CC BY
23
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.150-154 УДК 622.013 (571.6)
НОВЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
В. Г. Крюков1, Л. А. Коневцов2
1 Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия
2 Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия Аннотация
Приоритетная позиция горной промышленности на Дальнем Востоке прогнозируется на длительную перспективу. Это обусловливается высокой рентабельностью производства и оптимистичной оценкой потенциала недр. Развитие региона связывается с формированием металлургического комплекса на новых технологических разработках в сфере производства композиционных, сварочных и наплавочных материалов, ферросплавов, а также применения малоформатного металлургического производства, пространственно совмещенного с горнодобывающими предприятиями. Ключевые слова:
минеральное сырье, комплексность, металлургия, новые технологии, материалогия.
THE NEW APPROACH TO THE PROBLEM OF PROCESSING OF MINERAL RAW MATERIALS OF THE FAR EAST OF RUSSIA
V. G. Kryukov1, L. A. Konevtsov2
1 Mining Institute of the Far-Eastern Branch of the RAS, Khabarovsk, Russia
2 Institute of Materials Science of the Khabarovsk Scientific Center of the Far-Eastern Branch of the RAS, Khabarovsk, Russia
Abstract
The priority position of mining industry in the Far East is predicted on long prospect. It is caused by high profitability of manufacture and an optimistical estimation of potential of bowels. Region development contacts formation of a metallurgical complex on new technological workings out in sphere of manufacture composite, welding and surfacing materials, ferroalloys as well as application of small-scale metallurgical manufacture spatially combined with the mining enterprises. Keywords:
mineral raw materials, integrated approach, metallurgy, new technologies, маterials science.
Цель настоящего исследования заключается в создании модели развития высокотехнологичного металлургического производства на основе использования местного минерального сырья.
Авторы развивают идеи профессора А. Д. Верхотурова, стоявшего у истоков формирования нового направления в металлургии — материалогии — и внесшего весомый вклад в отечественную науку о материалах [1]. Работа основывается на анализе развития технологий переработки сырья и отходов в сфере «сырьевой экономики» (Курчатовский институт, институты ДВО РАН машиноведения и металлургии, материаловедения, водных и экологических проблем, Дальневосточный государственный университет путей сообщения — ДВГУПС), а также новых глобальных тенденций в получении материалов из сырья и отходов с использованием принципиально новых технологий. Это позволило сформулировать новую парадигму дальнейшего развития Дальневосточного региона на основе индустриализации промышленности (табл. 1).
Под индустриализацией авторы понимают высокотехнологичное получение материалов из минерального сырья, промышленных отходов на основе использования концентрированных потоков энергии. При этом применяются технологии и оборудование, обеспечивающие комплексную, рациональную переработку сырья в экологически приемлемых условиях, исключающих электрозатратные, экологически опасные химические, пиро- и гидрометаллургические производства. Технологии и оборудование позволяют выпускать материалы из минерального сырья и отходов на мини-предприятиях. К высокотехнологичным способам относятся плазменные процессы, металлотермия, электрошлаковый переплав и др. [1, 2].
В институтах ДВО РАН (материаловедения, машиноведения и металлургии, СВЭП, а также Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС)) выполнен значительный объем исследований по получению материалов с использованием методов порошковой металлургии, алюминотермии, электрошлакового переплава, СВС-метода. Эти исследования подтвердили возможность производства материалов непосредственно из минерального сырья на участке его добычи. Изучены возможности комплексного использования сырья месторождений вольфрама, бора, титана и циркона [1, 3-5].
