CC BY
51
- © А.Л. Самусев, В.Г. Миненко,
Ю.Р. Ягудина, Ю.К. Карасов, 2014
УЛК 622.772
А.Л. Самусев, В.Г. Миненко, Ю.Р. Ягудина, Ю.К. Карасов
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ РУД В ХИМИКО-ЭЛЕКГРОХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОДОГВАЛЬНОЙ ВОДЕ*
Проведенными исследованиями показана возможность интенсификации процесса выщелачивания медно-цинковых руд на основе использования в качестве растворителя химико-электрохимически модифицированной подотвальной воды, характеризующейся высокой концентрацией (до 1,5 г/дм3) окислителей. Данный способ выщелачивания обеспечивает необходимые для последующей переработки концентрации меди и цинка в продуктивных растворах 1,5-3,0 г/дм3 при увеличении извлечения меди на 20,2% с 66,2 до 86,6%, цинка - на 14,4% с 28,6 до 43,0% в сравнении с сернокислотным способом выщелачивания. В исследовательской лаборатории обогатительной фабрики ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» проведены испытания процесса выщелачивания медно-цинковых руд Учалинского, Султановского и Западно-Озерного месторождений, характеризующихся различной степенью окисления медных минералов, подтвердившие высокую эффективность использования химико-электрохимически модифицированной подотвальной воды, обеспечивающей увеличение концентрации меди и цинка в продуктивных растворах с 0,01-0,81 до 1,18-1,85 г/дм3 в сравнении с сернокислотным методом.
Ключевые слова: выщелачивание, медно-цинковые руды, подотвальная вода, электрохимическая обработка, активный хлор, окисление сульфидов, продуктивный раствор.
Введение
Истощение запасов богатых, кондиционных медно-цинко-вых руд при одновременном увеличении доли переработки смешанных и окисленных руд обуславливает необходимость совершенствования гидрометаллургических процессов для комплексного извлечения ценных металлов при обеспечении высоких технологических, экономических и экологических показателей.
В связи с этим, развитие теоретических и практических основ, совершенствование технологий и аппаратов, используемых в гидрометаллургии, является весьма перспективной и актуальной задачей, решение которой
невозможно без детального анализа существующих технологий и способов интенсификации гидрометаллургических процессов на действующих предприятиях и использования современных методов исследования структурных, физико-химических свойств минеральных компонентов и водных систем.
Известно, что наиболее важную роль в гидрометаллургических процессах играют физико-химические свойства водных систем, целенаправленное регулирование которых обеспечивает высокую эффективность извлечения ценных компонентов. Ранее проведенными в ИПКОН РАН исследованиями [1, 2] показана
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ РФ Научная школа акад. В.А. Чантурия НШ-748,2014,5.
200 МКМ
Рис. 1. Поверхность медно-цинковой руды после контакта с ЭХО подотваль-ной водой: 1 - окисленная пленка железа с медью и цинком, 2 - окисленные соединения марганца
возможность интенсификации процесса выщелачивания сульфидной медно-цинковой руды Учалинского месторождения использованием в качестве выщелачивающего агента электрохимически обработанных (ЭХО) подотвальных вод взамен раствора кислоты. Авторами [1-3] показано, что использование в процессах выщелачивания ЭХО подотвальных вод, характеризующихся высокой концентрацией кислорода, ионов марганца и ионов активного хлора, обеспечивает увеличение скорости растворения меди и цинка за счет интенсивного окисления сульфидов с образованием сульфатов, гидроксидов и оксидов
железа, а также разрушения матрицы минерала с образованием дефектов и микротрещин (рис. 1).
В продолжение ранее выполненных исследований, в данной работе проведено изучение кинетики выщелачивания медно-цинковой руды Уча-линского месторождения крупностью -5,0 мм с использованием в качестве растворителя химико-электрохимиче-ски модифицированной подотваль-ной воды Учалинского карьера.
Перед электрохимической обработкой подотвальной воды в нее предварительно добавляли соль №01 в количестве 20 г/дм3, обеспечивающей при последующем электролизе воды электролитическое получение ионов активного хлора из хлорид-ионов. Электролиз подотвальной воды проводили в режиме (анодная плотность тока - 250 А/м2; продолжительность обработки - 10 минут), обеспечивающем ее насыщение ионами активного хлора до концентрации 1,5 г/ дм3.
