CC BY
185
© Ф.Ф. Борисков, Н.А. Филиппова, Л.О. Макаранеи, 2003
УАК 622.775
Ф.Ф. Борисков, Н.А. Филиппова, Л.О. Макаранеи
ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРИТНЫХ ХВОСТОВ*
При обогащении руд часто получают отвальные хвосты, содержащие пирит, пирротин и другие серосодержащие минералы, ввиду широкой распространенности их в природе. Потребность в пи-ритных концентратах - сырье для производства серной кислоты - в последнее время значительно сократилась, и сульфиды железа, наиболее богатые серой, сбрасываются в хвостохранилища, которые являются длительными источниками загрязнения природной среды серной кислотой, сульфатами тяжелых металлов и др. токсикантами. Разный генезис месторождений, содержащих сульфидные минералы, приводит к образованию хвостов обогащения, которые значительно отличаются по вещественному составу (табл. 1) и структурно-текстурным особенностям.
Из табл. 1 видно, что источником пиритных хвостов, содержащих потерянные с ними ценные компоненты (Си, 7п, Аи, Со, Р и др.), являются руды разнообразного генезиса, чем определяется состав хвостов и природный размер минеральных зерен - одно из основных технологических свойств руд и хвостов, из них получаемых, при механическом обогащении. С увеличением размера зерен растет, как правило, степень обогатимости минерального сырья.
К легкообогатимому типу относятся хорошо рас-кристаллизованные разновидности руд, ценные ми-
Таблица 1
КЛАССИФИКАЦИЯ СУЛЬФИАСОАЕРЖАШИХ ХВОСТОВ
нералы которых находятся в виде крупной вкрапленности в гра-нитоидах, габброидах, пироксе-нитах (медно-порфировые, мед-но-железо-вана-диевые, медноникелевые магматические месторождения), скарнах и др. породах (железорудные, медные, медно-магнетитовые, полиметаллические месторождения). К труднообогатимому типу принадлежат тонкозернистые, колломорфные руды колчеданного типа и их отвальные хвосты. Сульфидные руды с такой структурой характеризуются высокой окисляемостью и пожароопасностью. Флотация отвальных хвостов текущей добычи производится в промышленных масштабах на Алмалыкской (республика Узбекистан) [1] и Высокогорской (Средний Урал) [2] обогатительных фабриках (ОФ). Это сырье относится к легкообогатимому типу. Обогащение хвостов медно-колчеданных руд было проведено только в лабораторных условиях. Для сравнения результаты флотации разных типов хвостов даны в табл. 2.
Хвосты и продукты их обогащения можно сравнивать по стоимости компонентов, извлекаемых из данных видов сырья при дальнейшей переработке [3]. По этой методике был проведен расчет извлекаемой стоимости (ИС) для условий Высокогорского ГОКа и Карабашско-го медеплавильного комбината.
Цена меди в концентрате принята равной 1000 $/т (1 $/кг), золота - 10 $/г (условно). Из 1 т хвостов текущей добычи Высокогорского ГОКа извлекают 9,5 кг медного концентрата с содержанием меди 25,32 % и золота 1,8 г/т (табл. 2). Ценность концентрата по меди равна: 9,5 кг 0,2532 1 $/кг = 2,405$, по золоту: 0,0095 т ■ 1,8 г/т ■10 $/г = 0,171 $, т.е. ИС равна 2,576 $. Медный концен-
Генезис место- рождения Тип хвостов Характеристика хвостов
Основные рудные минералы Основные металлы; примеси; характерные минералы; примеры месторождений
Осадо- чный Медисто-тер- ригенный Пирит, борнит, халькопирит Медь; молибден, рений; кварц, карбонаты; Джезказганское
Магма- тичес- кий Медно-пор- фировый Пирит, халькозин, халькопирит, борнит Медь, молибден, рений, золото, серебро; полевые шпаты, кварц; Алмалыкская группа
Медно-же- лезо-вана- диевый Пирит, борнит, титаномагнетит, апатит, халькопирит Медь, железо, ванадий, пал-ладий, золото; фосфор, титан; полевые шпаты, амфиболы; Волковское
