CC BY
193
© Б.Д. Халезов, Н.А. Ватолин, В.А. Неживых, А.Ю. Тверяков, 2002
УДК 622.775
Б.Д. Халезов, Н.А. Ватолин, В.А. Неживых, А.Ю. Тверяков КУЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ НА НИКОЛАЕВСКОМ РУДНИКЕ ВОСТОЧНО-КАЗАХТАНСКОГО МЕДНОХИМИЧЕСКОГО КОМБИНАТА (ВКМХК)
Участок кучного выщелачивания состоял из трех отвалов: окисленных и смешанных забалансовых руд (отвал № 7), сульфидных забалансовых руд (отвал № 9) и балансовых метаколлоидных руд (рис. 1).
Руды отвала № 7 добыты в период отработки зоны окисления (0-80 м от дневной поверхности) и зоны вторич-
ного обогащения (от 80 до 150 м). Верхние 5-8 м отвала отсыпаны сульфидными забалансовыми рудами. Большое содержание марказита и пирита является одной из причин склонности руды к декрипитации и заиливанию.
Руды отвала №9 добыты в период после вкрышных работ и формировались в следующих пропорциях: 2025% - сульфидная забалансовая руда; 20-25% - оруденелые вмещающие породы; 50-60% - приконтактные потери балансоввых руд с вмещающими породами висячего и лежачего боков.
Отвал метаколлоидных труднообогатимых руд отсыпан в период добычи кристаллических и смешанных хорошо флотируемых руд, отправляемых на обогатительные фабрики других ГОК'ов.
Отвал №7 отсыпан на естественное глинистое основа-
Рис. 1. Схема цепи аппаратов установки кучного выщелачивания на Николаевском руднике Восточно-Казахстанского медно-химического комбината: 1 - отвалы забалансовых руд N 7 и N 9; 2- отвал метаколлоидной руды; 3- промежуточный прудок головных растворов; 4 - прудок продуктивных растворов; 5 - барабанные цементаторы; 6 - магнитная шайба; 7 - грейфер; 8 - отстойники меди; 9 - контейнеры для меди; 10 - компрессор передвижной; 11 - скважины для продувки воздуха; 12 - склад кислоты; 13 - реактор для осаждения цинка; 14 - расходные баки реагента; 15 - и обезме-женных расворов; 16 - хранилище реагента (№Ж); 17 - расходомеры реагентов; 18 - сгуститель (отстойник); 19 - фильтр-пресс; 20 - контейнеры для цинка; 21 - насосы для растворов; 22 - емкость выщелачивающих растворов; 23 - отстойники; 24 - индукционные расходомеры ИР; 25 - промежуточный бак; 26 - козловой кран с тельфером
---------------------------- «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 15
Таблица 1
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РУД В ОТВАЛАХ НИКОЛАЕВСКОГО РУДНИКА
Наименование отвала Массовая доля, %
Си Zn Fe 8 8І02 АІ2О3 СаО Mg РЬ Cd As 1п г/т Аи г/т Ag г/т
Отвал N 7 0,44 0,34 34,0 38,5 11,8 7,27 0,07 сл 0,006 - 0,062 - 0,11 19,0
Отвал N 9 0,36 0,25 16,1 16,0 43,9 8,0 0,97 0,98 - 0,001 0,06 1 0,25 0,95
Отвал балансовых метаколлоидных руд 1,86 4,62 31,9 38,2 7,37 0,33 сл сл 0,52 0,03 0,14 20 0,42 35,5
ние. Толщина глинистого слоя 3-5 м, уклон площадки 2-8%. Основание состоит из лессовидных суглинков(тощих глин) и частично из красных (жирных) глин.
Исследованиями установлено, что лессовидные суглинки, уплотненные до плотности не менее 2.12 г-см- при влажности 15-24%, становятся механически прочными, практически непросадочными, обладают низкой скоростью фильтрации и могут быть использованы в качестве естественного основания или как экранирующий материал для сооружения оснований под отвалы.
Отвалы метаколлоидной руды и №9 отсыпали на подготов-
и
. о1--------1-----------------і --------І---------------—
апрель май июнь июль август сентябрь октябрь
периоды работы установки
ленную площадку. Верхний растительный слой снимали на глубину 30-50 см до пласта суглинков, планировали, сохраняя естественный уклон 5-7%. Завозили из карьера мелкие фракции пирит-маркозитового колчедана ("пиритная сыпучка"), разравнивали слоем 30-50 см и укатывали катками с давлением 5 кг-см-2. С поверхности площадку периодически увлажняли хвостовыми растворами цементации из расчета 10-15дм3 на 1 м2 и оставляли на просушку в течение одного-двух летних месяцев. Через месяц частицы суглинков и пиритной сыпучки превращались в монолит за счет образования, главным образом, нерастворимых в слабокислых растворах основных сульфатов
Таблица 2
Химический и фазовый состав руд указан в табл. 1, 2. Геометрические размеры отвалов: отвал №7 по верху 130х80 м; высота 15-25 м, угол естественных боковых откосов 45-50о; отвал №9 - неправильной геометрической формы, площадь по верхнему периметру 14200 м2.