В результате проведения исследований было установлено, что необходимая для последующего процесса цементации концентрация меди в продуктивных растворах 1,5 г/дм3 достигается за 100 суток (табл. 1, рис. 2) выщелачивания руды при извлечении меди 86,4%, цинка - 43,0%. В то время как извлечение меди и цинка при использовании раствора серной кислоты составило 66,2 и 28,6%, соответственно.
Таблица 1
Качественно-количественные показатели выщелачивания медно-цинковой руды Учалинского месторождения за 100 суток
Металл Содержание в исходной руде, % Содержание в руде после выщелачивания, % Концентрация в продуктивном растворе, г/дм3 Извлечение, %
Раствор н2во4 ЭХО Раствор Н^04 ЭХО Раствор Н^04 ЭХО
Медь 0,69 0,24 0,09 1,15 1,5 66,2 86,4
Цинк 2,79 2,0 1,59 2,0 3,0 28,6 43,0
400
200
ЗОЮ н
я 1
2500 1 б
2000 1
2
«г
1500 5
3
I
1000 а- к
V
^
500 о И 1- - Си,
2 - гп,
3 - рН,
0 4 - ЕИ
Рис. 2. Кинетика изменения концентрации меди и цинка в подотвальной воде, а также величин рН и БЬ при периодической электрохимической обработке в процессе выщелачивания руды
Результаты изучения кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств подотвальной воды при ее периодической ЭХО в процессе выщелачивания руды (рис. 2) показали, что при обработке воды ее окислительно-восстановительный потенциал повышается с 300-500 мВ до 1000-1100 мВ, значения рН - с 3,53,7 до 7-8.
Первоначальное увеличение значений рН и БЬ подотвальной воды в процессе электрохимической обработки обусловлено протеканием на электродах и в объеме электролизера реакций, способствующих ее насыщению ионами активного хлора [4]:
• на аноде: 2С1- - 2е — С12Т
6С10- + 3Н2О — 2С103- + 4С1- + + 3/202 + 6Н+
• на катоде:
2Н2О +2е- Н2Т + 2ОН-
• в объеме: №С1 — + С1-
С12 + Н20 - НС1 + НС10 - 2Н+ + + С10- + С1-
2НС10 + С10- - С103- + 2С1- + 2Н+ С12 + 20Н- — С10- + С1- + Н20 2Н+ + 20Н- - 2Н2О
Последующее резкое снижение значений рН и БЬ электрохимически обработанной подотвальной воды при контакте с медно-цинковой рудой в процессе выщелачивания обусловлено активным растворением сульфидов, что приводит к снижению концентрации активного хлора с попутным образованием серной кислоты.
С целью подтверждения полученных результатов были проведены укрупненные лабораторные испытания по выщелачиванию медно-цинко-вых руд Учалинского, Султановского и Западно-Озерного месторождений в исследовательской лаборатории обогатительной фабрики ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат». Руды месторождений Султановское и Западно-Озерное отличаются от руды Учалинского месторождения не только повышенным содержанием меди, но и степенью окисления медных минералов. Фазовый анализ медных минералов (табл. 2),
Таблица 2
Фазовый анализ медных и цинковых минералов
Месторождение Медь, % Цинк, %
Содержание в руде Первичные сульфиды Вторичные сульфиды Сульфаты Оксиды Содержание в руде Сульфиды Сульфаты Оксиды
Учалинское 0,7 97 3 - - 2,7 92 6,0 2,0
Султановское 1,83 53,5 25,7 - 20,8 1,11 92,79 0,01 7,2
Западно-Озерное 1,03 30,1 56,3 4,0 9,2 1,44 89,6 3,8 6,6
выполненный в сертифицированной центральной химической лаборатории (ЦХЛ) обогатительной фабрики, позволил установить, что наибольшая степень окисления медных минералов наблюдается в рудах Султановского и Западно-озерного месторождений. Так, например, в руде Султановского месторождения количество окисленных минералов меди составляет около 21%, вторичных сульфидов меди -около 26%; в руде Западно-Озерного месторождения около 9% окисленных минералов меди и около 56% меди представлено вторичными минералами; тогда как в руде Учалинского месторождения только 3% медных минералов представлено вторичными сульфидами. Данные различия исследуемых руд должны оказать влияние на результаты выщелачивания меди, т.к. наиболее быстрорастворимыми
минералами являются окисленные и вторичные сульфидные минералы.
