CC BY
107
УДК 622.7.016:622.343/344 © Е.А. Емельяненко, М.В. Рыльникова,
Ю.Р. Ягудина, 2014
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ПЕРЕРАБОТКЕ ТРУДНООБОГАТИМЫХ РУД МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ЭФФЕКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Комплексный подход к переработке сложных труднообогатимых руд позволит регулировать эффективность работы горно-обогатительного предприятия. Приведены данные об особенностях минералогического и вещественного состава медно-цинково-колчеданных руд Узельгинского, Молодежного месторождения, проанализированы основные факторы, снижающие показатели флотации. Рассмотрены возможные технологические решения по совершенствованию схемы флотации и результаты автоклавного нейтрального выщелачивания медных концентратов. Ключевые слова: медно-цинковые руды, обогащение, флотация, структуры, текстуры, сростки, тонкое взаимопрорастание, извлечение, концентрат, комплексное освоение месторождений, гидрометаллургия, автоклавное выщелачивание.
Основное содержание статьи
Растущие потребности мирового рынка в цветных металлах, увеличение объемов их добычи привели к сокращению мировых запасов кондиционных медных руд, в том числе к истощению основных крупных медно-колчеданных месторождений Южного Урала. Поиск новых запасов и разработка уже существующих месторождений становится все сложнее и дороже. Для расширения минерально-сырьевой базы, эффективного развития предприятия вынуждены переходить на разработку резервных месторождений, залегающих на значительных глубинах, в сложных в горно-геологических условиях, содержащих труднообогатимые руды, на вовлечение в сферу производства хвостов обогатительных фабрик и металлургических производств. Переход на разработку месторождений бедных и труднообогатимых руд многократно увеличивает разрыв между объемами добываемой и извлекаемой минеральной массы, так как, чем сложнее и беднее руды, тем бо-
лее тонкого измельчения и разветвленных флотационных схем требуется для их обогащения, что значительно повышает затраты на извлечение полезного компонента.
При переработке труднообогатимых руд для получения конечных продуктов с низкой себестоимостью, высокого качества экологически безопасным способом, предприятия медной промышленности вынуждены переходить на комбинированные технологические схемы с применением технологии выщелачивания и рядом альтернативных вариантов переработки медных растворов. Для труднообогатимых окисленных руд — это подземное, скважинное, кучное и отвальное выщелачивание.
Для смешанных и сульфидных руд — флотация с гидрометаллургическим переделом.
Применению новых технологий, сочетающих разнообразные процессы обогащения и гидрометаллургии, которые позволяют максимально полно извлекать ценные компоненты, как базовые, так и попутные, решая проблемы восполнения минерально-сырьевой базы горно-обогатительных и металлургических предприятий, снижать объемы техногенных отходов отводится особая роль. В настоящее время коэффициент комплексности использования медно-цинкового сырья примерно на 20 % ниже, чем при переработке медных или свинцово-цинковых руд [1], поэтому качественный состав, физико-механические свойства руд, определяющие технологические особенности руд и технологию их переработки с минимальными потерями должны учитываться еще на стадии проектирования [2] горнотехнической системы полного цикла, и в период эксплуатации месторождения приниматься во внимание геологоразведочной службой, с целью регулирования качества рудопотоков поступающих на обогащение. Получение кондиционных концентратов с минимальными потерями в хвостах обогащения, максимально возможное извлечение попутных компонентов позволит горному предприятию обеспечить экономическое развитие.
На Учалинскую обогатительную фабрику поступают медные и медно-цинковые руды Узельгинского месторождения, медно-цинковые руды Учалинского и Молодежного месторождений, и частично руды Талганского, Западно-Озерного и Султановского месторождений, имеющие чрезвычайно сложный вещественный состав. Получение из них высококачественных концентратов при высоком извлечении металлов в настоящее время удается далеко
не всегда. Основные исследования были направлены на совершенствование технологии флотации сульфидных руд, выбор альтернативных решений с использованием автоклавной доводки получаемых продуктов обогащения. Объектами исследования являлись руды Узельгинского и Молодежного месторождений.