Медно-ни- келевый Пирротин, пентландит, магнетит, пирит Медь, никель, кобальт, платиноиды, золото, серебро; полевые шпаты, пироксены; Норильское
Мета- морфи- ческий Медно-кол- чеданный Пирит,халькопирит, сфалерит, теннантит Медь, цинк, золото, серебро, кадмий, индий, селен, теллур; свинец; мышьяк; кварц, серицит, хлорит, барит; Учалинское
Полиметал- лический Пирит, сфалерит, галенит, халькопирит Цинк, свинец, медь, серебро, золото, кадмий; карбонаты, кварц; Алтайская группа
Медно-маг- нетитовый скарновый Магнетит, пирит, халькопирит Железо, медь, золото; кобальт; гранаты, эпидот, амфиболы, хло-рит, кальцит, полевые шпаты, пироксены; Высокогорское
*Материалы к докладу и публикации подготовлены при поддержке гранта РФФИ, проект № 01-05-96434
Таблица 2
ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАШЕНИЯ ХВОСТОВ
Продукт Выход, % Содержание Извлечение, %
Аи, г/т | Ад, г/т | Си, % Аи | Ад | Си
Лежалые хвосты Высокогорского ГОКа
Медный концентрат 0,52 (1,8) (17,0) 25,2 (9,3) (12,9) 65,31
Вторичные хвосты 99,48 0,062 0,96 0,07 90,7 87,1 34,69
Исходное сырье 100,0 0,068 1,1 0,20 100,0 100,0 100,0
Хвосты текущей добычи Высокогорского ГОКа
Медный концентрат 0,95 (1,8) (17,0) 25,32 (9,3) (12,9) 80,18
Вторичные хвосты 99,05 0,062 0,96 0,06 90,7 87,1 19,82
Исходное сырье 100,0 0,068 1,1 0,30 100,0 100,0 100,0
Хвосты текущей добычи Алмалыкской ОФ
Медный концентрат - 5,5 14,0 2,36 45,4 27,3 38,7
Исходное сырье 100,0 - - 0,079 100,0 100,0 100,0
Лежалые хвосты Ка рабашского медеплавильного комбината
Медный продукт 3,35 13,7 - 2,41 41,22 - 62,04
Пиритный концентрат 67,66 0,83 - 0,054 50,44 - 28,38
Вторичные хвосты 28,99 0,32 - 0,043 8,34 - 9,58
Исходное сырье 100,0 1,1 - 0,13 100,0 - 100,0
Старогодние лежалые хвосты Карабашского медеплавильного комбината
Медный продукт 4,95 5,75 - 3,0 32,84 - 77,27
Пиритный концентрат 56,8 0,87 - 0,049 57,01 - 14,42
Вторичные хвосты 38,25 0,23 - 0,042 10,15 - 8,31
Исходное сырье 100,0 0,867 - 0,19 100,0 - 100,0
Хвосты текущей добычи Учалинского ГОКа
Медный продукт 6,61 - - 0,83 - - 18,29
Вторичные хвосты 93,39 - - 0,26 - - 81,71
Исходное сырье 100,0 - - 0,30 - - 100,0
Примечание: (1,8), (17,0) и т.п. - расчетные данные
трат Высокогорского ГОКа является высоколиквидным сырьем, так как затраты на получение из него меди и золота меньше их суммарной цены.
Аналогично определяем извлекаемую стоимость медного продукта, получаемого из Кара-башских пирит-ных хвостов (табл. 2):
Лежалые хвосты - ИС по меди: 33,5 кг ■
0,0241 ■ 1 $/кг =
0,807 $.
ИС по золоту:
0,0335 т ■ 13, 7 г/т ■ 10 $/г
4,589 $, итого
5,496 $
Старогодние лежалые хвосты - ИС по меди:
49,5 кг ■ 0,03 ■ 1 $/кг = 1,485 $
ИС по золоту:
0,0495 т ■ 5,75 г/т ■ 10 $/г
2,846 $, итого
4,331 $
Анализ полученных расчетов показывает, что извлекаемая стоимость из медного продукта, полученного при обогащении Карабашских хвостов, больше, чем у Высокогорского концентрата, за счет большего извлечения золота из хвостов и его содержания в продукте. Однако, для получения 1 т черновой меди (коллектора золота) требуется переплавить Карабашского медного продукта в 8-10 раз больше, чем Высокогорского медного концентрата. Перспективность (по прибыли Р) переработки Карабашских хвостов (и другого минерального сырья) можно определить расчетами по формуле:
Р = О-аАи-еАи-САи + О-аСи-еСи-ССи - цд ■ О - цо ■О - цп ■Ок
(1)
где: О, Ок - масса переработанных хвостов и полученных из них концентратов, аАи, аСи, еАи, еСи, САи, ССи -содержания (а), извлечения (е) и цена (С) металлов в концентратах, цд, цо и цп - удельные затраты на добычу, обогащение хвостов и плавку концентратов.