Степень окисления цинковых минералов, указанных выше руд, примерно одинакова и составляет от 7,21 до 10,4%.
В процессе испытаний подготовка проб исследуемых руд заключалась в отборе представительных проб, их усреднении и измельчении до класса крупности -0,1 мм. Указанная крупность руды была выбрана с целью снижения продолжительности выщелачивания.
В качестве реагента - растворителя в процессе выщелачивания были использованы:
• кислая подотвальная вода с величиной рН 2,9, химический состав которой приведен в табл. 3;
• химико-электрохимически модифицированная подотвальная вода с
Элемент мг/дм3 Элемент мг/дм3
Медь 29,6 Нитраты 7,32
Цинк 219,0 Никель 0,56
Кальций 579,1 Аммоний-ион 1,97
Магний 532,6 Свинец 0,024
Марганец 56,4 Кадмий 0,66
Хлориды 92,8 Сульфаты 6411,2
Железо общ. 179,5 Взвешенные в-ва 66,8
Кобальт 1,17 Сухой остаток 10 140
Таблица 3
Химический состав подотвальной воды УГОКа
Таблица 4
Зависимость концентраций меди и цинка в продуктивных растворах от типа выщелачивающего раствора и месторождения
Тип растворителя Месторождение
Учалинское Султановское Западно-Озерное
Концентрация меди, мг/дм3 (извлечение,%)
Раствор серной кислоты 14 (0,8) 132 (2,9) 273 (10,6)
Подотвальная вода 55 (3,1) 260 (5,7) 385 (15,0)
ЭХО подотвальная вода 1184 (67,7) 1710 (37,3) 1597 (62,0)
Концентрация цинка, мг/дм3 (извлечение,%)
Раствор серной кислоты 807 (12,0) 108 (3,9) 295 (8,2)
Подотвальная вода 1169 (17,3) 450 (16,4) 715 (19,9)
ЭХО подотвальная вода 1853 (27,5) 1309 (47,6) 1392 (38,7)
концентрацией ионов активного хлора 1,5 г/дм3;
• раствор серной кислоты с величиной pH 2,9.
В процессе испытаний вышеперечисленные растворители поступали в емкости с навесками исследуемых руд, масса которых составляла 250 г, при соотношении Т:Ж = 1:4. Электрохимическую обработку подотвальной воды, после предварительного добавления в нее соли NaCl до концентрации 20 г/дм3, проводили 2 раза в неделю в бездиафрагменном электролизере в течение 10 минут в при анодной плотности тока 250 А/м2. Концентрации ионов меди и цинка в исследуемых водных системах и продуктивных растворах определялись ЦХЁ. Продолжительность испытаний составила 22 суток.
В результате проведения испытаний установлено, что при использовании химико-электрохимически модифицированной подотвальной воды концентрация меди в продуктивных растворах в зависимости от типа руды увеличивается до 1184-1710 мг/дм3, цинка - до 1309-1853 мг/дм3, при извлечении 37,3-67,7% и 27,547,6%, соответственно (табл. 4). В то время как при использовании раствора серной кислоты максимальная
концентрация меди в продуктивных растворах составила 273 мг/дм3, цинка - 807 мг/дм3, при извлечении 10,6 и 12%, соответственно.
Как и предполагалось, максимальные концентрации меди наблюдались в продуктивных растворах, полученных при выщелачивании руд Султанов-ского (1,71 г/дм3) и Западно-озерного (1,60 г/дм3) месторождений, характеризующихся наибольшей степенью окисления медных минералов.
