CC BY
116
© Б.Д. Халезов, В.А. Неживых, 2004
УДК 622.755
Б.Д. Халезов, В.А. Неживых
КУЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕДИ НА КАЛЬМАКЫРСКОМ РУДНИКЕ АЛМАЛЫКСКОГО ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМБИНАТА (АГМК)
Семинар № 14
твал КВ с массой руды 3.6 млн т отсыпан на косогоре с уклоном 5.7% и имеет форму эллипса с размерами в плане 380x240 м, максимальная высота отвала до 25 м. Поверхность отвала разделена на 12 прудков, количество руды под прудками от 100 до 300 тыс. т, площадь прудков от 3 до 10 тыс. м2.
Химический состав руды, %: Си - 0.250.27; Ее - 5.00; Б - 1.23; А1203 - 13.02; БЮ2 -60.46; СаО - 1.81; Mg0 - 2.38. Фазовый состав меди в руде, % отн.: оксиды - 29.6; вторичные сульфиды - 18.6; первичные сульфиды - 51.8. Гранулометрический состав проб руды, отобранных в начале, в середине и в конце отсыпки отвала КВ, %: (-400+200 мм) -7.3-18.2; (200+100 мм) - 5.3-9.1; (-100+50 мм) - 5.5-9.2; (50+10 мм) - 24.3-36.6; (-10+0.0) - 38.7-61.1.
Грунты в основании отвала сложены лессовидными суглинками, с крупность (-0,01^0,005 мм), состоящими из кварца, полевых шпатов, каолинита, гидрослюд. По гранулометрическому составу они относятся к группе пылевидных пород (-0.01+0.005 мм), содержащих примерно равные количества глинистых и песчаных частиц. Из смеси суглинков и битума построено основание под отвал толщиной 150 мм, расход битума - 140 г на 1 м3 грунта.
Выщелачивающие растворы подкисляют в ершовом смесителе (рис. 1) и подают на отвал по гуммированному трубопроводу диаметром 525 мм. Растворы распределяют по прудкам с помощью деревянного лотка (500x500 мм) с отводами, снабженными резиновыми шиберами. Прудки заполняют поочередно. Растворы в прудки рекомендуется подавать после их полного осушения, что способствует перколяции растворов и развитию окислительных процессов. Растворы из-под отвала направляют для осветления в прудок - отстойник и далее - на це-
ментационную установку, состоящую из четырех барабанных цементаторов производительностью 83 м3/ч каждый. Отстаивание цементационной меди - в сгустителе диаметром 18 м, а обезвоживание в двух горизонтальных прудках с площадью отстаивания по 50 м2. Цементационную медь с влажностью 15-30% выгружают из отстойников бульдозером в автосамосвалы и транспортируют для переплавки в медеплавильный цех.
Обезмеженные растворы из сгустителя и прудков - отстойников возвращают на выщелачивание. Восполнение оборотных растворов - из скважин. Учет количества растворов, подаваемых на отвал, выходящих из-под отвала и после цементации, измеряют щелевыми расходомерами.
Для отбора проб технологических растворов установлены капельные пробоотборники, а на сливе сгустителя смонтирована автоматическая система пробоотбора растворов. Режим работы сгустителя и степень отстаивания цементационной меди контролируют непрерывно системой измерения осветленного слоя пульпы.
В соответствии с результатами опытнопромышленных испытаний требовалось выщелачивать отвал при плотности орошения 40 дм3/т руды и начальной паузе 4 суток с последующим увеличением до >7 суток. При этом количество растворов, подаваемых на орошение руды, должно было составить соответственно: 29000 и 16570 м3/сут. Для осуществления указанных оптимальных режимов скорость перколяции растворов при средней высоте отвала 17.5 м должна быть не менее 0.1-0.18 м/ч.