Начальным этапом были опытные работы по выщелачиванию части отвала №7. Отвал орошали растворами, откачиваемыми из карьера, в количестве 300-400м в сутки при рН4. Продукционные растворы содержали меди и цинка по 2-4 г-дм-, рН-2-3. Медь из продукционных растворов извлекали в деревянных желобах (1-120 м, И-0.5 м, Ь-0.5 м) на железном скрапе до 35-60%. Осадок содержал 50-65% меди.
За 5 лет эпизодической работы участка получено 367 т меди в основном за счет выщелачивания водорастворимых соединений меди. Себестоимость составила 220-270 руб. 1 т меди в цементационном осадке при реализационной цене 650 руб., что свидетельствовало об экономической целесообразности КВ на Николаевском руднике.
В 1973-1974 гг. участок был частично реконструирован с затратами, которые окупились в первые 3 месяца эксплуа-
Рис. 2. Зависимость содержания меди в продукционных растворах от периода выщелачивания
тации.
Первоначально в выщелачивание вовлечены руды отвала №7 и частично отвала №9. Проведено рыхление руды в отвалах, складированных автомобильным транспортом послойно, что затрудняло перколяцию растворов. Вначале (и ежегодно) верхнюю часть отвалов на глубину 0.2-0.5 м срезали бульдозером и сталкивали в откосы отвалов, вовлекая таким образом в сферу вышелачивания не орошаемые ранее части откосов. Отвалы разбурили шарошкой диаметром 189 мм по сетке 8х8 м или 15х15 м на глубину 5-6 м и произвели микровзрывы с целью нарушения уплотненных слоев. Скорость перколяции увеличилась до 0.5-1.2 м/ч против 0.1-0.2 м/ч до
РАЦИОНАЛЬНЫЙ СОСТАВ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ В ЦИНКЕ В ОТВАЛАХ НИКОЛАЕВСКОГО РУДНИКА
Наименование
Распределение, % отм
водорастворимые
меди
цинка
окисленные
меди
цинка
сульфиды вторичные
меди
цинка
сульфиды первичные
меди
цинка
Отвал N 7
29,4
40,3
48,1
38,1
15
7,5
21,6
Отвал N 9
6,5
6,5
22,5
71,0
93,5
Отвал балансовых метакол-лоных руд________
1,7
7,3
3,3
4,8
36,5
58,5
87,9
железа (Реа^^еА) и ряда других соединений.
рыхления. В последующем отсыпали отвалы забалансовых руд
Рис. 3. Общий вид цементационной установки: 1 - барабан со штырями; 2 - венцовая шестерня; 3 - электропривод; 4 - входная горловина; 5 - загрузочный лоток; 6 - подающий трубопровод; 7 - решетка; 8 - выходная горловина; 9 - скрапоуловитель; 10 - сливной трубопровод; 11 - отстойник; 12 - скрапоприемник; 13 - загрузочная площадка; 14 - магнитная шайба
текущей добычи в один слой на всю высоту отвала, чтобы избежать уплотнения руды.
Поверхность отвалов спланирована и разделена на оросительные прудки глубиной 0.5-1 м и площадью по 600-800 м2. Каждый прудок снабжен автономной системой трубопроводов. Выщелачивающие растворы поступали на отвалы по полиэтиленовым трубопроводам диаметром 150 мм, затем через коллектор - в оросительные прудки наливом или разбрызгиванием. Плотность орошения составляла 25-35 дм3/т руды, окислительная пауза между орошениями - 3-6 сут.
Расход растворов измеряли индукционными расходомерами - ИР-2М-100.
Отбор проб растворов - вручную или с помощью пробоотборников непрерывного действия.
Вокруг отвалов в глинистом грунте сделаны сборные канавы, в которые уложены бетонные лотки. Сооружены отстойники головных растворов объемом по 1500-2000 м3, стенки и днище которых были выполнены по технологии подобной сооружению оснований под отвалы. Откачивали продукционные растворы из прудков на цементацию через гофрированные шланги, закрепленные на плавучих платформах. Это позволяет уменьшить попадание твердых взвесей (илов) на цементацию. Установлены барабанные це-ментаторы (рис. 3) нашей конструкции, выполненные из нержавеющей стали, производительностью от 45 до 83-130 м3 раствора в 1 час. Размеры барабанных цементаторов: длина 8-11 м, диаметр 2-2.8 м. Цементаторы позволили в десятки раз интенсифицировать процесс извлечения меди из растворов по сравнению с другими аппаратами и устройствами,
применяемыми в мировой практике.
