CC BY
394
------------------------------- © М.И. Манцевич, Р.А. Малинский,
Г.А. Лапшина, М.И. Херсонский,
В.А. Бочаров, В.А. Игнаткина,
2009
М.И. Манцевич, Р.А. Малинский, Г.А. Лапшина,
М.И. Херсонский, В.А. Бочаров, В.А. Игнаткина
КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Комбинированные технологии, основанные на оптимальном сочетании гравитационных, флотационных и гидрометаллургических процессов, позволяют существенно повысить комплексность использования руд цветных металлов. Ключевые слова: руда, цветные металлы, комбинированные технологии.
1ТЛ настоящему времени богатые и легкообогатимые месторождения руд цветных металлов практически отработаны. В переработку вовлечено рудное сырье с низким содержанием ценных компонентов, труднообогатимое, тонковкрапленное, а также техногенное [1].
Для труднообогатимых руд на стадии обогащения, предусматривают получение богатых монометаллических флотационных концентратов и полиметаллических промежуточных продуктов, в которые извлекают высокоактивные тонкодисперсные свободные и сростковые зерна минеральных комплексов и сложные тонкие по-лиминеральные агрегаты.
Повышения качества концентратов достигают выделением труднообогатимой части сырья в промежуточный продукт, который перерабатывают отдельно, используя комбинированные технологии, сочетающие обогатительные и химико-металлурги-ческие процессы.
Сложность и многообразие минерального состава руд цветных металлов является причиной накопления в промпродуктах трудно-флотируемых и практически неразделяемых традиционными методами сульфидных полиминеральных комплексов. Распределяясь между концентратами и хвостами, они увеличивают потери цветных и драгоценных металлов и ухудшают качество концентратов.
Основу комбинированных технологий составляют процессы направленного поверхностного или глубокого превращения минералов.
К поверхностному изменению химико-минералогического состава относятся: сульфидирование, металлизация; электрохимическое, механохимическое, термохимическое, биохимическое активирование минералов; окислительно-тепловое кондиционирование и другие способы энергетического воздействия. Глубокое фазовое превращение связано с получением нового минерального вещества за счет селективного или коллективного выщелачивания минералов, химического растворения примесных компонентов в грубых концентратах или продуктах, термохимического выщелачивания полезного или породного минерала с переводом в жидкую, расплавленную или газовую фазы.
Глубокую комплексную переработку целесообразно применять для наиболее сложного минерального сырья, к которому можно отнести труднообогатимые упорные сульфидные пирит содержащие медные, медно-цинковые, полиметаллические и пирротинсодержащие никелевые и медно-никелевые руды, во многом близкие по физико-химическим свойствам и технологическим особенностям минералов.
Для этого типа руд характерны - наличие различных модификаций пирита и пирротина с неравномерной крупностью и характером их взаимной вкрапленности в основных рудных и породных минералах, количественное непостоянство изоморфных примесных ценных компонентов.
Следует заметить, что комбинированные процессы с предварительной глубокой энергетической обработкой значительно дороже комбинации обогатительных методов, таких как: гравитация, флотация, сульфидирование, низкотемпературное кондиционирование и т.д.
Одной из первых комбинированных технологий, примененных Гинцветметом в промышленных масштабах, был процесс проф. Мостовича, использованный на Алмалыкском и Балхашском горно-металлургических комбинатах для переработки верхней, окисленной части месторождений. После измельчения руды и выщелачивания серной кислотой проводили цементацию и последующую флотацию ценных компонентов.
Другим комбинированным процессом, разработанным институтом и внедренным Норильским горно-металлургическим комбинатом является автоклавная технология химического обогащения пирротинового концентрата [2].
Медно-никелевые сульфидные руды представляют собой сложный комплекс минералов цветных и драгоценных металлов. Особое место среди этих руд занимают уникальные по запасам ценных компонентов, в том числе металлов платиновой группы, месторождения Норильского промышленного региона. Главными рудными минералами являются: пирротин - основной рудообразующий минерал, а также халькопирит и пентландит. Принципиальная технологическая схема флотации богатых медно-никелевых руд представлена на рис. 1.
Основной проблемой обогащения этих руд является очистка селективных медного и никелевого концентратов от пирротина. Сложность заключается в том, что с пирротином ассоциировано значительное количество никеля, меди и металлов платиновой группы. При обогащении руд месторождений Норильска складирование пирротина приводит к значительным потерям цветных металлов, в связи с чем применяют технологию переработки медноникелевых руд с химическим обогащением пирротинового концентрата (рис. 2).
Технологическая схема химического обогащения пирротино-вого концентрата базируется на автоклавном окислительном выщелачивании, осаждении перешедших в жидкую фазу цветных металлов, коллективной флотации элементной серы и сульфидов с последующей селекцией этого продукта путем дезинтеграции и серной флотации. Из серного концентрата получают элементную серу, а камерный продукт флотации, являющийся сульфидным концентратом, содержащим 10% никеля, направляют на пирометаллурги-ческую переработку совместно с никелевым концентратом рудной флотации. Несмотря на выделение пирротинового концентрата некоторая часть пирротина остается в медном и особенно никелевом концентратах.