Скорость перколяции растворов через отвал в первые 2 сезона выщелачивания составляла всего 0.15 м/сут (т.е. в 20-30 раз
ч»=
плг НЗ
ЛгМСЗЬ5Тх4
фвмвпижняа
&**,гГ№0,Ъ‘Р НХЯгЗъ/
■к
. Ч№Т1
. Ш$$СЛ>гз£€е . 7 \^ЛЗ
т#5Ж
^~Г
*&■
'Цсмскпгнйя
медь
&
Рис. 1. Схема цепи аппаратов участка кучного выщелачивания Алмалыкского горно-металлур-гического комбината: 1 - отвал - 3,6 млн. т. руды; 2 - прудок-отстойник; 3 - промежуточные прудки; 4- барабанные цементаторы; 5 - сгуститель 0 18 м; 6 - прудки-
отстойники; 7 - нейтрализационная установка; 8 - шла-мохранилище; 9 - склад серной кислоты; 10 - ершовый смеситель; 11 - прудок оборотных растворов; 12-13 - резервуары для воды; 14 - артезианские скважины; 15 -вентиляторы; 16 - щелевые расходомеры; 17 - капельные пробоотборники; 18 - расходомер 4РИМ; 19 - система автоматического измерения осветленного слоя пульпы; 20 - система автоматизированного отбора пробы; 21 -индикатор уровня ЭИУ-1ВМ; 22 - концентратомер КК-В
ниже оптимальной), а в последующие периоды еще понизилась до 0.04-0.09 м/сут. В результате количество орошающих растворов было от 3 до 6 тыс. м3/сут, что в 5 раз меньше оптимального. Орошение велось практически без пауз, т.к. поверхность прудков не успевала просохнуть.
Постоянное снижение скорости перколяции в процессе орошения объясняется интенсивной декрипитацией вмещающих пород и постепенным уплотнением отвала, которое за 8 лет испытаний составило более 10%. Снижение концентрации меди в продукционных растворах коррелирует со снижением массо-обмена между рудой и раствором (скоростью движения и количеством продукционных растворов).
Для повышения скорости перколяции растворов поверхность прудков на второй год эксплуатации периодически обрабатывали трехрядным рыхлителем, установленным на трак-
торе ДЭТ-250, на глубину до 1 м. Скорость перколяции в течение месяца увеличивалась до 0.25 м/сут, а затем вновь снижалась до 0.1-0.2 м/сут.
В последующие годы выщелачивания скорость перколяции продолжала снижаться, поэтому на третий год эксплуатации на двух прудках срезали верхний слой разложившейся руды толщиной 0.66 м. Скорость перколяции увеличилась до 0.22 м/сутки и в течение года вновь снизилась до 0.1 м/сут. Систематическая срезка верхнего слоя отвала является достаточно трудоемкой операцией, поэтому на четвертый год эксплуатации с поверхности прудков был вновь снят верхний слой руды, и экскаватором устроены траншеи глубиной около 3 ми шириной до 1 м. Расстояние между траншеями - 3 м. В результате площадь фильтрации увеличилась в 1.5-2 раза и скорость фильтрации при полностью заполненных раствором траншеях также возросла до 0.2 м/сут. По мере понижения уровня раствора в траншеях и смыва с наклонных стенок траншей тонких фракций на дно, скорость просачивания вновь резко снижалась. Тем не менее, за счет указанных мероприятий со второго по шестой год эксплуатации удалось поддерживать проницаемость отвала на уровне 15-7 см/сут, на 7 и 8 год - 4-5 см/сут.
С целью дополнительного выяснения причин изначально низкой перколяционной способности отвала и резкого ухудшения ее в процессе выщелачивания были отобраны пробы: с поверхности отвала шурфами глубиной 1 м по
сетке 25x25 м; бурением станком УГБ-50М, оборудованного шнеком диаметром 80-90 мм с магазином, при выходе керна 60-90%; станком СВБ-2 с диаметром шнека 180-200 мм.
Особенностью кальмакырских руд является их высокая склонность к самоизмельчению [1]. По прошествии 1-1.5 года после добычи руды крепость сиенито-диоритов месторождения падает с 17 до 2-9 единиц по Протодьяконову [2], а гранулометрический состав ее изменяется в сторону увеличения мелких фракций.
В результате поверхностного опробования отвала после двух лет эксплуатации установлено, что доля крупных кусков руды (-400+50 мм) уменьшилась в 2.5 раза по сравнению с содержанием их в исходной руде, а содержание фракций -50+0 увеличилось в 1.5 раза. Наблюдается увеличение мелких фракций (-1+0 мм) в общей массе руды до 46%.