Для цементации использовали пакетированный железный скрап размером 350х400х700 мкм, который загружали в цементатор магнитной шайбой, установленный на тельфере козлового крана. Взвешивание скрапа - динамометром ДПУ-10-2 ГОСТ 940960, установленном перед магнитной шайбой. Объемный вес пакетов 600 кг/м3. В передней части барабана цементатора имеется загрузочное отверстие диаметром 0.8-1 м с лотком для загрузки скрапа и уплотняющего устройства против выплесков раствора. В нижнюю часть загрузочного отверстия по трубе поступают продукционные растворы. На внутренней поверхности со стороны загрузочного отверстия расположены штыри, разбивающие пакеты скрапа при вращении барабана. С другого конца цилиндрической части аппарата находится отверстие диаметром 300350 мкм для слива обезмеженного раствора вместе с частицами цементационной меди. Перед сливом установлена решетка с отверстиями диаметром 5 мкм для удержания скрапа в полости аппарата. На выходе из цементатора установлена ловушка мелкого скрапа, являющегося оборотным материалом.
Цементационную медь улавливали в двух бетонных отстойниках, состоящих из двух секций. Размер каждой секции 10х10х2.5 м, внутренняя поверхность которых покрыта антикоррозионными материалами. В конце отстойников сделан зумпф размером 7х1.5х2.5 м, в котором установлены насосы в кислотостойком исполнении производительностью по 60 м3/ч. Для сбора обезмеженных растворов построен хвостовой отстойник с гидроизоляцией и лабиринтными перегородками внутри. Вся запорная арматура на трубопрово-
Таблица 3
ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ОТВАЛОВ N 7 И N 9
Место отбора Содержание, г^дм-3
пробы Си Zn ЇЄшії Ге2+ 8ІО2 АІ2О3 СаО МгО Ая Cd Илы
до отстойника после отстойника
Отстойник 7 отвала 1,06 3,90 25,0 23,49 0,23 5,04 0,59 4,68 0,04 0,014 1-1,5 0,5
Отстойник 9 отвала 1,48 4,2 25,0 22,72 0,27 5,03 0,46 4,96 0,04 0,015 2-4 0,8-1,5
Отстойники цементационной меди 0,08 3,95 28,0 28,0 0,44 5,02 0,50 4,96 0,026 0,014 0,5-1,0
дах и у насосов - пробковые краны из нержавеющей стали местного изготовления, легкие и надежные в эксплуатации. Кислоту, скрап и товарную продукцию перевозили железнодорожным транспортом.
Порядок работы технологической схемы следующий (рис. 1). Обезмеженные и подкисленные серной кислотой до 2-3 г-дм-3 растворы из отстойника 22 перекачиваются на один из участков отвала. Общее количество растворов на орошение 2500-4000 м3/сутки, плотность орошения от 25 до 35 дм3/т руды, пауза в орошении каждого участка в первые годы выщелачивания 3 суток, в последующие б сут. При скорости перколяции от 0.5-1.2 м/ч продукционные растворы собираются в головных прудках 3, 4 для отстаивания илов, представляющие собой тонкие фракции элементов пустой породы. Схема трубопроводов позволяет оборачивать головные растворы для обогащения их медью как на один и тот же отвал, так и на другие отвалы. В установившемся режиме обезмеженные растворы поступали вначале на отвал забалансовых окисленных и смешанных руд (отвал №7), далее из прудка-отстой-ника - на отвал сульфидных забалансовых руд и, наконец, на отвал балансовых метаколлоидных руд 2.
Обогащенные медью растворы перекачивали на цементацию 5. Цементационная медь отделяется от раствора в отстойниках 8 и периодически 2-3 раза в месяц выгружается в стандартные контейнеры объемом 1.5 м3. Для этого подачу раствора в одну из секций отстойника прекращают. Осветленный раствор откачивают диафрагмовым насосом. Уплотненный осадок цементационной меди выгружают тельфером 26, установленным на козловом кране. Обезмежен-ные растворы собираются в отстойнике 22 для приготовления выщелачивающих растворов. Восполняли потери растворов на испарение и на замачивание вновь вовлекаемых в выщелачивание участков руды за счет карьерного водоотлива. Потери растворов на испарение в зависимости от времени года составляли 9-1б% от задействованных в схеме водооборота, а на замачивание - в зависимости от влагоем-кости руды: для отвалов №7 и 8 -80 дм3/т, для метаколлоидных руд меньше 30-40 дм3/т, что объясняется уменьшением содержания водопоглощающих алюмосиликатов.
В процессе выщелачивания измеряли температуру руды в отвалах через свежепробуренные скважины. В массиве сульфидной забалансовой руды на глубине 4-б м от поверхности температура достигает 40-50 оС, постепенно понижаясь по глубине отвала из-за более плохого доступа кислорода воздуха и, следовательно, более слабого развития окислительных процессов серусодержащих минералов (марказита, пирита, сульфидов меди и цинка). Отвал окисленных и смешанных руд прогревается более равномерно до температуры 25-40 оС. При последовательной подаче растворов с отвала №7 на отвал №9 получают обогащенные по меди и цинку растворы (табл. 3).
