CC BY
101
------------------------------- © Н.А. Лаврик, Г.П. Пономарчук,
Т.С. Банщикова, 2009
УДК 546.59/92:553.96+622.771.5
Н.А. Лаврик, Г.П. Пономарчук, Т.С. Банщикова
ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ПРИМОРСКОЙ ГРЭС
1ГЛ омплексная отработка угольных месторождений в на--»%. стоящее время является актуальной с экономической и с экологической точки зрения. Исследованные в разные годы месторождения бурых углей на юге Дальнего Востока необходимо относить к разряду комплексных металлоносных, так как они содержат в повышенных количествах благородные и редкие металлы. При разработке соответствующих технологий золу отработанных углей можно считать новым нетрадиционным источником сырья для извлечения благородных металлов.
Изучение новых месторождений бурых углей на предмет ме-таллоносности (например, Сутарского) также обнаруживает в них повышенные содержания благородных металлов.
Опыт извлечения золота из золошлаковых отвалов Рефтинской ГРЭС (Урал) показывает, что рентабельным для извлечения можно считать содержание золота 0,2 г/т или содержание суммы золота и группы платиновых элементов 0,2 г/т. [1, 2]. Известно, что принципиальные схемы переработки золошлаковых отходов с получением редких и благородных металлов, а также других товарных продуктов ^е, А1, Т1) разработаны для некоторых месторождений Приморья, Эльгинского месторождения, Кузбасса, Минусинского, Подмосковного и некоторых других бассейнов России [2].
Опытное извлечение золота из золошлаковых материалов крупнейшей на Дальнем Востоке Приморской ГРЭС было проведено в Институте горного дела ДВО РАН. Приморская ГРЭС работает на бурых углях Бикинского месторождения, которое разрабатывается Лучегорским разрезом. Бикинское буроугольное месторождение расположено в северной части Приморского края, в нижнем течении р. Бикин, правого притока р. Уссури, и относится к
Бикино-Уссурийскому угольному бассейну. Оно вытянуто в северо-восточном направлении на 15-40 км. Бикинское месторождение бурых углей является самым крупным в Приморье по запасам и их подготовленности для добычи открытым способом. Бурые угли месторождения и зола углей Приморской ГРЭС не раз привлекали исследователей на предмет обнаружения в них благородных и редких элементов и возможности их извлечения. По данным ИГД ДВО РАН, бурые угли этого месторождения содержат в среднем Аи 0,19 - 0,45 г/т, а также платину и элементы платиновой группы от 0,08 до 6 г/т; редкие элементы Ge, ТЯ, Y, Yb, Ga, В, Sb, S, V.
Краткая геологическая характеристика Бикинского угольного месторождения. Угленосная впадина расположена в пределах Сихотэ-Алинской геосинклинальной складчатой системы. Месторождение сложено осадочными и изверженными породами каменноугольного, пермского, триасового, юрского и мелового возрастов, а также четвертичными отложениями. Угленосные отложения палео-ген-неогенового возраста частично перекрыты оливиновыми и пирок-сеновыми базальтами. Магматические породы известны в образованиях фундамента; на периферии - базальты и кислые породы. Для вмещающих пород угленосной свиты характерна пиритизация и наличие в разрезе карбонатизированных аргиллитов и сидеритизиро-ванных пород, имеющих форму желваков, стяжений и ожелезненных трубочек, а также прослоев туфов и туфогенных пород.
Анализируя геологическую обстановку района месторождения, мы можем предположить, что процесс накопления металлов в углях мог быть протяженным во времени и полигенным. К подобным выводам подводят следующие факты:
1. В основании угольного месторождения магматические породы могли содержать золото и платиноиды, следовательно, на стадии развития растительного покрова растения уже накапливали благородные металлы в виде металлоорганических соединений.
2. Месторождение локализовано в зоне развития тектонических нарушений; формирующиеся пласты углей испытывали влияние флюидов и гидротерм и в какой-то степени обогащались благородными и редкими металлами.
3. Для вмещающих пород месторождения характерно наличие туфов и туфогенных пород, следовательно, нельзя сбрасывать со счетов, что пирокластика, могла содержать Аи и Pt в тончайшей кристаллической или ионной форме.
4. Месторождение углей перекрыто базальтами. Известны находки платины в базальтах.
Качественные показатели бурых углей Бикинского месторождения. Угли месторождения черного цвета или буроватокоричневого; матовые, полуматовые, редко полублестящие, встречаются маломощные прослои тускло блестящей гелифицированной древесины. Бурые угли содержат большое количество минеральных примесей: глинистое вещество, карбонаты, кварц, полевой шпат, пирит. Марочный состав углей 1Б, содержание влаги рабочей 44-55 %; зольность (Аа) угольных пластов месторождения меняется в широких пределах от 8 до 40 %; выход летучих веществ 54,2-57,6 %; содержание серы 0,4-0,5 %; теплота сгорания топлива 5990-6240 ккал/кг.