Сумма О ■ аАи • еАи • САи + Q • аСи • еСи ■ ССи из (1) является извлекаемой стоимостью, из которой вычитаются затраты (- цд ■ О - цо ■ О - цп ■ Ок) на получение, например, из медного продукта черновой меди. Вариацией показателей добычи, обогащения и плавки, достигаемых в принятой схеме переработки хвостов и кон-
центратов, добиваются максимальной величины Р. При положительном ее значении перспективность схемы считается доказанной расчетами, при отрицательном -изыскиваются пути снижения затрат модернизацией технологий добычи, обогащения и плавки. Например, флотомашины колонного типа, использование которых приводит к экономии электроэнергии и производственных площадей до 85 %, позволяют снизить цо. Такой же эффект дает применение реагентов класса АИФ, позволяющих флотировать хвосты при получении коллективного сульфидного концентрата в естественной для них кислой среде без применения извести и др. регуляторов среды. Развитие схемы обогащения Карабашских хвостов операциями перечистки медного продукта позволит поднять содержание меди в концентрате и снизить объем шихты, отправляемой на плавку, и соответственно цп. Перспективной является операция брикетирования медьсодержащего сырья перед плавкой. Брикеты, изготовленные на основе торфа, обеспечивают рентабельность металлургического передела при концентрации в них меди до 4 % [4]. Увеличение доли золотосодержащего пирита в брикетах Карабашского медного продукта также приводит к снижению qп за счет дополнительного извлечения золота в черновую медь из пирита и утилизации тепла, выделяющегося при горении сульфидной серы этого минерала.
Таблица 3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФЛОТАЦИИМЕАЬСОАЕРЖАШИХ МАГНЕТИТОВ НОВО-ПЕСЧАНСКОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ
№ пробы Продукты Выход, % Содержание меди, % Извлечение меди, %
1 Медный концентрат 18,58 14,2 98,09
Хвосты 81,42 0,063 1,91
Руда 100,0 2,69 100,0
2 Медный концентрат 11,63 4,3 94,97
Хвосты 88,37 0,03 5,03
Руда 100,0 0,53 100,0
Анализ табл. 1 и 2 выявляет перспективность обогащения сернистых хвостов магнитной сепарации мед-но-магнетитовых руд Ново-Песчанского скарнового месторождения. Распределение сульфидов в его рудном теле неравномерное: при среднем содержании меди 0,29 % выделяются зоны с ее концентрацией 0,9 % и более. Содержание меди в хвостах обогащения руд Ново-Песчанского месторождения (~0,3-0,4%), более высокое, чем в Высокогорских, обеспечит рентабельность получения медного концентрата по известной технологии [2]. Другим вариантом повышения комплексности использования руд Ново-Песчанского месторождения является попутное получение медного концентрата в процессе их переработки. Эта возможность была изучена на пробах, взятых из богатой и рядовой медистых зон сернистых магнетитов Ново-Песчанского месторождения. Результаты флотации (одна операция) приведены в табл. 3.
Так как Ново-Песчанское месторождение является аналогом Высокогорского, то в медный концентрат будут поступать также золото и серебро. Содержание меди в концентрате, равное 4,3 %, получено в операции основной флотации. Развитие схемы обогащения с оптимизацией ее по (1) и с применением брикетной технологии на основе торфоуглеродистых композиций позволяет прогнозировать более высокие техникоэкономические показатели переработки минерального сырья Ново-Песчанского месторождения, чем хвостов Высокогорского ГОКа.
В хвостах Учалинского ГОКа присутствуют скрытокристаллические и колломорфные агрегаты с тонкими взаимными прорастаниями рудных минералов, которые плохо раскрываются до свободных частиц при измельчении. Показатели флотации Учалинских хвостов ниже, чем других, несмотря на повышенное содержание в них меди (табл. 2). При рудоподготовке этого сырья был испытан новый метод раскрытия минералов, основанный на обработке их электрическими импульсами частотой до 300 Гц, мощностью до 200 МВт, напряжением ~ 250 кВ, длительностью ~ 10-8 с [5, 6]. Импульсы вырабатывают генераторы, созданные в институте электрофизики (ИЭФ) УрО РАН на основе открытого в 1992 г. эффекта обрыва тока в полупроводниках [7]. На обработку поступает пульпа (водопиритная смесь). Соотношение твердое: жидкое от 1:1 до 1:2 (массовое). Пульпа перемещается самотеком между двумя электродами, один из которых заземлён, а на другой генератор посылает импульсы. При электрическом пробое пульпы в ее жидкой фазе возникает электрогидравлический
удар с образованием крутого фронта импульса давления (ударная волна). Ударная волна создает в твердых частицах растягивающие усилия, если время ее двойного пробега по частицам меньше длительности импульса давления. При скорости ударной волны равной (обычно она ниже) скорости звука Уз (Уз в пирите = 8000 м/с) и размере частиц d в хвостах~100 мкм t < 10-4 / 2-8-103 < 6, 25 ■ 10-9 с, т.е. для разрушения частиц с d ~ 100 мкм требуются импульсы длительностью t в наносекундной области. Прочность минералов на растяжение значительно ниже, чем для других видов деформаций, поэтому разрушение частиц происходит, в основном, по их ослабленным зонам, тяготеющим к поверхностям срастаний зерен, включениям и дефектам, что обеспечивает селективное раскрытие минералов [8].
