Обоснование способов интенсификации выщелачивания ценных компонентов при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений

Ангелова, Елена Ивановна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование способов интенсификации выщелачивания ценных компонентов при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование способов интенсификации выщелачивания ценных компонентов при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений"

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

АНГЕЛОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ

Специальности: 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная), 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 ОКТ 2013

Магнитогорск - 2013

005535226

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научные руководители: Доктор технических наук, профессор

Рыльникова Марина Владимировна

доктор технических наук, профессор, академик АН Республики Таджикистан Соложенкин Петр Михайлович

Официальные оппоненты: Зотеев Олег Вадимович,

доктор технических наук, профессор ИГД УрО РАН, заведующий лабораторией геомеханики

Дегодя Елена Юрьевна кандидат технических наук, доцент кафедры ОПИ ФГБОУ ВПО « МГТУ им. Г.И. Носова»

Ведущая организация: ' ФГБОУ ВПО «Уральский государственный

горный университет», г. Екатеринбург

Защита состоится 30 октября 2013 г. в II00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212 111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «28» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Корнилов Сергей Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В результате длительного освоения георесурсов и интенсивного наращивания производительности горных предприятий, на земной поверхности образовано большое количество техногенных объектов, представленных отходами горнообогатительного и металлургического производств: вскрышные породы, бедные и труднообогатимые руды, текущие и лежалые хвосты обогащения руд, шламы и шлаки горно-обогатительного и металлургического производств, промышленные стоки. Содержание ценных компонентов в некоторых техногенных отходах сопоставимо со вновь вовлекаемым в разработку природным минеральным сырьем. Именно поэтому актуальность поиска эффективных технологий освоения техногенных объектов не вызывает сомнений. Данные объекты также представляют собой источник повышенной экологической опасности для окружающей среды. Отходы не могут быть эффективно вовлечены во вторичную эксплуатацию известными физико-техническими методами переработки. В этой связи особую значимость приобретают вопросы развития физико-химических технологий на базе интенсификации основных и вспомогательных процессов добычи и переработки руд и техногенного сырья для повышения эффективности и комплексности освоения рудных месторождений.

Использование процессов подземного шахтного, скважинного и кучного выщелачивания медно-колчеданного сырья сдерживается рядом причин: недостаточной изученностью техногенной сырьевой базы; специфическими технологическими свойствами труднообогатимых руд и отходов добычи и переработки; низкими показателями извлечения ценных компонентов; длительностью процессов выщелачивания; сложностью управления процессами фильтрации растворов в массиве и в штабеле кучного выщелачивания; отсутствием широко апробированных технологических решений по интенсификации процессов выщелачивания. Поэтому поиск новых реагентов, способов воздействия на природное и техногенное сырье с целью повышения интенсивности выщелачивания ценных компонентов представляет собой весьма актуальную задачу.

Целью работы является выбор эффективного способа интенсификации процессов физико-химической геотехнологии при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений для повышения извлечения ценных компонентов из бедного природного и техногенного сырья.

Идея работы - повышение интенсивности и полноты извлечения ценных компонентов при выщелачивании бедного природного и техногенного сырья обеспечивается за счет дифференцированного подбора рациональных сочетаний физико-технических, физико-химических и биохимических методов воздействия на отдельных стадиях выщелачивания.

Задачи исследований:

- обобщение опыта разработки рудных месторождений физико-химической геотехнологией, переработки бедных руд и техногенного сырья выщелачиванием изучение их вещественного состава, структурных характеристик, физико-

механических свойств и анализ основных направлений интенсификации процессов физико-химической геотехнологии;

- классификация направленных методов воздействия на горный и техногенный массивы и обоснование их рациональной комбинации для повышения интенсивности выщелачивания ценных компонентов из медно-колчеданного сырья;

- оценка влияния особенностей строения окомкованного дисперсного техногенного сырья на эффективность процессов кучного выщелачивания меди и цинка с направленным интенсифицирующим воздействием;

- изучение влияния состава комплексного растворителя, воздействия физических полей на интенсивность процессов выщелачивания ценных компонентов из природного и техногенного медно-колчеданного сырья;

- разработка алгоритма выбора способа интенсификации стадий выщелачивания ценных компонентов из природного и техногенного медно-колчеданного сырья;

- оценка экономической эффективности технологических решений по повышению извлечение ценных компонентов путем направленного внешнего воздействия на процессы выщелачивания.

Объеюгы исследований. Бедные, труднообогатимые медно-цинковые руды Западно-Озерного месторождения и хвосты обогащения медно-цинково-колчеданных руд Учалинской обогатительной фабрики.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение опыта формирования техногенных месторождений и переработки техногенного сырья; физико-механические исследования; минераграфический, химический и рентгенофазовый анализ; сканирующая электронная микроскопия, инфракрасная спектроскопия; лабораторные и опытно-промышленные эксперименты, направленные на определение основных технологических свойств сырья и обоснование параметров технологии; молекулярное моделирование сульфидных минералов и растворителей, а также планирование и обработка результатов современными методами математической статистики, технико-экономические расчеты.