Выводы
Установлена возможность интенсификации процесса выщелачивания медно-цинковой руды Учалинского месторождения на основе использования в качестве растворителя хими-ко-электрохимически модифицированной подотвальной воды, характеризующейся высокой концентрацией (до 1,5 г/дм3) окислителей. Данный способ выщелачивания обеспечивает необходимые для последующей переработки методом цементации концентрации меди и цинка в продуктивных растворах 1,5-3,0 г/дм3 при увеличении извлечения меди на 20,2% с 66,2 до 86,6%, цинка - на 14,4% с 28,6 до 43,0% в сравнении с сернокислотным методом выщелачивания.
Укрупненными лабораторными испытаниями процесса выщелачивания медно-цинковых руд Учалинского, Султановского и Западно-Озерного месторождений в исследовательской лаборатории обогатительной фабрики ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» подтверждена высокая эффективность использования
1. Чантурия В.А., Миненко В.Г., Кап-пин A.M., Самусев А.Л., ЧантурияЕ.Л. Электрохимическая технология водоподготовки в процессе выщелачивания Cu-Zn руд // Цветные металлы. - 2011. - № 4. - С. 11-15.
2. Чантурия В.А., Самусев А.Л., Миненко В.Г., Копорупина Е.В., Чантурия Е.Л. Обоснование эффективности использования электрохимической технологии водоподго-товки в процессах кучного выщелачивания руд // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2011. -№ 6. - С. 68-77.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
химико-электрохимически модифицированной под отвальной воды. Установлено увеличение концентрации меди и цинка в продуктивных растворах с 0,01-0,81 до 1,18-1,85 г/дм3 в сравнении с сернокислотным методом. При этом извлечение меди в продуктивный раствор за 22 суток составило 37,3-67,7%, цинка - 27,5-47,6%.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Chanturiya E.L., Chanturiya V.A., Minen-ko V.G., Samusev A.L. Intensifying the process of sub-grede copper-zing ore leaching based on the application of electrochemically treated waste-dump acid water / Proceedings of the XV Balkan Mineral Processing Congress. - Sozo-pol, Bulgaria. June 12-16, 2013. Volume II. -P. 785-788.
4. Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. - M.: Издательство «Химия», 1974. - 597 с. ЕИ2
Самусев Андрей Леонидович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: Andrey63vzm@mail.ru, Миненко Впадимир Геннадиевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: Vladi200@mail.ru, Институт проблем комплексного освоения недр РАН; Ягудина Юпия Радиковна - зав. исследовательской лаборатории, e-mail: of_yagudina_yur@ugok.ru, ОАО «Учалинский ГОК»; Карасов Юпай Касимович - зам. директора по обогащению, e-mail: usb-ugmk@mail.ru, ОАО «Гайский ГОК».
UDC 622.772
COPPER-ZINC ORE LEACHING IN ELECTROCHEMICALLY MODIFIED DUMP WATER
Samusev A.L., Candidate of Engineering Sciences, Senior Researcher, e-mail: Andrey63vzm@mail.ru,
Minenko V.G., Candidate of Engineering Sciences, Leading Researcher, e-mail: Vladi200@mail.ru,
Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences;
Yagudina Yu.R., Head of Research Laboratory, e-mail: of_yagudina_yur@ugok.ru,
Uchalinsky Mining-and-Processing Integrated Works JSC;
Karasov Yu.K., Deputy Director Enrichment, e-mail: usb-ugmk@mail.ru,
Gaysky Mining-and-Processing Integrated Works JSC.
The best part of off-grade copper-zinc ore and waste is composed of sulfide minerals leaching of which requires, aside from the prime dissolver, strong oxidants such as salts Fe3+, hydric dioxide, sodium hypochlorite, oxygen, ozone and others that promote oxidation of sulphide sulphur to SO42- ions and contribute to nonferrous metal transition to liquid phase. The studies have shown possibility of the copper-zinc ore leaching stimulation using the chemically-electrochemically modified dump water in the capacity of the dissolver for the dump water is characterized by the high concentration of oxidizers (up to 1/5 g/dm3). This leaching technology allows the required copper and zinc concentration in pregnant solutions for the follow-on processing: the copper and zinc
concentration becomes 1.5-3.0 g/dm3 at the copper recovery growth by 20% (from 66.2 to 86.6%) and the zinc recovery growth by 14.4% (from 28.6 to 43.0%) as compared with the sulphuric acid leaching.
