенсифицировать процесс осаждения ионов меди необходимо изменением состава осадите-ля.

Установлено, что чем концентрированней раствор, тем хуже происходит процесс извлечения меди. Поэтому концентрация меди в растворе не должна превышать 10 г/л. В процессе метасоматического замещения происходит изменение кислотности раствора и окислительновосстановительного потенциала среды. В начале проведения геохимических процессов среда характеризовалась окислительными условиями ЕЙ, кислотность

раствора составляла меньше единицы. При переводе ионов меди в твердую фазу ЕЙ среды становится более восстановительным, а раствор приближается к нейтральному состоянию, что удовлетворяет экологическим требованиям.

По данным рентгеноструктурного анализа в результате метасоматического замещения железа ионами меди в пирите (ГеВ2) образовался вторичный медьсодержащий минерал - низкотемпературная модификация Р-халькозина

ЕИ

Рис. 7. Влияние окислительно-восстановитель-ного потенциала среды на емкость сульфидов железа: 1 - пирротина; 2 - пирита

(Си2Б), а в пирротине (ЕеБ) - борнит (Си5ГеВ4) по реакциям:

5^е32 + 14Су&Оа + 12Н20 = ;

= 1Си2 5 + 5FeS04 +12 Н2 504 '

9 FeS + ЮСы5О4 + 4 Н 20 =

= 2Си^е54 + lFeS04 + 4 Н 2 50 4

Таким образом, установлена теоретически и доказана практически возможность регулирования процессов минералообразования. Установлены параметры и режимы геохимических процессов, позволяющие эффективно переводить ионы меди в раствор и осаждать их на медно-колчеданные руды. В результате мета-соматических реакций замещения ионов железа образуются вторичные сульфиды, обогащая руду медным компонентом. Определено, что в качестве геохимического барьера лучше использовать пирротин содержащие руды, а подвергать выщелачиванию медно-колчеданные руды содержащие пирит первой генерации.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------

Рылъникова М.В. — доктор технических наук, профессор, ИПКОН РАН.

Горбатова Е.А., Старостина Н.Н. — Магнитогорский государственный технический университет.

© Е.А. Кошель, Г.С. Крылова, Г.В. Седельникова, П.П. Ананьев, В.И. Соловьев, 2004

УДК 622.13

Е.А. Кошель, Г.С. Крылова, Г.В. Седельникова,

П.П. Ананьев, В.И. Соловьев

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