Положения, выносимые на защиту:

1. Выбор рациональных методов интенсификации выщелачивания медно-колчеданного сырья с учетом условий взаимодействия выщелачивающего агента и рудных минералов на различных стадиях, ограничивающих интенсивность процесса, должен производиться определенными для данной стадии методами воздействия.

2. При подземном скважинном выщелачивании вкрапленных медных руд разной степени окисленности, воздействие на массив импульсного электрического тока на стадии подвода реагента в течение 7-12 ч при размещении источника колебаний в откачных и закачных скважинах повышает их дебит не менее чем в 2,5-3 раза.

пористости и увеличения в среднем в 2 раза прочности окатышей на всех стадиях выщелачивании в кислых средах и при ультразвуковой обработке массива.

4. Повышение показателей извлечения меди и цинка в продуктивный раствор выщелачивания ценных компонентов из окомкованных хвостов обогащения медно-колчеданных руд в 1,7 и 2,3 раза достигается при совокупном действии в рабочем цикле выщелачивания 2%-ной серной кислоты с добавлением 0,3 г/дм3 технического лигносульфоната (ЛСТ) и обработкой штабеля ультразвуком частотой 15 кГц, мощностью 1,5 Вт/см2. Для труднообогатимых медно-цинковых колчеданных руд повышение показателей извлечения меди в 2 раза и цинка в 1,5 раза обеспечивается совместным действием комплексного растворителя, содержащего 2%-ную серную кислоту с добавлением 15 г/дм3 Ре2(804)3 и 0,3 г/дм3 ЛСТ.

Научная новизна работы состоит:

1. В классификации методов Интенсификации процессов физико-химической геотехнологии, которая отличается тем, что позволяет обоснованно, с учетом вещественного и гранулометрического состава природного и техногенного медно-колчеданного сырья выбрать рациональные сочетания методов интенсифицирующего воздействия на различных стадиях выщелачивания.

2. В разработке алгоритма выбора рационального способа интенсификации выщелачивания ценных компонентов из отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд, предусматривающего последовательное изменение сочетания методов интенсифицирующего воздействия на массив выщелачивания в зависимости от особенностей стадии выщелачивания и вещественного состава сырья.

3. В установлении механизма интенсифицирующего воздействия химических добавок - лигносульфоната технического и серной кислоты на процессы взаимодействия выщелачивающего агента и рудных минералов на границе раздела фаз.

4. В разработке состава комплексного реагента-растворителя, состоящего из раствора серной кислоты концентрации С=2 г/дм3, технического лигносульфоната (ЛСТ) С=0,3 г/дм3 и Ре2(804)з С=15 г/дм3, позволяющего повысить извлечение меди и цинка при выщелачивании труднообогатимой медно-цинковой руды, соответственно в 2 и 1,5 раза.

5. В установлении зависимости прочности и пористости окатышей из обезвоженных текущих хвостов обогащения медно-колчеданных руд от расхода негашеной извести, гранулированного шлака медной плавки, концентрации серной кислоты.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, удовлетворительной сопоставимостью результатов теоретических, экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологических решений, позволяющих интенсифицировать процессы выщелачивания меди и цинка из природного и техногенного медно-колчеданного сырья.

Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственного контракта с Минобрнаукой РФ № 16.515.11.5065 (руководитель - ака-

демик РАН К.Н. Трубецкой). Основные положения диссертации использованы для разработки технологических схем выщелачивания бедного медно-колчеданного природного и техногенного сырья в условиях рудников Учалинского ГОКа. Рекомендации по электрохимической интенсификации скважинного выщелачивания апробированы в условиях скважинного выщелачивания медно-колчеданных руд Гумешевского месторождения.

Личный вклад автора состоит в обосновании методики и проведении исследований методов интенсификации выщелачивания ценных компонентов из медно-колчеданного сырья, систематизации методов интенсификации и разработке технологических схем физико-химической геотехнологии, обосновании методики выбора рационального способа подготовки сырья к выщелачиванию.

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международном совещании «Плак-синские чтения. Новые технологии обогащения и комплексной переработки трудно-обогатимого природного и техногенного минерального сырья» (Верхняя Пыщма, сентябрь 2011 г.); IV, VI, VII международных конференциях «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (Сибай, июнь 2007 г., Магнитогорск, май 2011 г., Магнитогорск, май 2013 г); Международном симпозиуме «Неделя горняка - 2013» (Москва, январь 2013 г.): 66, 67, 68, 69, 71 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета; VII всероссийской научно-практической конференции «Проблемы недропользования»,(г Екатеринбург, ИГД Уро РАН, 12-15 февраля 2013 г.); а также на технических советах Учалинского ГОКа.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 работах, в том числе 5 статей - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 130 наименований и содержит 175 страниц машинописного текста, 70 рисунков, 55 таблиц.