The development laboratory at the processing plant of the Uchalinsky Mining-and-Processing Integrated Works JSC conducted a trial of the new leaching technology using copper-zinc ore sampled at the Uchalinsky, Sultanovsky and West Ozerny deposits characterized by different degree oxidation of copper minerals. The trial confirmed high efficiency of the electrochemically modified dump water that increased copper and zinc concentration in pregnant solutions from 0.01-0.81 to 1.18-1.85 g/dm3 as against the sulphuric acid leaching.
Key words: leaching, copper-zinc ore, dump water, electrochemical treatment, active chlorine, sulfide oxidation, pregnant solution.
REFERENCES
1. Chanturija V.A., Minenko V.G., Kaplin A.I., Samusev A.L., Chanturija E.L. Cvetnye metally, 2011, no 4, pp. 11-15.
2. Chanturija V.A., Samusev A.L., Minenko V.G., Koporulina E.V., Chanturija E.L. Fiziko-tehnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh, 2011, no 6, pp. 68-77.
3. Chanturiya E.L., Chanturiya V.A., Minenko V.G., Samusev A.L. Intensifying the process of sub-grede copper-zing ore leaching based on the application of electrochemically treated waste-dump acid water. Proceedings of the XV Balkan Mineral Processing Congress. Sozopol, Bulgaria. June 12-16, 2013. Volume II, pp. 785-788.
4. Jakimenko L.M. Proizvodstvo hlora, kausticheskoj sody i neorganicheskih hlorproduktov (Production of chlorine, caustic soda and inorganic chlorine products), Moscow, Izdatel'stvo «Himija», 1974, 597 p.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ ОСЛОЖНЕНИЯМИ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯМИ
Бондаренко Вячеслав Александрович - заместитель начальника службы по управлению нефтегазовыми контрактами СП «Вьетсовпетро», e-mail: bondarenko.hq@vietsov.com.vn, Савенок Ольга Вадимовна - кандидат технических наук, доцент, кафедра Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна, e-mail: olgasavenok@mail.ru.
Анализ опыта борьбы с пескопроявлениями при эксплуатации нефтяных и газовых скважин в Татарии, Башкирии, Западной Сибири, акваториях Северного моря и других регионах мира показывает, что все эти методы борьбы можно квалифицировать на механические, химические, физико-химические и комбинированные. Большое количество применяемых методов подтверждает, что разработать унифицированные методы для всех месторождений невозможно. Различие геолого-физических свойств продуктивных пластов многих месторождений, режимы эксплуатации скважин, эксплуатационное оборудование и другие факторы требуют постановки специальных исследований для выбора наиболее эффективных методов борьбы с пескопроявлениями. Постановка и решение задач снижения пескопро-явлений для месторождений Краснодарского края представляет большой интерес как с научной, так и с практической точки зрения в связи с завершающим этапом их разработки.
Ключевые слова: пескопроявления, эксплуатация скважин, противопесочная фильтрация, призабойная зона, пород-коллекторы.
RESEARCH OF METHODS AND TECHNOLOGIES MANAGEMENT OF COMPLI-CATIONS, DUE TO SAND CONTROL
Bondarenko V.A., Deputy of the Chief of the Service on Management of Oil and Gas Contracts JV «Vietsovpetro», e-mail: bondarenko.hq@vietsov.com.vn,
Savenok O.V., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Pulpit Oil and Gas Deal of the Name of the Professor G.T. Vartumyan, e-mail: olgasavenok@mail.ru.
Analysis of the experience of the fight with пескопроявлениями at usages oil and gas bore holes in Tataria, Bashkiria, West Siberia, area of water North Sea and other region of the world shows that all these methods of the fight possible to qualify on mechanical, chemical, physic-chemical and multifunction. Big amount of the applicable methods confirms that to develop unified methods for all deposits impossible. Difference geology-physical characteristic productive layer many deposits, modes to usages of the bore holes, working equipment and other factors require stating the special studies for choice of the most efficient methods of the fight with sand showings. Production and decision of the problems of the reduction sand showings for deposits of Krasnodar region presents big interest both with scientific, and with practical standpoint in connection with terminating stage of their development.
Key words: sand, well operation, protivopolojnaia filtering, bottomhole formation zone rock-collectors.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