Содержание примесей элементов пустой породы оставалось постоянным, а содержание железа возрастало после цементации с 25 до 28 г-дм-3. Максимальное количество железа, накапливающегося в оборотных растворах, не превышало 40 г-дм-3, несмотря на то, что за счет узла цементации
(Бе мет +Си2+>Ре2++СиМет.) растворы постоянно обогащались
железом. Из анализа руды верхних слоев отвалов выяснено, что железо из оборотных растворов осаждается в теле отвала в виде основных сульфатов железа, ярозитов и карфоси-деритов (Ре2^04)3^е203; №Бе3(0Н)6^04)2;
Н30^е3(0Н)6^^04)2).
Таким образом, происходит самоочистка оборотных растворов от примесей, что исключает необходимость вывода части оборотных растворов из схемы на принудительную очистку.
Очистка растворов в прудках от илов происходила на 50-70 %. Плотность растворов и кинематическая вязкость растворов постепенно возрастали и составляли соответственно: 1.21; 1.23; 1.27 г/см3 и 2.325; 2.511; 3.069 сТт.
Содержание меди в продукционных растворах изменяется в течение сезона выщелачивания в сторону уменьшения. Самое высокое содержание меди в растворах, поступающих из 7-го отвала, приходится на начало сезона, к концу сезона - снижается в 2-3 раза (рис. 2). Повышенное содержание меди в начале сезона объясняется диффузионными процессами, происходящими в толще рудной массы, в течение зимнего периода. В этот период происходит окисление сульфидов и диффузия продуктов реакции изнутри кусков руды к поверхности. Подача выщелачивающих растворов в начале сезона интенсивно растворяет образовавшиеся на поверхности кусков руды сульфаты и другие оксиды меди.
Постепенное из года в год общее снижение содержание меди в продукционных растворах объясняется обеднением руды в отвалах. Цементировали медь при скорости вращения барабана 6 об/мин. и плотности загрузки скрапа 0.8-1 т/м3 раствора, находящегося в цементаторе (рис. 4). Скорость вращения барабана была несколько ниже оптимальной, что объясняется условиями изготовления цементатора. Реакционная поверхность скрапа составляла 4500-5000 м2. Продолжительность контакта раствора со скрапом при непрерывном движении раствора от загрузки до выгрузки составляет 4-6 мин.
Известно, что цементация меди железом из сульфатных растворов протекает согласно реакции первого порядка и носит диффузионный характер. Интенсивный процесс цементации в барабане объясняется активным массобменом цементирующего агента с медьсодержащим раствором, по-
Плотность загрузки, т/м3 раствора
Рис. 4. Зависимость извлечения меди от плотности загрузки барабана скрапом
Таблица 4
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОСАДКА ЦЕМЕНТАЦИОННОЙ МЕДИ
Диаметр, мм Выход, % Аккумулятивный выход, %
+0.1770 5.50 5.59
-0.1770+0.1020 35.51 41.10
-0.1020+0.0800 8.40 49.50
-0.0800+0.0505 14.80 64.30
-0.0505+0.0357 12.20 76.50
-0.0357+0.0292 5.30 81.80
-0.0292+0.0254 2.20 84.00
-0.0254+0.0178 9.20 93.20
-0.0178+0.0150 2.00 95.20
-0.0150+0.0105 1.80 96.50
-0.0105 3.50 100.00
Таблица 5
ДАННЫЕ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО АНАЛИЗА ОСАДКА ЦЕМЕНТАЦИОННОЙ МЕДИ ИЗ БАРАБАННОГО ЦЕМЕНТАТОРА ВКМХК (ФРАКЦИЯ - 150 МЕШ)
Продолжи- Скорость Диаметр Количество осевшего осадка, % Количество
тельность осаждения осевших осевшей с
осаждения частиц, частиц, осадком
мин см/мин мм по фракциям аккумулятивное меди, %
1 24.0 <0.1040 41.10 41.1 -
2 12.0 0.0800 8.40 49.5 -
3 8.0 0.0650 7.20 56.7 -
4 6.0 0.0565 1.80 58.5 -
5 4.8 0.0505 5.80 64.3 -
10 2.4 0.0357 12.20 76.5 -
15 1.8 0.0292 5.30 81.8 -
20 1.2 0.0254 2.20 84.0 -
30 0.8 0.0206 3.50 87.5 -
40 0.6 0.0178 5.70 93.2 97.74
50 0.48 0.0159 0.30 93.5 97.84
60 0.40 0.0149 1.70 95.2 98.40
90 0.266 0.0119 0.80 96.0 98.66
120 0.200 0.0105 <0.0105 0.50 3.5 96.5 98.84 1.16
стоянным освобождением поверхности скрапа от слоя цементационной меди, что является основными активизирующими факторами для диффузионных процессов. Извлечение меди 95-99%. Периодическое снижение извлечения происходит по причине недогрузки цементатора скрапом и понижением кислотности головных растворов (<0.5 г-дм-3).
