Минералого-технологическая оценка отходов обогащения колчеданных руд Южного Урала

Горбатова, Елена Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Минералого-технологическая оценка отходов обогащения колчеданных руд Южного Урала
ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералого-технологическая оценка отходов обогащения колчеданных руд Южного Урала"

На правах рукописи

Горбатова Елена Александровна

МИНЕРАЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ РУД ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва-2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова»)

Научный консультант: Ожогина Елена Германовна

доктор геолого-минералогических наук

Официальные оппоненты: Кузькин Вячеслав Иванович

доктор геолого-минералогических наук

ФГУП «ВИМС»

главный научный сотрудник

Серавкин Игорь Борисович доктор геолого-минералогических наук Институт Геологии УНЦ РАН главный научный сотрудник

Коровушкин Владимир Васильевич доктор геолого-минералогических наук

НИТУ «МИСИС» ведущий эксперт

Ведущая организация Институт Геологии Карельского НЦ РАН

Защита состоится 4 октября 2013 года в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 216.005.01 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского» (ФГУП «ВИМС») по адресу: 119017, Москва Старомонетный пер., 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВИМС».

Автореферат разослан » июля 2013 года.

Ученый секретарь ^у^^^/

диссертационного совета и / -"уговская И.Г.

РОССИЙСКАЯ

."ПГЧДЛРГ/ПИ ИНАР Г, .1ЫИ10ТГКЛ

•'О - '•■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. На современном этапе развития экономики происходит масштабное снижение сырьевого потенциала горнообогатительных предприятий Южного Урала, вызванное истощением минерально-сырьевой базы, изменением качественных характеристик и технологических свойств полезных ископаемых, усложнением условий эксплуатации месторождений и сокращением финансирования геолого-разведочных работ. Проблема дефицита запасов цветных металлов делает актуальным не только создание эффективных технологий переработки добываемых руд, но и поиск дополнительных источников. В качестве потенциальных минеральных ресурсов все чаще рассматриваются отходы горно-обогатительного комплекса, характеризующиеся повышенным содержанием полезных компонентов и доступностью разработки. Так, отходы обогатительного передела представляют собой несомненную ценность в качестве сырья для дополнительного извлечения цветных металлов и попутных компонентов.

Несмотря на огромные объемы отходов обогатительного передела колчеданных руд, накопленных на дневной поверхности, степень их изученности является очень низкой. Особенно актуальными становятся исследования текущих хвостов обогащения колчеданных руд методами технологической минералогии с целью обоснования выбора эффективной технологии их переработки и утилизации.

Оценкой качества минерального сырья цветной и черной металлургии занимались ведущие отечественные ученые - В.И Ревнивцев, В.М. Изоитко, Б.И. Пирогов, Т.С. Юсупов, Е.Г. Ожогина и др. Объективная оценка минерального сырья позволяет прогнозировать экономически обоснованную целесообразность его вовлечения в освоение на современном этапе развитии технологии и техники, способы переработки, контролировать эффективность производства и управления им, а также предопределять экологические последствия освоения.

Цель и задачи

Цель работы - прогнозная минерапого-технологическая оценка текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, обеспечивающая выбор технологии их переработки или утилизации.

Основные задачи:

1 Выявить черты сходства и различия отходов обогатительного передела колчеданных руд разных формационных типов на основе их морфоструктурно-го состава и технологической схемы получения.

2 Установить факторы, определяющие природные и технологические характеристики отходов обогащения.

3 Идентифицировать и типизировать текущие хвосты обогащения на основе их технологических характеристик.

4 Адаптировать методику минералого-технологической оценки текущих хвостов обогащения колчеданных руд.

5 Разработать математическую модель оценки качества отходов обогатительного передела с последующим выбором технологии их переработки или способа утилизации.

Научная новизна

Разработана методика изучения технологических характеристик и свойств хвостов колчеданных руд, заключающаяся в оценке их количественных и качественных показателей с учетом формационных типов месторождений, способа добычи и переработки руд.

Впервые разработана классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, позволяющая идентифицировать отходы по их технологическим характеристикам и типизировать полученную информацию с последующим присвоением кода.

Установлено влияние морфоструктурного состава отходов обогащения руд цветных металлов на извлечение ценных компонентов при их гидрометаллургическом переделе, что позволяет прогнозировать особенности отходов обогатительного передела с точки зрения их вторичной переработки, поведения в технологических процессах и качества получаемой продукции.

Сформулированы минералого-технологические критерии, определяемые технологическими характеристиками отходов обогащения, которые позволяют прогнозировать обоснованную целесообразность вовлечения их в переработку на современном этапе развития науки и техники и способы их переработки.

Практическая значимость работы

Предложена специализированная база данных отходов обогащения колчеданных руд, созданная посредством систематического сбора, обработки и хранения информации.

Полученные данные о технологических характеристиках отходов позволили обосновать необходимость применения разных технологических решений к переработке и утилизации хвостов разных циклов выделения.

Результаты исследований хвостов обогащения использовались при проектировании технологических схем их гидрометаллургической переработки, направленной на комплексное извлечение цветных металлов.

Методология н методы исследования

Обоснованность результатов и научных выводов работы обеспечена большим объемом выполненных экспериментов с применением комплекса минера-лого-аналитических методов исследований: масс-спектроскопии, оптической и электронной микроскопии, рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА), рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), рентгеновской томографии, метода лазерной дифракции. Испытаны физико-химические и физические методы обогащения минерального сырья в лабораторных и промышленных условиях. Обработка результатов экспериментов и математическое моделирование произведены с применением программных продуктов «БТАИБИКА» и «МАТЬАВ».

Положения, выносимые на защиту

ческим факторами, а также способами и системами разработки месторождений, рудоподготовкой и обогащением руд.

2. Классификация хвостов обогащения колчеданных руд базируется на их технологических характеристиках: способе обогащения, стадийности их образования, физическом и химическом состоянии пульпы, гранулярном, химическом и минеральном составах отходов.

3. Выделяются три морфологические группы хвостов обогащения, отличающиеся извлечением полезных компонентов. Первая группа - хвосты кристаллически-зернистой структуры, обеспечивающей свободный доступ растворителя к минералам и максимальное извлечение цветных металлов в продуктивный раствор. Вторая группа - хвосты сложного строения и неоднородного состава с затруднительным доступом растворителя к минералам и последующим растворением. Третья группа - хвосты с весьма сложным структурным рисунком, определяющим низкие показатели извлечения металла.

4. Минералогическими критериями оценки технологических свойств текущих хвостов обогащения, определяющими их вовлечение в переработку и выбор ее технологии, являются: содержание полезных компонентов, форма их нахождения, распределение рудных минералов по классам крупности, их количество в полиминеральных сростках, присутствие самостоятельных минеральных фаз, сростков открытого типа, легкорастворимых минералов, отсутствие слоистых силикатов и сорбентов, трещиноватость и пористость.

Степень достоверности и апробация результатов.

Фактический материал, положенный в основу работы, получен автором на протяжении более 10 лет работы в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» и на предприятиях Южного Урала - ОАО «Учалинский ГОК», СФ ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Бурибайский ГОК» при выполнении научно-исследовательских работ: «Исследование параметров и режимов технологии выщелачивания техногенных отходов Бурибаевского ГОКа» (2005), «Исследование режимов и параметров кучного выщелачивания хвостов Учалинской обогатительной фабрики» (2007), «Исследование процессов техногенного формирования минералов меди в условиях месторождений Учалинского ГОКа» (2007).

Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на международном конгрессе «300 лет Уральской металлургии» (Екатеринбург, 2001 г.), международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва 2000, 2002, 2009, 2011 гг..), международном научном симпозиуме «Развитие идей И.Н. Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии» (Чита, 2002 г.), международной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук» (Новосибирск, 2006, 2008 гг..), научном семинаре по технологической минералогии (Сыктывкар, 2010 г.; Петрозаводск, 2011 г.; Москва, 2012 г.; Санкт-Петербург, 2013 г.), Сибирской конференции молодых учбных по наукам о Земле (Новосибирск, 2010 г.); научном семинаре «Минералогия техногенеза» (Миасс, 2011, 2012, 2013 гг..), Всероссийской научной конференции «Практическая микротомография» (Казань, 2012 г.), международной научно-технической конференции «Комбинированная геотхно-

логия» (Манитогорск, 2003 г.; Сибай, 2007 г.; Екатеринбург, 2009 г.; Магнитогорск, 2011 г.); научно-технических конференциях МГТУ (Магнитогорск, 2000 -2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации самостоятельно и в соавторстве опубликовано 75 печатных работ, в том числе 17 в изданиях, рекомендованных ВАК, две - в зарубежном издании, одна монография, один патент и одна программа для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. В главе 1 приведено геологическое строение колчеданных месторождений Южного Урала, особенности строения и состава колчеданных руд, генезис месторождений, применяемые технологии добычи и переработки руд, накопление отходов обогатительного передела. Материал изложен на 210 страницах машинописного текста, включающего 42 таблицы и 68 рисунков. Список литературы содержит 230 наименований.

Благодарности. Автор глубоко признателен своему учителю - доктору технических наук, профессору М.В. Рыльниковой и научному консультанту -доктору геолого-минералогических наук Е.Г. Ожогиной. Автор выражает благодарность докторам технических наук, профессорам И.В. Шадруновой, Г.С. Гуну, В.Н. Калмыкову, С.Е. Гавришеву, Н.В. Копцевой, докторам геолого-минералогических наук, профессорам Б.И. Пирогову, Е.В. Белогуб, доктору геолого-минералогических наук В.И. Кузьмину и кандидату геолого-минералогических наук A.B. Чадченко за постоянную поддержку и консультации на протяжении всей работы.

Автор считает своим долгом выразить благодарность коллегам - кандидату физико-математических наук Е.А. Пузанковой, кандидатам технических наук доцентам H.H. Старостиной, И.А. Гришину, Ю.Ю. Ефимовой, Е.Ю. Дего-дя, Е.А Емельяненко, Е.А. Романько, доцентам М.В. Зарецкому и О.С. Колеса-товой, с которыми его связывают многолетние совместные исследования.

Автор искренне благодарит специалистов ОАО «Учалинский горнообогатительный комбинат», СФ ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» и ЗАО «Бурибаевский горно-обогатительный комбинат» за плодотворное сотрудничество и помощь при проведении опытно-промышленных испытаний и внедрении результатов исследований на предприятиях «УГМК - Холдинга».

Колчеданные месторождения Южного Урала распространены в Магнитогорской мегазоне, являющейся южноуральской частью Тагило-Магнитогорско-Мугоджарской зеленокаменной полосы. В структурном отношении Магнитогорская мегазона представляет собой крупную синформу. В Магнитогорской мегазоне выделяют Вознесенско-Присакмарскую, Западно-Магнитогорскую, Центрально-Магнитогорскую и Восточно-Магнитогорскую структурно-формационные зоны, подразделяющиеся на более дробные структурно-формационные единицы (И.Б. Серавкин, 2010).

Исследуемые колчеданные месторождения сосредоточены в шести рудных районах (рис. 1). В Западно-Магнитогорской зоне расположены Баймакский и Бурибайский рудные районы Таналыкской структурно-формационной зоны второго порядка и Сибайский рудный район Узункыро-Сибайско-Орской структурно-формационной зоны второго порядка. В Восточно-Магнитогорской зоне локализуются Учалинский, Верхнеуральский и Александринский рудные районы Учалино-Александринской структурно-формационной зоны второго порядка (И.Б. Серавкин, 2010). Геологические характеристики месторождений приведены в таблице 1.

