CC BY
0
12. Investigation of the interaction of a cutting tool with a coal massif / L. E. Mam-etyev, A. A. Khoreshok, A.M. Tsekhin, A. Yu. Borisov // Mining equipment and electrome-chanics. 2018. No. 6. pp. 34-39.
13. Jiang H. H., Meng D. G. Three-dimensional numerical modeling of rock destruction by the hybrid method of finite and cohesive elements. Eng. Gap. Mech. 199, 2018, pp. 280293. (doi:10.1016/j.engfracmech. 2018.05.037).
14. Gabov V. V., Zadkov D. A., Nguyen K. L. Features of formation of elementary chips in the process of cutting coals and isotropic materials with a reference cutter of mining machines // Notes of the Mining Institute. 2019. Vol. 236. pp. 153-161.
15. Liu W., Zhu H., Jing J. Analyzed the transition to a large-scale enrichment regime with a sharp increase in oil production / Journal of Petroleum Science and Engineering / 2018. No. 163. pp. 311 - 319.
16. Rostamsov L. I., Richard T., Evans B. Experimental study of the influence of the rear forward angle of inclination when cutting rocks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Volume 107. pp. 224-232.
17. Liu Xiaohui, Geng Qi The influence of contact characteristics on the self-rotation characteristics of conical picks based on modeling impact dynamics // Royal Society of Open Science. 2020. volume. 7. No. 5, Article 200362. DOI: 10.1098/rsos.200362.
18. Creation of defining models of the interaction of coal and rock for numerical modeling of the process of cutting coal and rock with conical picks / Qiao Shuo, Xia Jinyi, Xia Yi-min, Liu Zaizheng, Liu Jingshu, Wang Ailong // Periodicals of polytechnic construction. 2019, volume 63, No. 2, pp. 456-464. DOI: 10.3311/PPci. 13084.
19. Influence of geometry and cutting parameters of a cone-shaped knife on the characteristics of dust formation/ U. D. Zhou [et al.] //Experimental and theoretical research. The fuel process. Russia, 2020. No. 198. 106243 rubles (doi:10.1016/J. fuproc. 2019.106243).
УДК 504.55.054:622(470.6)
К ПРОБЛЕМЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ НЕКОНДИЦИОННОГО СЫРЬЯ
В.И. Голик
Описан опыт добычи металлов инфильтрационным выщелачиванием в подземных блоках и механохимическим - в дезинтеграторе. Дана оценка эффективности новых технологий добычи металлов с интенсификацией технологических процессов. Показано, что вовлечение в производство некондиционных руд и хвостов обогащения упрочняет сырьевую базу промышленности и снижает нагрузку на окружающую среду.
Ключевые слова: минералы, ресурсы, выщелачивание, металл, дезинтегратор, некондиционное сырье, экология, экономика.
Введение
Россия обладает богатейшими природными минеральными ресурсами, поэтому направление утилизации хвостов переработки руд не получает развития, как в малообеспеченных минеральными ресурсами странах.
Частичное изменение форм собственности в горнодобывающей отрасли породило бесхозность хранилищ отходов, что снижает возможности их рекультивации с утилизацией полезных компонентов.
Крупнейшей проблемой проблем горного производства является отставание возможностей переработки рудного сырья от возможностей его добычи из недр, являющееся причиной накопления хвостов в окрестностях горных предприятий.
Доля металлов в хвостах обогащения руд характеризуется данными, %: олова - 36... 60; вольфрама - 30 .. .46; цинка - 27 .. .48; свинца - 25 ... 40; молибдена - 20 .55; меди - 14 ... 35; никеля - 12.26.
Техногенными месторождениями являются отвалы Тырныаузского, Гайского, Норильского, Салаирского, Учалинского и Солнечного ГОК; металлургических заводов - Среднеуральского, Электроцинка, Печенганике-ля, Североникеля и др.
Возможности традиционных технологий добычи и переработки руд ограничены, что объясняет систематическое увеличение объема хвостов обогащения на земной поверхности [1 - 4].
Для извлечения металлов из тонко-вкрапленных минеральных комплексов используют способы разрушения их пучком электронов и электромагнитными импульсами. Особое значение придается аэрационной, тепловой и электрохимической обработке флотационных систем с интенсивным энергетическим воздействием.