Состав золошлаковых материалов. Изучение отходов Приморской ГРЭС, проведенное А.А. Черепановым в 2003 г.[3, 4], и в Институте горного дела ДВО РАН в 2007-2008 г.г., позволяет выделить в составе золошлаковых материалов (ЗШМ) кристаллическую, стекловидную и органическую части.
Кристаллическое вещество представлено как первичными минералами минерального вещества топлива, так и новообразованиями, полученными в топочном процессе и при гидратации и выветривании в золоотвале.
Всего в кристаллической составляющей ЗШМ установлено до 150 минералов: мета - и ортосиликаты, алюминаты, ферриты, алюмоферриты, шпинели, дендритовидные глинистые минералы, оксиды: кварц, тридимит, кристобалит, корунд, глинозем, окиси кальция, магния. Из рудных минералов известны - касситерит, вольфрамит, станин, пирит, пирротин, арсенопирит и другие. Встречаются сульфаты, хлориды, очень редко фториды. В результате гидрохимических процессов и выветривания в золоотвалах появляются вторичные минералы - кальцит, портландит, гидроокислы железа, цеолиты.
Большой интерес представляют самородные элементы и ин-терметаллиды: свинец, серебро, золото, платина, алюминий, медь, ртуть, железо, никелистое железо, хромферриды, медистое золото, различные сплавы меди, никеля, хрома с кремнием и другие. Их размеры от первых до десятков микрон. В свежих золах они несут следы термической обработки (частичное оплавление, сплавление с
другими минералами и агрегатами). В старых золах происходит нередко их самоочищение.
з
1 / 2 / 3 / 4 / \ 5 \_6_
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для извлечения полезных компонентов из золошлаковыш отходов ТЭЦ: 1 - шпальтовый грохот, 2 - сужающийся жёлоб, 3 - нож-отсекатель, 4 - шланг, 5 - концентратор ЦВК-200, 6 - контрольный шлюз
Всеми исследователями отмечается весьма неравномерное содержание благородных металлов в золе углей и различная крупность. Золото в ЗШМ трудно извлекаемое. Требует применения специальных концентраторов по улавливанию тонкого золота и дополнительных операций по его вскрытию.
Результаты опытно-промышленных исследований эффективности центробежного обогащения золошлаковых отходов Приморской ГРЭС
Цель работы - определение возможности извлечения золота из золошлаковых отходов Приморской ГРЭС методами гравитации, а именно центробежной концентрации на сепараторе ЦВК-200 (г. Наро-Фоминск).
Для реализации поставленной задачи была смонтирована опытная установка, схема которой приведена на рисунке.
Установка включала суживающийся желоб (СЖ) (2) с но-жом-отсекателем (3) в днище для подачи питающей гидросмеси на концентратор ЦВК-200 (5). Хвосты ЦВК-200 поступали на контрольный шлюз (6), а концентрат подвергался перечистке на ЦВК-100 с контрольной сепарацией хвостов и доводкой концентрата ЦВК-100 на концентрационном столе с последующим минералогическим анализом продуктов доводки.
Методика испытаний центробежного концентратора ЦВК-200 для извлечения ценных минералов из золошлаковых материалов.
Условия работы:
а) исходным питанием суживающегося желоба является золошлаковая гидросмесь - продукт сгорания угля Лучегорского разреза;
б) предварительное обогащение водно-шлаковой смеси производится на суживающемся желобе с отсекателем днищевого продукта;
в) конструкция обогатительного желоба предложена ОАО «Грант» (г. Наро-Фоминск), суживающийся желоб изготовлен на участке экспериментальных работ Института горного дела ДВО РАН;
г) отсекаемый придонный продукт обогатительного желоба самотеком поступает в центробежный концентратор ЦВК-200 (паспортная производительность - до 3 м3/ч).
Порядок проведения работ:
- для выбора рационального режима работы ЦВК-200 устанавливаются следующие периоды между съемками концентрата: 15 мин, 30 мин и 1 час;
- объем наработанного концентрата в каждом режиме должен быть одинаковым, т.е. в течение рабочего периода должно быть отобрано не менее 3 л концентрата, всего - 9 л;
- отобранные пробы отправляются на доводку в лабораторию ИГД ДВО РАН;
- в процессе работы ЦВК-200 поддерживается рекомендуемое соотношение Т:Ж от 1:8 до 1:10 путем подачи воды в питающую воронку концентратора.
- исходная нагрузка концентратора не изменяется, поддерживается в пределах паспортной производительности, т.е. около 3
м3/ч;
- во время работы концентратора ЦВК-200 производятся съемки концентрата с контрольного шлюза. Концентрат контрольного шлюза снимается после отработки каждого режима ЦВК-200 для последующей обработки.