Автор выражает благодарность профессорам П.М. Соложенкину, М.В. Рыльниковой и В.Н. Калмыкову, к.т.н. Д.Н. Радченко, Е.А. Емельяненко, Х.Я. Гире-евой за ценные советы в подготовке диссертации, сотрудникам кафедры ПРМПИ и ОПИ Института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова, а также руководству ОАО «Учалинский ГОК» и ОАО «Уралэлектромедь» за организацию в проведении лабораторных и опытно-промышленных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ опыта добычи и переработки природного и техногенного сырья физико-химическими технологиями показал, что в настоящее время в России и за рубежом создан весомый научно-практический задел для реализации процессов выщелачивания. Несмотря на большой объем исследований и положительный опыт приме-

нения физико-химических технологий, на отечественных предприятиях в основном они применяются при эксплуатации окисленных медных и медно-цинковых руд. Широкое применение этих технологий для медно-колчеданного сырья сдерживается длительностью протекающих процессов, сложностью минерального и химического состава сырья, содержанием широкого спектра ценных компонентов в отходах добычи и переработке руд при относительно невысоком уровне их извлечения. Поэтому переработка такого сырья требует специальных подходов на основе создания прогрессивных ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих требуемый уровень извлечения ценных компонентов при минимальном воздействии на окружающую среду.

У истоков развития комплексного освоения природных и техногенных месторождений полезных ископаемых стояли сотрудники МГГУ, ИПКОН РАН, МИСиС, Унипромедь, ЦНИГРИ. Весомый вклад в решение проблемы эксплуатации техногенного сырья, изучение закономерностей процессов выщелачивания из них ценных компонентов внесли академики М.И Агошков, Е.А Вернадский, Н.В. Мельников, К.Н. Трубецкой, А.Е. Ферсман, В.А. Чантурия, чл.-корр. АН СССР С.С. Набойченко, И.Н. Плаксин, а также проф. В.Ж. Арене, Г.М. Вольдман, А.Е. Воробьев, А.Н. Зе-ликман, М.В. Рыльникова, П.М. Соложенкин, И.В. Шадрунова, М.И. Фазлуллин, Б.Д. Халезов, А.С.Черняк и др. Ими были заложены фундаментальные основы процессов выщелачивания и предложены пути решения проблем рационального природопользования и ресурсосбережения. В работах этих ученых также отражены вопросы комплексного освоения месторождений сочетанием процессов физико-технической и физико-химической геотехнологии. Особое внимание уделено разработке природных минеральных ресурсов совместно с техногенными в одном геотехнологическом цикле. Разработаны схемы выщелачивания металлов из руд и отходов их переработки и основные методы интенсификации геотехнологических процессов. Вместе с тем до настоящего времени одной из основных проблем является низкая скорость растворения металлов из упорного медно-колчеданного сырья и малый уровень извлечения ценных компонентов. Это сдерживает широкомасштабное применение этих технологий в промышленности, а данная проблема остается актуальной и в настоящее время.

Для изыскания эффективных технологий выщелачивания с направленными интенсифицирующими воздействиями изучался вещественный состав, структурные и физико-механические характеристики бедной труднооб'огатимой руды на примере Западно-Озерного месторождения и текущих хво.стов обогащения Учалинской обогатительной фабрики.

По результатам исследований медно-цинковых руд Западно-Озерного месторождения, представленных сплошными и вкрапленными разностями, установлено, что главными рудообразующими минералами являются первичные сульфиды (около 70%). Минераграфический анализ выявил наличие сростков халькопирита, сфалерита, теннантита, энаргита с пиритом, вторичными сульфидами меди, эмульсионное срастание которых составляет от 0,001 мм и не превышает 0,02 мм. В руде широко распространены вторичные сульфидные минералы (до 30%). Они, замещая халькопирит, образуют ореол вокруг него, от которого внутрь халькопирита отходят про-

жилки, вростки по спайности также заполняют трещины, проходящие через халькопирит. Помимо халькозина и ковеллина наблюдаются выделения борнита. Нерудная часть представлена кварцем, хлоритом, баритом, серицитом, кальцитом. Химический анализ исследуемой руды показал, что исходное содержание меди и цинка составляет соответственно 0,38% и 0,99%.

Для раскрытия сростков требуется тонкое измельчение руды, что приводит к переизмельчению и ошламованию вторичных минералов меди и снижению технологических показателей флотации: медный концентрат (3Си =11,56%; Р п = 20,46%, при этом извлечение меди составило 38,2%, а потери цинка - 50,7%. Поэтому данные руды относятся к категории труднообогатимых. Так как руда является пористой, трещиноватой и обладает высоким коэффициентом водопоглощения, была высказана идея ее переработки выщелачиванием.

Изучением вещественного состава и физико-механических характеристик текущих хвостов обогащения установлено, что основная масса отходов обогащения представлена сульфидами (до 65 - 75%) со средним медианным размером частиц 0,022 мм (рис.1, а). Большая часть хвостов представлена сростакми (до 89%): халькопирита с пиритом, а также халькопирита с пиритом и сфалеритом. Размер зерен рудных минералов в этих сростках колеблется от 0,001 до 0,04 мм (рис. 1, б, в).

