16ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ УДК 009
Абдуллин Самат Рашитович Abdullin Samat Rashitovich
Учащийся лицея Student of the Lyceum Cпециализированный учебный научный центр -общеобразовательная школа-интернат «IT-лицей» ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Specialised educational scientific center -general education boarding school "IT-lyceum" «KAZAN (Volga region) Federal University»
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАКА МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА СПОСОБОМ ФЛОТАЦИИ
ORGANIZATION OF PRODUCTION FOR PROCESSING METALLURGICAL SLAG OF A COPPER SMELTER BY FLOTATION METHOD
Аннотация, в статье рассматриваются экологические проблемы предприятий металлургической промышленности, связанные с утилизацией отходов производства - шлаков. Также на примере медеплавильного завода приводится способ решения утилизации отходов металлургии с вовлечением данных отходов в процесс безотходного рециклинга для получения конкурентоспособной товарной массы.
Ключевые слова, флотация, обогащение, отходы металлургической промышленности, шлак, рециклинг.
Annotation: the article deals with the environmental problems of metallurgical enterprises associated with the disposal of industrial waste - slags. Also, using the example of a copper smelter, a method for solving the disposal of metallurgical waste with the involvement of these wastes in the process of waste-free recycling to obtain a competitive product mass is given.
Keywords: flotation, enrichment, metallurgical industry waste, slag, recycling.
XIМЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Флотация (англ. flotation - плавание на поверхности воды) была и остаётся одним из наиболее эффективных методов обогащения руд цветных металлов. Флотационный метод обогащения применяется на большинстве обогатительных фабрик по переработке медных, медно-цинковых и медно-свинцово-цинковых (полиметаллических) руд, а также отвальных и конвертерных шлаков медеплавильных заводов.
«Флотация представляет собой метод обогащения полезных ископаемых на промышленных предприятиях. Этот способ основан на способности одних частиц - гидрофильных - легко смачиваться жидкостью и отделяться от других частиц - гидрофобных. Процесс происходит в жидкой среде, которая аэрируется воздухом или в которую вводятся капельки масла.
Разделение руды на элементы происходит на границе двух разных средств. Во флотационной установке гидрофобные частички прилипают к пузырькам газа или масла и поднимаются на поверхность, в то время как гидрофильные элементы оседают на дне емкости. Фактически одна часть сырья переходит в пенный продукт, другая часть сырья остается в пульпе. Если полезные ископаемые остаются в пенном продукте, флотация называется прямой. А если в пенный продукт уходит пустая порода, процесс называется обратным. Помимо воды, в качестве флотационной жидкости могут использоваться другие вещества.» [1, Стр.13-18].
Ввиду того, что прежние технологии переработки медьсодержащих руд и получение медного концентрата и продуктов на его основе были несовершенны по сравнению с современными, часть полезных продуктов переходила в отходы производства (шлаки). Эти данные подтверждаются проведёнными исследованиями. В ходе исследований было выявлено содержание в существующих шлаковых отвалах довольно большого количества полезных компонентов.
ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Целесообразность применения систем флотации для переработки шлаков медьсодержащих руд и получения обогащённого сырья подтверждается рядом факторов.
«Флотация обеспечивает:
возможность обогащения сырья в крупности менее 0,071 мм, при которой иные процессы физического обогащения неприменимы;
возможность обогащения сырья, представленного тонкой и эмульсионной вкраплённостью ценных минералов и их малой крупностью;
возможность переработки бедного сырья с низким содержанием металлов;
возможность подобрать оптимальный реагентный режим под конкретный минеральный состав руды;
высокая селективность процесса;
высокий уровень извлечения ценных компонентов в товарную продукцию при её высоком качестве.
Кроме того, флотационное оборудование имеет высокую производительность, процессом относительно просто управлять, к тому же многие показатели опытный флотатор может отследить визуально.» [2].
Вообще, процесс флотации является основным методом обогащения многих руд, особенно руд цветных металлов. Применение данного процесса позволило резко изменить качественный процесс извлечения металлов и концентратов, что позволило ему перевести некоторые иные, менее рентабельные способы, на второстепенные роли. Роль флотации в современном производстве характеризуется значительными масштабами её применения в различных отраслях.
«Количество перерабатываемых флотационным методом полезных ископаемых ежегодно достигает нескольких миллиардов тонн. Флотацией обогащают руды цветных, редких и благородных
XIМЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ металлов, калийные соли, апатиты, фосфориты, коксующиеся и энергетические угли и некоторые другие виды полезных ископаемых. Флотация позволяет выделить из полезных ископаемых свыше 100 минералов. С ее применением связано получение в промышленных масштабах примерно 70 % химических элементов периодической системы элементов Д.И. Менделеева. В настоящие время флотационным методом обогащаются десятки типов руд различных металлов. По тоннажу с помощью флотации перерабатывается свыше 1/3 всего обогащаемого сырья в мире.
