Совместная утилизация хвостов обогащения медно-цинковых руд и гранулированных шлаков медной плавки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

© И.В. Шалрунова, А.Н. Радченко, 2003

УАК 622.7:004.82

И.В. Шалрунова, А.Н. Радченко

СОВМЕСТНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ МЕАНО-ЦИНКОВЫХ РУА И ГРАНУЛИРОВАННЫХ ШЛАКОВ МЕАНОЙ ПЛАВКИ

Имеющийся опыт утилизации отходов горнометаллургического комплекса свидетельствует о том, что существуют большие возможности по их эффективному использованию как сырья для строительной индустрии. Основным сдерживающим фактором вовлечения хвостов обогащения медно-цинковых руд и шлака медной плавки в серийное производство строительных материалов является повышенное содержание в них таких ценных компонентов как медь, цинк, золото, серебро, редкие металлы и других микропримесей. Содержание меди в хвостах обогащения уральских фабрик 0,2-0,6 %, среднее содержание в граншлаке 0,35 % [1]. Многие существующие процессы доизвлечения металлов из отходов переработки руд механическими методами не позволяют извлекать медь из техногенного сырья, что препятствует использованию их силикатной части в строительстве. Поэтому большое количество исследований посвящено физикохимическим технологиям переработки такого вида георесурсов.

Изучение закономерностей формирования технологических свойств хвостов обогащения медно-цинковых руд при их хранении [2] позволяет выделить три технологические группы - хвосты текущей переработки руды, лежалые в водной среде хранилища и выветрелые. Извлечение меди из выветрелых хвостов может осуществляться как в варианте их кучного сернокислотного выщелачивания в хвостохранилище по месту залегания, так и на предварительно подготовленных полигонах. Медные минералы в данной технологической группе хвостов представлены окисленными формами - малахитом, азуритом, а коэффициент фильтрации растворов через массив составляет от 4,8 м/сут. Выщелачивание хвостов текущей переработки и лежалых в водной среде хранилища сдерживается их низкими фильтрационными свойствами. Массив тонкодисперсного материала имеет крупность -0,044 + 0 мм и коэффициент фильтрации, не превышающий 1,7 м/сут. Кучное выщелачивание металлов из таких хвостов возможно только после предвари-

тельной подготовки массива, повышающей фильтрационные свойства.

Таким способом является предварительная агломерация -спекание или окомкование руд или отходов их переработки. Применение брикетирования для кучного выщелачивания не представляется возможным, т.к. полученный материал должен быть пористым, хорошо проницаемым, устойчивым в кислых средах и достаточно прочным при перегрузках и укладке штабеля. Технологии высокотемпературных способов получения гранул (окатышей) из хвостов обогащения перед их выщелачиванием являются экономически и экологически неоправданными.

Накоплен большой опыт низкотемпературного окомкования тонкодисперсного материала для цианидного выщелачивания золота, где в качестве вяжущего используются известь, портландцемент, гипс, которые не могут быть применены для выщелачивания в кислых средах. Однако, введение в состав шихты связующих добавок, которые способствуют быстрому схватыванию и дальнейшему набору прочности окатышей и играют пластифицирующую роль, ускоряя накатывание материала, необходимо.

Исследования по грануляции хвостов текущей добычи Сибай-ской обогатительной фабрики без использования связующих добавок показали, что значение предела прочности на сжатие по истечение 90 суток не превышает 0,5 МПа. Полученные окатыши разрушались при смачивании их водой.

Рис. 1. Влияние срока хранения окатышей в воздушносухой среде на значение предела прочности на сжатие при использовании различных видов связующих добавок

При подборе низкотемпера-

турных режимов грануляции сульфидных хвостов для сернокислотного выщелачивания меди были исследованы кислотостойкий цемент и полимерные добавки «Акватрон - 6», «Акватрон - 8», «ОМ 20 72». При этом устойчивые окатыши получались только при расходе свыше 50 кг/т.

Исследования механической устойчивости полученных окатышей показали (рис. 1), что при использовании полимеров окатыши получаются достаточно прочными. Однако, испытание их на перколяционной установке в кислой среде не дали положительных результатов. Окатыши получились влагонепроницаемыми и циркуляции выщелачивающего раствора внутри конгломерата не происходило.

При использовании кислотостойкого цемента были получены достаточно прочные окатыши с максимальным значением предела прочности на сжатие 6,46 МПа. Однако, устойчивость таких окатышей в водной среде сохраняется не более 7 суток. Продуктивные растворы получаются мутными, труднофильтруемыми.