Для переработки окисленных и смешанных сульфидных руд, складированных в отвалах, как альтернативный вариант переработки исследовалась физико-химическая геотехнология. Результаты исследований по выщелачиванию окисленных руд месторождения Молодежное обсуждались во многих работах [3,4,5] и в данной статье не приводятся.
Изучение вещественного состава медно-цинково-колчедан-ных руд Узельгинского месторождения показало, что они представляют собой плотные мелкозернистые массы сульфидов, обычно с незначительным присутствием нерудных минералов. Однако в отдельных участках рудных тел количество нерудных минералов в руде возрастает, достигая 30 - 50 % всей рудной массы. Главными рудообразующими минералами являются пирит, пирротин, мель-никовит, марказит, сфалерит, халькопирит и блеклая руда, второстепенными — арсенопирит, магнетит, гематит, галенит, второстепенными — борнит, халькозин, алтаит, гессит, сильвинит, теллуровисмутит и др. Нерудные представлены кварцем слоистыми силикатами (преимущественно серицитом), калиевыми гидрослюдами, хлоритом, редко встречается карбонат.
Текстура медно-цинково-колчеданных руд — массивная, полосчатая, слоистая, брекчиевидная, реже колломорфная. Структура - тонко- и мелкозернистая, реже колломорфная с весьма тонкими срастаниями рудных минералов, эмульсионная, петельчатая. В блеклых рудах Узельгинского месторождения, содержащих полуметаллы выделяются два минеральных вида: теннантит, с преобладанием мышьяка и тетраэдрит, с преобладанием сурьмы. По содержанию в рудах доминирует теннантит (Си12Л84813) Он обладает сложным кристаллическим строением и содержит в кристаллической решётке легко окисляющиеся до ковеллина, малахита, азурита анионные группы [Л883]3" (рис. 11 )
1 Разработка ведущего научного сотрудника ИПКОН РАН, д.т.н., профессора,
П.М. Соложенкина.
-эь-
I
.э
Си
-Аз-ЭЬ-
я л /аГ си'
-Аз-
-Ав-
Э' ~Си
-Си
/
"Си
Рис. 1. Стержневая модель тенантита
От халькопирита отличается низкой твёрдостью (3-4 по шкале Мооса) и повышенной хрупкостью, что обуславливает его лёгкое переизмельчение и ошламование. По данным технологической лаборатории обогатительной фабрики данными установлено, что по флотируемости ксантогенатами медные минералы, присутствующие в обогащаемых рудах, располагаются в следующей последовательности:
тетраэдрит <теннантит <халькопирит <борнит <ковеллин <халькозин [1]
Ряд флотируемости медных минералов ксантогенатами является показательным при установлении факторов, снижающих качественные показатели операций обогащения медно-цинковых руд не только Узельгинского, но и других месторождений, где присутствуют блеклые руды.
Медно-цинковые руды Молодежного месторождения характеризуются сложным минеральным составом и представлены главными рудообразующими минералами — пиритом, халькопиритом, сфалеритом. К второстепенным относятся блеклая руда, борнит, ковеллин, халькозин, причем содержание вторичных сульфидов меди очень значительно и составляет до 25 %.
Текстура медно-цинковых руд — массивная, полосчатая, слоистая, брекчиевидная, реже колломорфная. Структура - тонко- и мелкозернистая, реже колломорфная с весьма тонкими срастаниями рудных минералов, эмульсионная, петельчатая. Шихта из руд Узельгинского и Молодежного месторождения подаются на флотацию.
Основная проблема при обогащении исследуемых руд связана с получением высококачественных медных, цинковых концентратов с высоким извлечением в них соответствующих ценных компонентов, снижением потерь ценных компонентов в хвостах. Однако имеется ряд факторов, осложняющих решение этой про-
блемы, выявленных в процессе технологических исследований по совершенствованию технологии обогащения.
Установлено, что в цикле селекции медного концентрата при флотировании таких руд не хватает времени для флотации медных минералов, на это указывают большие потери с медными хвостами до 20 %.
Тонкое взаимопрорастание минералов друг в друге, эмульсионная вкрапленность руд, перерабатываемых на Учалинской фабрике, присутствие в рудах теннантита и борнита вызывает осложнения в технологии и снижает эффективность флотации.
