CC BY
53
пекты производства алюминия. СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2011. 224 с.
3. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю. Справочник по пыле- и золоулавливанию / под общ. ред. А.А. Русанова. М.: Энерго-атомиздат. 1983. 312 с.
4. Панов Е.Н., Васильченко Т.Н., Даниленко С.В., Карвац-
кий А.Я. [и др.] Тепловые процессы в электролизерах и миксерах алюминиевого производства / под общ. ред. Б.С. Громова. М.: ИД "Руда и металлы", 1998. 256 с.
5. Патент Р11 2080392. Опубл. 27.05.1997 г.
6. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферова М.А. АМБУБ в руках инженера. М.: УРСС, 2003. 270 с.
УДК 622.7-17
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ДОЛГОЛЕТНЕМ ХРАНЕНИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ОТВАЛОВ
О.А. Пунишко1, С.В. Катышева2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Указаны возможные перспективы использования техногенных отвалов золотоизвлекательных фабрик с целью извлечения золота, их физико-химический состав, формы нахождения золота, изменения вещественного состава в процессе длительного хранения, их влияние как технологических факторов на выбор технологии переработки. Сделаны выводы, имеющие научное и практическое значение: при длительном хранении в отвалах происходит появление вторичного (гипергенного) золота, повышается пробность золота, отмечено отсутствие цианистых комплексов золота и серебра. Табл. 8. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: техногенные отвалы; гипергенное золото; пробность; реологические свойства.
NATURAL FACTOR EFFECT WHEN LONG TERM STORING OF GOLD-CONTAINING DUMPS O.A. Punishko , S.V. Katysheva
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article specifies possible prospects of using gold concentration plant technogenic dumps in order to extract gold, their physical and chemical composition, forms of gold occurrence, changes in material composition due to the long term storage, their influence as technological factors on the choice of processing technology. The authors make some conclusions of scientific and practical importance: secondary (supergene) gold emerges under long term storage in dumps, its fineness increases, whereas the cyanide complexes of gold and silver are not registered. 8 tables. 3 sources.
Key words: technogenic dumps; supergene gold; fineness (of gold); rheological properties.
На Урале, в Западной Сибири, Забайкалье, Якутии было построено более 20-ти золотоизвлекательных фабрик. Технология переработки руд в 1940-50-х годах была довольно простой, основанной на применении амальгамации и гравитации, что являлось причиной больших потерь золота с хвостами. При этом объем складированных хвостовых продуктов практически равнялся объемам добытой на рудниках и карьерах руды. По количеству сосредоточенного в них золота и его содержанию хвостохранилища можно рассматривать как небольшие месторождения. В случае разработки экономичной технологии извлечения золота из отвалов такие накопления следует относить к категории техногенных. Техногенные накопления могут использоваться для попутной добычи золота, в какой-то степени решая проблему воспроизводства сырьевых запасов предприятия.
В процессе длительного хранения долголетние отвалы под воздействием природных факторов и про-
исходящих в них процессов претерпевают значительные физико-химические изменения, повышающие их технологичность. Например, под действием переменных температур окружающей среды происходят физические изменения, влияющие на реологические свойства - твердость, пористость, угол естественного откоса. Химические превращения меняют природу технологической упорности золота, например, формы потерь золота, пробность и др. Физические превращения характерны в большей степени для кварцевых малосульфидных отвалов, химические - только для сульфидных. Наиболее важными для технологии являются изменения происходящие с золотом, именно с его рациональным составом.
Исследованиями физико-механических свойств перерабатываемых минеральных образований установлено, что угол естественного откоса отвалов возрастает за счет влажности на 15-20°. Таким образом, при штабельном выщелачивании объем штабеля от-
1 Пунишко Олег Арнольдович, кандидат технических наук, профессор кафедры металлургии цветных металлов, тел.: (395) 339313.
Punishko Oleg, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Metallurgy of Non-Ferrous Metals, tel.: (3952)339313.
Катышева София Владимировна,аспирант, инженер-металлург, тел. 89642748224, e-mail: [email protected] Katysheva Sofiya, Postgraduate, Metallurgical Engineer, tel.: 89642748224 e-mail: [email protected]
валов на той же площади возрастает, т. е. увеличивается производительность установки кучного выщелачивания на равной площадке формирования штабеля.