с,01 %С1 ОМ 8,04 С.С2 0.05 С,07 523 О.СЗ 0,1 0,11 Класс црт-вяоста. мм 1 - по шюсу(хвосш) -®-2 - по ыинусу {хвоеш)

Рис.1. Вещественный состав текущих хвостов обогащения: а - гранулометрический состав; б - сростки пирита (1), халькопирита (2) и сфалерита(3); в - пирита (1) и халькопирита (2)

Исследованиями физико-механических свойств хвостов установлено, что их истинная плотность изменяется в широких пределах: 2,9 - 3,8 г/см , что является следствием в различии типов руд, перерабатываемых на Учалинской обогатительной фабрике. Средняя плотность хвостов составляет 2,91 г/см3, влажность текущих находится в пределах 80,5-85,5%, обезвоженных - 7-8%; пористость - 35%, коэффициент фильтрации - 0,0162 м/сут. Поэтому для эксплуатации текущих отходов обогащения медно-колчеданных руд физико-химической геотехнологией необходимо создать условия для обеспечения требуемых технологических свойств хвостов и определить эффективный способ интенсифицирующего воздействия.

На основе молекулярного моделирования кластеров ряда медных сульфидных минералов с использованием для определения оптимальной структуры и расчета значений атомных зарядов, энергии ВЗМО (верхней занятой молекулярной орбита-ли) и НСМО (нижней свободной молекулярной орбитали) кластеров минералов и

собирателей флотации созданы (сконструированы) модели различных минералов: пирита, халькопирита, ковеллина, халькозина и борнита, а также сульфата железами) Ре2(804)3. Определены молекулярные орбитали исследованных минералов и рассчитаны абсолютная жесткость минералов, электроотрицательность и степень переноса заряда. Теоретически обосновывали выбор растворителей сульфидных минералов. Изучена степень переноса заряда при растворении медных сульфидных минералов сульфатом железа:

СиРе82 + 2 Ре, (804)3 = Си804+5 Те804+28;

Си28 + Ре2(804)3 = Си804 +2 Ре804 +Си8;

Си8 + Ре2(804)3 = Си804 +2 Ре80„ +28;

Ре8 +Си804 =Ре804 +Си8.

Растворимость минералов сульфатом железа(Ш) соответствует ряду Си2Ре284> Си2Си828 > Си28 . Циклическая модель халькопирита имеет степень переноса значительно больше (2,851), чем простая модель СиРе82 (0,588). Полученные теоретические данные соответствуют практическим результатам.

Изучение кинетики выщелачивания некондиционной руды Западно-Озерного месторождения с соотношением Т:Ж=1:2, объемом 200 мл при концентрации серной кислоты, равной 5 %, проводилось в течение двух часов.

Как видно на рис. 2,а, полученные экспериментальные точки при различных температурах удовлетворительно укладываются на прямую линию, подчиняясь корреляционному уравнению Ь§Кср = -763,7(1/Т) + 0,0444 при значении коэффициента аппроксимации Я2= 0,9686, по наклону которой вычислена величина кажущая энергии активации (29,7 кДж/моль) для процесса сернокислотного выщелачивания меди в интервале температур 20-80 °С. Полученное значение энергии активации характеризуется тем, что взаимодействие Т:Ж лимитируется в смешанной области. Промежуточная стадия (смешанная область) характеризуется энергией активации, находящейся в диапазоне от 22-40 кДж/моль. Для нее характерны признаки, протекающие как в диффузионной области, так и в кинетической.

Для увеличения скорости выщелачивания руды Западно-Озерного месторождения, предложено перевести ее в другую область при использовании комплексного реагента 5%Н2804+ЛСТ+Ре2(804)3 (рис. 2,6). Полученные данные соответствуют корреляционному уравнению Ь§Кср = -155,11(1/Т)-1,651 при значении коэффициента аппроксимации Я2= 0,969. В этом случае вычисленная кажущая энергия активации уменьшилась до 15,3 кДж/моль. Это подтверждает то, что процесс выщелачивания был переведен в диффузионную область.

Как известно, если стадия взаимодействия твердого тела и выщелачивающего агента лимитируется диффузионной областью (Еэк=8-22 кДж/моль), то для ускорения процесса массообмена необходимо применять физико-технические методы интенсификации, такие как: перемешивание, послойная укладка частиц различной крупности, подготовка массива взрывом. Ускорить протекание данной стадии возможно при использовании физико-химических методов, таких как ультразвуковая обработка (УЗО), мощные электромагнитные импульсы (МЭМИ), поток ускоренных электронов (ПУЭ). Эти методы уменьшают внешнее и внутренее диффузионное сопротивление, увеличивают коэффициент молекулярной диффузии, способствуют

интенсивному массообмену и ускоряют протекание взаимодействия реагента и растворителя.

1Л

.¥-2,14 -2,16 -2.18 -12

13_&0 !<? 0/ % ¡У зз; (у? 334 ЦИ

5,11х -1.651 *

Я.

036

—Ликсйиаафа!)