Добычу исследуемых колчеданных руд ведут горно-обогатительные предприятия Республики Башкортостан - ОАО «Учалинский ГОК», СФ ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Башкирское шахтопроходческое управление», ООО «Башкирская медь» и Челябинской области - ЗАО «Александринская ГРК», рудная масса перерабатывается на обогатительных фабриках ОАО «Учалинский ГОК», АО «Александринская ГРК» и СФ ОАО «Учалинский ГОК». Технологии добычи и переработки приведены в табл. 1

Положение 1. Природные и технологические характеристики отходов обогащения колчеданных руд (гранулярный н минеральный состав, особенности их изменения) определяются формационным, фациальным, метаморфическим и тектоническим факторами, а также способами и системами разработки месторождений, рудоподготовкой и обогащением руд.

Технологические характеристики текущих хвостов обогащения, как отмечает Б.И. Пирогов, начинают формироваться в геологических процессах и продолжают в технологических аппаратах. Природные характеристики текущих хвостов обогащения обусловлены минералого-геологическими факторами - составом вмещающих пород и руд, проявлением процессов метаморфизма и тектонических

Рис. 1. Схема размещения колчеданоносных районов на Южном Урале (Е.А. Контарь, В.А. Прокин) Металлогенические зоны: С- Сакмарская, М- Магнитогорская, В-У- Восточно-Уральская. Рудные районы: 1- Карабашский, 2- Миасский, 3- Учалинский, 4- Верхнеуральский, 5- Александринский, 6- Сибайский, 7- Баймакский, 8- Подольский, 9- Бурибайский, 10-Гайский, И-Теренсайский, 12-Ашебутакский, 13-Домбаровский, 14- Среднеорский, 15- Верхнеорский, 16- Берчогурский, 17- Юлукский, 18- Ивановский, 19- Ишкининский, 20- Медногорский, 21- Амурский, 22- Айдырлинский

Таблица 1

Геологическая и горно-технологическая характеристики месторождений

Геологическая характеристика

Сгружтурио-формвщтиива зона первого порядка Восточно-Магнитогорская Западно-Магнитогорская

Структурио-формадновная зона второго юрщв Учалино-Алексацдрипская Узункыро-Сибайско-Орская Таналыкская

Рудный райов Учалинский | Верхнеуральский | Алексаыдрияский Сибайский Бурибайский Сяйщу|'|иД

Струггуряо-форюциавшй тип Уральский Баймакский

Рудоносная субформация Контрастная риолит-баэальтовая Непрерывная базальт-аидезит-риолитовая

Стратиграфический уровень СЬе!'-^ 010-1)^

Горшмпехнологическая характеристика

Способ разработал месторождения Комбинирован- _ _ ный Пошемный Комбинированный Подземный

Система разработки месторождения Этажно-камериая система с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями Подэтажного обрушения с торцевым выпуском Этажного принудительного обрушения с донным выпуском Транспортная с внешним отвалообразона-иием Этажно-камериая система разработки с принудительным обрушением руды

Рудошщпттка Трехстадиальиое дробление, трехстадиальное измельчение, трехстадиальное доиэмельчение Двухстадиальное дробление, трехстадиальное измельчение Трехстадиальное дробление, трехстадиальное измельчение, трехстадиальное до измельчение

Схема обогащения Коллективно-селективная флотация Прямая селективная флотация

Рис. 2. Минералого-геологические факторы

деформаций (рис. 2). Технологические характеристики определены горнотехническими факторами - способом и системой разработки месторождения, транспортировкой и хранением отбитой руды, а также принятой технологической схемой подготовки и обогащения руды (рис. 6).

Формационный фактор определяет рудоносную магматическую ассоциацию пород исследуемых колчеданных месторождений - непрерывную базальт-андезит-риолитовую и контрастную базальт-риолитовую вулканогенных субформаций. развитых в двух стратиграфических уровнях - нижнедевонско-эйфельском и эйфельско-живетском.

Колчеданное оруденение непрерывной базальт-андезит-риолитовой субформации тесно связано с андезит-дацитовой толщей нижнедевонско-эйфельского возраста, локализуется вблизи подошвы или в прикровельных частях рудоносной толщи, в областях пересечения разрывных нарушений с кровлей межпластовых залежей субвулканических тел кварцевых липарито-дацитовых порфиров. Залежи размещены преимущественно среди пирокласти-ческих фаций, непременным членом которых являются прослои вулканомикто-вых пород (Майское месторождение).

Продуктивность контрастной базальт-риолитовой субформации для колчеданного оруденения ассоциирует с её кислыми составляющими. Рудные тела обычно расположены на нескольких стратиграфических уровнях геологического разреза - нижнедевонско-эйфельском и эйфельско-живетском. ограниченных интервалом распространения кислых пород, и могут залегать на контакте подстилающих базальтов и кислых пород (Юбилейное месторождение), внутри толщи кислых вулканитов (Учалинское, Узельгинское, Александринское, Си-байское и Юбилейное месторождения), на контакте кислых пород и перекрывающих осадочных отложений (Узельгинское месторождение). Ру-

довмещающие фации представлены пирокластами с прослоями вулканомикто-вых пород и разнообразными автобрекчиями.

Минеральный состав и строение руд колчеданных залежей определяются обстановкой и процессами минералообразования. В.В. Масленниковым и В.В. Зай-ковым выделены следующие рудные фации: придонные гидротермальные, донные гидротермальные (рис. 3, а), гидротермально-биогенные, кластогенные, гидро-термально-метасоматические (рис. 3, б), субмаринные гидротермаль-

Рис. 3. Рудные фации: а - вкрапленники пирита (донно гидротермальная); б - га-ленит-теннантитовая минерализация в сфалеритовых рудах (гидротермально-метасоматическая). ||

Рис. 4. Изменение вулканогенных пород основного состава: а - выполнение пор кальцитом; б - развитие актинолита в основной массе эффузива. ||

- для ба-

ные.

Изменение состава и строения вмещающих горных пород обуславливается проявлением регионального метаморфизма и метосамотоза, связанного с процессами рудообразования. Региональный метаморфизм, отвечающий низким ступеням метаморфизма - зеленокаменной, пумпеллиит-пренитовой и цеолитовой, характеризуется преобразованиями минерального и частично химического состава вулканогенных, вулканогенно-осадочных и осадочных горных пород (рис. 4). Для первой формации характерны зеленокаменные изменения: кальцит, альбит, хлорит, редко эпидот -зальтов; альбит, серицит, кварц - для риодацитов.

Метасоматоз проявляется в образовании гидротермально-метасоматического ореола по вмещающим породам асимметричной зональности. От рудного поля к месторождению выделяются: кварцевые (рН = 2,5-3), кварц-серицитовые (рН = 34,5), кварц-хлорит-серицитовые (рН = 4,5-5), кварц-серицит-карбонат-хлоритовые (рН = 5-6,5), кварц-хлоритовые, хлоритовые (рН = 6-7,5) метасоматиты и зоны гидротермально изменённых пород (рис. 5). Мощность ореола метасоматитов, состоящих из вторичных минералов, в основном серицита, кварца, хлорита, карбонатов и пирита в различных соотношениях, в лежачем боку достигает сотен метров. Со

Рис. 5. Кварц-серицитовый метасома-тиг: а - вкрапленность пирита в основной матрице породы; б - нарушенного. породы. ||

стороны висячего бока мощность ореола околорудных изменений вмещающих пород и их интенсивность значительно меньше, чем в породах висячего бока.

Тектонический фактор определяет распространение проницаемых зон, являющихся рудоподводящими каналами, и контролирует расположение колчеданных месторождений и рудопроявлений. Тектонические проявления на месторождениях выражаются в образовании дизъюнктивных нарушений и брек-чировании руды. Среди разрывных нарушений выделяют разломы, сопровождающиеся ореолами метасоматически измененных пород и благоприятные для локализации прожилково-вкрагшенной сульфидной минерализации.

Гормо^кшщчостс фшппры

Рис. 6. Горно-технические факторы

Горно-геологические условия колчеданных месторождений предопределяют выбор физико-технической геотехнологии их освоения. Месторождения средних глубин - Учалинское, Сибайское. Алексаидринское, Юбилейное, разрабатываются комбинированным способом с последовательным развитием открытых и подземных работ. Глубокозалегающие месторождения - Майское и Узельгинское отрабатываются подземным способом. Принятые системы разработок на месторождениях регламентируются нормативами разубоживания руд, что ухудшает качество рудной массы за счет примешивания подстилающих, вмещающих и перекрывающих пород, а также пород даек.

Транспортировка и хранение руды на складах приводят к слеживаемости рудной массы и ухудшению еб технологических свойств. Под воздействием химических агентов гипергенной среды на поверхности рудного куска проявляются окислительные процессы.

На стадии рудоподготовки, а также в различных узлах технологической схемы обогащения происходит диспергирование руды - изменение природной морфологии и гранулометрии минералов. Наблюдается появление новообразованных фаз и явления аморфизации поверхностного слоя минерала.

Технология процесса рудоподготовки основана на использовании технологических свойств минералов - физических, физико-химических и химических, различие в которых делает возможным разделение зерен минералов при взаимодействии с различного рода энергетическими полями. На Александринской обогатительной фабрике (ОФ) осуществляется двухстадиальное дробление с предварительным и поверочным грохочением во второй стадии и трехстади-альное измельчение. На Учалинской и Сибайской ОФ применяется трехстади-альное дробление с предварительным грохочением в третьей стадии, а также трехстадиальное измельчение и трехстадиальное доизмельчение. Конечная тонина помола колчеданных руд Александринской ОФ составляет не менее 90 % класса крупности -0,074 мм, а тонина помола колчеданных руд Сибайской и Учалинской ОФ не менее 95 % класса крупности -0,044 мм.

Руды колчеданных месторождений обогащаются по схеме прямой селективной или коллективно-селективной флотации. В зависимости от реализуемой технологической схемы обогащения, отвальные хвосты могут выделяться после определенных циклов флотации и промежуточных операций. На Александринской ОФ хвосты основной цинковой флотации являются отвальными. На Учалинской ОФ отвальные хвосты выделяются после коллективного цикла, а на Сибайской ОФ в схеме флотации предусмотрены два цикла выделения отвальных хвостов - коллективный и основной. Хвосты разных циклов выделения характеризуются различными природными и технологическими характеристиками, технологическими показателями и схемой переработки.

Зная эволюционные закономерности образования текущих хвостов обогащения в единой геолого-техногенной системе, определяемые геолого-минералогическими и горно-техническими факторами, можно прогнозировать и формировать их природные и технологические характеристики для вовлечения в эффективную и комплексную переработку.

Положение 2. Классификация хвостов обогащения колчеданных руд базируется на их технологических характеристиках: способе обогащения, стадийности их образования, физическом и химическом состоянии пульпы, гранулярном, химическом и минеральном составах отходов.

Неотъемлемой частью динамической оценки состояния техногенных запасов отходов обогащения и обоснования стратегий их комплексной разработки является систематизация текущих хвостов обогащения.

Систематизация и классификация техногенного минерального сырья рассматривались в работах Л .А. Барского (1981, 1985), К.Н. Трубецкого, В.Н. У ма-нецева, М.Б. Никитина (1987), Л.Ф. Неклюдова (1996), А.Б. Макарова (2000), К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия, Д.Р. Каплунова и М.В. Рыльниковой (2010). Правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду, а также вовлечения отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья определены Федеральным законом от 24.06.1998 N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления».

Все ранее разработанные классификации объектов техногенного сырья носят общий характер, и направлены они на ревизию и паспортизацию техногенного минерального сырья отдельных горнодобывающих регионов. Специальных классификаций отходов обогатительного передела, охватывающих все их многообразие, не создавалось.

Разработанная классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала разрешит идентифицировать отходы по их технологическим характеристикам и типизировать полученную информацию с последующим присвоением кода, позволяющего выбрать технологию их переработки или утилизации.

Классификация разработана фасетным методом, предусматривающим параллельное разделение множества объектов на подмножества по независимым друг от друга классификационным признакам - фасетам.

Множество объектов текущих хвостов обогащения удовлетворяет условию

(I):

О = {о,}?=1, (1)

где 0| - объект текущих хвостов обогащения, п - количество объектов.