Пористость прямым образом связана с удельной поверхностью исследуемого образца и складывается из суммы внешней и внутренней поверхности пор. Внешняя поверхность зависит только от степени измельчения. Внутренняя поверхность, определяемая только количеством пор, зависит от степени воздействия природных факторов, например, от разъедающего действия кислой среды, а также возможного микробиологического воздействия на минеральные частицы. Определение удельной поверхности кварца, выделенного из руды и хвостовых продуктов одного из отвалов, проводили на газохроматической установке. В качестве сравнения использовали эталон, который с исследуемым образцом хвостовых продуктов имели идентичный минералогический состав и крупность (92% класса -0,1 мм). Удельная поверхность образца составила 0,64 м2/г, удельная поверхность после 30-ти летнего нахождения в хвостохранилище оказалась равной 1,64 м2/г, т. е. в 2,5 раза больше. Таким образом, повышенная пористость минеральных образований, в том числе золотосодержащих способствует лучшему проникновению раствора внутрь минералов и, следовательно, большему растворению тонкодисперсного золота в особенности в технологии кучного выщелачивания.
Твердость руд является одним из важных технологических и экономических факторов, поскольку напрямую влияет на производительность измельчи-тельного оборудования. В проведенных исследованиях использовали методику замера удельной производительности лабораторной мельницы (т/м3 час) при измельчении эталонных образцов руды и лежалых хвостов. Установлено, что удельная производительность измельчения лежалых отвалов на 15-20% выше по сравнению с эталонными.
Находясь на открытом воздухе, отвалы постоянно подвергаются температурному воздействию: от + 35°С до -40°С. Столь значительные перепады температур оказывают физическое воздействие на все минеральные образования, происходит расширение или сжатие не только с поверхности, но и по всему объему частиц.
вания. Температурный фактор оказывает влияние на твердость образований на глубину промерзания (оттаивания) в пределах 2,5-3,5 м.
Таким образом, при долголетнем хранении отвалов в хвостохранилищах протекают природные процессы подготовки техногенного сырья к последующей технологии их переработки. Рассмотренные физические изменения характерны для всех типов отвалов.
По минеральному составу в зависимости от типа перерабатываемых руд долголетние отвалы могут быть кварцевыми окисленными, малосульфидными или сульфидными.
Отвалы одного из предприятий - кварцевые, малосульфидные продукты, которые формировались в течение 40 лет и сосредоточены в одном хво-стохранилище. К кварцевым относятся руды с минимальным содержанием серы (до 0,3%), к малосульфидным - до 1,5-2% серы. Лишенные сульфидной минерализации эти руды находятся на поверхности или незначительно под слоем земли, легко разведываются, отрабатываются обычно открытым способом. В настоящее время кварцевые руды практически отработаны, началась добыча руд подземным способом с повышенной сульфидной минерализацией.
В первые годы фабрика работала по гравитацион-но-амальгамационной технологии, в последующем в схему переработки руд был включен процесс цианирования. С изменением состава руд и содержания в них золота технологический передел дополнился флотацией, хвосты которой подвергали цианированию.
Рудные минералы представлены антимонитом, пираргиритом, пиритом, арсенопиритом, сфалеритом, нерудные - кварцем, кальцитом, каолинитом, хлоритом. Золото присутствует в виде тонкой вкрапленности дисперсных размеров. Хвостохранилище по способу образования и хранения отвалов является типичным для цианистых фабрик.
Хвосты представляют собой влажную кварцево-глинистую плотно слежавшуюся массу, неоднородную по содержанию золота и химическому составу. В табл. 1 приведен химический состав пробы отвалов, отобранной шурфовым способом по глубине хвостохра-нилища.
Химический состав кеков предприятия
Таблица 1
Составляющие SЮ2 CaO A12Оз Feоб MgO Sоб As Sb
Массовая доля, % 81,25 0,76 8,41 1,88 0,40 0,96 0,08 0,07
Таким образом, протекает естественный процесс де-крипитации - снижения прочности.
Установлено, что удельная поверхность минеральных, в том числе золотоносных образований увеличилась на 15-20%, что также способствует повышению производительности измельчительного оборудо-
Отвалы очень близки по вещественному составу с рудой (табл. 2), поэтому они могут быть переработаны совместно с рудой по действующей на фабрике технологии.
Немаловажно отметить, что золотодобывающая промышленность была наиболее организованной по
Таблица2
Химический состав руды
Составляющие SiO2 CaO A12Оз ^об MgO ^б As Sb
Массовая доля, % 80,30 0,65 9,11 1,60 0,40 0,90 н. о. н. о.