Крупным недостатком традиционных систем утилизации металло-содержащих отходов является то, что в конце процесса остаются новые хвосты, которые утилизировать будет еще труднее.
Привлечение возможностей гидрометаллургической и химической переработки увеличивает извлечение металлов не на много, так как для проникновения реагентов вглубь минеральной частицы необходимо продолжительное время.
Потери могут быть уменьшены при использовании новых технологий выщелачивания металлов в подземных блоках, кучах и активаторах, например, дезинтеграторах [5 - 8].
Интенсификации процесса подземного блокового выщелачивания способствует сплошная бес целиковая отработка руд и воздействие на руду сжатым воздухом, ультразвуковыми и электромагнитными волнами и т.п.
Разработка новых и совершенствование освоенных технологий выщелачивания повышает полноту использования недр повышает, а затраты на производство металлов уменьшают технологии выщелачивания металлов из руд в блоках, кучах и дезинтеграторах.
Для достижения цели совершенствуют технологические процессы, такие как отбойка руд заданной крупности, обеспечение фильтрации растворов сквозь рудную массу, интенсификация процесса, контроль качества извлечения металлов в раствор и из раствора и др. [9 - 10].
Методы
Методы исследования эффективности технологий выщелачивания включают наблюдения, расчеты, лабораторные и промышленные эксперименты, инженерное прогнозирование, экспертная оценка и другие, освоенных при использовании новых технологий с середины прошлого века.
Количественные значения параметров извлечения металлов в раствор при выщелачивании хвостов обогащения металлов в лабораторном дезинтеграторе определены экспериментально.
Результаты
Переработка техногенного сырья может быть эффективной при комбинировании процессов вторичного обогащения, например, на месторождениях Озерное, «УГМК-Холдинг» и др.
Извлечение металлов до фонового для данного региона уровня возможно при повышении активности металлосодержащего сырья изменять поверхностное натяжение на границе раздела фаз путем обработки их поверхностно-активными веществами с использованием особого энергетического состояния и изменяющейся реакционной способности.
Эффективности подземного блокового выщелачивания металлов благоприятствуют: коэффициент фильтрации растворов - до 0,1 м/с.; присутствие карбонатов - не более 1 %; наличие глины - не более 6%.
Наиболее распространены варианты технологии с выщелачиванием магазинированной руды и инфильтрационным потоком раствора реагента (рис.1) [11-13].
Рис.1. Схема извлечения металлов выщелачиванием: 1 - цех переработки растворов; 2 - подземное блоковое выщелачивание; 3 -кучное выщелачивание; 4 - выщелачивание в дезинтеграторе;
5 - металлы; 6 - хвосты
Выщелачивание осуществляется фильтрационным потоком рабочих растворов, который ускоряет процесс перехода металлов в раствор и использует газовые компоненты.
Процесс выщелачивания описывается алгоритмом (рис. 2).
Выщелачивание обеспечивает переход вещества из малорастворимой в хорошо растворимую форму путем растворения вещества или в результате химической реакции.
Рис. 2. Алгоритм выщелачивания металлов
Отделение руды от массива взрывом при прожилковой форме ору-денения обеспечивает раскрытие природных трещин, а при вкрапленной -дробление руды на куски, обеспечивающие возможность проникновения раствора в глубь их.
При выщелачивании хвостов обогащения в дезинтеграторе раствор реагента запрессовывается в трещины и извлекает металлы в раствор.
В основе механохимической активации процесса выщелачивания в дезинтеграторе лежит феномен изменения состояния вещества при обработке со скоростью более 250 м/с (рис. 3).
Динамика развития физико-химических процессов характеризуется увеличением показателей активности участвующих сред с приростом поверхности вещества. Феномен повышения активности наиболее значителен при выщелачивании хвостов в сверхкритической барабанной мельнице.
2
Рис.3. Принципиальная схема дезинтегратора:1 - двигатели;
2 - рабочая корзина с роторами; 3 - виброгасители; 4 - основание
При переработке хвостов обогащения полиметаллических руд и железистых кварцитов извлечение металлов в раствор составило 50.70 % от их содержания в хвостах обогащения.
Технологии выщелачивания в промышленных масштабах применяют при отработке ряда месторождений, число которых со временем увеличивается.