Флотацией обогащаются минералы крупностью 0-0.5 мм (руды крупностью 0-0.074 мм, угли крупностью 0-0.5 мм). Эффективность флотационного обогащения обусловлена физико-химическими процессами, протекающими в объёме жидкой фазы и на минеральной поверхности.
Поскольку флотационный процесс имеет важное значение, его изучению уделяется большое внимание.» [3, Стр. 4].
Шлаки медной плавки всё чаще рассматриваются как ресурс получения меди. Флотация является традиционной технологией, которая позволяет наиболее полно и менее затратно извлекать из шлака медь. Постоянным совершенствованием данной технологии занимается множество российских учёных. Значительное внимание в сфере извлечения полезных ископаемых из медных отходов цветной металлургии уделяют учёные и практики Уральского региона, издревле знаменитого своими богатыми недрами. Как пример можно привести научное исследование учёных и практических работников г.г. Магнитогорск и Сибай. В данном исследовании четко отражена идея необходимости переработки имеющихся шлаков. «В условиях систематической недозагруженности обогатительных фабрик Уральского региона переработка медных шлаков с получением концентрата или медьсодержащего промпродукта решила бы часть
ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ экономических, экологических, социальных проблем
градообразующих предприятий небольших промышленных городов.» [4, Стр. 16-24]. Исследование направлено на изучение особенностей флотации меди из труднообогатимого шлака в условиях замкнутого фабричного водооборота. Рассмотрено несколько способов кондиционирования оборотной воды для более полного и менее затратного способа извлечения меди.
Основными полезными компонентами, которые возможно извлечь из металлургических шлаков медьсодержащих руд, являются:
- Fe - железо;
- Си - медь;
- Zn - цинк;
- № - никель;
- Б - сера.
Содержание полезных компонентов, гранулометрический состав шлака позволяет определить техническую возможность и требования к переработке шлаковых отвалов в местных условиях производства и создания на их основе полуфабрикатов для дальнейшего использования в промышленности, которые будут предложены на рынок и будут им востребованы.
Вовлечение в процесс переработки металлургических шлаков приведет к созданию нескольких видов продукции, интерес к которым будет присутствовать ещё долгое время, а именно:
- железосодержащий концентрат ^е - выше 55%);
- аффинажный концентрат (основные компоненты - Си, Zn, Со,
- кварцевый песок ^Ю2).
Основными потребителями продукции будут являться предприятия, связанные, в первую очередь, с металлургическим
XIМЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ производством, а для кварцевого песка - производство строительных материалов и строительство вообще.
Производственная схема отражённого в данной статье проекта принципиально проста. Основными принципами предлагаемого решения являются использование минимального количества единиц технологического оборудования, форма, состав материала и наличие ценных попутных элементов.
Технологическая цепочка обеспечивает корректную и адекватную производительность, низкую энергоёмкость, экологическую чистоту и безопасность. Кроме этого, технологическая цепочка включает процесс рециклинга отходов металлургического предприятия цветной металлургии, что позволит получить рентабельную товарную массу.
В базу разработки заложен основной технологический принцип использования мокрых процессов и отсутствие в процессе производства каких-либо химических реагентов, что делает линию экологичной.
Технологический процесс начинается с измельчения сырья до фракции 0-45 мкм. Подготовленное сырьё пропускается через каскад магнитных сепараторов мокрого типа для извлечения и обогащения руд чёрных металлов, направляемых в дальнейшем на декантер и сушильный барабан для извлечения влаги. Полученный концентрат является отличным сырьём для предприятий чёрной металлургии.
Дальнейшее сырьё направляется на ряд флотаторов для извлечения обогащённых руд цветных металлов, из которых так же, проходом через декантер и сушильный барабан, извлекаются остатки влаги. Полученный концентрат цветных металлов направляется на металлургические заводы цветной металлургии.
Оставшийся песок служит сырьём для изготовления строительных материалов.
ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ Конечно, нельзя рассматривать процесс флотации как панацею в обогащении медных руд и переработке отходов цветной металлургии. Тем более, что в процессе обогащения бедных руд серьёзную конкурентоспособность флотации составляет гидрометаллургический метод, при котором выделение металлов из руд, концентратов и отходов производства с помощью водных растворов определённых веществ (химических реагентов).
Естественно, что процесс переработки хвостов и шлаков медных руд флотацией сложен и, зачастую, нерентабелен по причине дороговизны составляющих компонентов. Но флотация является далеко не единственным способом передела. «Существуют и некоторые другие примеры комплексной переработки и рационального использования отходов медно-никелевого производства, однако их внедрение тормозится слабой заинтересованностью предприятий, не имеющих достаточных экономических стимулов к переработке отвальных продуктов, как это имеет место во многих зарубежных странах». [5, С.55-59].
