Научная статья на тему 'Перспективы использования физико-химических методов интенсификации процессов выщелачивания меди и цинка на горнодобывающих предприятиях'

Перспективы использования физико-химических методов интенсификации процессов выщелачивания меди и цинка на горнодобывающих предприятиях Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
216
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ / МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ / ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ / ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ / ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Рыльникова М. В., Емельяненко Е. А., Ангелова Е. И.

За последние десятилетия промышленное применение процессов выщелачивания как техногенного, так природного сырья получили широкое распространение. В настоящее время одной из главных задач гидрометаллургии является интенсификация извлечения металлов с использованием эффективных методов физико-химической геотехнологии. Проведен обзор основных применяемых методов интенсификации процессов выщелачивания. Также приведены результаты лабораторных исследований по подбору рационального состава комплексного растворителя техногенных отходов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Рыльникова М. В., Емельяненко Е. А., Ангелова Е. И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Перспективы использования физико-химических методов интенсификации процессов выщелачивания меди и цинка на горнодобывающих предприятиях»

© М.В. Рыльникова, Е.А. Емсльянснко, Е.И. Ангслова, 2012

УДК [622.7'17.622.271.4]: 621.775

М.В. Рыльникова, Е.А. Емельяненко, Е.И. Ангелова

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕДИ И ЦИНКА НА ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

За последние десятилетия промышленное применение процессов выщелачивания как техногенного, так природного сырья получили широкое распространение. В настоящее время одной из главных задач гидрометаллургии является интенсификация извлечения металлов с использованием эффективных методов физико-химической геотехнологии. Проведен обзор основных применяемых методов интенсификации процессов выщелачивания. Также приведены результаты лабораторных исследований по подбору рационального состава комплексного растворителя техногенных отходов.

Ключевые слова: геотехнология, методы интенсификации, выщелачивание, техногенное сырье, извлечение металлов.

Научно-техническая революция XX века, вызвавшая невиданный скачек в технике и технологии, сопровождалась быстрым ростом объемов промышленного производства, особенно в горно-металлургическом комплексе. В результате данного прогресса, а именно интенсивной добычи и переработки минерального сырья произошло формирование катастрофического числа техногенных отходов. Это отвалы бедных руд, вскрышные породы, хвосты обогащения, пиритные концентраты, просыпи рентгенометрической сепарации, шлаки и шламы металлургического производства, промышленные стоки, глубоко и неблагоприятно-залегающие участки рудных тел. В настоящее время только в России на территории горно-добывающих предприятий накоплено более 12 млрд т отходов, содержание ценных компонентов в которых в ряде случаев превышает их содержание в разрабатываемых при-

родных месторождениях. В георесурсах предприятий цветной металлургии нашей страны содержится более (тыс.т) [3]: 7600 меди, 9000 цинка, 2000 никеля, 900 свинца, 500 олова, 128 вольфрама, 114 молибдена, 97 лития и др. (табл. 1).

В отличие от природного, техногенные продукты представляет собой возобновляемый ресурс, не требующий затрат на извлечение из недр и первичную дезинтеграцию, которые обусловливают основные издержки горнопромышленных производств. В тоже время данный вид сырья невозможно перерабатывать по классическим схемам, включающие добычу, традиционные методы обогащения, плавку, ввиду экономической нерентабельности. Наиболее целесообразными технологиями переработки некондиционных георесурсов являются сочетание открытого и подземного способов добычи и процессов физико-химической геотехнологии.

Таблица 1

Содержание цветных металлов в техногенных объектах России

Вид отходов Содержание, % / тыс т

Медь Свинец Цинк Никель Олово Вольфрам Молибден

Отвалы некон- 0,25— 0,12— 0,17— 0,15— 0,03— 0,1— 0,03—

диционных руд 0,3 0,82 0,35 0,45 0,10 1,1 0,08

3380 53 3993 798 65 9 66

Хвосты обога- 0,09— 0,09— 0,14— 0,14— 0,06— 0,40— 0,01

тительных фаб- 0,29 0,67 1,39 0,25 0,18 0,93

рик 2233 390 2807 825 300 110 48

Шлаки, клинке- 0,39— 0,08— 0,5— 0,02— — 0,01— —

ры отвальные 1,49 1,04 1,52 0,16 0,9

1847 400 2277 486 155 9 —

Шлак гранулир., 0,9— 0,37— 0,91— — — — —

клинкер товар- 2,3 1,52 1,52

ный 21 53 43 — — — —

Кек цинковый, 1,69— 1,38— 10,9— — — — —

свинцовый и др. 3,63 40 19,1

21 44 69 — — — —

Пирротиновый 0,79 — — — — — —

концентрат 144 — — — — — —

В настоящее время распространенным способом переработки отходов обогащения медьсодержащих руд является кучное и подземное выщелачивание, предполагающие переход полезных компонентов в продуктивные растворы. Долгий временной промежуток данных процессов (больше 3 месяцев), сложность минерального и вещественного состава, содержание широкого спектра ценных компонентов в отходах переработки медно-колчеданных руд при небольшом извлечении, обуславливают предпочтительность интенсификации их с использованием эффективных методов физико-химической геотехнологии.