Поэтому ни кислотостойкий цемент, ни полимерные добавки «Акватрон» и ДМ 20 72 не могут быть рекомендованы в состав шихты при грануляции тонко-дисперсных хвостов обогащения медноцинковых руд. При изучении технологических свойств другого медьсодержащего ресурса - гранулированных шлаков медной плавки ЗАО «Карабаш-медь» было установлено, что свежеизмельченный шлак обладает вяжущими свойствами. Учитывая большие запасы граншла-ков и низкую (8-16 руб/т) цену, совместное использование этих отходов является весьма перспективным.

Шлак легко измельчается. Коэффициент измельчаемости по отношению к кварцу составляет 2,1. При относительно невысоких энергетических затратах возможно получение тонкого силикатного продукта. Изучение распределения минералов по классам крупности показало возможность гравитационного выделения сульфидов и магнетита в цикле измельчения. Сульфиды и магнетит измельчаются хуже, чем хрупкая силикатная масса. В лабораторных условиях при измельчении шлака до крупности 60 % класса -0,074 + 0 мм на концентрационном столе при оптимальных параметрах работы стола был получен концентрат с

содержанием меди 2,46 %. Выход гравитационного концентрата составил 3,6 % от массы исходного шлака. Несмотря на то, что извлечение меди в концентрат составляет 23,3 %, гравитационное выделение сульфидов меди из шлаков перед их использованием в качестве вяжущего компонента целесообразно. Продукт с содержанием меди 2,46 % может быть направлен на плавку в составе шихты. Исследования по гравитационному выделению сульфидов и магнетита будут продолжены с целью выбора оптимальных аппаратов и режимов их работы.

Тонкая фракция измельченного шлака была использована в качестве связующего при грануляции хвостов обогащения текущей добычи Сибайской обогатительной фабрики. Были получены более прочные окатыши, чем при использовании кислотостойкого цемента и полимерных добавок (рис. 2). Влияние расхода шлака на прочность получаемых окатышей изучали в широком диапазоне от 0 до 500 кг/т. При расходе от 50 кг/т и более получаются достаточно прочные окатыши (предел прочности на сжатие до 8,6 МПа).

В производстве строительных материалов для повышения прочностных характеристик совместно с вяжущими используются различные затворители. При грануляции пылей свинцовоцинковых заводов в качестве центров грануляции используется концентрированная серная кислота [3]. Нами было изучено влияние жидкого стекла, как наиболее широко применяемого затворителя и концентрирован-

в

Рис.5. Графическое изображение анализируемых структур и распределение размеров пор по результатам гранулометрического анализа: а - до выщелачивания, перефирийная часть; б - до выщелачивания, центральная часть; после выщелачивания, центральная часть

ной серной кислоты на результаты грануляции хвостов обогащения медно-цинковых руд с использованием в качестве вяжущего свежеизмельченного шлака медной плавки (рис. 2).

Использование жидкого стекла в количестве 2 кг/т позволяет получить окатыши прочностью 5,61 МПа уже при расходе шлака 50 кг/т. При этом окатыши получаются достаточно прочными, но хрупкими, легко раскалываются при ударе и не выдерживают испытаний на сброс по стандартным методикам. При использовании концентрированной серной кислоты в качестве центра грануляции были получены прочные окатыши, причем прочность до 8 МПа они набрали уже через 3 суток. Однако, при попадании в водную среду в результате реакции гидратации, которая сопровождается выделением тепла, происходит быстрый распад окатышей. Поэтому дальнейшие исследования были направлены на изучение параметров и режимов

окомкования хвостов обогащения при использовании в качестве вяжущего шлака без дополнительных добавок.

Было изучено влияние крупности помола шлака и продолжительности периода набора прочности на результаты окомкования (рис. 3). Шлак крупностью -0,2мм не обладает достаточными вяжущими свойствами и окатыши рассыпаются при сушке. Считаем целесообразным помол шлака до крупности -0,044 мм. Такая крупность обеспечивает необходимую прочность окатышей и может быть получена при измельчении шлака на стандартном измельчительном оборудовании.

Требуемый набор прочности для последующей устойчивости в водной среде происходит только через 2-2,5 месяца хранения на воздухе. Эти результаты согласуются с практикой кучного выщелачивания тонкодисперсных золотых руд. Подготовленная проба окатанного материала выдержанного при заданных пара-

метрах с пределом прочности на сжатие 8,1 МПа была загружена в лабораторную установку для непрерывного перколяционного выщелачивания. Эксперимент продолжается в течение месяца. Высота слоя гранул сократилась на 12 %. Получается достаточно чистый по механическим примесям слив (прозрачность по шрифту 51 мм). В оборотном растворе повышается концентрация меди, которая через месяц достигла 0,8 г/ дм3. Учитывая, что кучное выщелачивание сульфидов происходит годами, полученные результаты являются

перспективными.

Несомненным достижением предлагаемой технологии окомкования шлаков и хвостов является получение высокопористых гранул. Выщелачиваемый раствор омывает не только поверхность, но и проникает внутрь частиц.