-»-Е«я1

-Линейная (Ряд!)*

Рис. 2. Зависимость ЬяКср - 1/Т для процесса выщелачивания меди из некондиционной руды Западно-Озерного месторождения при воздействии: а - 5% Н2804; б - 5% Н2504+ЛСТ+Ре2(504)з; Т - температура по Кельвину; Кср - отношение степени превращения к изменению времени процесса

Исследованиями установлено, что при обосновании рациональной комбинации способов интенсификации процесса выщелачивания необходимо учитывать особенности сочетания технологических процессов, реагентов, внешних полей и пр. Например, одним из эффективных методов интенсификации процесса выщелачивания является биохимическое воздействие. Однако реализация данных технологий требует соблюдения условий жизнеобеспечения, культивирования, роста железо- и сероокисляющих бактерий, что затруднено при использовании одновременной комбинации агрессивных химических и физико-химических методов интенсификации. Испытания по изучению влияния электрохимически обработанной подотвальной воды на рост и окислительную активность мезофильных ацидофильных хемолито-трофных бактерий рода АысИМоЪасШиз проводили применительно к использованию подотвапьных вод Учалинского карьера. Результаты исследований выщелачивающих растворов Института микробиологии РАН свидетельствуют о нецелесообразности сочетания электрохимической обработки растворов и культивирования бактерий. Поэтому для интенсификации процесса подземного скважинного выщелачивания предпочтительно сочетание физико-технических методов с физико-химическими и химическими. Это подтвердила опытно-промышленная апробация технологии энергетической активации скважин, заключающейся в обработке массива медных руд разной степени окисленности, разрабатываемых методом подземного скважинного выщелачивания импульсным электрическим током с размещением источника импульсных электрических колебаний в откачных и закачных скважинах.

Испытания показали, что обработка подземного блока импульсным током частотой 15 Гц и мощностью 7 кВт/ч на стадии подвода реагента в течение 7-12 ч привела к повышению дебита скважин в 2,5 - 3,5 раза. В ходе проведения опытно-промышленных испытаний приемистость закачной скважины увеличилась от 30 до 100 %, а в откачной скважине производительность увеличилась в 3 раза. Электро-

воздействие позволило устранить кольматацию в прифильгровой зоне и частично реанимировать участки рудного тела между откачной и закачными скважинами.

На основе полученных результатов была разработана технологическая схема интенсификации скважинного выщелачивания, представленная на рис. 3. Использование разработанной технологической схемы позволяет восстанавливать и повышать производительность скважин путем комплексного энергетического воздействия на породы пласта через эксплуатационные скважины. Предложенная технология обеспечивает обработку скважины с поверхности без изъятия скважинного оборудования; небольшое время электровоздействия на пласт, в пределах 5-12 ч; значительное увеличение удельного дебита скважины, от 2 до 10 раз; высокую экономическую эффективность. Все это позволяет екомендовать разработанные технические решения для восстановления гидродинамических условий и производительности как отдельных скважин, так и в целом по блокам.

X - закачные скважины

2 - откачные скважины

3 - электроимпульсная обработка

4 — отстойник

5 — емкость с раствором серной кислоты

6 — емкости с модификатороми

7 - цех по переработки продуктивных растворов

Рис. 3. Горнотехническая система физико-химической геотехнологии с интенсификацией процессов подземного скважинного выщелачивания

Для вовлечения в эффективную переработку техногенного сырья перспективна комбинация физико-механических методов с физико-химическими, преимущественно электрохимической и ультразвуковой обработкой массива. При этом необходим обоснованный выбор рационального сочетания методов интенсификации. Например, необходимо учитывать, что энергетические методы интенсификации приводят к разрыву связей в окатышах и большому выносу тонкодисперсного материала. В результате образуется кольматационные процессы в штабеле и снижаются фильтрационные характеристики. Поэтому при грануляции тонкодисперсного сырья необходимо осуществлять подбор рационального состава компонентов смеси для образования прочных, пористых, кислотостойких окатышей, способных сохранять свои технологические свойства в течение всего цикла выщелачивания с использованием комбинации методов интенсифицирующего воздействия.

Для улучшения физико-механических свойств и формирования прочной структуры окатышей проведены лабораторные испытания по подбору рационального состава шихты и режима окомкования с подачей в состав упрочняющих добавок в виде негашеной извести и шлака медной плавки. Исследовались следующие составы смесей (от общей массы %): обезвоженные хвосты Учалинской обогатительной

фабрики - 65-95 %; гранулированный шлак медеплавильного производства - 5 %; негашеная обожженная известь - 5 - 30%, а также техническая вода; либо 2 % серной кислоты. Высокие прочностные характеристики и кислотостойкость показали составы: 5-30% извести, 5 % шлака, в присутствии 2 % серной кислоты.

Исследования физико-механических свойств окомкованных хвостов обогащения проводились с целью определения технологических показателей применительно к технологии кучного выщелачивания. Испытания образцов выполнялись по стандартным методикам с оценкой плотности окатышей, естественной и гигроскопической влажности, пористости, влагопоглощения.

Согласно приведенным исследованиям были построены графики зависимостей пористости (рис.4) и прочности (рис.5) окатышей от изменения содержания извести в шихте.

и ---------------------3 5 \----:--:-

Ж"

•О.МЯ*-'

S 10 15 20 25 59 35 Количество извести от обшей массы, %

-3 CVT- -©-7 сут.

-Полиномиальная (3 суг.) -Полиномиальна* (7 сут.)

Рис. 4. Изменение пористости в зависимости от изменения массовой доли извести в шихте при постоянной добавке 5 % доменного шлака

Рис.5.- Изменение предела прочности на сжатие сухих окатышей в зависимости от изменения массовой доли извести в шихте при постоянной добавке 5 % доменного шлака

Анализ графиков, представленных на рис.5, 6, свидетельствует, что при увеличении содержания извести до 10 % прочность окатышей растет до 3 МПа. Дальнейшее увеличение массовой доли извести в пробе приводит к уменьшению прочности окатышей при добавке 30 % извести до 1,7 МПа. Это связано с повышением пористости сырья, а также с наличием в шихте непрореагировавших частиц извести, которые снижают прочность окатышей.