Думается, что все согласны с тем, что процесс переработки шлаков и хвостохранилищ крайне необходим, так как одним из главных принципов рационального природопользования «является повышение комплексности использования сырья, ликвидация необоснованных потерь при его добыче, обогащении и переработке. Это позволяет повысить выпуск продукции на действующих предприятиях, в ряде случаев исключает необходимость строительства новых предприятий, а также способствует снижению загрязнения окружающей среды отвальными продуктами.» [6].
В свете вышеизложенного выглядит вполне естественным, что в ближайшее время именно флотационный процесс обогащения будет активно применяться как для обогащения руд цветных металлов, так и для извлечения руд из отходов цветной металлургии. И это несмотря на
XIМЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ то, что флотационный процесс является трудоёмким, наукоёмким и имеет высокую стоимость. Но с учетом того, что сегодня в переработку вовлекается бедное, тонко вкраплённое, труднообогатимое сырьё и отходы, имеется вероятность развития комбинированных технологий обогащения.
Одним из направлений данной комбинации, очень вероятно, будет совмещение процессов флотации и процессов кавитации, возможности которой в сфере обогащения руд сегодня недостаточно изучены. Взаимной интеграции этих процессов сегодня уделяется некоторое, хотя и не достаточное, внимание. Тем не менее, рассматривается сходство и различие данных технологий, возможности их комбинирования. [7].
В результате возникновения в процессе производства различных техногенных минеральных образований - скоплений минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, образовавшихся в результате отделения их от природного массива и складирования в виде отходов горного, обогатительного и металлургического производств - экологической системе и населению Земли наносится значительный урон. «Например, в результате попадания минеральных частиц в почву и их взаимодействия с почвенными водами происходит переход частиц в экологически опасные элементы в подвижных почвах: стронций, фтор, тяжелые металлы. В результате внешнего воздействия образуется минеральная пыль. Как результат - воздействие на здоровье населения, проживающего в районах расположения хранилищ отходов. Яркий пример такого воздействия - г.Карабаш Челябинской области. За 100 лет добычи меди выжжена и засыпана шлаком огромная территория вокруг города.» [8, С.16].
Таким образом, переработка хвостов и шлаков цветной металлургии не только позволит извлечь реально имеющееся в хвостах
ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ и шлаках сырьё, но и будет решением ряда экологических проблем, грозящих переходом в экологическую катастрофу.
Схема комплекса технологическая принципиальная (предварительный проект)
Сырьё
-- Бункер-питатель Измельчитель
Каскад магнитных сепараторов барабанного типа мокрого обогащения сильномагнитных руд
Сырой концентрат цветных металлов
Библиографический список:
1. Comparative analysis of ore dressing methods with the use of flotation and cavitation machines. / Abdullin S.R. / Recent scientific investigation / Proceedings of XI-XII International Multidisciplinary Conference / № 12(12) / 2020 г.
2. Флотация руд цветных металлов. Возможности и перспективы. / Сергей Мамонов, заведующий отделом обогащения (наука) ОАО
XIМЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Уралмеханобр» / dprom.online. Портал для недропользователей / 02.09.2020г. / httpsV/dprom.onlme/metallurgy/flotaciya-rad-cvetmet-vozmozhnosti-i-perspectivy/
3. Флотационные реагенты / Родина Т.А. / Учебное пособие для самостоятельной работы по органической химии / Благовещенск / Издательство АмГУ / 2015 год
4. Флотация медных шлаков в условиях замкнутого водооборота обогатительной фабрики / Сабанова М.Н., Шадрунова И.В., Орехова Н.Н., Горлова О.Е. / Цветные металлы / 2014 год, №10
5. Проблемы и перспективы вовлечения в хозяйственный оборот отвальных продуктов медно-никелевого производства / Касиков А.Г. /Рынок и Север. 2013./ №1.
6. К проблеме рационального использования сырья при переработке сульфидных медно-никелевых руд / Касиков А.Г. / Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН / 12.10.2020г. / https://helion-ltd.ru/rational-use-r-materials/
7. Кавитация и массообмен в аппарате скоростной флотации крупнозернистого горнорудного сырья / Габец С.В., ктн / тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08 / 1999г.
8. Особенности рециклинга отходов обогатительной и металлургической промышленностей с использованием процесса кавитации. / Абдуллин С.Р. / Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности / Сборник научных статей по итогам девятой международной научной конференции (29-30 сентября 2020 г.). Часть 1 / 2020 г.