Раскрытие частиц электрогидравлической обработкой с использованием наносекундных импульсов было подтверждено на пиритных хвостах Учалинской ОФ. Одна из проб хвостов была отмыта от тонких частиц. Оставшаяся фракция представляла бесформенные сростки более мелких частиц с удельной поверхностью Б = 0,84 м2/г. После обработки этой фракции 1,5-103 импульсами Б возросла на 15 % (0,97 м2/г), при 3-103 импульсах - еще на 20 % (1,22 м2/г), а частицы приобрели более строгие очертания. В данных опытах затраты электроэнергии на обработку фракций составили соответственно 0,8 и 1,7 кВтч/т. Разрабатываемый механизм дезинтеграции характеризуется низкими энергозатратами, так как разрушение агрегатов электрогид-равлическим ударом обеспечивает высокую селективность раскрытия сростков без переизмельчения моно-минеральных зерен, а воздействия импульсов наносекундной длительности минимизируют расход энергии на перегрев, спекание частиц, их диссоциацию и др. побочные эффекты [9]. Флотация хвостов после электро-импульсной обработки проводилась на Учалинской ОФ в высокощелочной среде (рН = 12,05-12,35) с применением ксантогената, аэрофлота (А!) и извести (табл. 4).
При проведении опытов, как видно из табл. 4, изменяемыми параметрами были число импульсов, воздействовавших на исходное сырье (~1,5-103 и 4,5-103) и длительность импульса (10-8 и 1,5-10-8 с). Результаты опытов показывают положительное влияние электро-импульсной обработки на процесс флотации меди из хвостов. Основной технологический эффект заключается в повышении извлечения металла в концентрат с приростом от 1,55 до 14,25 %.
Рост извлечения меди в концентрат при сохранении содержания ее на уровне 0,74 % свидетельствует о росте селективности раскрытия минералов меди из сростков пиритных хвостов в процессе электроимпульсной обработки, что приводит к эффективности разделения металлов при флотации. Методология эффективного использования импульсных энергетических воздействий в процессах обработки минерального сырья базируется на изменении их качества. Энергетические характеристики импульсов целенаправленно изменяются
Таблица 4
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ПИРИТНЫХ ХВОСТОВ НА ИХ ОБОГАЩЕНИЕ
№ опыта Продукт Число им-пуль-сов/дпи-тельность рН BыIxoд, % Содержание меди, % Извлечение меди, %
1 - без обработки Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье - 12,2G 6,61 93,39 1GG,GG G,83 G,26 G,3G 18,29 81,71 1GG,GG
2 Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье 4,5-Ю3/ 1G-8 с 12,G5 13,17 86,83 1GG,GG G,71 G,24 G,3G 31,17 68,83 1GG,GG
3 Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье 1,5-Ю3/ 1G-8 с 12,2G 1G,81 89,19 1GG,GG 7 4 G r^(NCO G, G, G, 27,75 72,25 1GG,GG
4 Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье 4,5-Ю3/ 1G-8 с 12,15 13,84 86,16 1GG,GG G,43 G,28 G.3G 19,84 8G,16 1GG,GG
S Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье 1,54G3/ 1,5 •Ю'8с 12,35 11,35 88,65 1GG,GG G,86 G,23 G,3G 32,54 67,46 1GG,GG
6 Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье 4,54G3/ ^•Ю^с 12,3G 7,58 92,42 1GG,GG G,93 G,25 G,3G 23,5G 76,5G 1GG,GG
7 - без реагента Af Концентрат Вторичные хвосты Исходное сырье - 12,2G 5,25 94,75 1GG,GG G,98 G,26 G,3G 17,15 82,85 1GG,GG
в очень широких пределах, исходя из зависимости: N = Е / ^ где N и Е - мощность и энергия импульса.