Для того, чтобы осуществить процесс разделения медно-цинковых минералов от пирита на фабрике применяется известь. Процесс флотации ведется при рН около 12. При такой щелочности сфалерит активируется повышается селекция медного концентрата, и теряется цинк. Ежегодные потери цинка на фабрике составляют примерно 15 тыс. т в год. Соединения цинка, попавшие в медный концентрат негативно влияют на протекание металлургического процесса получения меди.
Отмеченные особенности вещественного состава являются причиной недостаточно высоких показателей обогащения руд Учалинского района и преодолеваются посредством разработки развитых технологических схем с использованием эффективных реагентных режимов селективной флотации.
На этапе проведения исследований технологических свойств руды Узельгинского и Молодежного месторождения, выбора технологической схемы для максимально полного извлечения ценных компонентов в концентрат были разработаны и опробованы три основных технологических решения.
1. Введена межцикловая флотация с целью предотвращения ошламования медных минералов в цикле рудного измельчения; ситовая характеристика питания межцикловой флотации — 55,43 % класса менее 74 цк.
В концентрат межцикловой флотации выделяются в основном свободные, тонкие зерна (меньше 10 мкм) халькопирита и блеклых руд. Учитывая размерность данных зерен можно предположить, что выделение их на более поздней стадии измельчения приведет к еще большему их ошламованию и неминуемым потерям этой части материала с хвостами флотации. Соотноше-
ние халькопирита и теннантита в концентрате медной «головки» составляет 4:1, в медном концентрате соотношение халькопирита и теннантита выравнивается и их соотношение составляет 1:1.
2. Предусмотрена предварительная классификация хвостов коллективной флотации. Предназначена для доизвлечения минералов меди и цинка из хвостов коллективной флотации, после которой пески подаются на дальнейшее сверхтонкое доизмельчение и далее на дофлотатацию меди и цинка. Исследованиями на медной руде Узельгинского месторождения при подключении узла доизмельчения и дофлотации получены следующие результаты: готовый медный концентрат с содержанием меди 21,01 % и извлечением меди в него 94,7 %. Содержание класса менее 74 цк взросло с 76,53 % до 89,45 %, что позволило дополнительно раскрыть сростки медных минералов и снизить потери меди с хвостами коллективной флотации.
3. Введено доизмельчение хвостов первой коллективной флотации для дополнительного раскрытия сростков медных и цинковых минералов.
Внедрение этого технологического решения позволило получить следующие результаты: ситовая характеристика исходных хвостов I коллективной флотации составила 65,27 % класса 74 цк, после доизмельчения 92,82 %, тем самым уменьшились потери с коллективными хвостами на 9,1 % и на 0,7 % меди и цинка соответственно.
Несмотря на предложенные технические решения по совершенствованию технологической схемы обогащения очень тонкое взаимопрорастание сульфидных минералов и минералов пустой породы, высокое содержание водорастворимых сульфатов меди, цинка и железа, а также колломорфных разновидностей сульфидов, склонных к переизмельчению не позволяет максимально полно извлекать ценные компоненты из минерального сырья, не обеспечивая тем самым комплексности освоения месторождений.
Опираясь на положительный опыт автоклавного выщелачивания медных концентратов [6], на Учалинской обогатительной фабрики были проведены испытания по автоклавному выщелачиванию хвостов обогащения и медно-цинкового промпродукта. Автоклавное выщелачивание (АВ) является одним из эффективных методов прямого вскрытия минералов, при переработке даже
низкосортного медно-цинкового сырья. В сравнении с пироме-таллургической переработкой данная технология характеризуется меньшими материальными и энергетическими затратами.
Полученные результаты предложенной технологии гидрометаллургической доводки некондиционных медных концентратов Учалинской обогатительной фабрики показали, что содержание меди в медном концентрате повысилось с 18,5 до 22-27 % при одновременном снижении содержания цинка с 5,0 до 0,5 % (извлечение 99 %); мышьяк и сурьма из исходного сырья полностью выведены в железосодержащий кек. При отсутствии экономической спроса на данный продукт, утилизация железосодержащего кека возможна в выработанных пространствах недр, как одного из компонентов в составе сложного вяжущего в закладочных смесях, что в свою очередь снижает экологическую нагрузку на поверхность промплощадки горного предприятия и позволяет задействовать выработанные пространства, как емкости для хранения отходов, а достаточная прочность закладочных массивов, позволяет регулировать геомеханические характеристики отрабатываемых рудных тел на значительной глубине.