Модель новой индустриализации на Дальнем Востоке России
Основное содержание работ по этапам Ожидаемые результаты
Анализ современных экологических и технологических проблем переработки минерального сырья и отходов и тенденций их дальнейшего развития. Разработка методики исследования перерабатывающих комплексов, использующих инновационные технологии. Выяснение позитивных и негативных факторов в деятельности успешных предприятий Основные тенденции в развитии технологии по переработке минерального сырья и отходов в условиях устойчивого развития Дальнего Востока, план мероприятий по ликвидации негативных факторов производства
Совершенствование модельных экспериментов по воздействию концентрированных потоков энергии на минеральное сырье и отходы. Определение влияния энергетических параметров обработки и содержания восстановителей на эффективность переработки минерального сырья и отходов. Установление закономерностей технологии их переработки Регламент лабораторных исследований, проект нормативных положений полупромышленных исследований
Разработка технологии комплексной переработки минерального сырья и отходов Теоретические основы переработки минерального сырья и отходов. Монография с характеристикой технологии переработки шеелитового, бадделеитового концентратов и оловосодержащих отходов
Разработка комплексного раздела науки по переработке минерального сырья и отходов — энтропийно-экологической материалогии Предложения по формированию минерало-материалогического кластера
Формирование металлургической отрасли, являющейся основой экономики государства в Дальневосточном федеральном округе (ДФО), представляется одной из первоочередных задач развития Дальнего Востока. Для этого имеются определенные предпосылки. В регионе функционирует металлургическое предприятие со сталелитейным и прокатным производством — ОАО «Восток-металл». Компаниями ГК «Петропавловск» начато освоение железо-титанового месторождения Куранахское в Амурской области, а также Кимканское и Сутарское месторождения железных руд в ЕАО. На этой базе планируется создание Дальневосточного металлургического кластера. Это крупные базовые структуры черной металлургии. Их развитие требует постоянной поддержки со стороны государства и тщательно сбалансированной стратегии действий каждого комплекса.
Вместе с тем в металлургической отрасли могут функционировать малые предприятия, производящие композиционные, сварочные и наплавочные материалы, ферросплавы, электроискровое легирование, а также малоформатные предприятия, приближенные к местам добычи полезных ископаемых. В последние годы появились разработки по компьютерному объемному моделированию с использованием местного минерального сырья. Эти направления обеспечивают передовой фронт инновационных процессов и достаточно высокую их рентабельность. Следует подчеркнуть, что объемы минерального сырья для отмеченных направлений промышленности определяются первыми тоннами, реже — десятками тысяч тонн.
Композиционные материалы. Дальневосточными институтами Российской академии наук определена технология синтеза циркониевой лигатуры из бадделеитового концентрата. Цирконий обнаруживается в рудах многих комплексных месторождений редкометалльно-редкоземельного сырья на Дальнем Востоке. Методами порошковой металлургии в лабораторном варианте изготовлена композиционная оксидная и боридная керамика на основе бадделеитовых концентратов Алгаминского месторождения [3]. Руды комплексные, содержания элементов (%): оксид циркония — 0,1-12, вольфрам — до 1,5, иттрий — до 0,3, уран — до 0,1, гафний — 0,066, ниобий — 0,052, тантал. Пробы для исследований отбирались из руд с крайне низкими содержаниями радиоактивных минералов. Следует подчеркнуть, что объемы минерального сырья для этой отрасли определяются первыми сотнями, реже тысячами тонн.
Сварочные материалы. В настоящее время для получения легирующих сварочных материалов, как правило, используются дорогостоящие и дефицитные химически чистые элементы или их соединения. Их вводят в состав сварочных проволок, флюсов, электродных обмазок или присадочных ферросплавов. Это ограничивает экономически выгодные масштабы применения легированных сплавов и покрытий, значительно усложняет процессы технологической сварки, наплавки и переплава металлов. При всех способах, кроме способа в среде защитных газов, электродный материал от начала его плавления до кристаллизации находится в контакте с жидким шлаком, образующимся при плавлении флюсов или электродных обмазок. Высокий градиент температур и большое количество тепла в ограниченном объеме позволяют легировать его элементами, находящимися в шлаке, и использовать для этого не чистые металлы, а минеральное сырье.
В г. Хабаровск, в Институте материаловедения ДВО РАН, ТОГУ, ДВГУПС [1, 3-5], произведены новые сварочно-наплавочные материалы на основе использования шеелитового концентрата месторождений Лермонтовское и Восток-2. Фазовый состав концентрата достаточно сложен (%): WOз — 59,5; SiO2 — 2,9; CaO — 26,8; MgO — 1,6; ТЮ2 — 0,2; FeO — 0,6; Fe2Oз — 3,8; FeзO4 — 1,7; Na2O — 0,3; K2O — 0,1 и другие. Методом алюмотермии получены вольфрамсодержащие соединения (табл. 2), пригодные для изготовления электродов при электроискровом легировании металлических поверхностей в составе W-Ме, где Ме — Fe, Сг, Mo, Zr, Co, №.