Основной резерв сокращения количества серы, поступающей в металлургический передел, связан с никелевым концентратом, содержание в котором пирротина достигает 50%. Повышение качества концентрата сопровождается снижением извлечения в него никеля и благородных металлов. И, тем не менее, очистка медного и никелевого концентратов от пирротина является самым дешевым способом утилизации серы. Одним из путей утилизации диоксида серы, выделяющегося при плавке концентратов, является его восстановление природным газом.
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема флотации богатых медноникелевых руд
Перспективной технологией, основанной на утилизации сернистого ангидрида из отходящих газов пирометаллургических производств, может быть ангидридный процесс, основанный на взаимодействии диоксида серы с пирротином. Замена кислородного автоклавного выщелачивания при переработке пирротинового концентрата на выщелачивание диоксидом серы позволит не только утилизировать серу металлургических газов, но и увеличит комплексность переработки сырья за счет повышения извлечения цветных и благородных металлов [3].
Комбинированные технологии широко используют на других участках переработки медно-никелевых руд. В никелевой ветви металлургического передела для разделения файнштейна традиционно применяют флотацию. При обогащении вкрапленных руд
применяют гравитационно-флотационную технологию, в которой используют центробежные аппараты Кпекоп.
Пирротиновый концентрат
1 Автоклавное в ^ Кислород, ПАВ
скрытие сырья
і Осаж Серо-сульфІ ^ Железорудные окатыши
^ дение дная флотация
Известь
Дезинтеграция
Известняк, известь
Обезвреживание хвостов
Сері
Серная флотация
Отвальные хвосты ----------------►
наят плавка
Сульфидный к-т на плавку
Хвосты
плавки
Сера
товарная
Рис. 2 Комбинированная схема переработки пирротиновых концентратов
Примененная для вкрапленных медно-никелевых руд гравитационно-флотационная технология увеличивает извлечение драгметаллов на 15% (рис.3).
Совместное применение обогатительных и металлургических технологий отвечает особенностям вещественного состава сложного минерального сырья, каким являются медно-никеле-вые руды. Примером комбинированного процесса, основанного на использовании флотации и пирометаллургии, может служить флотационная переработка шлаков медного производства, а также разработанная Гинцветметом и внедренная в производство возгоночная техноло-
гия извлечения сурьмы из хвостов обогащения, содержащих окисленные, нефлотоактивные формы металла.
Руда
Дробление
Измельчение в замкнутом цикле
Нервичныи
гравиоконцентрат
Гравиоконцентрация
:------------------1
Сгущение
Коллективная флотация
Доводка
Г равиоконцентрация
Селективная флотация
Отвальные
хвосты
Рис. 3 Гравитационно-флотационная схема обогащения вкрапленной руды месторождения «Норильск-1»
Хвосты совместно с природным углем обжигали в печи кипящего слоя, а возгоны улавливали в системе газопылеулавливания.
Важным моментом при производстве металлов является экономия топлива. Флотационное извлечение коксика из клинкера при
вельцевании цинковых кеков позволяет сократить расход топлива на 25%.
С целью улучшения распределения ценных компонентов по выделяемым флотационным концентратам и продуктам в последние годы выполнены исследования по поиску селективных по отношению к пириту собирателей на основе тиокарбаматов и дитио-фосфатов.
Синтезированные в институте «Гинцветмет» новые модифицированные собиратели серий «СИГ», «СГМ», «Берафлоты» показали высокую перспективность их использования для повышения извлечения металлов и качества концентратов; установлены более слабые собирательные свойства этих флотореагентов к пириту. Предложенный «Гинцветметом» для флотации медно-никелевых руд реагент ДМДК, селективный к пирротину, существенно позволил повысить качество никелевого концентрата и извлечение в него ценных компонентов[4].
Сочетание комбинированных технологий с селективными реагентами существенно повышает комплексность использования рудного сырья и экологическую безопасность его переработки.
Мировая практика комплексной переработки труднообогати-мого сульфидного и смешанного рудного и техногенного минерального сырья в последние годы также базируется на использовании комбинированных технологий, сочетающих обогатительные и металлургические процессы, а также на таких процессах, как выщелачивание, сорбция, экстракция, хлорная металлургия и другие способы с предварительным энергетическим воздействием.
В зависимости от физико-химических особенностей извлекаемого компонента наиболее широкое распространение получило выщелачивание: кучное, чановое, автоклавное, подземное, биохимическое. В последние годы широко используют сорбционноэкстракционные процессы; хлоридовозгоночный обжиг и способы энергетического воздействия.