Степень декрипитации руды в средней и нижней части отвала по данным бурения несколько меньше, чем в верхних слоях. По данным количественного минералогического анализа содержание глинисто-слюдистых минералов особенно заметно (до 55%) возрастает во фракции -0.05+0.0 мм. То есть, серицит, мусковит, гидрослюды, биотит разлагаются наиболее интенсивно. Происходит накапливание в отвале новообразований: гипса, гидраргиллита,
монтмориллонита, сульфатов и гидроксидов кальция, магния, калия, натрия, железа и меди. Основной причиной низкой скорости фильтрации растворов является повышенное количество тонких фракций в руде. Поэтому были изучены рентгенографическим методом пробы глинистой фракции (-0.005+0.0 мм), выделенной из руды, подвергнутой выщелачиванию. Все пробы, отобранные на различной глубине отвала, содержат монтмориллонит (7-38%), гидрослюды (54-76 %), каолинит и хлорит (718 %). Вверх по разрезу увеличивается количество монтмориллонита от 7.0 до 38.0 и уменьшается количество гидрослюды от 76.0 до 54.0 %.
В верхней части отвала в связи с повышенной концентрацией кислоты происходит более глубокое разложение минералов, чем в нижних слоях, со значительным выносом легко подвижных оснований (№, Ка, Са, Mg) железа, меди и накапливание в выщелоченной массе глинистых минералов группы монтмориллонита, гидрослюды, свободных оксидов алюминия и железа, кремнекислоты, являющихся основ-
ной причиной замедления скорости просачивания растворов.
В результате периодического опробования отвала бурением установлено, что общее содержание элементов в руде после нескольких лет выщелачивания не изменяется по отношению к исходной руде за исключением меди, которая удаляется при цементации, и железа, которое накапливается в виде ярозитов и кар-фосидеритов. Это объясняется тем, что все растворы находятся в обороте, и происходят только минералогические преобразования в массе отвала. Содержание меди в отвале повышается от поверхности к подошве и к концу четвертого года эксплуатации составило, в среднем, 0.216 %.
За четыре года выщелачивания на УКВ получено 1440.7 т меди в цементационном осадке. Остаточное количество меди при содержании 0.216 % в орошаемом объеме руды (2.9 млн т) составляет:6264 т.
Следовательно, первоначальное количество меди в орошаемой части отвала было = 7704.7 т, что соответствует среднему содержанию меди в исходной руде 0.266% вместо 0.37% - по проекту.
Из сказанного следует, что руду, из которой формируется УКВ, необходимо тщательно опробовать, не доверяя имеющимся геологомаркшейдерским данным рудников по старо-годним отвалам.
На этой же стадии (после четырех лет эксплуатации отвала) при остаточном содержании меди 0.216% изучили фазовый состав меди.
По сравнению с исходной рудой содержание первичных сульфидов меди уменьшилось на 24% отн., вторичных сульфидов - на 4% отн., оксидов - на 34% отн. Кажущееся незначительное уменьшение содержания вторичных сульфидов объясняется стадиальным выщелачиванием первичных сульфидов меди с образованием промежуточных фаз - вторичных сульфидов [4].
В октябре третьего года выщелачивания отвала провели микробиологические исследования с целью изучения распространения микроорганизмов в различных точках технологической схемы и их роли в окислительных процессах. Температура растворов в этот период была 19-22 0С. Химический состав растворов в установившемся режиме КВ достаточно постоянен, а температура растворов, вытекающих из-под отвала, несмотря на резкие сезонные колебания температуры окружающего воздуха от +2.0
до +28 0С, находится на уровне от +12 до +20.5 0С. Последнее объясняется тем, что отвал аккумулирует большое количество тепла, которое поддерживается экзотермическими процессами окисления минералов породно-рудной массы и растворами орошения, которые нагреваются под атмосферным воздействием в жаркие периоды года.
Наибольшее количество бактерий Т. Еег-гооыёаш обнаружено в растворах из-под отвалов - 104-107 кл/мл. В растворах после цементации и сгущения снижается - до 103-104 кл/мл. В оборотных растворах, направляемых на орошение, концентрация микроорганизмов вновь возрастает до 104-105 кл/мл. Несколько иная картина наблюдалась весной в марте-апреле четвертого года эксплоатации отвала, когда температура продукционных растворов была плюс 12-13 °С, содержание бактерий не превышало 103-104 кл/мл. После прогревания оборотных растворов до плюс 15-18 °С количество бактерий увеличивалось до 105-107 кл/мл. С ростом биомассы бактерий увеличивается и
у 3+
содержание Ге , что свидетельствует о повышении активности микроорганизмов с увеличением температуры. В то же время концентрация бактерий в рудной массе не изменялась и независимо от времени года была на уровне 105-106 кл/г руды, что можно объяснить незначительными колебаниями температуры рудной массы в теле отвала - плюс 12-16 °С.