Разделение множества объектов текущих хвостов обогащения происходит по классификационным признакам - фасетам. Множество фасетов записывается выражением (2):

Ф(0) = {Ф/0)}у*=1, (2)

где к — количество фасетов.

Отдельные фасеты не подчиняются друг другу, но они связаны тем, что относятся к одному и тому же множеству. В разработанной классификации определены семь основных фасетов, сформированных по совокупности приоритетных признаков, отражающих природно-технологические характеристики хвостов:

- способ обогащения (Ф^О));

- стадийность (Ф2(0));

- физическое состояние пульпы (Ф3(0));

- химическое состояние пульпы (Ф+СО));

- гранулометрия хвостов (Ф5(0));

- химический состав хвостов (Ф6(0));

- минеральный состав хвостов (Ф7(0)).

Каждый фасет характеризует одну особенность распределяемого множества, что придает системе классификации гибкость структуры ее построения и облегчает ее практическое использование. Для каждого фасета Фу (О) допустимо следующее множество значений (3):

5(фу(0)) = {51,52,..5|}1 (3)

где I — количество значений.

Каждому объекту текущих хвостов обогащения о( в составе О соответствует следующее множество значений фасета ФДО) (4):

*(<>() = Ыо<)}, (4)

где; = 1,... .7, Ь = 1,.....1.

Фасетная формула ФР(о1) текущих хвостов обогащения о( представлена выражением (5):

Ф^(о() = {^ь(0()} (5)

Фасетная таблица содержит фасетные формулы для всех текущих хвостов обогащения множества (6):

ФГГ(о() = {ФГ(о,)>, (в)

гдео,- 6 0,1 = 1,.....п.

В классификации текущих хвостов по значимости признаков выделяют четыре уровня:

- основные группы,

- группы,

- подгруппы,

- позиции (списки видов отходов).

К высшим уровням классификации относятся основные группы, сформированные по признаку происхождения хвостов, отражающему способ обогащения руды (Ф,). Применительно к текущим хвостам обогащения колчеданных руд, можно выделить только одну основную группу - отходы флотационного способа обогащения руд.

Группы сформированы по стадийности образования хвостов (Ф2). В зависимости от реализуемой технологической схемы флотации, получаемые хвосты выделяются в одном цикле или после определенных циклов флотации и промежуточных операций.

Подгруппы, сформированные по признаку физико-химического состояния пульпы, гранулометрии и состава отходов, непосредственно влияют на выбор последующей технологии переработки или утилизации хвостов. Подгруппы первого уровня отражают физическое состояние отходов обогащения - плотность пульпы (Ф3). Химическое состояние пульпы (Ф4) отражают подгруппы второго уровня. Пульпа, формирующаяся в процессе обогащения колчеданных руд, характеризуется щелочной средой. Подгруппы третьего уровня выделены по гранулярному составу хвостов обогащения (Ф5). Основным требованием к гранулярному составу дисперсного материала является содержание шламую-щего материала крупностью менее 10 мкм, обладающего высокой реакционной способностью. Подгруппы четвертого уровня определяют целесообразность переработки хвостов обогащения, характеризующихся разным содержанием полезных компонентов (цветных, благородных и редких металлов). Химический состав отходов (Ф<0 отражает повышенное содержание одного или двух полезных компонентов, приближенное к кондиционному содержанию руд.

Позиции сформированы по минеральному составу хвостов обогащения (Ф7), определяемому промышленными сортами и природными типами колчеданных руд. При классификации текущих хвостов обогащения колчеданных руд учитывается содержание основных рудных минералов (пирита, пирротина), кварца, карбонатов (кальцита, сидерита) и силикатов (хлорита, талька, серици-

та), количество которых непосредственно влияет на процессы переработки и утилизации хвостов.

С учетом всех классификационных признаков хвостам обогащения присваивается код. При кодировании используется параллельный метод, разрешающий кодировать классификационные признаки отходов независимо друг от друга определенными цифровыми обозначениями.

Предлагается ввести шестнадцатизначный код видов отходов, который характеризует их классификационные признаки: 1 основная группа;

х1 группа;

хх 1 подгруппа первого уровня;

хх х1 подгруппа второго уровня;

хх хх 1 подгруппа третьего уровня;

хх хх х 000029 подгруппа четвертого уровня;

хх хх х ххххххх 54213 позиция.

Первой цифрой кодируют происхождение: 1 - флотационный способ образования. Второй - стадийность: 1 - один цикл выделения; 2 - цикл выделения коллективной флотации; 3 - цикл выделения основной флотации. Третья и четвертая цифры отражают физическое (I - 5-10 %тв., 2 - 10-15 %тв., 3 - 15-20 % тв., 4 - 20-25 % тв., 5 - 25-30 % тв.) и химическое (1 - кислая среда (1-6 рН); 2 -нейтральная (6-8 рН); 3 - щелочная (8-14 рН)) состояние пульпы. Пятая цифра используется для кодирования гранулометрического состава хвостов (1 - 10-20 % содержание класса 10 мкм; 2 - 20-30 %; 3 - 30-40 %; 4 - 40-50 %).

Химический состав кодируется шестью цифрами. В код вносятся номера двух химических элементов периодической таблицы Менделеева, характеризующихся повышенным содержанием, приближенным к кондиционному. Если номер однозначный или двузначный, то на пустых местах ставится ноль.

Последние пять чисел характеризуют минеральный состав хвостов обогащения, а их последовательность отражает значимость класса минералов в составе хвостов.

Предложенная классификация позволяет систематизировать и унифицировать текущие хвосты обогащения по природно-технологическим свойствам, предопределяющим выбор возможной технологии их переработки или утилизации. Разработанная классификация является пополняемой и применима ко всем отходам обогатительного производства, независимо от исходного минерального сырья.

Положение 3. Выделяются три морфологические группы хвостов обогащения, отличающиеся извлечением полезных компонентов. Первая группа - хвосты кристаллически-зернистой структуры, обеспечивающей свободный доступ растворителя к минералам и максимальное извлечение цветных металлов в продуктивный раствор. Вторая группа - хвосты сложного строения и неоднородного состава с затруднительным доступом растворителя к минералам и последующим растворением. Третья группа -

хвосты с весьма сложным структурным рисунком, определяющим низкие показатели извлечения металла.

Комплексом современных минералого-аналитических методов были исследованы текущие хвосты обогащения колчеданных руд Учалинского, Узель-гинского, Александринского, Майского, Юбилейного и Сибайского месторождений, перерабатываемых на Учалинской, Александринской и Сибайской обогатительных фабриках, и выявлены их технологические характеристики.

Текущие хвосты обогащения колчеданных руд являются обломочными техногенными образованиями, сформированными обломками минералов и минеральных агрегатов преимущественно беспорядочной текстуры. Структура •спастическая, по составу обломков - кристалло- и литокластическая, по размеру обломков - мелко- и среднеобломочная.

По степени литификации текущие хвосты обогащения колчеданных руд Юбилейного, Сибайского, Майского и Учалинского месторождений согласно номенклатуре средне- и мелкообломочных пород относятся к глинистым алевритам, средневзвешенный диаметр обломков колеблется от 0,026 до 0,061 мм. Хвосты обогащения руд Александринского месторождения являются глинисто-песчаным алевритом, средневзвешенный диаметр обломков - 0,127 мм. Хвосты обогащения руд являются неоднородными по гранулярному составу, коэффициент неоднородности его больше 3.

Морфология обломков хвостов моно- и полиминерального составов определяется строением и составом руды. Хрупкие минералы высокой твердости, слагающие руды, при механическом воздействии будут образовывать остроугольные обломки с ровными контурами, мягкие - обломки неправильной формы со сложными максимально изрезанными границами.

Форма обломков минеральных агрегатов и минералов изменяется от изо-метричной до прямоугольной и лещадной. В хвостах обогащения руд Учалинского, Сибайского, Юбилейного месторождений преобладают обломки прямоугольной формы с ровными и слабо извилистыми границами. Для хвостов обогащения руд Александринского месторождения характерны прямоугольные, остроугольные обломки с более извилистыми и изрезанными границами. Среди отходов обогатительного передела руд Майского месторождения встречаются большей частью обломки, имеющие форму близкую к изометричной с ровными сглаженными границами (табл. 2).

Хвостообразующие минералы отличаются самой разнообразной формой, определяющей строение агрегатов. Кристаллически-зернистые агрегаты сформированы зернами идиоморфной, гипидиоморфной, аллотриоморфной, пойки-литовой, интерстиционной формы. Для агрегатов коллоидного строения типичны фрамбоидальные образования. Реликтовые структуры замещения, разъедания; а также эмульсионная; каемчатая; осколочная обусловлены сложным взаимоотношением минералов (рис. 7).

Таблица 2

Морфометрические характеристики хвостов обогащения

Хвосты обогащения руд месторождения Значение фактора формы

круглой формы удлинения изрезанное™ границ

тш гпеап шах тт теап тах тш теап тах

Учалинское, Узель-гинское 0,16 0,71 1,04 ОДЭ 0,67 1,0 0,26 0,96 1,16

Юбилейное 0,24 0,73 0,96 02 0,69 1,0 0,36 0,88 1.05

Сибайское 0Д2 0,74 1,04 0,24 0,67 1,0 0,36 0,98 1,16

Александринское 0,22 0,63 0,98 0,12 0,66 1,0 0,3 0,83 1,11

Майское 0,23 0,87 1,04 0,19 0,7 1,0 0,37 и 1,24

Кристаллически-зернистое строение типично для хвостов, сформированных пиритом, магнетитом, ильменитом и кварцем, зерна которых имеют преимущественно идиоморфную и гипидиоморфную форму. Сульфиды цветных металлов - халькопирит, сфалерит, галенит образуют аллотриоморфные выделения, срастаясь с зернами пирита разной степени идиоморфизма или выполняя пространство (интерстиции) между ними (рис. 8). Площадь аллотриоморфных выделений варьирует в широких пределах от 2,99 до 358,41 мкм2, периметр -8,7 - 268,76 мкм. В основном, преобладают выделения площадью и периметром в пределах 0-25 мкм2 и 0 - 25 мкм соответственно. Аллотриоморфные выделения обладают большой реакционной поверхностью. Для минеральных сростков, сформированных зернами различной формы и размера типична пойкили-товая структура.

Коррозионные рудные выделения характеризуется проникновением одних минералов в другие с образованием неправильных по форме зерен с неровными, зазубренными краями и бухтообразными очертаниями. Глубина проникновения минералов различная.

Агрегаты со структурами разъедания отличаются частичной коррозией первичного минерала более поздними минералами, развивающимися по ката-кластическим трещинам или границам зерен (рис. 9). Замещаемый минерал имеет обычно зернистое строение; площадь минеральных агрегатов варьирует в широких пределах от 50,87 до 1685,44 мкм2, периметр - 47,84 - 614,06 мкм.

ж '|М ■ 1 II I I И ! К лТТЖтДМгТТТИ п ВММЁаВВ^НШМН

Рис. 7. Морфология минералов хвостов обогащения: а - идиоморфный кристалл пирита в массе сфалерита; б - гипидиоморфные строение пирита с редкими алло-триоморфиыми выделениями галенита (белое); в - аллотриоморфное выделение галенита (белое); г - пойкилитовое включение сфалерита (серое) в барите (светлое); д -пойкилитовые выделения сфалерита (светло-серое) и галенита (белое) в пирите (серое); е - ингерстиционные образования сфалерита (светло серое) между зернами пирита (серое); ж - фрамбоиды пирита в халькопирите; з - каемочные выделения халькопирита (светлое); и - замещение пирита (серое) халькопиритом (светло серое). СЭМ

в » — г

Рис. 8. Аллотриоморфные выделения: а - минеральный агрегат сфалерит-пиритового состава; б - аллотриоморфные выделения сфалерита, в - распределение площади; г -распределение периметра. СЭМ

Рис. 9. Морфология разъедания: а - минеральный агрегат халькопирит-пиритового состава; б - выделения халькопирита (белое) с неровными зазубренными границами; в - гистограмма распределение значений площади зернистых выделений халькопирита; г - гистограмма распределение значений периметра зернистых выделений халькопирита. СЭМ

Каемочная структура обусловлена развитием узких полос размером доли миллиметра сфалерита или халькопирита частично или по всему контуру минерального агрегата пирита. Рудные каемки имеют мелкозернистое строение. Площадь зерен краевых каемок варьирует от 1,13 до 208,52 мкм2, периметр-4,25 - 638,12 мкм. В основном, преобладают формы площадью 0-5 мкм2 и периметром 5-10 мкм. Границы между минералами - коррозионные (рис. 10).