В соответствии с разработанной методикой испытаний были изучены:
- продолжительность накопления тяжелой фракции золошлакового материала на концентраторе ЦВК-200;
- влияние разбавления пульпы (Т:Ж) на показатели обогащения;
- оценка возможности получения товарных концентратов, содержащих не менее 50 г/т золота для отправки на аффинажный завод.
На первом этапе испытаний проведены исследования по отработке режима концентрации, а именно продолжительности накопления тяжелой фракции в течение 15; 30 и 60 минут непрерывной работы ЦВК-200. Концентрат ЦВК, накопленный за указанные промежутки времени, подвергали сушке, магнитной сепарации в слабом поле и повторной центробежной концентрации на ЦВК-100 с контрольной сепарацией хвостов. Полученный объединенный концентрат ЦВК-100 дважды перечищался на концентрационном столе с выделением головок, концентрата и хвостов стола. Материал головок стола подвергали минералогическому анализу.
Минералогический анализ продуктов доводки концентрата ЦВК-200, полученного при обогащении зольного материала.
Грансостав золота при анализе под бинокуляром характеризуется как пылевидное (0,01-0,05 мм), реже очень мелкое (0,05-0,1 мм); единичными знаками отмечено присутствие мелких классов (0,1 -0,2 мм).
Морфология золота. Золотинки класса крупности 0,01-0,05 мм имеют форму тончайших пластинок с изрезанными краями, чешуек, уплощенных подковок и змеевидных форм. В классе менее 50 мкм (менее 0,05 мм) чаще всего встречаются мельчайшие капли -шарики золотисто-желтого цвета. В классе крупности -0,2+0,1 мм отмечено наличие тонких частиц грязно-желтого цвета. При травлении азотной кислотой на пластинках золота проявляется налет окиси меди и гидроокислов железа. Основной цвет золотин - желтый, бледно-желтый; с уменьшением размерности частиц их цвет становится ярким золотисто-желтым. Максимальное содержание
золота получено в головке концентрационного стола от концентрата ЦВК-200 при 30-минутном режиме. В остальных анализируемых материалах количество золота изменяется от единичных до 0,5 мг.
Индикатором обнаружения золота в пробах являются сульфиды, повышенные значения золота обнаружены в продуктах, содержащих арсенопирит, пирит, борнит. В тяжелых шлихах кроме железосодержащих минералов нередко обнаруживается гранат, касситерит, циркон, киноварь и каплевидная ртуть.
В получаемых тяжелых шлихах доводки концентрата ЦВК-200 в значительном количестве обнаружена медь в виде красноватых и грязно-желтых шариков, оплавленных палочек кометообразных форм зеленоватых оттенков. Присутствие меди затрудняет проведение анализа золота, ее невозможно выделить из шлиха, содержащего тончайшие золотинки.
Анализ концентрата сепаратора ЦВК-100, полученного в результате обогащения на аппарате ЦВК-200, показал, что 90 % материала представлено магнитной фракцией (шарики железосодержащих минералов). В немагнитной фракции представителей рудной минерализации нет, она состоит из частиц недожженного угля, оплавленных обломков породы. Удельный вес немагнитной фракции менее 2 г/см3.
Из приведенных в таблице 1 данных следует, что параметры СЖ по длине недостаточны для создания ламинарного или хотя бы переходного режима потока гидросмеси, в результате чего гидравлическая крупность тонких частиц золота не позволяет достичь днища СЖ и попасть в концентрат.
В результате предварительного анализа проб концентрата ЦВК-200 определена оптимальная продолжительность концентрации материала, равная 0,5 ч.
В первой серии опытов на сепараторе ЦВК-200 было переработано 10,15 м3 золошлаковых отходов крупностью (-) 2 мм.
Из данных, приведенных в таблице, видно, что в серии опытов №1 наиболее богатый концентрат со средним содержанием 1,872 г/т получен при Т:Ж исходной пульпы 1:16 и производительности сепаратора 0,42 м3/ч.
При этом расчетное содержание золота в исходном питании составило 0,555 мг/м3, а в концентрате ЦВК-200 - 543,4 мг/м3.