Применение предварительного автоклавного выщелачивания концентратов, поступающих на металлургическое производство меди позволяет: уменьшить количество шлаков; предотвратить образование шпейзы; снизить вязкость шлаков и соответственно потери меди, золота, серебра; уменьшить выбросы в окружающую среду соединений мышьяка и сурьмы. Предварительные расчеты свидетельствуют о высокой технико — экономической эффективности разработанной технологии и быстрой окупаемости капитальных затрат.
Таким образом, изучение вещественного состава и технологических свойств различных типов медно-колчеданных руд, поступающих на Учалинскую обогатительную фабрику позволяет сделать заключение, что на стадии проектирования и обоснования технологии комплексной переработки труднообогатимых медно-колчеданных руд необходимо предусмотреть дополнительные операции в цикле обогащения медно-цинковых руд такие как: межцикловую флотацию для предотвращения ошламо-вания медных минералов в цикле рудного измельчения; предварительную классификацию хвостов коллективной флотации, для
доизвлечения минералов меди и цинка из хвостов коллективной флотации; доизмельчение хвостов первой коллективной флотации для дополнительного раскрытия сростков медных и цинковых минералов. Для максимально полного извлечения ценных компонентов из промпродуктов, хвостов обогащения, а также для доводки медных концентратов, получаемых из труднообогати-мых медно-цинковых руд в составе горнотехнической системы полного цикла необходимо предусматривать гидрометаллургический передел. Для техногенных отходов в виде окисленных медных руд предусмотреть применение физико-химической геотехнологии. Объединение в едином проекте дополнительных операций в цикле флотации, гидрометаллургического передела и физико-химической геотехнологии позволит осуществлять комплексную переработку труднообогатимых медно-цинковых руд и в целом эффективно управлять устойчивым и стабильным развитием горного предприятия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Совершенствование технологии флотации руд на обогатительной фабрике ОАО «Учалинский ГОК» // Р.А. Ягудин, Ю.Р. Ягудина, А.В. Зимин, Л.А. Немчинова // Горный журнал. 2008. Специальный выпуск. С. 31-35.
2. Каплунов Д.Р. Развитие теории проектирования и реализации идей комплексного освоения недр/ Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова// Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2008. — №4. - С. 20-41.
3. Рыльникова, М.В., Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А. Исследование технологических свойств техногенных объектов медно-колчеданных месторождений / М.В. Рыльникова, Е.А. Емельяненко, Е.А. Горбатова // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 6. — С.148-156.
4. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Условия и процессы вторичного минералообразования при эксплуатации медно-колчеданных месторождений: монография / М.В. Рыльникова, Е.А. Горбатова, Е.А. Емельяненко. — М.: РАН «ИПКОН РАН», 2009. — 185 с.
5. Емельяненко, Е.А, Горбатова, Е.А. Геотехнологические типы техногенного сырья медно-колчеданных месторождений /Е.А. Емелья-ненко, Е.А. Горбатова// Комбинированная геотехнология: Комплексное
освоение и сохранение недр Земли: Труды международной научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2009: Сборник трудов. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. - С.102 -108.