Рис. 10. Выделения краевых каемок: а - минеральный агрегат халькопирит-пиритового состава; б - выделения халькопирита (белое) с неровными зазубренными границами; в - гистограмма распределение значений площади зернистых выделений халькопирита; г - гистограмма распределение значений периметра зернистых выделений халькопирита. СЭМ

Фрамбоидальные агрегаты пирита сформированы плотно прилегающими практически округлыми зернами минерала, определяющими их сотовидное строение.

Эмульсионная структура замещения связана с тонкими закономерными срастаниями сфалерита и халькопирита (рис. 11). Площадь выделений 0,3 - 2,8 мкм , периметр - 2,28 - 9,71 мкм. Эмульсионные выделения имеют каплевидную и пластинчатую форму и отмечаются как в рудных, так и нерудных минералах.

Осколочные выделения представлены более твердыми и хрупкими минералами; такими, как пирит, кварц. Полости трещин иногда выполнены более поздними минералами (халькопирит, сфалерит и др.).

Рис. 11. Эмульсионные выделения: а - минеральный агрегат сфалерит-пиритового состава; б - выделения сфалерита (белое); в - гистограмма распределение значений площади эмульсионных выделений сфалерита; г - гистограмма распределение значений периметра эмульсионных выделении сфалерита. СЭМ

Минеральный состав текущих хвостов обогащения зависит от формацион-ного типа колчеданных месторождений и от текстурных особенностей руды. Хвосты обогащения вкрапленных руд будут, в основном, сложены кварцем, а хвосты сплошных руд - пиритом.

Главные рудные минералы: пирит - 36 - 82%, халькопирит - до 1 %, сфалерит - до 2 %. В незначительном количестве присутствуют пирротин, галенит, арсенопирит, магнетит, ильменит, теннантит и фрейбергит. Главным нерудным минералом является кварц, содержание которого варьирует в широких пределах от 2 до 61 %. В подчиненном количестве встречаются серицит, кальцит, сидерит, барит, хлорит, гипс, тальк, иллит.

Халькопирит и сфалерит в хвостах обогащения встречаются в виде свободных зерен и агрегатов (сростков), которые по минеральному составу подразделяются на мономинеральные (халькопиритовые), биминеральные (халько-

пирит-пиритовые, халькопирит-сфалеритовые и др.) и полиминеральные (халькопирит-сфалерит-пиритовые и др.).

Наиболее распространенными являются халькопирит-пиритовые сростки (до 80 %). В свободных зернах халькопирит преобладает в материале крупностью менее 0,044 мм - от 7,2 % в хвостах обогащения руд Юбилейного месторождения до 19,3 % в хвостах обогащения руд Учалинского месторождения (табл. 3). Свободные зерна халькопирита имеют блочное строение и трещиноваты (рис. 12). Размер зерен не превышает 0,080 мм. В минеральных агрегатах халькопирит образует каплевидные эмульсионные выделения, выполняет ин-терстиции между зернами пирита и трещины в брекчированных агрегатах пирита, а также тесные срастания с другими минералами. Форма выделений минерала - аллотриоморфная. Границы между халькопиритом и другими минералами неровные, часто расплывчатые.

Си Ие 8 Сумма

33,78 31,80 34,42 100,00

Рис. 12. Строение свободного зерна халькопирита, его химический состав. СЭМ

Сфалерит в хвостах обогащения в основном встречается в сростках с пиритом (до 51,7%), реже с пиритом и халькопиритом, нерудными минералами. В свободных зернах сфалерит преобладает в материале крупностью менее 0,044 мм - от 9,95% в хвостах обогащения руд Александрийского месторождения, до 30 и более процентов в хвостах других колчеданных месторождений (табл. 3). Поверхность свободных зерен сфалерита кавернозная, трещиноватая (рис. 13). Размер свободных зерен минерала не превышает 0,095 мм. В полиминеральных сростках сфалерит образует рассеянные и гнездовидные вкрапления, прожилки, интерстиционные выделения, а также агрегаты, в которых тесно ассоциирует с пиритом, халькопиритом и другими минералами.

Хвостообразующис компоненты образуют самостоятельные рудные и нерудные минеральные фазы, входят в состав минералов в виде изоморфных и механических примесей. В соответствии с современными процессами горнометаллургического производства химические компоненты целесообразно разделить на три группы: 1. главные - Си, Ъл\ 2. примеси: а) полезные и особо ценные - Аи, А§, РЬ, Ва, Сс1; б) вредные - Аэ; 3. образующие нерудную составляющую: Ыа, К, Са, А1, М§, Мп, Со, №, "Л, Ре. Форма нахождения химических компонентов в хвостах обогащения обычно определяется формационным типом месторождения.

Ъп Ре в Сумма

72,68 0,54 26,77 100,0

Рис. 13. Строение свободного зерна сфалерита, его химический состав. СЭМ

Следует отметить, что текущие хвосты обогащения руд Учалинского Александрийского, Сибайского и Юбилейного месторождений основного цикла выделения характеризуются повышенным содержанием цветных металлов (Си -0,25 - 0,58 %, 2п - 0,53 - 1,36 %), приближенным к кондиционным рудам (Си -более 0,4 %, '¿п - более 1 %), что свидетельствует о целесообразности их переработки.

Важным критерием оценки технологических характеристик хвостов обогащения является распределение полезных компонентов по классам крупности. Анализ таблицы 4 показывает, что цветные металлы сконцентрированы в классе крупности - 0,044+0 мм. Исключением являются хвосты обогащения руд Александринского месторождения, в которых 38,66 % меди и 52,39 % цинка сосредоточены в материале крупностью + 0,074 мм.

Установлено, что морфология минеральных сростков в определенной степени влияет на процессы выщелачивания. В этом плане целесообразно выделить три группы хвостов обогащения колчеданных руд, отличающихся строением (структурой), определяющим показатели извлечения минералов: высокие, средние и низкие (табл. 5).

Для хвостов первой группы характерны такие типы срастания минералов (структуры), которые обеспечивают свободный доступ растворителя к ним и обусловливают максимальное извлечение цветных металлов в продуктивный раствор. В эту группу объединяются хвосты, имеющие идиоморфнозернистую, гипидиоморфнозернистую, аллотриоморфнозсрнистую, интерстиционную, фрамбоидную, краевых каемок и дробления структуры.

Таблица 3

Раскрывааюсть халькопирита в хвостах обогащения колчеданных руд

Классы крупности, мм Выход класса, % Халькопирит

Распределение, % В свободных эервах,% Всроспах,%

Ру+СЬр СЪр+ЭрЬ Ру+СЬр+ЗрЪ СЬр+Не Ро1утиша1

хвосты обогащения колчеданных руд Учапинского месторождения

0,074 15,0 9,0 0,1 8.1 од 0,3 0,1 0,3

-0,074+0,044 11,8 10,2 0,0 7,3 0.4 1,9 0,2 0,4

-0,044 73,2 80,8 19,3 52Д 1,6 6,3 0,5 0,9

хвосты обогащения колчеданных руд Ллексанс ринского месторождения

0,074 42,0 38,7 1,6 22,1 0,0 4,6 6,5 3,9

-0,074+0,044 13,0 14,5 0,2 8.4 0,1 1,6 1,8 2.5

-0,044 45,0 46,8 12,6 25,8 1,4 3,6 2,6 0,8

хвосты обогащения (основной икл выделения) колчеданных руд Сибайского месторождения

0,014 0,1 0.1 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0

-0,074+0,044 8.4 6,5 0.5 4.8 0,1 0,4 0,5 04

-0,044 91,5 93,5 11,7 68,7 1,4 4,7 0,7 6,3

хвосты обогащения (основной цикл выделения) колчеданных руд Юбилейного месторождения

0,074 и 0,9 0,0 0,6 0,1 0,1 0,0 0,1

-0,074+0,044 5,0 4,3 0,5 2,7 0,6 0,2 0.3 0,1

-0,044 93,8 94,8 7,2 80,0 3,2 2,7 0,6 1,0

Примечание: Ру - пирит, СЬр—хадьжшшрит, врЬ - сфалерит. Не - нерудный минерал, Ро1угшпега1 - полимнвералышй сросток.

Таблица 4

Раскрываемость сфалерита в хвостах обогащения колчеданных руд

Классы крупности, мм Выход класса.% Сфалерит

Распределение, % В свободных зернах,% Всросгаах,%

Ру+БрЬ СЬр+ЗрЬ Ру+ОцН-БрЬ ЭрЬ+Не Ро1утшпега1

хвосты обогащения колчеданных руд Учапинского месторождения

0,074 15,0 13,0 0,0 11,1 оа 0,3 0,9 0.6

-0,074+0,044 11,8 8,8 0,1 5,7 0,4 1,9 0,2 0,4

-0,044 73,2 78,2 31,2 36,8 1,6 6,3 2,2 0,1

хвосты обогащения колчеданных руд Александрийского месторождения

0,074 42,0 52,4 2,05 22,30 0,0 4,6 Ш 11,3

-0,074+0,044 13,0 12,8 0,60 7.20 0,1 1,6 0.6 2,8

-0,044 45,0 34.8 9,95 15,90 1,4 3,6 3,5 0,4

хвосты обогащения (основной цикл выделения) колчеданных ртд Сибайского местоь рождения

0,074 0,1 0,1 0,0 0,0 0.0 0,0 0.0 0,0

-0,074+0,044 8,4 6,7 0,8 3,9 0,1 0,4 0,5 1,1

-0,044 91,5 93,2 34,1 50,5 1,4 4,7 1,6 0,8

хвосты обогащения (основной цикл выделения) колчеданных руд Юбилейного месторождения

0,074 1,2 1,1 0,0 0,9 0,1 0,1 0,0 0,0

-0,074+0,044 5,0 5,0 0,5 3,8 03 0,1 0,1 0,2

-0,044 93,8 93,9 27,3 51.7 3.2 2,7 6,4 2,6

Таблица 5

Распределение меди и цинка по классам крупности

Классы Выход класса, % Массовая доля, % Распределение. %

крупности, мм Си гп Си гп

Хвосты обогащения руд Учалинского месторождения

+0.074 14,99 0.18 0.52 9.01 13.00

-0,074+0,044 11,76 0,26 0,45 10,22 8,82

-0,044+0 73,25 0,33 0,64 80,77 78,18

Хвосты обогащения руд Александрийского месторождения

+0,074 42,02 0,23 0,66 38,66 52,39

-0,074+0,044 13.0 0,28 0,52 14,56 12,77

-0,044+0 44,98 0,26 0,41 46,78 34,84

Хвосты обогащения руд Си байского месторождения (основной цикл выделения)

+0,074 0,08 0.4 0,72 0,07 0,05

-0,074+0,044 8.4 0.37 0,88 6.48 6,72

-0,044+0 91,52 0,49 1,12 93,45 93,23

Хвосты обогащения руд Юбилейного месторождения (основной цикл выделения)

+0,074 1.18 0.42 1.34 0.91 1.16

Таблица 6

Влияние строения хвостов обогащения колчеданных руд на извлечение ценных компонентов при гидрометаллургическом переделе

Показатели извлечения цветных металлов Структура хвостов Морфология минералов цветных металлов Обоснование показателей извлечения

Высокие Идиоморфно-зернистая Гипидиоморфно-зернистая Зерна пирита разной степени идиоморфизма срастаются с аллотрно-морфными образованиями сульфидов цветных металлов. Границы срастаний минералов - ровные. Сульфиды цветных металлов локализованы в доступных для проникновения растворов местах -каймы, трещины, интерстиции.