сравнению с другими подотраслями, поэтому документация была сохранена в полном объеме, в том числе «паспорт фабрики», где на протяжении всех лет работы фабрики отмечались все основные технологические показатели, в частности химический состав перерабатываемых руд.
При сбросе пульпы в хвостохранилище (отношение Ж:Т=3:1) жидкая фаза содержала 0,1 г/л свободного цианида и 0,2 г/л щелочи. Отмечено содержание растворенного золота, не отмытого на фильтрах. Влажность кеков в отобранной по глубине пробе составила 20%. В жидкой фазе хвостов не обнаружено растворенных золота и серебра (табл. 3).
эксплуатацию в первую очередь обогащенных по металлу участков.
После отработки кварцевых руд месторождения часто начинали отрабатывать подземным способом, как следствие, в рудах резко возрастала сульфидная минерализация. Хвостохранилища с сульфидными золотосодержащими отвалами формировались в течение 40-50 лет, при этом жидкая фаза отвалов становилась кислой с рН=2,5-3,0. Кислая среда в течение многолетнего хранения воздействовала на формы золота в отвалах, растворяя с его поверхности пленки и сростки. Сульфиды на большинстве месторождений были представлены пиритом и пирротином, поскольку
Таблица 3
Химический состав жидкой фазы кеков
Составляющие рН Ре+2,+3 Ре+2,+3 гп+2 С1Ч- СЫБ- Ре(СЫ)6-3-4
Содержание, г/м3 7,0 0,4 26,0 0,2 н .о. н. о. н. о.
Анализами не отмечено также свободных ионов цианида, роданидов и ферроцианидов, разложившихся в процессе длительного хранения. Поскольку руды нейтральны, рН жидкой фазы отвала составила 7,0.
Как видно из данных химического анализа жидкой фазы хвостов незначительное содержание серы в них предопределяет нейтральность жидкой фазы, которая не растворяет железо и цветные металлы, находящиеся в руде в незначительных количествах.
В гранулометрическом отношении крупность материала в хвостах соответствовала крупности измельченной руды, т.е. отсутствует слеживание, укрупнение частиц хвостов. На месте сброса хвостов продукт крупнее, ближе к центру преобладают глинистые, иловые фракции.
Содержание металла в хвостах составляет 1,60 г/т. В технологическом отношении отвалы являются упорным сырьем. Извлекаемого цианированием золота содержится 12%, флотацией - 25% (табл. 4).
Таблица 4
Рациональный анализ золота в хвостах
Форма золота Содержание
г/т %
Свободное 0,06 3,75
В сростках 0,14 8,75
В пленках 0,30 18,75
В сульфидах 0,30 18,75
В кварце 0,80 50,00
Итого 1,60 100
Для промышленной переработки отвалов предприятия возможно рекомендовать схемы, включающие тонкое измельчение, гравитацию, флотацию, цианирование.
С учетом неравномерного распределения золота по площади и глубине хвостохранилища целесообразна его селективная отработка с вовлечением в
сульфидов цветных металлов ( Си, Со и др) в рудах не было. Действие сульфидов при длительном хранении было одинаковым для любых сульфидсодержа-щих отвалов.
Отвалы исследуемого предприятия были складированы и хранились в течение 50-ти лет, и представляют слежавщийся сульфидный продукт, сформированный в виде дамбы высотой 7-10 м значительной протяженности.
Минералогическим анализом установлено, что рудные компоненты представлены пиритом, пирротином, арсенопиритом, сфалеритом, халькопиритом. Окисленные минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, карбонатами.
В процессе длительного хранения сульфиды постепенно окислялись, создавая высокий солевой фон в жидкой фазе кеков (табл. 5). Высокое содержание солей придает массе кеков характерный цвет. После отмывки солей кеки восстанавливают цвет типично сульфидного продукта.
Несмотря на интенсивное цианирование флото-концетрата и достаточно высокое содержание растворенного золота в сбросных кеках фильтрации (до 0,2 г/м3), в жидкой фазе хвостов не обнаружено растворенных золота и серебра.
По содержанию золота и серебра отвалы фабрики значительно превышают руды текущей добычи. По запасам металла кеки цианирования являются резервом сырьевой базы данного предприятия. При длительном хранении кеков в них также, по сравнению с ранним периодом работы предприятия, возросло количество золота в свободном виде (до 0,2 г/т) и особенно в сростках (до 2, 5 г/т). Резко снизилось количество металла в пленках и связанного с сульфидами (табл. 6).