Мероприятия по интенсификации процессов выщелачивания направлены на ускорение реакций фазовых переходов ионов металлов в продуктивный раствор, а также на повышение максимально возможного извле-

чения. Известны следующие способы интенсификации процесса выщелачивания [1]: физические способы, предусматривающие изменение

состояния гетерогенной среды, в том числе агрегатного состояния; химические методы, связанные с изменением качественного состава веществ, составляющих гетерогенную среду, но без изменения ее состояния; механические воздействия, предусматривающие изменение механического состояния и дисперсного состава гетерогенной среды на основе нарушения равновесия действующих в массиве сил сцепления; комбинированные способы, при которых имеет место совместное действие физических, химических и механических механизмов интенсификации выщелачивания металлов.

Одним из используемых и необходимых способов интенсификации кучного выщелачивания на предпри-

ятиях является операция предварительного окомкования тонкоизмель-ченного сырья. Для получения пористого, прочного и хорошо проницаемого материала вводят в шихту специальные добавки: известь, гипс, гранулированный шлак, портланд-цемент, поверхностно-активные вещества и другие. Применение окатышей позволяет использовать некондиционное техногенное сырье, повышаются фильтрационные свойства массива, а это в свою очередь увеличивает значения технологических показателей: повышается извлечение, значительно сокращается продолжительность процесса выщелачивания и снижается расход используемых реагентов.

Перспективным направлением интенсификации выщелачивания металлов из руд и продуктов их переработки является наложение физических полей — постоянного тока, тока высокой частоты, ультразвука. Доказано, что для повышения извлечения ценных компонентов при реализации физико-химических процессов в обрабатываемой зоне необходимо создать плотности потока энергии акустического поля порядка 0,1 Вт/см2. Например наложение ультразвукового поля частотой 15 кГц при мощности 1,5 Вт/см2 в сернокислом растворе концентрацией 5 % обеспечивает для халькопирита — интенсификацию процесса выщелачивания в 40 раз, для сфалерита в 26,5 раз, пирита 20 раз[4], что позволяет рекомендовать данный метод для интенсификации процесса выщелачивания.

Эффективным методом воздействия на процессы выщелачивания является способ химической интенсификации, основу которого должны составлять экономичные, избиратель-

ные и экологичные реагенты-интенси-фикаторы. Перспективно использование неорганических, органических и смешанных растворителей с высоким содержанием кислорода и поверхностно-активных веществ, основной целью которых является окисление в кратчайшее время и перевод в жидкую фазу первичных минеральных форм. Как показал анализ опыта выщелачивания предварительное окисление выщелачиваемого массива химическими реагентами достаточно эффективно. Химическими реагентами, оказывающими интенсифицирующее действие при выщелачивании медно-колчеданных руд, являются окислители неорганического ряда — сульфат железа (III), хлорное железо, пероксид водорода, хлорид натрия и органического ряда — фульвокисло-ты, гуминовые кислоты, наиболее часто применяемые при выщелачивании колчеданного сырья

C целью определения возможности химической интенсификации процесса выщелачивания были проведены лабораторные исследования влияния комбинированных растворителей на процессы выщелачивания меди и цинка в продуктивные растворы из техногенных отходов Учалинского ГОКа. Для повышения растворяющей способности серной кислоты при проведении экспериментов на текущих хвостах обогащения исследовалось совместное применение серной кислоты концентрацией (с = 0,5 % 2 % 5 % 10 % 15 %), приготовленной на по-дотвальной воде с сульфатом железа (III) и фульвокислотой [5].

Сопоставление динамики извлечения в продуктивные растворы в процессе выщелачивания серной кислотой различной концентрации без модификаторов показывает, что извле-

Рис. 1. Динамика извлечения меди при использовании подотвальной воды с различной концентрацией Н2Б04 без модификаторов

Рис. 2. Динамика извлечения цинка при использовании подотвальной воды с различной концентрацией Н2Б04 без модификаторов

Рис. 3. Динамика извлечения меди при использовании подотвальной воды с различной концентрацией Н2Б04 в присутствии 10 % раствора Ре2(Б04)3

чение меди и цинка происходит с нарастанием и зависит от концентрации кислоты. Максимальное извлечение меди и цинка в раствор 56 % и 74,4 % соответственно можно получить уже за 15 суток при концентрации серной кислоты 15 % (рис. 1, 2).