Аллотриомор-фнозернистая Интерстиционная Сульфнаы цветных металлов выполняют пространство или интер-стиции между зернами пирита. Границы срастаний минералов - неровные, волнистые.

Фрамбоидальная Аллотриоморфные выделения сульфидов цветных металлов срас-

Показатели извлечения цветных металлов Структуре хвостов Морфология минералов цветных металлов Обоснование показателей извлечения

таются с фрамбоидами пирита. Границы срастаний минералов - неровные, волнистые.

Каемчатая, фонарная (краевые каемки) Кольцевые атолловвд-ные каемки сульфидов цветных металлов вокруг пирита. Границы срастаний минералов - неровные, зазубренные.

Дробления Сульфиды цветных металлов развиваются по трещинам пирита. Границы срастаний минералов от ровных до неровных.

Средние Замещения Разъедания Тонкие срастания минералов. Зазубренные границами между ними. Минералы ценных компонентов являются продуктом замещения и образуют сложные формы срастаний, тем самым затрудняя процесс растворения и перевода металла в раствор.

Низкие Пойкипитовая Эмульсионная Пластинчатая Тонкие и субмикроскопические выделения сульфидов цветных металлов разной степени идиоморфизма в рудной или нерудной матрице. Границы срастаний минералов - ровные. Сульфиды цветных металлов встречаются в виде обособленных выделений в минеральной матрице, доступ выщелачивающих растворов практически невозможен.

Хвосты второй группы характеризуются сложными формами срастаний минералов с зазубренными границами между ними, неоднородностью минерального состава, что затрудняет процесс доступа растворителя к минералам с последующим их растворением.

Структуры хвостов третьей группы определяют низкое извлечение. В эту группу объединяются хвосты с весьма сложным структурным рисунком (пойки-литовые, эмульсионные и пластинчатые). Микрометровые размеры выделений и их обособленное расположение в «минерале-хозяине» затрудняют доступ растворителя к минералам.

Положение 4. Минералогическими критериями оценки технологических свойств текущих хвостов обогащения, определяющими их вовлечение в переработку н выбор ее технологии, являются: содержание полезных компонентов, форма нх нахождения, распределение рудных минералов по классам крупности, их количество в полимннеральных сростках, присутствие самостоятельных минеральных фаз, сростков открытого типа, легкорастворимых минералов, отсутствие слоистых силикатов и сорбентов, трещннова-тость и пористость.

Вовлечение в переработку текущих хвостов обогащения - наиболее перспективное современное направление технологической минералогии, позволяющее решать проблемы комплексного использования вторичных ресурсов полезных ископаемых и защиты окружающей среды от загрязнения. На основе межотраслевой кооперации предполагается получать основные и сопутствующие компоненты из текущих хвостов обогащения, а также использовать отходы обогащения для закладки выработанного пространства подземных рудников, рекультивации карьеров, материала для дорожных покрытий и стройматериалов.

Научная проблема состоит в организации системного анализа процессов переработки или утилизации отходов обогатительного передела, включающего: определение минералогических критериев оперативной оценки целесообразности и эффективности технологии переработки или утилизации; формирование минералогических критериев в виде предикатов для оценки вариантов технологии переработки отходов; разработка алгоритма выбора технологии переработки или утилизации; упорядочение исходной информации по отходам обогащения.

Промышленное освоение текущих хвостов обогащения может осуществляться путем их переработки или утилизации. Выбор конкурентных технологических решений зависит от технологических характеристик отходов обогащения, имеющихся финансовых средств и региональных особенностей. Различные решения дают неодинаковый экологический, экономический и социальный эффект.

При обосновании выбора технологических решений основной является разработка минералогических критериев оперативной оценки хвостов обогащения.

Возможность вовлечения отходов в переработку определяется критерием содержания полезных компонентов (К|) в текущих хвостах обогащения.

Разработаны следующие методы переработки хвостов обогащения: репуль-пация лежалых хвостов с последующей перефлотацией; классификация с доиз-мельчением песковой фракции и последующей флотацией; гравитационные методы обогащения с последующей флотацией; автоклавного окислительного выщелачивания; агитационного чанового выщелачивания; кучного бактериально-

химического выщелачивания; кучного выщелачивания хвостов обогащения после их предварительного окомкования.

Все перечисленные методы можно разделить на две альтернативные группы технологий обогащения и выщелачивания. По целому ряду экономических факторов процесс дофлотации предпочтительнее процесса выщелачивания. Этим определяются приоритеты: в первую очередь рассматривается целесообразность дофлотации, во вторую - выщелачивания.

Критериями выбора технологии переработки являются: форма нахождения полезного компонента в минералах (К2); распределение рудных минералов по классам крупности (К3); содержание рудного минерала в полиминеральных сростках (Кц).

Для каждой альтернативной группы технологий определены критерии эффективности.

Критерии эффективности дофлотации: нахождение рудных минералов в мономинеральных сростках; минеральные сростки открытого типа; наличие трещи-новатости и пористости в полиминеральных сростках.

К критериям эффективности выщелачивания можно отнести: концентрацию полезных компонентов в виде самостоятельных минералов; нахождение рудных минералов в мономинеральных сростках; минеральные сростки открытого типа; рудные минералы легкорастворимые; наличие трещиноватости, пористости; отсутствие слоистых силикатов; отсутствие сорбентов.

В соответствии с выбранными приоритетами минералогические критерии можно сформулировать в виде предикатов, определяющих пригодность текущих хвостов обогащения к процессам переработки или утилизации:

1. Количество присутствующих в сырье в значимых количествах полезных компонентов NComp;

2. Кондиционное содержание полезного компонента Condi, <■ — 1, .....NComp.

3. Полезные компоненты образуют самостоятельные минералы и встречаются в виде мономинеральных агрегатов Ях;

4. Полезные компоненты образуют самостоятельные минералы и встречаются в виде полиминеральных агрегатов Р2;

5. Содержание рудных минералов в крупном классе (+74 мкм) Р3;

6. Рудный минерал в полиминеральном сростке является преобладающим Р4;

7. Минеральные сростки открытого типа Р5;

8. Наличие трещиноватости и пористости в полиминеральных сростках Р6;

9. Рудные минералы легкорастворимые Р7;

10. Отсутствие слоистых силикатов Рв;

11. Отсутствие сорбентов Р9.

Для хвостов обогащения выполняется следующее неравенство (7):

Сощ < Condi, i = 1......, NComp, (7)

где Сощ - содержание /' полезного компонента в текущих хвостах обогащения.

Целесообразность переработки текущих хвостов обогащения определяется истинным предикатом (8):

W = 3Í(1 s i < N Comp ¡), Con¡ > kt ■ Cond0 fe, < 1, (8)

где ki характеризуют максимальное отличие содержания полезного компонента в текущих хвостах обогащения по сравнению с кондиционным содержанием в рудах. Если предикат (8) не выполняется, отходы обогащения подлежат утилизации.

Условие целесообразности проведения процесса дофлотации можно выразить следующим предикатом (9):

Fpos = IV Л Р3 Л (Pt V (Р2 V Р»)). (9)

Переработка способом дофлотации возможна, если текущие хвосты обогащения характеризуются повышенным содержанием полезных компонентов, приближенным к кондиционному, рудные минералы концентрируются в классе крупности + 74 мкм и образуют мономинеральные сростки или рудные минералы встречаются в виде полиминеральных сростков и являются там преобладающими. Истинность предиката (9) гарантирует принципиальную возможность дофлотации. Окончательный выбор технологического процесса можно сделать, используя характеристики Р5 и Р6.

Указанные характеристики независимы, их сочетания можно выразить с помощью четырех предикатов (10- 13):

2i = л(10) Q2 = Pj_AP6; (И)

2з =£$ Л_Р6; (12)

04 = Р5ЛР6. (13)

Условие эффективности проведения дофлотации (14):

Fpract = Fpos Л (Ö! V 02 V ö3). (14)

Эффективность дофлотации возможна, если выполняются условия целесообразности дофлотации (3) и полиминеральные сростки открытого типа и трещиноватые (4) или полиминеральные сростки открытого типа и не трещиноватые (5) или полиминеральные сростки закрытого типа и трещиноватые (6).

В случае, когда установлена нецелесообразность и неэффективность проведения дофлотации, необходимо проверить эффективность проведения процесса выщелачивания. Для этого формулируем дополнительные условия, характеризующие процесс выщелачивания (15 - 23):

Я^РуЛРвЛ^; (15)

Я2=Р7ЛРвЛР9; (16)

Яз = р7 л Рв Л Р,; (17)

Я4 = Р7ЛРвЛР,; (18)

Я 5=Р7ЛРВЛР9; (19)

Я6=Р;ЛРВЛ (20)

Ят_=^.А^_ЛР9; (21)

Re = P7APe/\P9; (22)

fl = fl1VR2Vfi3Vfi4VR5VK6Vfl7. (23)

Условия, при выполнении которых процесс выщелачивания целесообразен,

примут следующий вид (24 -26): _

Ali = FposAQ4 ЛЯ; (24)

A12 = W*(F3VPa); (25)

А1ргаМ = V А12. (26)

Таким образом, детерминированная подсистема действует по алгоритму, представленному на рисунке 14.

Рис. 14. Алгоритм выбора способа переработки текущих хвостов обогащения

Упорядочение исходной информации подразумевает создание программы базы данных. Разработанная программа включает в себя пять основных пошаговых операций (рис. 15). Первые три - это формирование основных информационных массивов, взаимосвязанных друг с другом. Первый массив предусматривает характеристику сырьевой базы предприятия, второй - горно-обогатительного предприятия, третий - отходов обогащения.

Четвертый шаг определяет целесообразность извлечения полезных компонентов из отходов обогащения. Для этого дополнительно вводится информация по кондиционному содержанию полезного компонента в рудах и содержанию этого компонента в хвостах обогащения, а также максимальное отклонение (к) вышеперечисленных величин. Значение коэффициента отклонения зависит от экономических показателей предприятия.

Если целесообразность переработки хвостов обогащения подтверждается, то следующим пятым шагом является ввод дополнительной информации по текущим хвостам обогащения с получением рекомендаций по переработке. Если целесообразность переработки хвостов обогащения не подтверждается, то текущие хвосты обогащения подлежат утилизации.

Шаг I. "Шрьсва* база"

Шаг 2. Ч'орпо-обагатятслмюс

1ГрСЛ»фНПИС"

Шаг 3. "Технологические свойства текущих хиостоа обогащение"

Шаг 4. "Содержание полетных компонентов"

Рекомендации по утята! (ни отяпдов

- 1ИЩСНИЯ

НЬг 5. "До полните льная информация"

Рекомендация по уттиипаиии о-годои

обо1Ш1(СННЯ

Рис. 15. Схема базы данных

Программа база данных завершается оформлением таблиц «Сырьевая база», «Предприятие», «Отходы» и «Рекомендации».

Предложенная база данных, предопределяющая выбор возможной технологии переработки или утилизации, позволяет систематизировать и типизировать текущие хвосты обогащения. База данных является пополняемой и применима ко всем отходам обогатительного производства, независимо от исходного минерального сырья.

Заключение

Объективная минералого-технологическая оценка текущих хвостов обогащения колчеданных руд позволила обосновать целесообразность их вовлечения в переработку на современном этапе развития технологии, тем самым решая проблему дефицита минерального сырья горных предприятий Южного Урала и улучшая экологическую нагрузку в регионе.