Свежий осадок цементационной меди содержит, %: до 91 меди; 4 железа; 0.11 СаО; 1.66 БЮг; 0.31 МgО; 0.75 А12Оз. В процессе сгущения, выгрузки и дополнительного отстаивания в контейнерах часть тонкодисперсной меди окисляется. В итоге товарная продукция чаще всего содержит 85% меди. Полученный в цементаторе осадок меди в виде пульпы при Т:Ж и 1:500 через ловушку мелкого скрапа поступает в отстойники, работающие по принципу сгустителя.
Гранулометрический состав осадка, приведенный в табл. 4, выполнен ситовым и седиментационным анализами с применением весов Фигуровского.
Данные о скорости осаждения цементационного осадка представлены в табл. 5. Крупные частицы цемен-
тационной меди (+0.1040 мм или +150 меш) осаждаются практически мгновенно (до 50% меди от исходного содержания меди в пульпе). Поэтому в табл. 5 представлены скорости осаждения наиболее тонких частиц осадка (0.1040 мм), сгущение которых требует определенного времени, от которого зависит расчет вертикальных отстойников.
Эти остальные 50% меди в течение 2 ч практически полностью осаждаются. Исходя из скорости осаждения самых тонких частиц и рассчитана площадь вертикаль-
£ =—-------
ных отстойников по формуле: °-75 'V , где Б - пло-
щадь сгущения, м2; 0.75 - коэффициент; Q - объем перерабатываемых растворов (пульпы), м3/ч; V - скорость осаждения частиц, м/ч.
На практике механические потери частичек меди с раствором из отстойников составили 0.5%. Кроме того, при длительном накапливании осадка цементационной меди в отстойниках происходит её частичное растворение, потери с раствором составляют 0.7%. Однако, потери меди в виде взвесей и за счет "обратного" растворения поступают с оборотными растворами на орошение отвалов, и, по сути дела являются не безвозвратными потерями, а циркуляционной нагрузкой.
В 1975 г. закончены модернизация и расширение опытнопромышленной установки КВ. В табл. 6 и 7 приведены технико-экономи-ческие показатели работы участка за 1975 год. Причем затраты приведены за 12 месяцев эксплуатационного периода, хотя непосредственно производство меди выщелачиванием продолжается 6-7 месяцев с апреля по октябрь. Остальное время затрачивается на временную консервацию участка и ремонтно-строительные работы.
К 1980 г. в связи с уменьшением выпуска товарной продукции до 350 т из-за истощения отвалов себестоимость возросла до 430 руб/т. Это свидетельствует о том, что для поддержания высокорентабельного производства выпуска товарной продукции в условиях данного комбината должен находиться на уровне не ниже 500700 т меди в год.
За период опытно-промышленных испытаний на участке КВ получено 4563 т меди в цементационном осадке (табл. 8). В том числе из отвала №7 за 11 лет опытных и опытно-промышленных испытаний получено 2454 т меди, из отвала №9 за 8 лет - 1974 т меди, из отвала метаколлоидных руд за два месяца пробных испытаний - 135 т меди.
Извлечение меди из отвалов №7 и №9 (из расчета из всей массы руды в отвале) составило 74.4 и 66%. А из руды, находящейся непосредственно в сфере выщелачи-
Таблица 6
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УЧАСТКА КВ ВКМХК
N Показатели Единица Количество
п/п измерения по проекту фактически /по итогам 1975г./
1. Общее количество руд в отвалах, тыс.т 6500 1588
в т.ч. в них меди -"- 25.9 6.3
Интенсивность выщелачивания меди из руды, вовлеченной в %
выщелачивание за сезон 15 19-25
2. Годовой выпуск товарной продукции:
цементационная медь, т 806 850
в ней меди, т 685 714
в денежном выражении тыс.руб. 425 436
3. Себестоимость 1 т меди руб./т 282 152.1
4. Годовые издержки производства тыс.руб. 193 119
5. Сезонная численность трудящихся, чел. 18 18
в том числе рабочих -"- 17 17
6. Среднегодовая численность трудящихся, в том числе рабо- 12 12
чих 11 11
7. Капитальные затраты тыс.руб. 927 927
8. Годовая прибыль -"- 232 327
9. Срок окупаемости лет 4 2.8
вания, соответственно >80 и >70%. Интенсивность выщелачивания меди - 8-9% за сезон. Учитывая опытнопромышленный характер работы участка среднегодовую интенсивность выщелачивания при проектировании промышленного участка для руд подобного состава следует принимать 10-12% в год.