Таким образом, микробиологическими исследованиями на УКВ установлено, что в руде и растворах развиваются бактерии Т. Ееггоохь (!аш, которые непрерывно регене-рируют окислитель - Ге3+. Однако, эффект
микробиологической интенсификации выщелачивания меди снижается неблагоприятными условиями: низкой проницаемостью отвала, а, следовательно, - кислородным голоданием
бактерий; снижением биомассы бактерий при переработке продукционных растворов; понижением температуры растворов в зимний период.
Активизировать микробиологические
процессы следует улучшением гидродинамических условий в отвале и повышением концентрации кислорода в оборотных растворах аэраций. Для увеличения биомассы микроорганизмов целесообразно нарабаты-вать бактерии в культиваторе (регенераторе) с последующим внесением их в оборотные растворы.
гл
Рис. 2. Зависимость извлечения меди цементацией от pH продукционных растворов: Сси - 0.3-0.4 г-дм"3; т - 26 мин; п - 3.2-6.4 об/мин; РСкрапа - 7-8 т
Медь из растворов извлекали в бара-банных цементаторах (А.С. 380728, 417507, 1064632. Авторы Халезов БД., Чудаков В.Г., Ветренко Е.А. и др.), опытные образцы которых были изготовлены Бердичевским заводом "Прогресс".
В результате разработаны технические требования к качеству пакетированного скра-па, которые сводятся к тому, что рекомен-дуется применять скрап толщиной не более 0.4 мм без изоляционных покрытий и краски, обезжиренный, лучше всего - обезлуженная консервная жесть, обрезь транс-форматорной стали и кровельного железа. Размер пакетов 400x400x500 мм.
Аппарат позволяет при оптимальных условиях извлекать медь на 95-98%. Одним из основных условий получения высокой степени обезмеживания является кислотность цементируемых растворов, которая должна соответствовать pH < 2. Однако, ввиду низкой перколяционной способности отвала получить кондиционные растворы по величине водородного показателя не удалось, поэтому из растворов, содержащих меди 0.2-0.5 г-дм3 и pH 2.3-4, извлечение меди на УКВ было от 70 до 90%.
Из растворов с pH - 2.25-2.30, извлечение меди даже из бедных растворов превышало 90% (рис. 2). Расход скрапа был в пределах 1.57-4.76 т/т меди. Расход скрапа уменьшался при повышении в растворах концентрации меди, уменьшении Ге3+, а также понижении pH и продолжительности контакта раствора со скрапом. Лучшие показатели по извлечению меди
получены при максимально возможной скорости вращения барабана - 6.4 об/мин.
Пульпу из сгустителя при Т:Ж = 1^(4-10) через выходное отверстие диаметром 75 мм периодически откачивали в прудки-
отстойники, в которых в течение 3-5 часов происходило отстаивание осадка и слив маточника в сгуститель. Готовая продукция соответствовала ТУ 348-7-19-79 и содержала до 75% меди.
В связи с тем, что отвал КВ был отсыпан из непроектной руды (смешанная руда вместо окисленной, содержание меди 0.266% вместо
0.37%, повышенное содержание тонких глинистых фракций), технологию выщелачивания пришлось отрабатывать непосредственно на опытно-промышлен-ном участке и на руде чрезвычайно неблагоприятной для геотехнологии. Это послужило одной из причин получения низких технико-экономических показателей по сравнению с показателями на других опытно-промышленных участках КВ медных руд.
Себестоимость производства 1 т меди в среднем за весь период испытаний составила 2514 руб. Из анализа себестоимости производства меди следует, что на ее величину повлияла практика отнесения на себестоимость затрат, не относящихся к строительству и работе установке.
При исключении неправомерных затрат (стоимости меди в породно-рудной массе, завышенных расходов кислоты и скрапа, амортизации оборудования, не имеющего отношения к УКВ) рассчитанная фактическая себестоимость цементационной меди составила 1021.3 руб/т.
С учетом опыта эксплуатации УКВ сделана технико-экономическая оценка производства меди (в пересчете на конечную товарную продукцию комбината - катодную медь) при расширении масштабов выщелачивания УКВ до 6 и 9 млн т руды в отвале. Капитальные вложения при этом составляют соответственно 3.16 и 3.30 млн руб. Иными словами, рентабельность КВ бедных вкрапленных алюмосиликатных глинистых руд достигается при производстве меди не менее 2-3 тыс. т меди в год при себестоимости производства соответственно 1018 и 883.7 руб/т. Все экономические оценки даны в ценах 1984 г.).