Также проводилось выщелачивание хвостов с применением различной концентраций серной кислоты и сернокислого железа (III) (рис. 3, 4). Установлено, что данная смесь реагентов повышает скорость и процент извлечения меди и цинка в продуктивный раствор. Применение в процессе выщелачивания данного интен-сификатора позволит в дальнейшем отказаться от использования серной кислоты высоких концентраций, а для режима предварительного закисления отходов использовать кислоту с концентрацией не более 5 %.

Максимальное извлечение меди 51,6 % за 15 суток и цинка 60,4 % за 10 суток при концентрации серной кислоты 5 %.

В качестве реагента-интенсификатора для выщелачивания меди и цинка исследовалась возможность применения фуль-вокислоты, модифицированной различной концентрацией серной кислоты (рис. 5, 6).

Рис. 4 Динамика извлечения цинка при использовании подотвальной воды с различной концентрацией Н2Б04 в присутствии 10 % раствора Ре2(Б04)3

Рис. 5. Динамика извлечения меди при использовании подотвальной воды с различной концентрацией Н2Б04 в присутствии фульвокислоты

Рис. 6. Динамика извлечения цинка при использо■ вании подотвальной воды с различной концентра цией Н2Б04 в присутствии фульвокислоты

Результаты исследований показали, что применение фульвокислоты, повышает не только процент извлечения меди в продуктивный раствор, но и обеспечивает возможность снижения концентраци серной кислоты до 2-5 %. Использование указанных реагентов характеризуется преимуществами: нетоксичностью, доступностью реагента при сравнительно невысокой стоимости, экологичностью.

Таким образом, экспериментально установлено, что применение данных реагентов-интенсификато-ров позволяет повысить скорость выщелачивания в 2-2,5 раза, снизить концентрацию серной кислоты 2-3 раза и увеличить степень извлечения меди и цинка в продуктивный раствор.

По своей природе близким к химическим методам воздействия является биохимический способ, основанный на выщелачивании сульфидных и окисленных руд под воздействием микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. В настоящее время в промышленных масштабах бактериальные методы применяются примерно в двадцати странах мира, на 40 предприятиях при подземном и кучном выщелачивании меди, урана из бедных и забалансовых руд, при

переработке отвалов обогатительных фабрик и горнорудных предприятий.

Впервые в промышленном масштабе в 1982 г. на медном руднике Lo Aguirre компании Sociedad Minera Pudahuel (Чили) была использована биотехнология для извлечения меди из низкосортной свежедобытой руды: дробление — формирование кучи — бактериальное выщелачивание руды с содержанием около 1 % меди — извлечение меди по технологии SX-EW. Производительность предприятия составляла 14 тыс. т катодной меди в год [2].Вместе с тем, как указывалось раньше, эффективное применение биохимического метода интенсификации процесса выщелачивания мед-но-колчеданных руд в климатических условиях Урала затруднено. Культи-

1. Арене В.Ж. Физико-химическая геотехнология. — М.:Издательство Московского горного университета, 2001 — 656 с.

2. Адамов Э.В., Панин В.В. Биотехнология металлов, М.: «Учеба», 2003.

3. Мелентьев Г.Б., Малинина E.H., Ов-чарова E.C. Перспективы организации комплексного извлечения цветных, редких и благородных металлов из нетрадиционного природного и техногенного сульфидного сырья Урала. В ж. Экология промышленного производства, вып. 3. М.: ФГУП ВИМИ, 2007.

4. Шадрунова И.В. Интенсивные низкотемпературные процессы выщелачивания

вирование бактерий требует поддержания оптимальных температур и кондиций по влажности. В литературе приведены данные о возможности использования бактерий в суровых климатических условиях севера [6], однако до настоящего времени данная технология не нашла широкого практического применения.

Опыт применения методов интенсификации процессов выщелачивания природного и техногенного сырья свидетельствует, что наиболее эффективным методом интенсификации является комплексный, предполагающий выбор, с учетом специфики перерабатываемого сырья, сочетания химического, биохимического, физико-химического и физико-технического способов.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

некондиционных медьсодержащих георесурсов Урала// Обогащение полезных ископаемых. — 2003. — №3 С.20-23.

5. Рыпьникова М. В. Ангелова Е.И. Исследование влияния комбинированных растворителей на процессы растворения сульфидных минералов техногенных отходов УГОКа: Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане: Сб. статей Межд.Науч. Конф. (г. Алма-ты, 12 дек. 2008 г.). С. 342-347.

6. Иванов В.П., Степанов В.Н. Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии. — М.: Обзор. — 1960. Е2Е

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Рыльникова М.В. — доктор технических наук, профессор, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Емельяненко Е.А. — кандидат технических наук, доцент, Ангелова Е.И. — аспирант,

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, [email protected].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.