Выщелачиванием добывают: медь (Свердловская обл., Мурманская обл., Красноярский край), никель-кобальт (Мурманская обл., Красноярский край), цинк и олово (Свердловская обл.), Вольфрам (Бурятия, Забайкальский край), молибден с ураном (Читинская обл.), титан (Забайкальский край).
Варианты технологий с выщелачиванием металлов были начаты освоением в середине прошлого века в горной подотрасли атомной энергетики СССР.
Приаргунский горно-химический комбинат способами выщелачивания выполняет более 30 % своего плана по выпуску металлов.
Извлечение дополнительного количества металлов из техногенного сырья может в определенных условиях обеспечить прибыль, а экономическая эффективность, по сути, природоохранного мероприятия очевидна, если учесть наносимый окружающей среде ущерб.
Выводы
Вовлечение в производство дополнительного металлосодержащего сырья увеличивает сырьевую базу горной промышленности с получением эколого-экономического эффекта.
Технологии с выщелачиванием подлежат контролю, параметры их могут быть с корректированы в технологических процессах.
Выщелачивание в дезинтеграторе по сравнению с вариантом традиционного выщелачивания характеризуется примерно одинаковым извлечением, но ускоряет извлечение металлов на 2 порядка и уменьшается при увеличении кратности переработки.
Список литературы
1. Технико-экономическая оценка эффективности блочного подземного выщелачивания урана из бедных руд Стрельцовского рудного поля / А.А. Морозов, А.П. Смагин, Г.Ф. Безносов, А.Н. Юртаев // Горный журнал. 2013. №8-2. С.78-84.
2. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Добыча и обогащение руд цветных металлов // М.: Бюро НДТ, 2018. 342с.
3. Ghorbani Y., Franzidis J.-P., Petersen J. Heap Leaching Technology -Current State, Innovations, and Future Directions: A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 73-119.
4. Technology for nonwaste recovery of tailings of the mizur mining and processing plant / V. I. Golik [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 66. Nos. 11-12. pp. 1476-1480. DOI: 10.1007/s11015-023-01462-y.
5. Святецкий В. С., Литвиненко В. Г., Морозов А. А. О возможности и условиях применения блочного подземного выщелачивания урановых руд Стрельцовского месторождения // Горный журнал. 2012. №10. С.98-104.
6. Оценка коренных и техногенных месторождений РСО-Алания как возможных объектов применения технологии подземного и кучного выщелачивания / К.К. Хулелидзе, Ю.И. Кондратьев, В.Б. Заалишвили, З.С. Бертрозов // Устойчивое развитие горных территорий. 2016. Т. 8. № 1. С.46-51.
7. Jarvie-Eggart M. E. Responsible Mining: Case Studies in Managing Social & Environmental Risks in the Developed World. Englewood, Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2015. 804 р.
8. Efficiency gains when using activated mill tailings in underground mining / V. S. Brigida [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 67. No. 3-4. DOI: 10.1007/s 11015-023-01526-z.
9. Parker H. M. Reconciliation principles for the mining industry // Mining Techn. 2012. Vol. 121(3). P. 160-176.
10. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Efremenkov A.B. Recycling of metal ore mill tailings // Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 682. Р. 363-368.
11. Секисов А. Г., Шевченко Ю. С., Лавров А. Ю. Перспективы использования шахтного выщелачивания при разработке золоторудных месторождений. ФТПРРМПИ. 2016. №1. С.110-116.
12. Комащенко В.И., Васильев П.В., Масленников С.А. Технологиям подземной разработки месторождений КМА - надежную сырьевую основу // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. Вып.2. 2016. С.95-101.
13. Хинт Й. Уда-технология: Проблемы и перспективы. Специальное конструкторско-технологическое бюро «Дезинтегратор». Таллин. «Валгус». 1981. 87 с.
14. Морозов А. А., Яковлев М. В. Вовлечение в переработку забалансовых урановых руд, образовавшихся при освоении месторождений Стрельцовского рудного поля // ГИАБ. 2016. №12. С. 174-181.