Кучное, чановое, подземное и другие виды кислотного выщелачивания достаточно широко распространены для извлечения меди из окисленных, некондиционных, и смешанных руд с низким содержанием меди, а также из хвостов обогащения и вскрышных пород и успешно применяются на зарубежных на предприятиях. В странах СНГ кучное выщелачивание в разные периоды использовалось
для извлечения меди из карьерных отвалов и смешанных руд на Балхашском и Алмалыкском ГОКах.
Комбинированная технология с использованием автоклавного выщелачивания применяется на ряде зарубежных предприятий, перерабатывающих смешанные и окисленные руды. Смешанную руду после измельчения флотируют, концентрат обжигают, выщелачивают в автоклаве, медь из раствора осаждают электролизом. Окисленную руду после дробления направляют на чановое выщелачивание и на цементацию меди (рис. 4).
Аналогичная схема, несколько модернизированная, может быть рекомендована для руд Удоканского месторождения.
Для смешанных и окисленных руд Кальмакырского и Джезказганского месторождений исследована и рекомендована (Гинцвет-мет и др.) комбинированная технология включающая: флотацию сульфидов, кислотное выщелачивание окисленной меди из хвостов флотации, сорбцию меди из раствора выщелачивания на ионообменной смоле АМ-2Б, регенерацию смолы способом десорбции меди в раствор и электролиз меди.
Экстракцию меди из сернокислых растворов применяют на предприятиях: Багдад, Джонсон, Твин-Бьютс (США), Эрдэнэтийн-Овоо (Монголия). В качестве экстрагента используют реагент серии Lix. Медь из органической фазы реэкстрагируют серной кислотой, из раствора которой медь (40 г/л) осаждают электролизом [5].
Восстановительный обжиг для сульфидно-окисленных медных руд с высоким содержанием карбонатов применяют на предприятиях Германии, Чили, Перу, США, России, Японии и др. стран. Температура обжига 700-800 °С с восстановителем (кокс, уголь, оксид углерода, водород, природный газ и др.), огарок с восстановленной медью после кристаллизации ее на частичках угля доизмельчают и флотируют. Для переработки окисленных никелевых руд в институте (Гинцветмет) разработан сегрегационнофлотационный процесс [6].
В настоящее время комбинированные технологии способны решать многие задачи, связанные с переработкой сложного минерального сырья. При выборе комбинированной технологии необходимо учитывать, что химико-металлургические процессы дороже обогатительных, как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам. В связи с этим применение их эконо-
мически оправдано, когда достигается прирост сквозного извлечения основных металлов, улучшение качества
Окисленная руда Сульфидно-окисленная руда
Дробление
Дробление
Измельчение
Флотация
Обжиг Хвосты в отвал
Огарок
Сернистый
газ
Производство Н2804
Выщелачивание и промывка
Чановое
выщелачивание
Раствор
Осадок
Осадок
Производство губчатого железа
Раствор Электролиз
Медь
Цементация меди
Цементная медь
Рис. 4. Комбинированная схема переработки окисленных и сульфидно-окис-ленных медных руд
концентратов, получение дополнительной продукции и повын экологической безопасности процесса.
1. Чантурия В.А. Инновационные процессы в технологиях переработки минерального сырья сложного вещественного состава // Сборник научных трудов «Неделя горняка - 2009». - с.433-445
2. Бочаров В.А., Манцевич М.И. Состояние и перспективы развития процессов комплексной переработки руд цветных металлов.// Сборник научных трудов института “Гинцветмет”. - М., 2008. - с.25-41.
3. Нафталь М.Н., Выдыш А.В., Тимошенко Э.М., Рылеев Е.А., Петров А.Ф. Особенности и тенденции развития автоклавной гидрометаллургии тяжелых цветных и драгоценных металлов на рубеже XXI столетия.// Цветные металлы. -2007. - №7. - с. 53 -60.
4. Манцевич М.И. Основные пути совершенствования флотации руд цветных металлов. // Сборник научных трудов института “Гинцветмет”. - М., 2002. - с.126-
5. Томова И.С., Яковлев В.В., Манцевич М.И. Комбинированные схемы переработки руд цветных металлов. // Цветные металлы. - 1988. - №5. - с. 103 -
6. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Том-1. - М.: ООО « Наука и технологии». - 2001. - с. 340 - 356.
Mantsevich M.I., Malinskiy R.A., Lapshina G.A.,
Hersonskiy M.I., Bocharov V.A., Ignatkina V.A.
(Moscow Institute of Steel and Alloys)
INTEGRATED TECHNOLOGIES OF NON-FERROUS METALS PROCESS-
Combined technologies based on an optimal combination of gravitation, flotation and hydrometallurgical processes permit a significant improvement in the recoveries of nonferrous and precious metals.
Key words: Ore, nonferrous metals, combined technologies.
IC0J)0UnКО об авторах . Лапшина Г.А., Херсонский М.И. -
ФГУП «Институт «Г инцветмет»,
Бочаров В.А., Игнаткина В.А. - МИСиС.
СПИСОК ЛИТЕРА ! УРЫ
1341.
105.
ING