6. Опытно-промышленные испытания технологии гидрометаллургического обесцинкования медного концентрата Учалинского ГОКа/ А.В. Зимин, Л.С. Гусар, Р.А. Ягудин, А.Э. Бодуэн // Горный журнал. 2008. Специальный выпуск. С.92-96.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Емельяненко Елена Алексеевна — кандидат технических наук, доцент, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, ешу31@ша11.гц
Рыльникова Марина Владимировна — доктор технических наук, профессор, ИПКОН РАН, ry1nikova@mai1.ru,
Ягудина Юлия Радиковна — Начальник исследовательской лаборатории, Учалинский горно-обогатительный комбинат, yagudina52@mai1.ru
UDC 622.7.016:622.343/344
THE INFLUENCE OF COMPREHENSIVE APPROACH TO PROCESSING OF REFRACTORY ORES OF COPPER-PYRITE DEPOSITS ON THE EFFECTIVE MANAGEMENT AND DEVELOPMENT OF THE MINING COMPANY
Emelianenko Elena Alekseevna, Candidate of Technical Sciences, docent, Magnitogorsk State Technical University of Nosov, еmv31@mail.ru, Rylnikova Marina Vladimirovna, Doctor of Technical Sciences, Professor, manager of department of the design theory of mining exploitation, IPKON RAS, rylnikova@mail.ru Yagudina Julia Radikovna, Head of the research laboratory, Public Joint Stock Company Uchalinsky mining enrichment plant, yagudina52@mail.ru
Comprehensive approach to the processing of refractory ores can regulate the efficiency of mining and processing. The data of the mineralogical features and composition of copper-zinc-pyrite ores of Uzelginsky, Molodezhnyj deposits are given; the main factors that reduce the performance of flotation are analyzed. The possible technological solutions to improve the flotation flow sheet and the results of neutral autoclave leaching of copper concentrates are considered.
Keywords: сopper-zinc ore, processing, flotation, structure, texture, splices, thin inter-growth, extracting, concentrate, comprehensive exploitation of mineral resources, hydrometal-lurgy, autoclave leaching.
REFERENCES
1. Sovershenstvovanie tehnologii flotacii rud na obogatitel'noj fabrike OAO «Uchalinskij GOK» (Improving the technology of flotation ore processing plant JSC "Teaching-lynskey mine")// R.A. Jagudin, Ju.R. Jagudina, A.V. Zimin, L.A. Nemchinova // Gornyj zhurnal. 2008. Special'nyj vypusk, Pp. 31-35.
2. Kaplunov D.R. Razvitie teorii proektirovanija i realizacii idej kompleksnogo osvoenija nedr (The development of design theory and the concepts of comprehensive exploitation of mineral resources)/ D.R. Kaplunov, M.V. Ryl'nikova// Gornyj informacionno-analiticheskij bjul-leten'. 2008, No 4, Pp. 20-41.
3. Ryl'nikova, M.V., Emel'janenko, E.A., Gorbatova, E.A. Issledovanie tehnologicheskih svojstv tehnogennyh ob#ektov medno-kolchedannyh mestorozhdenij (Research of technological properties of man-made objects of copper-sulfide deposits)/ M.V. Ryl'nikova, E.A. Emel'janenko, E.A. Gorbatova // Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2011, No 6, Pp. 148-156.
4. Ryl'nikova, M.V., Gorbatova, E.A., Emel'janenko, E.A. Uslovija i processy vtorichnogo mineraloobrazovanija pri jekspluatacii medno-kolchedannyh mestorozhdenij: monografija (Conditions and processes of secondary mineral formation during operation of copper-sulfide deposits: monograph)/ M.V. Ryl'nikova, E.A. Gorbatova, E.A. Emel'janenko. Moscow, RAN «IPKON RAN», 2009, 185 p.
5. Emel'janenko, E.A, Gorbatova, E.A. Geotehnologicheskie tipy tehnogennogo syr'ja medno-kolchedannyh mestorozhdenij (Geotechnical types of technogenic raw materials of cop-per-sulfide deposits) / E.A. Emel'janenko, E.A. Gorbatova// Kombinirovannaja geotehnologija: Kompleksnoe osvoenie i sohranenie nedr Zemli: Trudy mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, g. Ekaterinburg, 2009: Sbornik trudov. Magnitogorsk, GOU VPO «MGTU», 2011, Pp. 102 -108.
6. Opytno-promyshlennye ispytanija tehnologii gidrometallurgicheskogo obescinkovanija mednogo koncentrata Uchalinskogo GOKa (Pilot testing of the technology of hydrometallurgical obenzinivanie copper concentrate Uchalinsky GOK) / A.V. Zimin, L.S. Gusar, R.A. Jagudin, A.Je. Bodujen // Gornyj zhurnal. 2008. Special'nyj vypusk. Pp. 92-96.