Голик Владимир Иванович, д-р техн., наук, проф., [email protected], Россия, Москва, Московский политехнический университет
ON THE PROBLEM OF METAL LEACHING FROM SUBSTANDARD RA W MATERIALS
V.I. Golik
The experience of metal extraction by infiltration leaching in underground blocks and mechanochemical leaching in a disintegrator is described. An assessment of the effectiveness of new metal mining technologies with the intensification of technological processes is given. It is shown that the involvement of substandard ores and enrichment tailings in the production strengthens the raw material base of the industry and reduces the burden on the environment.
Key words: minerals, resources, leaching, metal, disintegrator, substandard raw materials, ecology, economy.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
Reference
1. Technical and economic assessment of the effectiveness of block underground leaching of uranium from poor ores of the Streltsovsky ore field / A. A. Morozov, A. P. Smagin, G. F. Beznosov, A. N. Yurtaev // Mining Journal. 2013. No.8-2. pp.78-84.
2. Information and technical handbook on the best available technologies. Extraction and enrichment of non-ferrous metal ores // Moscow. Bureau of NDT. 2018. 342c.
3. Ghorbani Y., Franzidis J.-P., Petersen J. Heap Leaching Technolo-gy - Current State, Innovations, and Future Directions: A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 73-119.
4. Technology for nonwaste recovery of tailings of the mizur mining and processing plant / V. I. Golik [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 66. Nos. 11-12. pp. 1476-1480. DOI: 10.1007/s11015-023-01462-y.
5. Svyatetsky V. S., Litvinenko V. G., Morozov A. A. On the possibility and conditions of using block underground leaching of uranium ores from the Streltsovsky deposit // Mining Journal. 2012. No.10. pp.98-104.
6. Assessment of indigenous and man-made deposits of the Russian Federation as possible objects of application of underground and heap leaching technology / K.K. Khuleli-dze, Yu.I. Kondratiev, V.B. Zaalishvili, Z.S. Bertrozov // Sustainable development of mountain territories. 2016. Vol. 8. No. 1. pp.46-51.
7. Jarvie-Eggart M. E. Responsible Mining: Case Studies in Manag-ing Social & Environmental Risks in the Developed World. Englewood, Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2015. 804 p.
8. Efficiency gains when using activated mill tailings in underground mining / V. S. Brigida [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 67. Nos. 3-4. DOI: 10.1007/s11015-023-01526-z.
9. Parker H. M. Reconciliation principles for the mining industry // Mining Techn. 2012. Vol. 121(3). P. 160-176.
10. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Efremenkov A.B. Recycling of metal ore mill tailings // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 682. p. 363-368.
11. Sekisov A. G., Shevchenko Yu.S., Lavrov A. Yu. Prospects for the use of mine leaching in the development of gold deposits. FTPRMPI. 2016. No.1. pp.110-116.
12. Komashchenko V.I., Vasiliev P.V., Maslennikov S.A. Technologies for underground mining of KMA deposits - a reliable raw material base // Proceedings of Tula State University. Earth Sciences. Issue 2. 2016. pp.95-101.
13. Hint Y. Uda-technology: Problems and prospects. The special design and technology Bureau "Disintegrator". Tallinn. "Valgus". 1981. 87 p.
14. Morozov A. A., Yakovlev M. V. Involvement in the processing of off-balance uranium ores formed during the development of the Streltsovsky ore field sites // GIAB. 2016. No. 12. pp. 174-181.
УДК 504.55.054:622(470.6)
К ПЕРСПЕКТИВАМ УТИЛИЗАЦИИ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ РУД
В.И. Голик
Обобщен опыт утилизации хвостов обогащения металлических руд в процессе извлечения из них металлов до необходимого уровня. Выщелачивание металлов из хвостов первичного обогащения и убогого сырья в дезинтеграторе с механохимической активацией процессов позволяет снижать остаточное содержание до уровня, который позволяет утилизировать отходы горного и смежных производств без ограничения.
Ключевые слова: хвосты, руда, выщелачивание, металлы, механохимия, активация, технология, дезинтегратор, товар.
Введение
Использование природных ресурсов становится одной из основ хозяйственной деятельности человека. В России при утилизации в сферу обращения возвращаются не более 10 % отходов переработки добытого минерального металлического сырья [1 - 4].
Рост потребности в металлах, экономические и демографические изменения в мире побуждают искать новые методы удовлетворять потребности в металлах [5 - 8].