Анализ результатов испытаний физико-механических характеристик окатышей показал, что наилучшими показателями прочности, пористости и водопоглоще-ния характеризуется состав, состоящий из хвостов 85 %, шлака 5 %, извести 10 % в присутствии 2 % серной кислоты.

Структуру и внутреннее строение окатышей до и после выщелачивания, геометрические параметров изображений изучали на анализаторе SIAMS - 700. Установлено, что пористость окатышей составляет 40-44 % при среднем размере пор 170 - 190 мкм. В процессе выщелачивания окомкованного материала закрытие пор не происходит, наблюдается увеличение их среднего размера до 250 мкм, что указывает на их объединение в процессе выщелачивания, выноса микродисперсных частиц. Электронной микроскопией и рентгенофазовым анализом показано получе-

ние высокопористых и высокопрочных окатышей (до 5-7МПа после выщелачивания), сохраняющих свою структуру при протекании двух последовательных циклов выщелачивания.

Микроскопическим картированием поверхности окатышей и рентгенофазовым анализом показано изменение элементного состава и соотношение фаз при увеличении гипсовой составляющей в 8 раз.

Полученные окатыши подвергались перколяционному выщелачиванию с направленными методами интенсифицирующего воздействия. В качестве модификаторов выщелачивания 2%-ной серной кислотой применяли лигносульфонат технический (ЛСТ), сульфат трехвалентного железа Ре2(804)3, исследовалась эффективность воздействия ультразвука на изменение активности раствора, а также комбинация данных методов воздействия. На рис. 6 представлены графики зависимостей извлечения меди и цинка от наличия в составе растворителя различных интенсифицирующих добавок.

Анализ графиков указывает на то, что наилучшее извлечение меди в раствор достигаются при использовании комбинированного воздействия ультразвука частотой 15 кГц, мощностью 1,5 Вт/см2 и добавки ЛСТ концентрации 0,3 г/дм3. При этом извлечение меди в раствор составляет 75 % и цинка 89 % за 60 сут, что соответственно в 1,7 и 2 раза выше по сравнению с базовыми составами .

§3

I 63 в

5 58 I 40 | 30

ч^Ш. 6 ------:—--ь^—н

...... жЛ^ЙиП.-Л'........им! .»|

Е=Л- ■ ___ • г

Ч1 |

0Г

100 90 * 80 £ 70 | 60 £ 50

1 «3

I»

й 20 Ш

------ __

.„>-*""""" 4............. V А :

Ш* Т....... __—^

Г-

л ,

.....

¿0

длительность выщелачиввтш, <уг.

! № 23 30 40 50 № 75 длительность выщелачивания, сут.

•нао» -т-ншт» -*нтем -и»««*

Рис. 6. Кинетика извлечения меди (а) и цинка (б) из хвостов обогащения в продуктивный раствор при воздействии: 1 - Н2804(база); 2 - ЛСТ+Н2804; 3 - У30+Н2804; 4 -Ре(Ш)+Н2304; 5 - Ре(Ш)+ЛСТ+Н2804; 6 - ЛСТ+У30+Н2804

Рациональный состав комплексного растворителя подбирался применительно к бедной руде Западно-Озерного месторождения. Исследования показали, что для выщелачивания данного типа сырья наиболее эффективна комбинация химических способов воздействия. Обработка массива растворами с добавкой 0,3 г/дм3 ЛСТ и 15 г/дм^е2(804)3 позволяет добиться увеличения извлечения меди в раствор на 42%, цинка на 27 %, что соответственно в 2 и 1,5 раза выше по сравнению с базовым опытом (рис.7).

Повышение показателей извлечения по сравнению с базовым опытом объясняется тем, что ЛСТ участвует в процессе комплексообразования. Изучение состава и структуры ЛСТ показало, что функциональные группы лигнина способны образовывать комплексы с ионами металлов в результате присоединения катионов металлов к двум или более донорным атомам, принадлежащим молекулам комплексооб-разующего агента.

= -0,03 - 3,1088х - 1,1612 I

964 м| J

- 40,0152х? - 0,0624___]

~.......1............ 0,9971 ' .................1

3 но ^ 50

............I

*2Жк - и?....]

1 /7Ж 1 К? - 0,9952

\Sstr !............

ур-0,0152»? - 1,4725и -0,0624

'ЖА^ Г

1 ] 1 Л.

-Бага(Н25СК>

-™У30-Н2$04

Длительность вышелачнвакия, сутха

-ЛСТ?с<1ЩН12304-У-30-ЛСТ-№304--Н2504(разз)

Рис. 7. Кинетика извлечения меди из некондиционной руды Западно-Озерного месторождения в продуктивный раствор при: а - воздействии Ре(Ш)+Н2804, ЛСТ+Н2804, У30+Н2804; б - комбинации методов воздействия Ре(Ш)+ЛСТ+Н2804, ЛСТ+У30+Н2804

В связи с тем, что в растворе серной кислоты происходит наложение полос 8-О связей лигносульфоната, серной кислоты и сульфата меди, были поставлены модельные опыты с использованием хлорида меди. В спектре полученного раствора наблюдается увеличение интенсивности и смещение полосы 1102 до1111см"1 (рис.8, кривые 2, 3) по сравнению с другими полосами Б-О связей в сульфонатных группах (1195 и 1051см"' соответственно).