Таблица 2
Состав электродов из шеелитового концентрата
Состав электрода С реднее содержание элемента, мас. %
W Fe № Со Mo Zr Сг А1 Si оксиды
W—Fe 75,0 21,0 0,3 0,4 0,2 - - 1,1 1,0 1,0
W—Ni 65,0 1,6 28,0 0,3 0,4 - - 1,6 1,5 1,6
W—Co 62,0 2,0 0,2 32,0 0,2 - - 1,2 1,0 1,4
W—Zr 77,5 3,2 6,0 0,3 0,4 5,3 - 2,8 1,6 2,9
W—Cr 77,0 1,6 0,4 0,3 0,3 - 5,3 1,5 1,5 1,4
W—Mo—Co 62,0 2,6 0,2 10,0 20,0 - - 1,8 1,2 2,1
W—Ni—Mo 61,5 2,4 24,0 0,3 6,5 - - 2,0 1,3 2,0
W—Ni—Zr 61,5 2,3 25,0 0,3 0,2 6,0 - 2,0 1,1 1,5
W—Cr—Mo 62,9 1,5 0,3 0,4 12,0 - 6,0 1,7 1,4 1,8
W—Cr—Co 52,1 0,9 0,2 19,1 0,3 - - 1,2 1,1 0,9
W—Ni—Cr 50,3 1,2 26,9 0,3 0,1 - - 1,1 1,1 0,9
W—Ni—Co 50,2 1,4 26,3 18,3 0,2 - - 1,1 1,0 1,3
W—Fe—Ti 49,0 29,5 0,3 0,2 0,2 - - 1,2 1,0 1,1
Составлялась специальная шихта из смеси шеелита, оксидов перечисленных металлов и алюминия. Оптимальный подбор состава шихты обеспечивал необходимый температурный режим для полного восстановления оксидов и устойчивое распределение продуктов реакции на металлическую и шлаковую составляющие. Эти материалы превосходят стандартные сплавы по изнашиванию в 1,5 раза, по жаростойкости в 1,2-1,5 раза.
Разработана технология изготовления железомедных сплавов и лигатур на основе минеральных концентратов месторождений Комсомольского рудного района в Хабаровском крае. Это направление определяется подготовленностью сырьевой базы таких металлов, как вольфрам, медь, молибден, железо, хром, никель и кобальт. Вольфрам в настоящее время добывается из руд месторождений Восток-2 и Лермонтовское. Руды месторождения Восток-2 комплексные, содержат вольфрам (3,9 % оксида вольфрама), медь, свинец, цинк, висмут, кадмий, серебро, золото, таллий и другие компоненты. Минеральные формы вольфрама — шеелит, в меньшей мере вольфрамит. К этому объекту близки по составу руд Лермонтовское, Скрытое, Малиновское в Приморье. Подобные проявления выявлены и изучаются в Амурской области (Геткачинское). В Хабаровском крае шеелитовый концентрат получали из руд олово-сульфидного месторождения Фестивального. Следует отметить наличие в крае недоизученного месторождения вольфрама Богучанского и месторождения Зимовье.
Медь и молибден образуют собственные месторождения медно-молибден-порфировой формации (месторождение Малмыж в Хабаровском крае) и участвуют в сложении руд комплексных, чаще всего олово -сульфидных, объектов. К числу последних относятся эксплуатируемые месторождения Комсомольского рудного района (Фестивальное и Перевальное), а также подготовленные к освоению Соболиное и Октябрьское. Так, например, руды Фестивального месторождения включают (%): олово — 1,41, медь — 0,65-1,48, вольфрам — 0,05-0,12, висмут — 0,021-0,044, свинец — 0,05, цинк — 0,11, сера, мышьяк. В повышенных количествах присутствуют: индий, золото, серебро, скандий, молибден, сурьма, кадмий и другие элементы.