Эффект вскрытия упорных форм золота обязан растворяющему действию кислой среды жидкой фазы отвалов, способствующей окислению сульфидов и
Химический состав жидкой фазы кеков
Таблица 5
Составляющие рН Ре+2,+3 гп+2 РЬ+2 SО4-2 С1Ч- СЫБ- Ре(СЫ)6-3-4
3 Содержание, г/м 2,6 7975,0 471,0 7,1 27100,0 н. о. н. о. н. о.
Таблица 6
Фазовый состав благородных металлов в кеках
Форма благородных металлов 1983 г. Прежние годы
золото серебро золото
г/т % г/т % г/т %
В свободном виде 0,6 4,0 0,8 3,8 0,1 1,95
В сростках 2,5 51,0 7,0 33,9 0,2 3,9
В пленках 0,3 6,1 1,9 9,1 2,3 45,15
В сульфидах 1,0 20,4 9,0 43,5 1,5 29,4
В кварце 0,9 18,5 2,0 9,7 1,0 19,6
Итого 4,9 100 20,7 100,0 5,1 100
частичному растворению пленок на поверхности золо-тин. Серебро в кеках также присутствует в извлекаемых формах. Поскольку золото и серебро в свободном виде и в сростках могут быть извлечены цианистым процессом, для отвальных кеков предприятия возможно применить технологию, включающую тонкое доизмельчение, отмывку или нейтрализацию солей, цианирование и фильтрацию с последующим осаждением благородных металлов процессом цементации.
Долголетние окисленные золотосодержащие отвалы одной из фабрик Забайкалья являются огарками обжига флотоконцентратов после их цианирования. В минералогическом отношении в отвалах преобладают кварц и окисленные соединения, отмечено незначительное количество сульфидов.
Находясь во влажном состоянии в течение десятилетий, огарки подвергались окислительному воздействию. Сульфатные соединения в результате гидролиза создают внутри массы отвала кислую среду в жидкой фазе отвала, которая выступает в роли естественного растворителя. Концентрация солей настолько высока, что в зимнее время отвалы практически не смерзаются.
Жидкая фаза, полученная промывкой огарков водой при Ж:Т=1:1, представлена кислыми растворами сложного солевого состава. Количество отмытых солей составляет 3% от массы огарка. Химический состав жидкой фазы огарка представлен в табл. 7.
Химический состав
хранения огарков фазовый состав золота претерпел существенные изменения. В отвалах под воздействием кислой среды пленки с поверхности золотин частично растворились, увеличилась доля свободного золота (до 15,4%). Недорастворивщиеся пленки образовали с золотинами минералы, подобные сросткам (до 64,1%). Золото, ассоциированное с сульфидами, также частично вскрылось под действием кислой среды.
Таким образом, в период хранения жидкая кислая фаза огарков при длительном воздействии способствует химическому вскрытию связанного золота, снижает упорность сырья, особенно к цианированию. В производственных условиях необходима промывка огарков от растворимых солей и нейтрализация содой или известью до значения рН 7,5-8,0 ,поскольку сложный ионный состав растворов всегда неблагоприятно отражается на технологических показателях. При флотационном обогащении в кислых средах ксантоге-наты разлагаются с образованием солей ксантогено-вой кислоты, обладающих меньшим собирательным эффектом, чем ксантогенат. Цианирование кислых пульп также сопровождается значительным расходом цианистого натрия из-за присутствия сульфатных солей двухвалентных железа, меди, цинка. Кроме того, кислая среда активно разрушает оборудование в технологических и пульпоподготовительных операциях. При доизмельчении с последующей отмывкой и
Таблица 7
жидкой фазы огарка
Составляющие pн Fe Zn SO42" CNCNS1" Fe(CN)6"3,"4 Au+, Ag+
Содержание, г/ м3 3,2 1720,0 118,0 53,0 13550,0 н. о. н. о. н. о.
При анализе жидкой фазы кеков после нескольких десятилетий их хранения не было обнаружено даже следов золота и серебра. Из этого очевидного факта можно заключить, что в природе протекают макробио-логические или другие процессы, восстанавливающие золото и серебро из цианистых комплексов с переводом в элементарную форму. Известно также, что на поверхности сульфидов за счет окислительно-восстановительных реакций создаются условия для растворения и, следовательно, восстановления благородных металлов.