Так импульс с Е = 1 Дж (2,8-10-7 кВтч) и t = 1 с воздействует на сырье мощностью, равной 10-3 кВт. У импульса длительностью t = 10-8 с мощность действия возрастает на 8 порядков, достигая 105 кВт
при том же расходе электроэнергии (1 Дж). Перспективность электроим-пульсной обработки определяется ми затратами энергии на процесс и тивностью раскрытия минералов, что обусловлено, как
зывает минера-
ческий анализ,
зованием мно-
венных трещин преимущественно по границам сростков
[9].
Переработка сернистых хвостов обогащения руд, как показывают данные табл. 2, 3 и 4, приводит к существенному снижению в них содержания сульфидных минералов. Кроме повышения комплексности использования сырья, эта операция имеет также большое природоохранное значение, так как извлечение из хвостов сульфидов различных металлов снижает их экологическую опасность за счет уменьшения выбросов в окружающую природную среду токсичных продуктов окисления сульфидных минералов.
1. Калиниченко В.Э., Гапонов Г.А., Колтунова Л.Н. Установка для до-извлечения металлов из отвальных хвостов текущего производства // Горный журнал. - 1999. - № 4. - С. 33 -34.
2. Переработка техногенных образований - эффективный путь реабилитации горнопромышленных территорий. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. - 72 с.
3. Башлыкова Т.В. Сертификация минерального сырья по его свойствам // Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья с извлечением благородных металлов. Труды международной научнотехнической конференции (12-15 ноября 2002 г.). - Екатеринбург. - Уральская государственная горно-геологическая академия. - 2002. - часть 2. - С. 3-6.
4. Перспективы использования
торфа в металлургических процессах
/ Гревцев Н.В., Алесандров Б.М., Тя-ботов И.А., Овсянников В.И., Буторин П.Ф. // Изв. вузов. Горный журнал. - 1996. - № 5-6. - С.123-127.
5. Nanosecond-discharge-assisted selective separation of fine inclusion not involved in impurity lattice / Filatov
A.L., Kotov Y.A., Korezhnevski S.R., Motovilov V.A., Jakovlev V.L., Korukin
B.M., Boriskov F.F. // Materials 11 IEEE International Pulse Power Conference (USA, Maryland, 1997, June 29 -July 2). - Baltimore: S.n., 1997. - Vol.
2. - P. 1103 - 1105.
6. Патент 2150326 РФ, МПК В02С 19/18. Способ и установка для селективного раскрытия тонких включений из твердого материала / Авт. изобрет. Котов Ю.А., Корженев-ский С.Р., Мотовилов В.А., Филатов
А.Л., Корюкин Б.М., Борисков Ф.Ф. -Заявл. 29.09.1998; Опубл. 10.06. 2000, Бюл. № 16.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7. Твердотельный прерыватель тока для генерирования мощных на-носекундных импульсов / Котов Ю.А., Месяц Г.А., Рукин С.Н., Филатов
A.Л.// Доклады Академии Наук. -1993. - том 330. - №3. - С. 315 - 317.
8. Комплексная переработка пиритовых отходов горно-обогатительных комбинатов наносекундными импульсными воздействиями / Котов Ю.А., Месяц Г.А., Филатов А.Л., Корюкин Б.М., Борисков Ф.Ф., Корнежев-ский С.Р., Мотовилов В.А., Щербинин
B.С. // Доклады Академии Наук. - 2000. - том 372. - № 5. - С. 654-656.
9. Вскрытие упорных золотосодержащих руд при воздействии мощных электромагнитных импульсов / Чантурия В.А., Гуляев Ю.В., Лунин В.Д., Бунин И.Ж., Черепин В.А., Вдовин В.А., Корженевский А.В. // Доклады Академии Наук. - 1999. -том 366. - № 5. - С. 680-683.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Борисков Ф. Ф, Филиппова Н.А., Макаранец Л. О. - Институт горного дела УрО РАН.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
БОРИСКОВ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB9_03 C:YUsersYТаняYAppDataYRoammgYMicшsoftYШаблоныYNormaLdotm ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРИТНЫХ ХВОСТОВ*
Гитис Л.Х.
30.06.2003 10:37:00
15
18.07.2003 11:56:00 Гитис Л.Х.
45 мин.
09.11.2008 1:14:00 5
2 819 (прибл.)
16 074 (прибл.)