Интенсивность и полнота извлечения цинка из руды несколько опережают показатели по меди. За наиболее стабильный период работы с 1976 по 1980 г. расход кислоты составил 0.84-1.4 т/т меди, а скрапа 1.4-1.8 т/т. Скрап поступал с Верх-Исетского металлургического завода (обрезь трансформаторной стали) и с местного Усть-
Таловского завода оцинкованной посуды. Расход электроэнергии находился в пределах 1020-1070 квт-ч на 1 т меди.
В соответствии с официальным заключением специализированного института "Казмеханобр" отрицательного влияния растворов КВ на экологию не установлено. Принятая технология подготовки оснований под отвалы и для других гидротехнических сооружений удовлетворяет требованиям экологии.
К 1977 г. была разработана технология извлечения цинка из обезмеженных растворов гидросульфидом натрия. Испытания проводили по упрощенной схеме (рис. 1). Установка состоит из следующих элементов:
Таблица 7
КАЛЬКУЛЯЦИЯ НА ВЫРАБОТКУ ЦЕМЕНТАЦИОННОЙ МЕДИ В 1975 ГОДУ НА УЧАСТКЕ КВ ВКМХК
Показатели Затраты
по плану фактически
на 1 т на весь объем на 1 т на весь объем
Вспомогательные материалы 96.04 54358 43.93 24867
Энергия на технологические цели 18.03 10203 11.56 6543
Основная зарплата производственных рабочих
Дополнительная зарплата 52.52 29726 36.16 20465
Отчисления на соцстрах 4.70 2663 3.25 1842
Амортизация 4.76 2692 2.87 1625
Цеховые расходы 28.04 15871 16.59 9392
в том числе: 15.52 8786 20.36 11521
услуги РМЦ
услуги стройцеха 4.51 2551 6.06 3429
услуги ДОЦ 10.02 5670 - -
услуги АТЦ 1.00 565 - -
Прочие расходы - - 14.03 7935
Цеховая себестоимость - - 0.23 157
Общерудничные расходы 219.62 124299 134.73 76255
Производственная себестоимость 50.27 28455 35.71 20212
269.89 152754 170.44* 96467
* - Калькуляция составлена при неполной реализации товарной продукции. После реализации всей товарной продукции себестоимость составила 152.1 т
--------------------------- «НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2002» СЕМИНАР № 15 —
Таблица 8
ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТАЦИОННОЙ МЕДИ (Т) НА ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОМ УЧАСТКЕ КВ ВКМХК
Наименование отвала Год эксплуатации участка Извлечение меди, %
1969- 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1969- 1982 От общей массы руды в отвалах От вы-щелачи-ваемых участков
Отвал №7 забалансовых окисленных и смешанных руд 367 306 400 458 352 268 254 50 2454 74.4 >80
Отвал №9 забалансовых сульфидных руд - - 130 256 352 267 300 254 300 - 115 1974 66.0 >70
Отвал балансо-вых метакол-лоидных руд - - - - - - 135 - - - - 135 - -
Всего 4563
• емкость для хранения гидросульфида натрия - 50 м3(15) с насосом (20);
• расходный бак реагента емкостью 3 м3 с расходомером (14, 16);
• расходный бак цинксодержащих растворов емкостью 4 м3 (14);
• реактор для осаждения цинка емкостью 3.5 м3 (13);
• промежуточный бак цинксодержащей пульпы (24);
• отстойник для сгущения цинкового осадка диаметром 16 м, емкостью 600 м3 (17);
• фильтр-пресс 2М50 - 820х820 (18);
• прудок для сбора раствора (22).
Вся аппаратура выполнена в кислотостойком исполнении.
Цель испытаний: проверить принципиальную возможность осуществления технологии извлечения цинка из растворов в непрерывном режиме; наработать опытную партию цинкового продукта (концентрата) и получить заключение о пригодности его для окончательной Таблица 9
РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ 1 Т ЦИНКА В ЦИНКОВОМ ПРОДУКТЕ, ПОЛУЧЕННОМ ИЗ ЗАБАЛАНСОВЫХ РУД
переработки на специализированных цинковых заводах. На переработку поступали растворы следующего содержания, г-дм"3: цинка - 7-13; железа - 32-37; меди - 0.030.2; кадмия - 0.014-0.045; АІ2О3 - 5.03; БІО2 - 0.72; МgО - 4.12; СаО - 0.6; илов - 2.88-3.16; рН - 2-2.4. Повышенные содержания цинка в растворах получали за счет выщелачивания богатых метаколлоидных руд. Для осаждения использовали 27%-ный раствор №НБ - отходы производства Стерлитамакского химического объединения "Сода", ОСТ 6-08-368-74. Расход реагента из расчета 100%-ного содержания №НБ составил 1-1.1 от сте-хиометрически необходимого количества по реакции: ZnS04 + > 7п8_+ №2804 + Н2Б04.