Резервом дальнейшего снижения себестоимости является применение отходов сернокислотного производства комбината - промывной серной кислоты и грязного электролита электролизного
производства. Принципиальное значение для улучшения экономики КВ имеет выщелачивание той части руд отвала №10 АГМК, которые отсыпаны в период с 1961 по 1966 гг. и которые обладают лучшими для геотехнологии свойствами. В частности, содержание мелких фракций в руде (-0.05 мм) меньше в 3 раза, чем в других частях отвала. Усреднение руд при формировании будущих участков КВ чрезвычайно желательно.
Выводы
1. Впервые в отечественной практике отработана в опытно-промышленном масштабе технология кучного выщелачивания забалансовых алюмосиликатных вкрапленных трудно-фильтрующих глинистых руд, содержащих 0.266% меди, в том числе 70.4 отн.% сульфидной и 29.6 отн.% оксидной меди. Получены необходимые данные для проектирования и эксплуатации участков КВ подобных типов руд. Производство цементационной меди за период испытаний составило 2317.8 т.
2. Установлено, что для выщелачивания забалансовых смешанных руд Кальмакырского рудника Алмалыкского ГМК высота отвала должна быть менее 10 м.
3. Для удовлетворительной работы КВ
таких "трудных" руд необходимо строгое соблюдение разработанных режимов: кислот-
ность выщелачивающих растворов в первый год снижать с 25 до 5 г-дм-3, в последующие годы - до 5-2 г-дм-3; паузу между орошениями увеличивать в ходе выщелачивания с 4 до 6-10 суток, руководствуясь тем, чтобы поверхность участка отвала перед очередным орошением была полностью осушена; плотность орошения желательно поддерживать на уровне 40 дм3/т руды; растворы, подаваемые на цементацию, должны иметь pH не выше 2. Обезмеживать необходимо 100% продукционных растворов, не допуская их оборота и тем самым - снижения темпов выщелачивания меди из руды; периодически не реже 1 раза в году срезать поверхностный выщелоченный слой руды, наращивая за счет этого откосы отвала.
4. Окончательно отработана опытная конструкция барабанного цементатора, созданная специализированным машиностроительным заводом "Прогресс" по изобретениям автора данной работы с сотрудниками.
5. За счет различных ранее описанных мероприятий, направленных на улучшение технико-экономических показателей КВ, систематически достигалось снижение себестои-
мости меди против планово убыточной. За счет этого суммарный экономический эффект в течение всего периода работы УКВ составил 1093 тыс. руб. (в ценах 1984 г.).
1. Деды. В.Ю. Зона окисления месторождения Кальмакыр. Ташкент. 1971.
2. КоцГ.А., Чернопятов С.Ф., Шманенков Н.В.
Технологическое оборудование и картирование месторождений. М. Недра. 1980. 288 с.
3. Лисицына НА. Вынос химических элементов при выветривании основных пород. М. Наука. 1973.
4. Орлов А.И. Интенсификация процесса выщелачивания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва. 1971.
6. На основании опыта эксплуатации УКВ разработан технологический регламент для проектирования промышленного участка КВ всех забалансовых смешанных руд Алма-лыкского ГМК [5].
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Отчет по НИР "Разработать и освоить процессы кучного, подземного и чанового вы-щелачивания цветных металлов из некондиционных руд". Раздел 6/3А "Анализ работы участка КВ Алмалыкского ГМК", тема 7-81-39, фонды ин-та УНИИромедь, Свердловск, 1985.
6. Аннотация по теме 7-76-39, д) "Выполнить технико-экономический анализ работы установок кучного выщелачивания". Фонды ин-та Унипромедь. Свердловск. 1980.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Халезов Борис Дмитриевич — кандидат технических наук, Институт металлургии УрО РАН. Неживых Виктор Арсентьевич - инженер, Институт металлургии УрО РАН.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КОСОЛАПОВ Олег Вениаминович Оценка потенциала конкурентоспособности геологических предприятий 08.00.05 к.э.н.
ТАТАРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ НЕФ ТИ ОАО «ТАТНЕФТЬ»
КУЗНЕЦОВ Владимир Александрович Разработка водоотверждаемых уретановых форполимерных композиций для изоляции зон осложнений при бурении скважин 25.00.15 к.т.н.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ДЕМЕНТЬЕВА Наталия Аркадьевна Исследование технологии сорбционнофлотационного обогащения бедного золотосодержащего сырья 25.00.13 к.т.н.