Рис. 8. ИК спектры растворов: 1- Рис.9. ИК спектры твердых веществ: 1 - твердый раствор ЛСТ в воде; 2 - раствор ЛСТ комплекс, выделенный из ЛСТ и сульфата меди в в серной кислоте; 3 - хлорид меди в серной кислоте; 2 - твердый ЛСТ растворе ЛСТ в серной кислоте

Это возможно при образовании комплекса сульфонатных групп с катионами металлов. С другой стороны, путем нейтрализации рабочего раствора был выделен твердый комплекс. При сравнении его спектра (рис.9, кривая 1) со спектром лигносульфоната (рис.9, кривая 2) видно, что вместо двух полос лигносульфоната 1132 и 1028 см"1 в спектре комплекса имеется только одна интенсивная полоса 1130 см"1 , что свидетельствует об изменении симметрии сульфонатных групп при комплексообразовании. Кроме того, в образовании комплекса, вероятно, участвует

ароматическое кольцо. Об этом свидетельствует изменение количества, формы,

Таким образом, технологическая система выщелачивания тонкодисперсных отходов обогащения медно-колчеданных руд предусматривает их обезвоживание, окомкование, укладку в штабель, закисление и далее кучное выщелачивание (рис. 10). На стадии формирования штабеля предпочтителен физико-механический метод воздействия: подбор рационального состава шихты для приготовления прочных, пористых окатышей, определение рациональных геометрических размеров штабеля, послойная укладка материала, скорость подачи рабочих растворов и рециркулиро-вания продуктивных растворов с предпочтительным соотношением фаз закисления, аэрации и рабочего режима. При протекании рабочего режима целесообразно использование химических и физико-химических методов воздействия.

воздействия 8 - узел окомкования

Рис. 10. Горнотехническая система физико-химической геотехнологии с интенсификацией процессов кучного выщелачивания окомкованного тонкодисперсного сырья

На базе выполненных лабораторных и опытно-промышленных экспериментов проведена классификация методов интенсификации процессов физико-химической выщелачивания (рис. 11), учитывающая возможность и условия сочетания химических, биохимических, физико-химических и физико-технических методов интенсификации выщелачивания. Взаимодействие биохимических методов возможно только с химическими и физико-механическими. При использовании физико-химических воздействий одновременное применение микроорганизмов невозможно ввиду снижения их активности, а зачастую полной гибели.

Таким образом, учет при систематизации особенностей взаимодействия методов интенсификации процессов выщелачивания позволит вовлекать в переработку упорные, труднообогатимые руды, увеличить скорость растворения ценных компонентов, снизить время выщелачивания. Данная классификация предусматривает использование физико-химического, химического, биохимического и физико-технического методов интенсификации в зависимости от применяемых технологий выщелачивания и крупности сырья. Она позволяет на начальной стадии проектирования технологии определиться с методами воздействия, используя различные способы интенсификации. Для каждого способа воздействия предусмотрена своя тех-

интенсивности и частот полос в области 1600-1400 см" .

1 - корпус обезвоживания

2 - обогатительная фабрика

3 - цех по переработки продуктивных растворов

4 - склад компонентов шихты

5 - сбор продуктивных растворов

6 - подготавливаемый штабель

7 - орошаемый штабель с направленными методами

нология выщелачивания. На практике предлагается в зависимости от крупности сырья подбирать различные способы воздействия на него.

Рис. 11. Классификация методов интенсификации технологии выщелачивания ценных компонентов из природного и техногенного медно-колчеданного сырья

Реализация разработанных технологических решений предложена для условий Учалинского ГОКа. В качестве альтернативных способов интенсификации процесса выщелачивания были рассмотрены описанные выше варианты. Проведенные техно-ко-экономические расчеты указали на то, что использование комбинации методов воздействия на техногенное сырье, представленное текущими хвостами обогащения, позволит получить 53,4 млн руб. дополнительного экономического эффекта.

Для реализации теоретических результатов исследований и поиска эффективных решений по интенсификации технологии выщелачивания техногенных отходов была разработана методика, алгоритм которой представлен на рис.12. Предложенная методика позволяет эффективно произвести выбор способа интенсифицирующего воздействия при выщелачивании природного и техногенного сырья.

Рис. 12. Последовательность выбора рационального способа интенсификации процессов выщелачивания ценных компонентов из техногенного сырья

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи — обоснована методика выбора способа интенсификации физико-химической геотехнологии выщелачивания ценных компонентов при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений.

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем: 1. Изучен вещественный состав и физико-механические свойства некондиционной руды Западно-Озерного месторождения, текущих хвостов Учалинской обогатительной фабрики. Установлено наличие в основной массе первичных сульфидов с тонким, эмульсионным, взаимным прорастанием между собой и породными минералами. Доказано, что для эффективного протекания процессов выщелачивания исследуемого типа сырья необходимо использовать направленные методы интенсифицирующего воздействия.