і
Продолжительность контакта раствора с реагентом 26 мин. Сгущение осадка происходит со скоростью 0.5 см/мин. При введении полиакриламида в количестве 110 мкг-дм-3 скорость сгущения возрастает в 1.5-2 раза. Степень отстаивания осадка - 98-99%. Осветленную
часть из отстойника подавали в прудок выщелачивающих растворов 21. Сгущенный продукт при Ж:Т=(5-10): 1 подавали на фильтр-пресс, оснащенный фильтровальной тканью ПХВ или ПЦ. Производительность фильтр-пресса по пульпе - 0.35 м3/м2-ч. Кек без отжима и сушки содержит 30% влаги. Всего за период испытаний получено цинкового продукта в пересчете на сухой вес 406 т, цинка в нем -186 т, кадмия - 1.6 т.
Состав цинкового концентрата, %: цинка - 45.85; кадмия - 0.40.7; меди - 1.59; железа - 3.65; серы - 23.1.
Статьи затрат Единица Расход на Стоимость еди- Общая стои-
измерения 1 т цинка ницы, руб. мость, руб.
Гидросульфид натрия (100% активности) т 1.0 108.0 108
Керосин, мазут т 0.3 28.0 8.4
Сжатый воздух м3 2000 0.006 12
Электроэнергия на технологические квт-час 600 0.014 8.4
цели Заработная плата и отчисления на руб. 28.9 - 28.9
соцстрах Затраты по охране труда руб. 3.06 - 3.06
Амортизационные отчисления и расходы по ремонту и уходу за оборудованием и сооружениями установки Цеховые расходы руб. 31.3 31.3
Прочие расходы (10% от суммы цеховых расходов) руб. 22.0 - 22.0
руб. 2.2 - 2.2
Себестоимость 1 т цинка в цинковом продукте - - - 224
Рис. 4а. Схема цепи аппаратов участков кучного выщелачивания медных руд: 1 - отвалы руды; 2 - прудки головных растворов; 3 - насосы; 4 - козловый кран, кран-балка, тельфер; 5 - барабанные цементаторы; 6 - ловушка мелкого скрапа; 7 - отстойники для меди; 8 - сгустители для меди; 9 -центрифуги; 10 - фильтр-прессы; 11 - прудки для сушки осадка; 12 - контейнеры с цементной медью; 13 - зумпфы цинкосодержащих растворов; 14 -реактор для осаждения цинка; 15 - расходный бак для реагента; 16 - хранилище реагента; 17 - бак для щелочного раствора; 18 - колонна для нейтрализации газов; 19 - прудок оборотных растворов; 20 - репульпаторы для отмывки и отстаивания осадка; 21 - печь кипящего слоя; 22 - батарейные циклоны; 23 - расходомеры; 24 - узел подготовки выщелачивающих растворов; 25 - вентилятор; 26, 27 - воздух; 28 - скрап железный; 29 - вода; 30 - в цинковое производство; 31 - топливо, воздух; 32 - раствор в оборот
Концентрат соответствует ОСТу-48-31-72, в котором оплате подлежит цинк, кадмий, индий, сера. Недостатком проведенных испытаний является осаждение цинка из технологических растворов, неудовлетворительно очищенных от илов.
При работе с растворами, содержащими механических взвесей 0.5-1г*дм'3, получена партия более богатого концентрата - цинка 52-56%, серы 33%.
Вся опытная партия цинкового концентрата отправлена на Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат, на котором она переработана совместно с текущими флотационными концентратами. Концентрат признан пригодным для переработки до металлического цинка по существующей на комбинате технологии. На основании результатов опытно-промышленных испытаний получена фактическая себестоимость и рассчитаны техникоэкономические показатели производства цинкового концентрата от выщелачивания забалансовых и балансовых метаколлоидных руд (табл. 9).
В расчеты включены дополнительно затраты на строительство и эксплуатацию узлов сушки цинкового концентрата в печи кипящего слоя, отмывку маточника из концентрата, нейтрализацию воздуха отсасываемого от технологических аппаратов, которые в условиях коо-
перации горного и металлургического производства могут быть исключены (рис. 5а, поз. 8, 14-22, 25, 26, 3032). Конечной продукцией в расчетах принято получение металлического цинка, кадмия и серной кислоты. Из расчетов следует, что производство цинка из забалансовых и балансовых руд комбината высокорентабельно.
Себестоимость 1 т цинка в цинковом продукте, полученном из растворов от выщелачивания метаколлоидных балансовых руд (отвал 235 тыс. т) помимо перечисленных затрат включает в себя ещё себестоимость 1 т цинка в метаколлоидной балансовой руде, равную 130 руб., и составит 354 руб. за 1 т.