Структуру гранул до и после выщелачивания изучали на установке анализа изображения 31ДМБ-600. Установка позволяет количественно оценить структуру и строение конгломератов. Сравнение микрофотографий внутреннего строения окатышей в периферийной и центра6льной части до выщелачивания (рис. 3, а, б) показывает, что гранулы вполне однородны и достаточно пористы и лишь на

ПРОТОКОЛ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПОР ПОЛУЧЕННЫХ ОКАТЫШЕЙ АО И ПОСЛЕ СЕРНОКИСЛОТНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Характеристика пор До выщелачивания, центр До выщелачивания, край После выщелачивания, центр

Число полей 1

Контролируемая площадь, мкм2 2408448,0

Объемная доля пор, % 15,9 15,3 17,0

Уровень доверительной вероятности 0,95

Оценка погрешности определения объемной доли 1,8 1,3 1,5

Средний размер поры, мкм 52,7 72,1 90,6

Максимальный размер поры, мкм 140,3 192,8 173,2

Объемная доля пор, меньших 1,0 мкм, % 0,0 0,0 0,0

Объемная доля пор, больших 100 мкм, % 11,3 32,7 25,4

Количество пор, шт. 228 123 164

поверхности наблюдается тонкий рыхлый слой. Именно этот слой является причиной загрязнения продуктивного раствора выщелачивания в начальной стадии эксперимента. После его вымывания механического выноса частиц не происходит.

Расчетом геометрических параметров изображений (таблица) установлено, что в исходном окатыше пористость составляет 15,3-15,9 % при среднем размере пор 50-70 мкм. В результате месячного выщелачивания раство-

ром серной кислоты не произошло закрытия пор. Увеличился средний размер пор до 90 мкм при сокращении их числа, что говорит о возможном их объединении в процессе выщелачивания. Распределение размеров пор в изучаемых образцах приведены на рис. 4. Сравнение диаграмм б) и в) подтверждает сохранение пористой структуры окатышей и наличие процесса выщелачивания внутри частиц

Таким образом, при подготовке хвостов обогащения медно-

цинковых руд к кучному выщелачиванию эффективным способом повышения скорости фильтрации рабочих растворов в массиве является предварительная грануляция хвостов в низкотемпературном режиме при использовании в качестве связующей добавки шлака медной плавки крупностью -0,044 +0 мм. Это обеспечит совместное использование техногенных медьсодержащих георесурсов и возможность дальнейшей их утилизации в качестве строительного сырья.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 300 лет Уральской металлургии: Труды Международного конгресса.- Изд. Уральского университета, Екатеринбург, 2001. - 439 с.

2. Закономерности формирования технологических свойств хвостов обогащения медно-цинковых руд при их

хранении / Шадрунова И.В. и др. - ГИАБ, 2002, №4. С.139-143.

3. Цефт А.Л. Гидрометаллургические методы пере-

работки полиметаллического сырья. - Алма-Ата: Наука, 1976. - 65 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шадрунова И.В. - ИПКОН PAH. Радченко Д.Н. - МагнитогорскийГТУ.

© А.И. Шевченко, 2003

УAK 622. 793. З: 332. З А.И. Шевченко

ГИAPOAИHАМИЧECKАЯ ОЧИСТКА ОБОРОТНОЙ BOAЫ

На большинстве обогатительных фабрик вода является основной разделительной средой. Поэтому показатели обогащения во многом зависят от содержания и гранулометрического состава твердой фазы в оборотной воде. Высокое содержание тонких классов (0-1 мм) в твердой фазе оборотной воды изменяет ее свойства, что отрицательно сказывается не только на показателях работы основного оборудования, но и на

работе подготовительных и вспомогательных аппаратов [1].

Как показывает практика, в твердой фазе оборотной воды содержатся также частицы крупнее 1 мм. Это в свою очередь приводит к забиванию рабочей зоны оборудования, выполненной в виде узких зазоров (брызгала грохотов, матрицы сепараторов и т.п.) [1, 2].

В институте геотехнической механики НАН Украины разработаны способ и устройство [2],

позволяющие эффективно очищать оборотную воду от содержащихся в ней частиц перед подачей в рабочую зону обогатительного оборудования. Идея способа заключается в том, что выброс частиц из воды реализуется за счет удара их о твердую поверхность при перемещении воды тонким слоем (в виде пленки) с большой скоростью по вогнутой конусообразной рабочей поверхности.

Течение воды по вогнутой поверхности может осуществляться с относительно высокими скоростями, потому что удержание жидкости в этом случае достигается за счет центробежных сил. Чем больше скорость течения воды, тем выше центробежные силы, которые прижимают жидкость к рабочей поверхности. Частицы, двигаясь в таком кри-