Серия опытно-промышленных опытов №2 проведена главным образом при наработке цикла 0,5 часа, но при производительности в питании 0,95 м3/ч, т.е. вдвое-втрое выше, чем в
374
Таблица 1
Результаты обогащения золошлаковых отходов на ЦВК-200 при различных режимах работы
Значения для экспериментов
наименование пльчпатр ттсі Серия опытов № 1 Серия опытов №2
ІШЛЧмзмІ СіІІІІ 1 2 3 Итого 1 2 3 4 Итого
Время чистой работы ЦВК, ч 4,5 8,5 7,5 20,5 3,3 9,9 9,9 6,4 29,5
Соотношение Т: Ж 1: 18 1:16 1:10 1:14 1:6 1:8,4 1:4,3 1:4,4 1:6
Производительность, м3/ч 0,21 0,42 0,75 0,43 0,394 0,606 1,485 0,765 1,16
Объем питания ЦВК-200, м3 0,95 3,6 5,6 10,15 1,3 6 14,7 4,9 34,2
Объем концентрата ЦВК-200, л 2,6 3,68 2,64 8,9 1,2 4,6 3,5 0,8 10,1
Масса концентрата ЦВК-100, г 956 1068 870 2894 40,5 93,7 187,5 75 396,7
Масса Аи, извлеченного из концентрата ЦВК-100, мг 0,3 2,0 0,35 2,65 0,324 0,187 0,375 0,075 0,967
Ср. содержание Аи в концентрате цВк-100, г/т 0,313 1,872 0,402 0,915 0,8 0,2 0,2 0,1 0,244
Ср. содержание Аи в к-те ЦВК-200, мг/м3 115,4 543,4 132,6 261 270 40,6 107,1 93,8 95,7
Ср. содержание Аи в питании, мг/м3 0,316 0,555 0,062 0,23 0,249 0,031 0,026 0,015 0,028
первой серии опытов. Концентрат ЦВК-200 после перечистки на ЦВК- 100 был подвергнут пробирной плавке с определением золота, серебра и платины (спектральное окончание) в Центральной лаборатории.
Анализ полученных результатов показывает, что наименьшие потери золота 5,8 % (концентрат контрольного шлюза) получены в режиме нагрузки 0,21 м3/ч при Т:Ж = 1:16. В режиме 0,5 ч при нагрузке 0,4 м3/ч потери ЦВК-200 составили 20,4 %. Во второй серии опытов в этом режиме, но при нагрузках до 1,0 м3/ч потери металла достигли 30,1 %. Дальнейшее увеличение нагрузок и продолжительности цикла концентрации приводят к резкому росту технологических потерь (до 292 %).
Лабораторный анализ показал, что технологические потери золота с хвостами СЖ во второй серии при концентрации золота 95,7 г/т не превысили 1 %. Таким образом, с увеличением плотности питающей гидросмеси до Т:Ж = 1:4 и нагрузки от 1,0 до 1,5 м3/ч потери золота в хвостах СЖ практически отсутствуют. В свою очередь, для эффективной работы ЦВК-200 в питающую воронку необходимо подавать дополнительную воду до разжижения не менее 1:12.
Установлено, что средняя степень концентрации тяжелых минералов в выходном продукте изменяется от 1130 (в 1-й серии опытов) до 3640 - во 2-й серии. Результаты испытаний показали, что потери золота с хвостами СЖ возрастают при увеличении Т:Ж в его питании.
Выводы
- оптимальным режимом работы ЦВК-200, при котором обеспечивается эффективное извлечение золота, является часовая производительность до 1 м3/ч при соотношении Т:Ж в питании не менее 1:10;
- для увеличения производительности и снижения потерь золота в СЖ и с хвостами ЦВК-200 в питание центробежного следует подавать дополнительную воду;
- минеральный состав концентрата ЦВК-200 серий опытов № 1 и №2 имеет существенные отличия; в концентрате серии № 1 за исключением магнетита и скрапа отмечается незначительное количество медных частиц и других минералов шлихового комплекса, в концентрате серии №2 содержится не менее 90 % сильномагнитных фракций;
- представляется целесообразным включение в технологическую схему полупромышленной установки магнитного сепаратора;
- необходимо проведение мониторинга путем экспресс-анализа золошлаковой гидросмеси в течение продолжительного периода с целью установления добычного участка с наиболее высокими концентрациями благородных металлов.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Леонов С.Б. и др. Промышленная добыча золота из золошлаковых отвалов тепловых электростанций // Горный журнал. - 1998. - № 4.
2. Середин В.В. Металлоносность углей: условия формирования и перспективы освоения // Угольная база России. - М.: Геоинформмарк, 2005. - Т. VI.
3. Бакулин Ю.И., Черепанов А.А. Золото и платина в золошлаковых отходах ТЭЦ г. Хабаровска // Руды и металлы. - 2003. - № 1. - С. 60-67.
4. Черепанов А.А. Благородные металлы в золошлаковых отходах Дальневосточных ТЭЦ // Тихоокеанская геология. - 2008. - Т. 27. - № 2. - С. 16-28. И5И=1
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------
Лаврик Н.А. - н аучный сотрудник,
Пономарчук Г.П. - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник,
Банщикова Т.С. - старший научный сотрудник,
Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.
E-mail: lavrik@igd.khv.ru E-mail: adm@igd.khv.ru