Выявлены черты сходства и различия текущих хвостов обогащения колчеданных руд, определяемые структурно-формационным типом месторождений, технологической схемой добычи, рудоподготовкой и способом обогащения. Отходы отличаются гранулярным составом и морфологическими особенностями обломков минеральных агрегатов и минералов, степенью их раскрываемости и химическим составом, что определяет выбор технологии переработки.

Определены минералого-геологические и горно-технические факторы образования текущих хвостов обогащения, позволяющие прогнозировать и управлять изменением их минерального состава и строения с учетом структурно-формационного типа месторождения, процесса рудообразования, метаморфизма и тектоники месторождения, способа и системы добычи и переработки руды.

Впервые разработана классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, представляющая собой систему отдельных группировок, сформированных по совокупности приоритетных признаков, отражающих их технологические характеристики, и типизирована полученная информация с последующим присвоением кода, что способствует упорядочению исходной информации по текущим хвостам обогащения в виде базы данных техногенного сырья и оперативному принятию технологических решений.

Адаптирована методика исследования текущих хвостов обогащения колчеданных руд, заключающаяся в получении полной и достоверной информации о технологических свойствах сложного тонкодисперсного полиминерального техногенного сырья путем применения комплекса минералого-аналитических методов, необходимой для оперативной минералого-технологической оценки текущих хвостов обогащения колчеданных руд и обоснования выбора технологии их переработки или утилизации.

С использованием математической модели описания выбор технологии переработки или утилизации отходов обогатительного передела производится с учетом их технологических характеристик, позволяющего решать проблемы комплексного использования вторичных техногенных ресурсов и защиты окружающей среды от загрязнения. Сформулированы минерапого-технологические критерии, определяемые природно-технологическими характеристиками отходов обогащения.

Основные публикации по теме диссертации

Статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях по перечню, рекомендованному ВАК РФ

1. Шадрунова, И.В., Ляховец, К.А., Горбатова, Е.А. Исследование процессов вторичного минералообразования медьсодержащих руд месторождения Бакр-Узяк / И.В.Шадрунова, К.А.Ляховец, Е.А.Горбатова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2001. - № 2. - С.138-140.

2. Шадрунова, И.В., Сизиков, A.B., Сыромятникова, М.В., Горбатова, Е.А., Радченко, Д.Н. Закономерности формирования технологических свойств хвостов обогащения медно-цинковых руд / И.В.Шадрунова, А.В.Сизиков, М.В.Сыромятникова, Е.А.Горбатова, Д.Н.Радченко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 4. - С.191-194.

3. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Маннанов, Р.Ш. Фазовые переходы минерального вещества в процессе предподготовки медноколчеданных руд к отработке / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова, Р.Ш.Маннанов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2003. - № 4. - С. 184 - 186.

4. Рыльникова, М.В., Петрова, О.В., Горбатова, Е.А. Оценка экономической эффективности физико-химической геотехнологии освоения забалансовых запасов Октябрьского и Узельгинского месторождений / М.В.Рыльникова, О.В.Петрова, Е.А.Горбатова, // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 4. - С.224-228.

5. Рыльникова, М.В., Старостина, H.H., Горбатова, Е.А. Исследование геохимических процессов при освоении медноколчеданных месторождений / М.В.Рыльникова, Н.Н.Старостина, Е.А.Горбатова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - № 11. - С.225-228.

6. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Старостина, H.H. Минераграфиче-ские факторы физико-химической геотехнологии освоения колчеданных руд / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова, Н.Н.Старостина // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 11. - С.255-258.

7. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Минералогические и структурно-текстурные особенности колчеданных руд Учалинского месторождения, влияющие на процессы физико-химической геотехнологии / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2009. - № 1. - С. 10-12.

8. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Минералогическая характеристика техногенного сырья, полученного при освоении медноколчеданных месторождений / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 2. - С.222-230.

9. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Исследование технологических свойств техногенных объектов медноколчеданных месторождений / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 6. - С. 148-156.

10. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Моделирование режимов выщелачивания ценных компонентов из техногенных отходов медноколчеданных месторождений / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 8. - С.146-150.

11. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Закономерности гипергенного минералообразования в модельных системах кучного выщелачивания техногенных отходов медноколчеданных месторождений / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 9. - С.316-321.

12. Горбатова, Е.А. Минералогические особенности медно-цинковых руд Майского месторождения / Е.А.Горбатова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 10. - С.242-246.

13. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А. Минераграфический анализ хвостов обогащения медноколчеданньгх руд Юбилейного месторождения / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 10. - С.269-275.

14. Горбатова, Е.А., Пузанкова, Е.А. Анализ дисперсного состава текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала / Е.А.Горбатова, Е.А.Пуэанкова // Маркшейдерский вестник. - 2012. - № 1. - С.65-69.

15. Ожогина, Е.Г., Горбатова, Е.А. Влияние морфоструктурного состава отходов обогащения руд цветных металлов на извлечение ценных компонентов при их гидрометаллургическом переделе / Е.Г.Ожогина, Е.А.Горбатова // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2012. № 1. - С. 10-12.

16. Горбатова, Е.А. Факторы формирования технологических свойств отходов горно-обогатительного производства колчеданных месторождений Южного Урала / Е.А.Горбатова // Известие высших учебных заведений. Горный журнал. -2012.-№3.-С.139-146.

17. Ожогина, Е.Г., Горбатова, Е.А. Морфострукгурные особенности отходов обогатительного передела / Е.Г.Ожогина, Е.А.Горбатова // Разведка и охрана недр. - 2013. - №7. - С.39-42.

Монография

18. 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.

Патент

19. Патент РФ № 2327863, МПК Е21В 43/28 Способ разработки залежей некондиционных полиметаллических руд / Рыльникова М.В., Горбатова Е.А., Рад-ченко Д.Н., Абдрахманов И.А., Илимбетов А.Ф. // БИПМ, 2008. - №18. - С.735.

20. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611533. Компьютерное моделирование многокомпонентных равновесных систем «Эквилибриум» / Горбатова Е.А., Зарецкий М.В., Дюскина А.И., Шияхмето-ва И.З. // ОБПБТ, 2013. - №1. - С.22.

Учебные пособия

21. Кобелькова, В.Н., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Процессы минералообразования: учебное пособие / В. Н. Кобелькова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - 52 с.

22. Кобелькова, В.Н., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Основы кристаллографии и минералогии: учебное пособие / В.Н.Кобелькова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». 2010. - 75 с.

Материалы международных, всероссийских и региональных конференций

23. Горбатова, Е.А., Ляховец, К.А. Минеральный состав и строение окисленных вкрапленных руд Бакр-Узякского месторождения / Е.А.Горбатова, К.А.Ляховец // Освоение запасов мощных рудных месторождений: Межвузовский сборник научных трудов. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - С.14 - 16.

24. Ляховец, К.А., Горбатова, Е.А. Растворимость сульфидных минералов / К.А.Ляховец, Е.А.Горбатова // Освоение запасов мощных рудных месторождений: Межвузовский сборник научных трудов. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - С.209-211.

25. Шадрунова, И.В., Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А. Исследование процессов очистки медьсодержащих промышленных стоков на техногенных геохимических барьерах / И.В.Шадрунова, М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова // 300 лет Уральской металлургии: Тезисы докладов международного конгресса. - Екатеринбург, 2001. - С.148-149.

26. Рыльникова, М.В., Шадрунова, И.В., Горбатова, Е.А. Обоснование технологии предподготовки сульфидных руд к освоению / М.В.Рыльникова, И.В.Шадрунова, Е.А.Горбатова // Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. - С.61 - 62.

27. Дюльдина, Э.В., Ляховец, К.А., Горбатова, Е.А. Изучение качественных характеристик медьсодержащих руд физико-химическими методами / Э.В.Дюльдина, К.А.Ляховец, Е.А.Горбатова II Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. - С.57 - 58.

28. Шадрунова, И.В., Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А. Геотехнологическая подготовка медноколчеданных руд к обогащению / И.В.Шадрунова, М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова // Развитие идей И.Н. Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии: Тезисы докладов Плаксинских чтений. - Чита, 2002. - С.153-154.

29. Шадрунова, И.В., Горбатова, Е.А., Власов, С.И. Обоснование целесообразности применения комбинированных флотационно-гидрометаллургических схем при переработке медно-цинковых руд / И.В.Шадрунова, Е.А.Горбатова, С.И.Власов // Развитие идей И.Н. Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии: Тезисы докладов Плаксинских чтений. - Чита, 2002. - С.154-155.

30. Большакова, Т.В., Радченко, Д.Н., Горбатова, Е.А., Власов, С.И. Ультразвуковая и электрохимическая интенсификация сернокислотного выщелачивания природного и . техногенного медьсодержащего сырья / Т.В.Большакова, Д.Н.Радченко, Е.А.Горбатова, С.И.Власов // Молодежь и наука - третье тысячелетие: Сборник материалов межрегионального научного фестиваля. - Красноярск, 2002. -С. 158- 159.

31. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А. Геотехнологическая подготовка медноколчеданных руд Узельгинского месторождения к промышленному освоению / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова // Комбинированная геотехнология: развитие

способов добычи и безопасность горных работ: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С.64 - 65.

32. Lila др у нова, И.В.. Сыром ятникова, Н.В., Горбатова, Е.А. Отчистка медьсодержащих промышленных стоков на техногенных геохимических барьерах / И.В.Шадрунова, Н.В.Сыромятникова, Е.А.Горбатова // Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасности горных работ: Сборник статей международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. -С.183- 189.

33. Шадрунова, И.В., Горбатова, Е.А. Особенности распределения платины и платиноидов по продуктам обогащения медно-цинковых руд / И.В.Шадрунова, Е.А.Горбатова // Современные методы оценки технологических свойств трудно-обогатимого и нетрадиционного минерального сырья благородных металлов и алмазов, прогрессивные технологии их переработки: Тезисы докладов Плаксин-ских чтений. Иркутск, 13-17 сентября 2004 г. - М.:Альтекс, 2004. - С.39 - 40.

34. Гришина. Е.А., Горбатова, Е.А. Исследование условий механизма фазовых переходов медных и цинковых минералов в процессе геотехнологической подготовки колчеданных месторождений / Е.А.Гришина. Е.А.Горбатова // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сборник рефератов научно-исследовательских работ студентов. - Челябинск: Изд-во ЮУрГу, 2005. - С.89 - 90.

35. Рыльникова, М.В., Горбатова, Е.А., Лапин, В.А. Технология подземной разработки некондиционных руд медноколчеданных месторождений с предварительным обогащением на месте залегания / М.В.Рыльникова, Е.А.Горбатова,

B.А.Лапин // Труды международной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук». - Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2006. -

C.309 - 315.

36. Орлов, М.П., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Исследование процессов вторичного минералообразования в техногенных массивах / М.П.Орлов, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. - С.85 - 86.

37. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Методика подбора состава комплексного растворителя для выщелачивания руд сложного вещественного состава / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко II Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. - С.87 - 88.

38. Емельяненко, Е.А., Радченко, Д.Н., Горбатова, Е.А. Особенности процессов техногенного минералообразования при сернокислотном кучном выщелачивании медноколчеданных руд / Е.А.Емельяненко, Д.Н.Радченко, Е.А.Горбатова // Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. - С. 109 -111.

39. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А., Ангелова, Е.И. Особенности техногенного преобразования недр Сибайского горнопромышленного района / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко, Е.И.Ангелова // Комбинированная геотехноло-

гия: развитие физико-химических способов добычи: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007.-С. 113-114.

40. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А., Бобощенко, A.A. Рекультивация техногенных отвалов на примере Учалинского месторождения / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова, A.A.Бобощенко // Материалы 66-й научно-технической конференции: Сборник докладов. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. - Т 1. - С. 224 -225.

41. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А., Ангелова, Е.И., Ангелов, В.А. Влияние комплексных растворителей на кинетику выщелачивания отходов обогащения медноколчеданных руд / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова, Е.И.Ангелова, В.А.Ангелов // Материалы 66-й научно-технической конференции: Сборник докладов. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. - С.226 - 230.

42. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Техногенное образование малахита и азурита на примере месторождения Бакр-Узяк / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Добыча, обработка и применение природного камня: Сборник научных трудов. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С.247 - 251.

43. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Изучение особенностей технологических свойств массива техногенных отходов Учалинского ГОКа после сернокислотного выщелачивания / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: Материалы международной научно-технической конференции, г. Сибай, 2007. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С.142 -148.

44. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А. Установление взаимосвязи процессов техногенного минералообразования с особенностями минерального состава и структурно-текстурных характеристик пород, слагающих диабазовые отвалы Учалинского ГОКа / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова // Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: Материалы международной научно-технической конференции, г. Сибай, 2007. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С. 148 -156.

45. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Технологическая характеристика техногенного сырья медноколчеданных месторождений / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр земли: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С. 149 -150.

46. Ангелов, В.А., Ангелова, Е.И., Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Хво-стохранилище отходов медноколчеданных руд как техногенный минеральный объект (на примере хвостохранилища УГОКа) / В.А.Ангелов, Е.И.Ангелова, Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Материалы 67-й научно-технической конференции. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - Т, 1. - С. 141 - 143.

47. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Геотехнологические типы техногенного сырья медноколчеданных месторождений / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр земли: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С. 150-152.

48. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А. Методика подбора состава растворителя для извлечения ценных компонентов из техногенных отходов медноколче-данных месторождений / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова //Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы международной научно-технической конференции. — Екатеринбург: Изд-во «Форт Диалог-Исеть», 2010. - С.237 — 241.

49. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Моделирование режимов выщелачивания ценных компонентов из техногенных отходов медноколчеданных месторождений / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы международной научно-технической конференции. — Екатеринбург: Изд-во «Форт Диалог-Исеть», 2010. -С.241 —243.

50. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А., Колесатова, О.С. Подсчет объемов горных пород по результатам маркшейдерской съемки (на примере Среднеураль-ского месторождения) / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова, О.С.Колесатова //Добыча, обработка и применение природного камня: Сборник научных трудов. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. - С.126 - 130.

51. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А., Колесатова, О.С. Маркшейдерские наблюдения за устойчивостью бортов карьеров при отработке локальных рудных тел медноколчеданных месторождений Южного Урала / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова, О.С.Колесатова //Международный научно-промышленный симпозиум «Уральская горная школа — регионам», г. Екатеринбург, 12 — 21 апреля 2010: Сборник докладов. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2010. - С. 186 — 196.

52. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А., Колесатова, О.С. Техногенное ми-нералообразование при кучном выщелачивании хвостов обогащения медноколчеданных руд / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко, О.С.Колесатова // Международный научно-промышленный симпозиум «Уральская горная школа — регионам», г. Екатеринбург, 12 — 21 апреля 2010: Сборник докладов. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2010. - С. 196 — 198.

53. Горбатова, Е.А. Формирование нетрадиционного рудного сырья в единой геолого-технологической системе колчеданных месторождений Южного Урала/ Е.А.Горбатова // V Сибирская Международная конференция Молодых ученых по наукам о Земле. - Новосибирск: СО РАН, 2010. - С.67 — 70.

54. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А., Колесатова, О.С. Перспективы использования забалансовых вкрапленных руд Сибайского месторождения в качестве поделочного камня при комплексном освоении медноколчеданных месторождений Южного Урала / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко, О.С.Колесатова // Добыча, обработка и применение природного камня: Сборник научных трудов. -Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. - С. 153 - 157.

55. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А., Колесатова, О.С. Маркшейдерское обеспечение управления качеством руд при оценке изменчивости качественных показателей месторождения / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко, О.С.Колесатова //Добыча, обработка и применение природного камня: Сборник научных трудов. -Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. - С.46 — 50.

56. Горбатова, Е.А. Минералого-технологические исследования хвостов обогащения медно-цинково-колчеданных руд Юбилейного месторождения / Е.А.Горбатова // Минералого-технологическая оценка месторождений полезных ископаемых и проблемы раскрытия минералов: Сборник статей по материалам докладов V Российского семинара по технологической минералогии. - Петрозаводск: КНЦ РАН, 2011. - С.97 -101.

57. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Технологическая характеристика хвостов обогащения Учалинского горно-обогатительного комбината / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // Комбинированная геотехнология: Комплексное освоение и сохранение недр Земли: Труды международной научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2009: Сборник трудов. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. - С.84 -91.

58. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А., Аверьянов, К.А. Использование породных отвалов в качестве дополнительного источника минерального сырья при комплексном освоении медноколчеданных месторождений Южного Урала. / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко, К.А.Аверьянов // Проблемы недропользования: Материалы V Всероссийской молодежной научно-практической конференции (с участием иностранных ученых) 8-11 февраля 2011 г. ИГД УрО РАН. - Екатеринбург: УрО РАН, 2011. - С.82-88.

59. Горбатова, Е.А., Емельяненко, Е.А. Геотехнологические типы техногенного сырья медноколчеданных месторождений / Е.А.Горбатова, Е.А.Емельяненко // 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.

60. Горбатова, Е.А., Кильдибаев, Д.М. Статистическое распределение дисперсного состава текущих хвостов обогащения колчеданных руд / Е.А.Горбатова, Д.М.Кильдибаев, // Нефтегазовое и горное дело: Тезисы докладов IV Всероссийской конференции, Пермь, 16-18 ноября 2011 г. - Пермь: Изд-во ПНИПИ, 2011.-С.116.

61. Горбатова, Е.А., Аглиуллина, Е.Р. Геометризация качественных показателей Узельгинского месторождения / Е.А.Горбатова, Е.Р.Аглиуллина // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И Носова, 2011. - № 1. - С.З 8 - 40.

62. Горбатова, Е.А., Зарецкий, М.В., Дюскина, А.И. Экспертная система в проектировании технологических процессов в гидрометаллургии / Е.А.Горбатова, М.В.Зарецкий, А,И .Дюскина // BicmiK нашонального техничного ушверситету «ХП1». 36ipHiiK наукових праць. Тематичний випуск: Hoei ршення в сучасних технолопях. Харюв: НТУ «ХП1» - 2012. - № 62. - С. 40-45.

63. Горбатова, Е.А., Гришин, И.А. Классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала / Е.А.Горбатова, И.А.Гришин // Методы оценки технологических свойств минералов и их поведение в технологических

процессах: Сборник статей по материалам докладов VI Российского семинара по технологической минералогии. - Петрозаводск: КНЦ РАН, 2012. - С.93-97.

64. Горбатова, Е.А. Систематизация горно-геологических факторов формирования технологических свойств текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала / Е.А.Горбатова // Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых: Сборник научных трудов. - Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова, 2012. - С.138 - 149.

65. Горбатова, Е.А., Зарецкий, М.В., Дюскина, А.И. Компьютерное моделирование равновесных многокомпонентных систем в гидрометаллургии / Е.А.Горбатова, М.В.Зарецкий, А.И.Дюскина // Информационные технологии и системы: Материалы I международной конференции, Банное, Россия, 28 февр.-4 марта 2012 г. - Челябинск: Изд-во ЧелГУ, 2012. - С.88-89.

66. Горбатова, Е.А., Зарецкий, М.В., Дюскина, А.И. Трехмерное моделирование многокомпонентных систем в гидрометаллургии / Е.А.Горбатова, М.В.Зарецкий, А.И.Дюскина II 1нформащйш технологи: наука, технолпя, осв1та, здоров'я: Тези доповщей XX м^жнародно! науково-практично'1 конференций Харюв, 15-17 травня 2012 р., в 4-х частинах. - Харюв, вид-во НТУ «ХП1», 2012 -ч. 4. - С.13.

67. Горбатова, Е.А., Кондратюк, Г.Б. Особенности морфоструктурного состава отходов обогащения медноколчеданных руд / Е.А.Горбатова, Г.Б.Кондратюк II Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых: Тезисы докладов V Всероссийской конференции, Пермь, 14-16 ноября 2012 г. - Пермь: Изд-во ПНИПИ, 2012. - С.99.

68. Горбатова, Е.А., Наумова, К.С. Создание базы данных «Природно-технологические характеристики хвостов обогащения» / Е.А.Горбатова, К.С.Наумова // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых: Тезисы докладов V Всероссийской конференции, Пермь, 14- 16 ноября 2012 г.-Пермь: Изд-во ПНИПИ, 2012.-С.109.

69. Горбатова, Е.А., Тимошенко, А.Е. Влияние морфоструктурного состава отходов обогащения медноколчеданных руд на интенсивность процессов выщелачивания / Е.А.Горбатова, Е.А.Тимошенко // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых: Тезисы докладов V Всероссийской конференции, Пермь, 14-16 ноября 2012 г. - Пермь: Изд-во ПНИПИ, 2012.-С.121.

70. Якушина, O.A., Горбатова, Е.А., Ожогина, Е.Г., Хозяинов, М.С. Рентгеновская микротомография для изучения техногенных отходов металлургических производств - шлаков и окатышей / О.А.Якушина, Е.А.Горбатова, Е.Г.Ожогина, М.С.Хозяинов // Материалы первой Всероссийской научной конференции «Практическая микротомография», Казань, 5-7 декабря 2012 г. - Казань: КНИТУ, 2012. -С.44-48.

71. Горбатова, Е.А. Классификация отходов обогатительного передела // Минералогия техногенеза - 2012: Сборник докладов научного семинара. - Миасс: ИМин УрО РАН, 2013. - С.220 - 226.

72. Горбатова, Е.А., Колкова, М.С. Методические основы минералого-технологической оценки отходов обогатительного передела колчеданных руд

Южного Урала / Е.А.Горбатова, М.С.Колкова // Маркшейдерское и геологическое обеспечение горных работ: Сборник научных трудов. Магнитогорск: Изд-во ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2013. - С.150 - 155.

73. Горбатова, Е.А., Зарецкий, М.В., Шияхметова, И.З. Гибридная экспертная система в гидрометаллургии / Е.А.Горбатова, М.В.Зарецкий, И.З.Шияхметова // Информационные технологии и системы: Материалы Второй международной конференции. - Челябинск: Изд-во ЧелГУ, 2013. - С.157 - 159.

74. Горбатова, Е.А., Зарецкий, М.В., Шияхметова, И.З. Создание базы данных отходов обогатительного передела колчеданных руд Южного Урала / Е.А.Горбатова, М.В.Зарецкий, И.З.Шияхметова // Минералогия техногенеза -2013: Сборник докладов научного семинара. - Миасс: ИМин УрО РАН, 2013. -С.210-214.

75. Емельяненко, Е.А., Горбатова, Е.А. О подготовке горных инженеров маркшейдеров в ФГБОУ ВПО "МГТУ" / Е.А.Емельяненко, Е.А.Горбатова // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции, 19 апреля 2013 г. - Акъяр, 2013. - С.24-27.