Никель и кобальт. Медно-никелевые месторождения, представленные рудами пирротин-пентландит-халькопиритового состава, выявлены на границе Хабаровского края и Амурской области. В пределах Восточной Становой зоны установлена никеленосность тел мафит-ультрамафитов [6]. Запасы подготовлены на месторождении Кун-Маньё. Содержания основных компонентов: никель 0,5-1,0 (до 1,5) %, кобальт и медь — десятые доли процента.
Автоматическая дуговая наплавка. Для наплавки применяются керамические легирующие флюсы на основе шеелитового концентрата. По результатам экспериментальных исследований серии флюсов с различными восстановителями установлено, что наиболее оптимальным из них является ферросилиций в количестве 10 мас. %. Для повышения технологических свойств и более качественной металлургической обработки жидкого сплава в состав шихты вводились гранит и флюоритовый концентрат (табл. 3, ОФ 4). При таком составе флюса наблюдается максимальный переход вольфрама (8,9 мас. %) в переплавляемую низкоуглеродистую электродную сталь.
Состав опытных флюсов
Флюс Состав, мас. %
шеелит флюорит гранит графит алюминий FeSi
ОФ 1 70 20 - 10 - -
ОФ 2 70 20 10 - - -
ОФ 3 60 15 10 - 15 -
ОФ 4 75 10 5 - - 10
Это направление также достаточно хорошо обеспечено минеральными ресурсами. Наиболее доступны граниты. Практически во всех дальневосточных субъектах эксплуатируются карьерами месторождения гранитов. Остальные компоненты в концентрированном виде встречаются реже. Число подготовленных для освоения объектов не превышает двух десятков. Графит в настоящее время не добывается, но имеются месторождения в ЕАО (Союзное, Сутарское, Бирское и др.) и в Приморском крае (Тургеневское). Флюорит добывается на месторождении Вознесенском, расположенном в Приморском крае.
Известны также комплексные с флюоритом месторождения олова (Хинганское в ЕАО, Тигриное, Арсеньевское, Искра и др. в Приморье, Правоурмийское в Хабаровском крае), бериллия (Преображеновское в ЕАО, Учаминское в Хабаровском крае), вольфрама (Богучанское в Хабаровском крае, Забытое в Приморье, Гетканчинское в Амурской области).
Источником алюминия могут служить вторичные кварциты (алунитовая фация), анортозитовые массивы, силлиманитовые сланцы. Перспективны для получения глинозема анортозиты. Это комплексные железо-титан-фосфорные руды со значительным количеством алюминийсодержащих минералов андезина и лабрадора (содержание оксида алюминия 27-32 %) во вмещающих андезинитах. Такие месторождения известны в Амурской области (Куранахское, Большой Сейим) и Хабаровском крае (Маймаканское, Богидэ, Гаюмское, Урожайное).
Малоформатное перерабатывающее производство. На Дальнем Востоке должно найти поддержку государства формирование стационарных перерабатывающих, в том числе железорудного (сталелитейного и прокатного), и гидрометаллургического производств. На базе последнего рекомендуется перерабатывать не только концентраты упорных золотых руд, но и концентраты медно-порфировых объектов, месторождений олова, поскольку все они содержат золото и другие ценные компоненты. Это позволит обеспечить комплекс достаточным объемом концентратов, а регион — рабочими местами и доходами.
Учитывая мировой опыт пространственного совмещения добывающих предприятий и металлургических комплексов, актуальным становится перемещение перерабатывающих производств к местам добычи ресурсов. В настоящее время конструируются или уже используются мини-предприятия по переработке продукции горнодобывающей промышленности: плазменные котлы, электрошлаковый переплав, металлотермия, порошковая металлургия, установки типа MACRO. Определенная ограниченность мобильных установок в части полного извлечения всех компонентов делает необходимым их кооперирование со стационарными предприятиями, начинёнными более сложным комплексом приборов и оборудования.
Таким образом, научно-исследовательскими институтами Хабаровского и Приморского краев осуществлены комплексные работы по использованию минерального сырья и отходов без существенной их переработки для получения материалов и изделий (композиты, сварочные и наплавочные электроды, ферросплавы и др.). При этом были объединены усилия геологов, горняков, материаловедов, механиков, экологов и экономистов. Новым представляется выбор технологий, исключающих использование различных химикатов, прежде всего кислот и щелочей, и замена их перспективными технологиями концентрированных потоков энергии (дугового, искрового разрядов, плазмы, методов порошковой металлургии).
Высокотехнологичная продукция получается из сырья или рудных концентратов месторождений циркония, титана, вольфрама, бора. При производстве используется весь комплекс элементов составляющих руду. Продукция по качественным характеристикам превосходит лучшие мировые образцы, произведенные из чистых металлов или их соединений. Для получения относительно чистых металлов предусматривается территориальное совмещение малоформатных перерабатывающих комплексов с ГОКами. Реализация новых направлений не требует больших капитальных затрат, крупных инвестиций в горнодобывающую промышленность, сооружения мощных перерабатывающих предприятий.
Литература
1. Получение новых материалов в Дальневосточном регионе. В 2 ч. Ч. 1 / А. Д. Верхотуров и др. / под ред. А. Д. Верхотурова. Хабаровск: ДВГУПС, 2013. 293 с.
2. Синтез научно-технических и экономических прогнозов. Тихоокеанская Россия — 2050 / ред. ак. П. А. Минакир, ак. В. И. Сергиенко. Владивосток: Дальнаука, 2011. 912 с.
3. Формирование горно-металлургических кластеров в Дальневосточном федеральном округе как основы его устойчивого развития / А. Д. Верхотуров и др. // Труды VI Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 24-29 июня 2013 г.). Якутск: Ахсаан, 2013. Т. 1. С. 107-116.
4. Верхотуров А. Д., Романовский Н. П., Шнайдер А. А. К вопросу о промышленном получении материалов из вольфрамсодержащего минерального сырья в Дальневосточном регионе // Вестник ДВО РАН. 2010. № 1. С. 75-80.
5. Верхотуров А. Д., Мулин Ю. И., Гостищев В. В. Получение электродов из шеелитового концентрата при применении метода металлотермии // Электронная обработка металлов. 1994. № 5. С. 70-73.
6. Новый тип медно-никелевых месторождений юго-востока Алдано-Станового щита / В. А. Гурьянов и др. // ДАН. 2009. Т. 425, № 4. С. 505-508.
Сведения об авторах Крюков Виктор Глебович
кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия
[email protected] Коневцов Леонид Алексеевич
кандидат технических наук, Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН, г. Хабаровск, Россия [email protected]
Kryukov Viktor Glebovich
PhD (Geology & Mineralogy), Leading Researcher, Mining Institute of the Far-Eastern Branch of the RAS, Khabarovsk, Russia
Konevtsov Leonid Alekseevich
PhD (Engineering), Institute of Materials Science of the Khabarovsk Scientific Center of the Far-Eastern Branch of the RAS,
Khabarovsk, Russia
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.154-159 УДК 66 - 952
СОРБЦИОННАЯ КОНВЕРСИЯ — ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД ПЕРЕРАБОТКИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Э. П. Локшин
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Предложено обрабатывать редкоземельные концентраты низкоконцентрированным кислотным раствором в присутствии сульфокатионита. При этом редкометалльные и часть примесных катионов поглощается сорбентом, а анионы накапливаются в пульпе. Десорбция осуществляется растворами солей аммония или щелочных металлов с получением слабокислых элюатов. Это обеспечивает минимальный расход реагентов на нейтрализацию элюатов, проводимую с целью осаждения концентратов редких металлов и регенерации десорбата. Ключевые слова:
минеральное сырьё редких элементов, переработка, кислотные методы, сорбция.
SORPTION CONVERSION IS A PERSPECTIVE METHOD OF PROCESSING OF RARE EARTH RAW MATERIALS
E. P. Lokshin
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Аbstract
The paper proposes to treat rare-earth concentrates with low-concentrated acid solution in presence of a cation exchanger. During this process the sorbent absorbs the rare metals and a part of the extrinsic cations, while the anions are cumulated in the pulp. Desorption is carried out by solutions of salts of ammonium or alkali metals and subacid eluates are received. This ensures minimal reagent consumption for the eluate neutralization, which is necessary for precipitation of the rare metal concentrates and regeneration of the desorbate. Keywords:
raw material of rare elements, processing, acid-based methods, sorption.