Важнейшей технологической характеристикой является фазовый состав золота в огарках, представленный в сравнении с данными прежних лет работы предприятия (табл. 8).
Анализ данных показывает, что за многие годы
нейтрализацией кислых солей огарки могут быть переработаны с достаточно высокими технологическими показателями по схемам, включающим гравитационно-флотационное обогащение или цианирование.
Таблица8
Рациональный состав золота в огарках
Форма золота 1982 г. Прежние годы
г/т % г/т %
Свободное 1,2 15,4 0,4 5,6
В сростках 5,0 64,1 3,0 41,6
В пленках 0,9 11,5 3,0 41,6
В сульфидах 0,4 5,2 0,4 5,6
В кварце 0,3 3,8 0,4 5,6
Итого 7,8 100 7,2 100
Выводы:
- по минеральному составу в зависимости от типа перерабатываемых руд долголетние отвалы могут быть кварцевыми окисленными, малосульфидными или сульфидными.
- отвалы даже после длительного (многолетнего) хранения по вещественному составу соответствуют переработанным рудам;
- физические изменения характерны всех типов отвалов;
- образование сильнокислой среды в сульфидсо-держащих отвалах существенно влияет на химический состав, возрастает количество свободного (гипергенного) золота за счет растворения покрывающих золото пленок;
- цианистые комплексы золота и серебра в многолетних отвалах не отмечены.
Библиографический список
1. Технология извлечения золота, серебра и цветных ме- сырья. М.: Цветмет экономики и информации, 1986. 52 с. таллов из отвальных хвостов обогатительных фабрик / В.А. Бочаров, С.И.Черных, Г.С.Агафонова, И.И.Херсонская, Г.А. Лапшина. М.: Цветная металлургия, 2002.
2. Пунишко О.А., Телегина Л.Е. Современное состояние и перспективы вторичной переработки золотосодержащего
3. Пунишко О.А., Ходжер Д.В. Научно-практические основы формирования отходов золотоизвлекательных фабрик как техногенного сырья и вопросы их переработки: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. 138 с.
УДК 669.713.7
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИЛ В РАСПЛАВЛЕННОМ МЕТАЛЛЕ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
А
В.А. Томилова1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Разработан экспериментально-аналитический метод расчета электромагнитных сил в расплавленном металле действующего электролизера по замеренным значениям проекций напряженности магнитного поля в минимальном числе точек по периметру анода в расплаве или вне его. Метод позволяет получить закон изменения электромагнитных сил, плотности их циркуляции в аналитической форме записи, определить величину и направление их в любой точке поданодной области с учетом особенностей конструкции и условий работы действующего электролизера, а при наличии автоматических систем управления (АСУ) процессом электролиза делать соответствующие выводы о возможных нарушениях нормального технологического режима за счет вредного влияния электромагнитных сил и путях их предотвращения. Ил. 1. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: магнитное поле; алюминиевый электролизер; метод расчета; напряжённость магнитного поля; электромагнитные силы.
EXPERIMENTALLY ANALYTICAL METHOD TO CALCULATE ELECTROMAGNETIC FORCES IN MOLTEN METAL OF ALUMINUM ELECTROLYTIC CELL V.A. Tomilova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The author develops an experimentally analytical method for calculating electromagnetic forces in the molten metal of the operating electrolytic cell by the measured values of the projections of magnetic field strength in a minimum number of points along the anode perimeter in the melt or outside it. The method allows to obtain the law of electromagnetic forces variation, density of their circulation in the analytical form of recording, determine their magnitude and direction at any point of subanode area taking into account construction features and working conditions of the operating electrolytic cell, and in the presence of automatic control systems (ACS) for the process of electrolysis to make appropriate conclusions on possible failures of the normal technological mode due to the harmful effects of electromagnetic forces and methods to prevent them. 1 figure. 2 sources.
Key words: magnetic field; aluminum electrolytic cell; calculation method; magnetic field strength; electromagnetic forces.
Перспективным направлением современного промышленного производства является рост единичной мощности энергоемких установок. В металлургической
промышленности рост мощности электролизных ванн связан с увеличением силы тока, напряженности магнитного поля и электромагнитных сил в зоне электро-
1Томилова Валентина Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники, тел.: (3952) 511361, (3952) 405132.
Tomilova Valentina, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Electric Power Supply and Electrical Engineering, tel.: (3952) 511361, (3952) 405132.