Подписано в печать 5.07.2013. Формат 60x84/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.2,0. Тираж 100 экз. Заказ 408.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

13-10303

2012342887

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Горбатова, Елена Александровна, Москва

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

05201351303 На правах рукописи

ГОРБАТОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

МИНЕРАЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ РУД ЮЖНОГО УРАЛА

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогический наук

Научный консультант д.г.-м.н. Е.Г. Ожогина

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ВЛИЯНИЕ ГЕНЕЗИСА КОЛЧЕДАННЫХ РУД И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ НА ПРИРОДНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТХОДОВ ОБОГАТИТЕЛЬНОГО ПЕРЕДЕЛА 10

1.1. Геологическое строение колчеданных месторождений Южного Урала 10

1.2. Особенности состава и строения колчеданных руд 26

1.3. Генезис колчеданных месторождений Южного Урала 34

1.4. Применяемые технологии добычи и переработки руд колчеданных месторождений 42 1.5 Накопление отходов обогатительного передела 47

2. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МИНЕРАЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ

ПРИРОДНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТХОДОВ 53

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И УЧЕТ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ РУД ЮЖНОГО УРАЛА 67

3.1. Специфика методики исследования отходов обогащения колчеданных руд 67

3.2 Классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд 76

4. ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА И СТРОЕНИЯ РУД КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ 89

4.1. Состав и структурно-текстурные характеристики колчеданных руд разных промышленных сортов 89

4.2. Характеристика текущих хвостов обогащения 119

5. ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ВЫБОРА СПОСОБА ПЕРЕРРАБОТКИ ТЕКУЩИХ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ 155

5.1 Опыт переработки и утилизации хвостов обогащения 155

5.2 Минералогические критерии оперативной оценки целесообразности и эффективности технологии переработки или утилизации 171

5.3 База данных 177

5.4 Применение технологии выщелачивания 182 ВЫВОДЫ 189 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 191

ВВЕДЕНИЕ

Минерально-сырьевая база цветной металлургии играет важную роль в развитии промышленного потенциала России и формировании ее макроэкономических показателей. Доля России в мировом производстве шести основных видов цветных металлов (алюминий, медь, никель, олово, свинец, цинк) составляет около 8,5%. На экспорт поставляются порядка 80% от общего объема производства основных цветных металлов и 70% от общего объема производства редких металлов [229].

По балансовым запасам цинка Россия находится на третьем месте в мире, уступая Китаю и Австралии. В недрах Российской Федерации заключено 61,5 млн т цинка - 9% его мировых запасов. Перспективы расширения минерально-сырьевой базы цинка сравнительно невелики -прогнозные ресурсы цинка России на начало 2010 г. оцениваются в 64,6 млн т, что составляет лишь около 3% мировых, причем на долю наиболее изученных ресурсов категории Р1 приходится только 14% их количества [226, 227].

Крупные запасы и ресурсы этого металла сосредоточены в Уральском регионе. Здесь в восьми металлогенических зонах сконцентрирована почти пятая часть российских запасов, заключенных в объектах цинково-медно-колчеданного геолого-промышленного типа месторождений, крупнейшими из них являются Учалинское, Узельгинское, Гайское и Новоучалинское. Руды этих месторождений являются комплексными, они содержат, помимо цинка, медь, золото, серебро и другие полезные компоненты. Содержания цинка в них меняются в широких пределах: от 0,17 до 5,5%, в наиболее крупных объектах - от 0,5 до 4,3%.

Прогнозные ресурсы цинка зон Уральского региона составляют 19,3 млн т, однако значительные перспективы прироста запасов имеют только Учалино-Ащебутакская, Сибайская и Тубинско-Гайская металлогенические зоны в Республике Башкортостан, Оренбургской и Челябинской областях [226, 227].

По запасам меди Россия находится на пятом месте в мире после Чили, США, Перу и Австралии. Балансовые запасы металла за последние два года увеличились на 3,3 млн т, прогнозные ресурсы почти на четверть, составив 60 млн т меди (на 01.01.2010 г.). В месторождениях медноколчеданного и цинково-медно-колчеданного типов на Южном и Среднем Урале сосредоточено более четверти запасов меди России. Большинство из них расположено в Тагило-Магнитогорской зоне Урала, а отдельные объекты находятся в Восточно-Уральской зоне. Наибольшие запасы руды локализованы в Гайском, Подольском и Юбилейном месторождениях. Прогнозные ресурсы уральских металлогенических зон суммарно оцениваются в 20,3 млн т меди или более трети российских, в том числе 30%

суммарных ресурсов категории Р1 (3,8 млн т меди). Наиболее высоко оценивается вероятность прироста запасов меди в медно-колчеданных объектах в Катенинско-Поляновской и Тубинско-Гайской металлогенических зонах, здесь сосредоточено соответственно 40 и 14 % российских ресурсов категории Рь В то же время растет значение месторождений меднопорфирового геолого-промышленного типа [228].

Российские запасы меди и цинка на протяжении последнего десятилетия сокращаются, и это происходит на фоне роста их добычи. Производительность Учалинского рудника составляет 1,7 млн т/год руды, Узельгинского - 3,394 млн т/год руды, Сибайского - 1,120 млн т/год руды, Майского - 0,095 млн т/год руды, Александринского - 0,45 млн т/год руды, Юбилейного -1,4 млн т/год руды [221, 222, 223, 224, 230].

Горно-обогатительные предприятия Южного Урала испытывают масштабные снижения своего сырьевого потенциала, вызванные истощением минерально-сырьевой базы и изменением качественных характеристик и технологических свойств полезных ископаемых, усложнением условий эксплуатации месторождений и сокращением финансирования геологоразведочных работ. Динамика изменения качества добываемых руд цветных металлов отражает систематическое снижение содержания в них полезных компонентов, усложнение морфоструктурного состава, обусловленного полиминеральностью и неблагоприятными текстурно-структурными характеристиками, а также близостью технологических свойств рудообразующих минералов. Она усиливается вследствие увеличения степени разубоживания добываемой горной массы и валовой выемки промышленных сортов руды, что приводит к более полному извлечению сырья из недр.

Проблема дефицита запасов цветных металлов делает актуальным не только создание эффективных технологий переработки добываемых руд, но и поиск дополнительных источников. В качестве потенциальных минеральных ресурсов, необходимых для расширения сырьевого потенциала горных предприятий, в последние годы все чаще рассматриваются отходы горно-обогатительного комплекса, характеризующиеся повышенным содержанием полезных компонентов и доступностью их разработки.

Отходы горно-обогатительного комплекса привлекают серьезное внимание, вызванное их экологической опасностью для населения, создаваемой вредным влиянием отходов на окружающую среду, а также возможностью их использования в качестве вторичных минерально-сырьевых ресурсов. Некоторые техногенные образования представляют собой несомненную ценность в качестве сырья для дополнительного извлечения металлов, других попутных продуктов и производства строительных материалов. Несмотря на большие объемы техногенных отходов, в переработку вовлекаются не более 20 % годового образования вскрышных пород, около 10 % отходов обогащения и около 40 % шлаков [52].

В России добыча и обогащение медных и комплексных медьсодержащих руд осуществляется на 15 крупных предприятиях Уральского, Сибирского и Кавказского регионов. Попутную добычу ведут Сорский, Приморский и Солнечный горно-обогатительные комбинаты, разрабатывающие молибденовое, вольфрамовое и оловянное месторождения.

Анализ технологий переработки колчеданных руд на предприятиях Южного Урала показал, что в процессе обогатительного передела на Бурибайской обогатительной фабрике получают медный концентрат, на Учалинской, Александринской и Сибайской - медные и цинковые концентраты, а на Гайской - дополнительно к медному и цинковому получают гравитационный золотосодержащий концентрат. Большая часть перерабатываемой минеральной массы (в среднем 80-90 %) переходит в отходы, содержащие значительную часть цветных и благородных металлов.

Для вовлечения отходов обогащения руд в переработку разработаны следующие методы: репульпация хвостов с последующей дофлотацией; классификация с доизмельчением песковой фракции и с последующей флотацией; гравитационные методы обогащения с последующей флотацией; автоклавного окислительного выщелачивания; агитационного чанового выщелачивания; кучного бактериально-химического выщелачивания; кучного выщелачивания хвостов обогащения после их предварительного окомкования. Но в настоящее время технологий массовой переработки текущих хвостов обогащения, позволяющих реализовать в рамках горно-обогатительного предприятия наиболее полное и комплексное извлечение металлов, не существует, поэтому хвосты в большей своей части складируются на обширных полигонах и могут представлять интерес для извлечения металлов в будущем. Отходы обогащения непрерывно поступают в хранилища. Так, ежегодно на Урале образуется 6,5 млн т хвостов обогащения медных и медно-цинковых руд.

В регионе накоплено свыше 220 млн т хвостов обогащения. В Республике Башкортостан -80,5 млн т хвостов обогащения: Учалинский ГОК - 51 млн т, Сибайский филиал «Учалинский ГОК» - 23 млн т, Бурибайский ГОК - 6,5 млн т. В хвостохранилищах Гайского ГОКа (Оренбургская область) складировано 9,1 млн т отходов обогатительного передела.

В законсервированных хвостохранилищах обогатительных фабрик находится более 46 млн т отходов, содержащих более 0,33 % меди, 0,5 % цинка и 28,2 % серы. При хранении отходы подвергаются интенсивному гипергенезу, что приводит к изменению их технологических свойств. Происходит формирование вторичных сульфатов, карбонатов и гидроксидов, а также образование легкорастворимых минеральных фаз с последующей их миграцией и безвозвратной утратой.

Специалистами ряда институтов (ИПКОН РАН, УГГА, ИГД УрО РАН, ДВГТУ, НИИ Минералогии УрО РАН, МГТУ, «Механобр инжиниринг») проанализированы вещественный

состав и дисперсность текущих хвостов обогащения руд цветных металлов, закономерности пространственного распределения и изменения минералов в хвостохранилищах обогатительных фабрик Южного Урала и Приморского края. Однако вопросы минералого-технологической оценки хвостов обогащения колчеданных руд методами технологической минералогии, позволяющей обосновать выбор технологии переработки или утилизации с позиции их комплексного освоения, изучались весьма слабо.

Цель и задачи

Цель работы - прогнозная минералого-технологическая оценка текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, обеспечивающая выбор технологии их переработки или утилизации.

Основные задачи:

1. Выявить черты сходства и различия отходов обогатительного передела колчеданных руд разных формационных типов на основе их морфоструктурного состава и технологической схемы получения.

2. Установить факторы, определяющие природные и технологические характеристики отходов обогащения.

3. Идентифицировать и типизировать текущие хвосты обогащения на основе их технологических характеристик.

4. Адаптировать методику минералого-технологической оценки текущих хвостов обогащения колчеданных руд.

5. Разработать математическую модель оценки качества отходов обогатительного передела с последующим выбором технологии их переработки или способа утилизации.

Научная новизна

Сформулированы минералого-технологические критерии, определяемые

технологическими характеристиками отходов обогащения, которые позволяют прогнозировать обоснованную целесообразность вовлечения их в переработку на современном этапе развития науки и техники и способы их переработки.

Практическая значимость работы

Методология и методы исследования

Обоснованность результатов и научных выводов работы обеспечена большим объемом выполненных экспериментов с применением комплекса минералого-аналитических методов исследований: масс-спектроскопии, оптической и электронной микроскопии, рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА), рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), рентгеновской томографии, метода лазерной дифракции. Испытаны физико-химические и физические методы обогащения минерального сырья в лабораторных и промышленных условиях. Обработка результатов экспериментов и математическое моделирование произведены с применением программных продуктов «БТАТ^ПКА» и «МАТЪАВ».

Положения, выносимые на защиту

1. Природные и технологические характеристики отходов обогащения колчеданных руд (гранулярный и минеральный состав, особенности их изменения) определяются формационным, фациальным, метаморфическим и тектоническим факторами, а также способами и системами разработки месторождений, рудоподготовкой и обогащением руд.

3. Выделяются три морфологические группы хвостов обогащения, отличающиеся извлечением полезных компонентов. Первая группа - хвосты кристаллически-зернистой структуры, обеспечивающей свободный доступ растворителя к минералам и максимальное извлечение цветных металлов в продуктивный раствор. Вторая группа — хвосты сложного строения и неоднородного состава с затруднительным доступом растворителя к минералам и последующим растворением. Третья группа - хвосты с весьма сложным структурным рисунком, определяющим низкие показатели извлечения металла.

Степень достоверности и апробация результатов

Фактический материал, положенный в основу работы, получен автором на протяжении более 10 лет работы в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический универс

Информация о работе

Горбатова, Елена Александровна
доктора геолого-минералогических наук
Москва, 2013
ВАК 25.00.05

Диссертация

Минералого-технологическая оценка отходов обогащения колчеданных руд Южного Урала - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы