CC BY
72
© В.И. Брагин, Н.Ф. Усманова, А.А. Фетисов, Е.Н. Меркулова, 2009
В.И. Брагин, Н.Ф. Усманова, А.А. Фетисов,
Е.Н. Меркулова
ПОВЕДЕНИЕ ЦВЕТНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ПРИ ГИПЕРГЕННОМ ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД
Приводятся сведения о поведении цветных и благородных металлов в процессе химического выветривания хвостов обогащения медно-никелевых руд. Изучено распределение благородных металлов в шламах по горизонтам выветривания. Установлены количественные характеристики перераспределения металлов по вторичным минералам.
Ключевые слова: гипергенное сырье, физико-химическая геотехнология, хвосты медно-никелевых руд.
Сокращение легкодоступных запасов минерального сырья в горнодобывающей отрасли современной России, заставляет специалистов изыскивать новые пути его восполнения. В этих условиях актуальными решениями по расширению сырьевой базы цветных и благородных металлов является применение технологий, позволяющих вовлечь в эксплуатацию техногенное ги-пергенное сырье, к которому относятся отходы добычи и переработки горнорудных предприятий, скопившиеся за десятки лет их существования. В настоящее время в отвальных и условноотвальных продуктах ГМК содержатся значительные количества цветных и благородных металлов в виде изоморфных примесей, тонкодисперсных сростков и сульфидов, которые теряются в ходе технологического процесса добычи и переработки. Суммарная ценность полезных компонентов в техногенном сульфидном сырье, по некоторым оценкам, сопоставима в настоящее время с ресурсами недр [1]. Формы нахождения металлов в гипергенных образованиях зачастую исключают возможность применения традиционных, хорошо разработанных и освоенных методов переработки руд. Наиболее перспективным направлением переработки многокомпонентного гипергенного сырья является синтез обогатительных и гидрометаллургических процессов.
В первую очередь для выбора наиболее рациональной технологии извлечения ценных компонентов необходимы исчерпываю-
щие сведения о минералогической характеристике материала. Поскольку за многие годы, в течение которых формировалось тело хвостохранилища, образовался сложный минеральный комплекс, представленный различными первичными и вторичными минеральными ассоциациями. Первичный вещественный состав обусловлен отходами обогащения руд и вмещающих их пород, а вторичный - процессами гипергенеза. В результате изменяются технологические свойства первичных минералов, образуются новые минеральные соединения, поведение которых в ходе переработки может оказать существенное влияние на технологию извлечения.
Методы физико-химической геотехнологии являются наиболее приемлемыми по экономическим соображениям способами извлечения ценных компонентов из такого рода сырья. Известны примеры того, как в природных условиях, при температуре и составе растворов, типичных для зоны гипергенеза, происходит гидрохимическое перераспределение благородных металлов с образованием их повышенных концентраций во вторичных залежах [2].
При изучении технологических свойств и разработки ме-тодов извлечения металла из хвостов выветривания целесо-образно учитывать известные из геохимии механизмы гиперген-ного преобразования рудного вещества. С одной стороны, установление механизма формирования коры позволяет выявить закономерные связи металла с компонентами минерального комплекса и, таким образом, определить оптимальные методы селекции уже на начальных стадиях исследования. С другой стороны, возможно использование механизмов гипергенного переноса и вторичной концентрации металла при геотехнологической эксплуатации месторождения. Для этого в массиве создаются условия, способствующие дальнейшему движению металла и переотложению его на специально организованных геохимических барьерах в заданной области рудного тела. Механизм миграции металла может быть оптимизирован для конкретного объекта с учетом его особенностей, а также с учетом экономических факторов.
На протяжении нескольких лет в ИХХТ СО РАН проводятся исследования по изучению поведения цветных и благородных металлов в процессе химического выветривания в продуктах переработки горнометаллургических предприятий, с целью их возможного извлечения. Ранние работы [3] показали возможность перевода
значительного количества цветных и благородных металлов в раствор, путем искусственного моделирования процессов гипергенеза.
Для проведения экспериментов была использована технологическая проба хвостов медно-никелевой руды Норильского района. Исследования по выветриванию проводились на фракции крупностью - 3 мм в проточном режиме с полным оборотом растворов. Изучение поведения цветных и благородных металлов при выветривании хвостов медно-никелевой руды осуществляли на лабораторном стенде выщелачивания, состоящем из нескольких колон, выполненных из оргстекла. Питание рабочим агентом производили сверху в режиме просачивания с циркуляцией рабочего агента -моделирование естественного процесса проходящего в обводненном хвостохранилище. Для выщелачивания моделировались различные составы первичных геотехнологических растворов: вода, серная кислота, гуминовая кислота.
Выбор рабочих растворов обусловлен следующим:
• вода в процессе прохождения через материал с большим содержанием сульфидов в присутствии кислорода воздуха окисляет сульфидную серу, в результате чего насыщается сульфат ионом с одновременным понижением рН;
• для ускорения процесса сразу была добавлена серная кислота - доступный реагент в Норильском промрайоне.
• гуминовые кислоты (сумма гумусовых и фульвокислот) -природные гетерофункциональные полиэлектролиты переменного состава. Большая реакционная способность гуминовых кислот объясняется наличием активных групп, способных к реакциям ионного обмена и образованию комплексных соединений.
Определение в растворах концентраций металлов производилось атомно-абсорбционным и масс-спектрометрическим методами. Фазовый состав шламов определялся методом рентгеновской дифрактометрии.
В ходе эксперимента исследованы кинетика накопления благородных металлов в жидкой фазе на временном интервале 150 суток, распределение минеральных фаз, благородных и цветных металлов по высоте отвала после выветривания, фазовый и элементный состав шлама при различной исходной кислотности растворов.
Рис. 1. Изменение концентраций благородных металлов в процессе химического выветривания
Установлено, что при выветривании сульфидсодержащих материалов имеет место переход в жидкую фазу значимых количеств благородных металлов, что обеспечивает концентрацию их в дренирующих растворах до 1 мг/л. Концентрации цветных металлов в жидкой фазе стабилизируются на уровне: № - 1.2-1.3 г/л за 10 суток вне зависимости от исходной кислотности; Си - 0.2-0.25 г/л за 30 суток при кислотности 0.05Н, и 100 суток при исходном pH 7. В отличие от цветных металлов, концентрации платины, палладия и золота в растворе неустойчивы (рис. 1), что приводит к обогащению этими металлами шламов, выпадающих из раствора в верхних горизонтах отвала и в отстойниках.
В составе шлама преобладают рентгеноаморфные фазы оксидов железа и гидратированных алюмосиликатов. В подчиненных количествах присутствуют иллит, гамма- и бета-оксиды железа. Совокупность полученных данных допускает предположение о сосуществовании в системе двух процессов - растворения металлов с образованием коллоидного раствора с одной стороны, и обратный переход их в твердую фазу при коагуляции.
0 0.5 1 1.5 2
□ Кристаллические оксиды □ Аморфные оксиды □ Органика
□ Карбонаты ■ Обменные формы 0 Сульфидные и металлические
Рис. 2. Фазовый состав платины по горизонтам массива в сравнении с фазовым составом исходных хвостов обогащения медно-никелевых руд
Далее был исследован фазовый состав шламов и материала на разных уровнях массива. Методом последовательного растворения определялись следующие формы цветных (Си, №, Со) и благородных (Р1, Pd) металлов: обменные; связанные с карбонатами и сульфатами; кристаллическими и аморфными оксидами железа; сульфидные и металлические.
Установлены количественные характеристики перераспределения металлов по вторичным формам. Полученные данные в отношении меди, никеля и кобальта в целом соответствует существующим представлениям о поведении металлов в зоне гипергенеза. Палладий, напротив, проявляет повышенную подвижность.
Наиболее интересно поведение платины, которая интенсивно перераспределяется, в процессе выветривания, как между горизонтами массива, так и между минеральными фазами (рис. 2). От 50 до 90% платины на разных горизонтах массива представлено вторичными минеральными формами, образовавшимися при переотложе-
нии из растворов. Кроме того, более 15% платины было перенесено в шлам отстойника с образованием обогащенного продукта. Сопоставление полученных результатов с имеющимися данными позволило предположить, что перенос платины осуществлялся в форме коллоидов, стабилизированных биогеннными веществами, содержащимися в лежалых хвостах, а переотложение во вторичные фазы имело место в результате деградации органики.
Полученные данные позволяют наметить подход к технологии извлечения платины из лежалых хвостов посредством ее мобилизации из вторичных фаз при добавлении органических веществ -стабилизаторов коллоида.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трубецкой К.Н. Современное состояние минерально-сырьевой базы и горнодобывающей промышленности России // Горный журнал, 1995. - №1.
2. Варшал Г.М., Велюханова Т.К, Кощеева И.Я. и др. О концентрации благородных металлов углеродистым веществом // Геохимия - 1994. - №6. - С. 814-824.
3. Брагин В.И., Жижаев A.M., Фетисов А.А., Брагина В.И., СвиридоваМ.Л. О
возможности извлечения цветных и благородных металлов из хвостов обогащения медно-никелевых руд // Благородные и редкие металлы Сибири и Дальнего Востока: рудообразующие системы месторождений комплексных и нетрадиционных типов руд: Материалы научной конференции (Иркутск, 3-7 октября 2005 г.). - Иркутск: Издательство Института географии СО РАН, 2005. - В 2-х томах. Т.2. - С. 175-176. ЕШ '
Bragin V.I., Usmanova N.F., Fetisov A. A., Merkulova E.N.
THE RESPONSE OF NON-FERROUS AND PRECIOUS METALS ON SUPERGENE TRANSFORMATION OF CONCENTRATION TAILINGS FROM REFINEMENT OF COPPER-NICKEL ORES
In this paper, information about behavior of nonferrous and noble metals in process of copper-nickel ores tailings decomposition are brought. Noble metals distribution in sludge by weathering level is studied. Quantitative adjectives of metals redistribution in secondary minerals are established.
Key words: supergene raw materials, physical and chemical geotechnology, tailings of copper-nickel ores refinement.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Брагин В.И., Усманова Н.Ф., Фетисов А.А., Меркулова Е.Н. - ИХХТ СО
РАН, г. Красноярск.