Для повышения комплексности использования сырья были проведены испытания с подкислением выщелачивающих растворов отходами серной кислоты, содержащими следы хлора и соляной кислоты. При этом содержание золота и серебра в продукционных растворах составило 0.035 и 0.14 мкг-дм'3 соответственно.
Полный анализ растворов свидетельствует, что в растворы кроме меди, цинка и кадмия переходят индий, никель, кобальт. Золото и серебро из растворов переходят в цементационную медь, а в цинковый концентрат извлекаются полностью медь, оставшаяся в растворах после цементации, индий и кадмий, на 80-90% никель и кобальт, и остатки золота и серебра.
Таким образом, установлено, что КВ позволяет комплексно извлекать из руды цветные, редкие и благородные металлы.
Изучено поведение микроорганизмов в условиях КВ. В растворах, вытекающих из-под отвалов, содержится Т. ferrooxidans 106-108 кл/мл, L. ferrooxidans до 2.5-106 кл/мл. Обнаружен факультативно-термофильный микроорганизм Б. thermosulfidooxidans до 2.5-106 кл/мл. В хвостовых растворах цементации число бактерий резко снижается до 10-102 кл/мл за счет механически истирающего воздействия скрапа, выделения водорода, локального повышения температуры в барабане цемента-тора. После прохождения растворов через руду количество бактерий вновь возрастает на несколько порядков, что свидетельствует о развитии микрофлоры как в теле отвала, так и в прудках - сборниках растворов.
В увлажненной мелкой руде обнаружено наибольшее количество микроорганизмов (106-108 кл/мл), что, по-видимому, связано с благоприятными условиями - хорошо развитой поверхностью минералов и аэрацией руды. Однако, активность микроорганизмов, несмотря на их сравнительно высокое содержание, достаточно низкая. Об активности микрофлоры судили по результатам меченной по углероду углекислоты (14СО2). Отчетливые фиксации 14СО2 были получены только в течение 3 суток, что свидетельствует о том, что развитие микроорганизмов подавлено. Замечено, что в растворах от богатой метаколлоидной руды активность микроорганизмов на порядок ниже, чем в растворах из-под отвалов бедных
руд. Сделан вывод, что активность микроорганизмов при прохождении растворов через богатую руду или при многократном обороте технологических растворов подавляется резким увеличением содержания цинка от 4-5 до 10-15 г-дм'3, а Бе2+ до 40 г-дм'3 при общем содержании катионов и анионов до 70-120 г-дм-3. Активность микроорганизмов возрастает в 5-10 раз при увеличении температуры с 15 до 22-26оС. При этом скорость окисления Бе2+ > Бе3+ возрастает в 2-6 раз. Определенное увеличение активности микроорганизмов наблюдали при добавлении в растворы солей КН2РО4 (0.5 г-дм-3)и (МН4)гВО4 (3 г-дм-3), что объясняется недостатком азота и фосфора в рудном сырье. Выявлена корреляция возрастающей активности микроорганизмов с увеличением их численности.
С целью создания условий наиболее благоприятных для жизнедеятельности микроорганизмов предложена регенерация оборотных растворов, интенсифицирующая процессы выщелачивания. Для этого необходимо оборотные растворы систематически аэрировать воздухом, после чего растворы направлять на отвал пустой породы, в котором значительная часть примесей осаждается на породной массе. Частично очищенные растворы вновь аэрируются, подкисляются и направляются на выщелачивание.
После окончания опытно-промышленных испытаний отвалы забалансовых руд Николаевского месторождения, из которых извлечены КВ наиболее токсичные элементы (такие как медь и цинк), были рекультивированы по известным традиционным технологиям.
Выводы
a) В опытно-промышленных масштабах методом КВ впервые отработана технологическая схема комплексного извлечения ценных компонентов из медных полиметаллических медно-колчеданных руд.
b) Получено более 4.5 тыс. т меди в цементационном осадке и впервые опытная партия цинкового концентрата.
c) Доказана высокая рентабельность геотехнологии для переработки как забалансовых, так и балансовых
руд.
d) Освоено новое оборудование (барабанные цемен-таторы, запорная арматура и др.), применена новая дешевая технология строительства гидротехнических сооружений (прудков, оснований под отвалы), разработано и внедрено более 10 изобретений.
e) Изучено в промышленных условиях поведение микроорганизмов и разработаны предложения по активизации их жизнедеятельности с целью интенсификации выщелачивания рудных минералов.
Впервые на руднике полиметаллических медноколчеданных руд выполнена так называемая "химическая мелиорация" отвалов кучным выщелачиванием с последующей рекультивацией.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Халезов Б.Д.- кандидат технических наук, Институт Металлургии УрО РАН.
Ватолин Н.А.— академик РАН, Институт Металлургии УрО РАН.
Неживых В.А., Тверяков А.Ю, - инженеры, Институт Металлургии УрО РАН.