2. Предложена систематизация методов интенсификации физико-химической геотехнологии, обосновано рациональное сочетание методов интенсифицирующего воздействия на различных стадиях выщелачивания с учетом применяемых технологий и характеристики природного и техногенного медно-колчеданного сырья. Данная систематизация позволяет произвести выбор способа освоения техногенных месторождений в рамках единой технологической схемы добычи, переработки и утилизации отходов, определить методы интенсифицирующего воздействия с эффективным комплексным получением основных ценных компонентов.

3. Доказано, что выбор рациональных методов интенсификации физико-химической геотехнологии медно-колчеданного сырья, условий взаимодействия растворителя с поверхностью твердого тела на различных стадиях выщелачивания должен производиться предпочтительными для каждой стадии методами воздействия: для стадии взаимодействия реагента с поверхностью твердого тела - вибрационное воздействие, ультразвук, интенсивное перемешивание; при подводе реагента через слой твердого тела к рудным минералам - обработка ультразвуком, МЭМИ, импульсным током; на стадии растворения рудных минералов - воздействие комплексных растворителей, ассоциация микроорганизмов; на стадии отвода продуктов реакции — рациональные сочетания физико-механических и физико-химических методов.

4. Показано, что при выщелачивании окомкованных хвостов обогащения и совместном действии 2%-ной серной кислоты, содержащей 0,3 г/дм3 технического лигносульфоната (ЛСТ), при обработке штабеля ультразвуком частотой 15 кГц, мощностью 1,5 Вт/см2, извлечение меди и цинка в продуктивный раствор повышается в 1,7 и 2,3 раза соответственно. Для труднообогатимых медно-цинковых руд при совместном действии комплексного растворителя, содержащего 2 % Н2804 , 15 г/дм3 Ре2(804)3 и ЛСТ 0,3 г/дм3, повышается извлечения меди и цинка в 2 и 1,5 раза соответственно.

5. Разработана рецептура получения окатышей (прочных, пористых, устойчивых при выщелачивании в кислых средах и при воздействии ультразвука ) (по массе): 85 % хвостов обогащения медно-колчеданных руд с влажностью 7 %, 10 % негашеной извести, 5 % гранулированного шлака медной плавки с центром грануляции в виде 2 % Н2304. В этом случае прочность катышей после цикла выщелачивания возрастает вдвое и сохраняется на всех стадиях выщелачивания.

6. Для подземного скважинного выщелачивания массива медно-колчеданных руд разной степени окисленности предложен способ воздействия на скважины импульсным электрическим током частотой 15 Гц, мощностью 7 кВтч в течение 7-12 ч. При размещении источника колебаний в откачных и закачных скважинах дебит выщелачивающих растворов повышается не менее чем в 2,5-3 раза.

7. Разработаны технологические схемы интенсификации технологий выщелачивания из природного и техногенного сырья. Реализация разработанных технологических решений предусмотрена для условий Учалинского ГОКа. Проведенные технико-экономические расчеты показали, что использование комбинации методов воздействия на выщелачивание окатышей из текущих хвостов обогащения медно-колчеданных руд позволит получить 53,4 млн руб. экономического эффекта.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ

1. Ангелов В.А., Ангелова Е.И., Аверьянов К.А. Изучение особенностей вещественного состава хвостов обогащения медно-колчеданных руд Учалинской обогатительной фабрики// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 5. -С.362-368.

2. Рыльникова М.В., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Перспективы использования физико-химических методов интенсификации процессов выщелачивания меди и цинка на горнодобывающих предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 11. - С.97-102.

3. Рыльникова М.В., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Применение природных ком-плексонов для интенсификации процессов выщелачивания отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд // Изв. Горный журнал. - 2012. - № 7. - С.45-51.

4. Рыльникова М.В., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Эффективность действия технического лигносульфоната при выщелачивании старогодних отходов переработки медно-колчеданных руд// Вестник Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова. - 2013. -№ 2. - С.19-21.

5. Соложенкин П.М., Кондратьев С.А. Ангелова Е.И. Квантово-механические представления флотации пирита // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.- 2013. -№5. - С. 80-86.

Прочие научные издания

6. Устройство для перколяционного выщелачивания ценных компонен-тов//Соложенкин П.М., Ангелов В.А., Ангелова Е.И. Заявка на полезную модель РФ №2012117247 от 27.08.2012 г.

7. Горбатова Е.А., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Особенности техногенного преобразования недр Сибайского горнопромышленного района // Комбиниро-ванная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: материалы IV международной научно-технической конференции. - Сибай, 2007. - С.112-114.

8. Горбатова Е.А., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Влияние комплексных растворителей на кинетику выщелачивания отходов обогащения медно-колчеданных руд // Материалы 66 науч.-техн. конференции: сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2008. - С.226-229.

9. Ангелов В.А., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Хвостохранилище отходов мед-но-колчеданных руд как техногенный минеральный объект. На примере хвостохра-нилища УГОка // Материалы 67 науч.-техн. конференции: сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2009. - С.141-144.

10. Ангелова Е.И. Обоснование выбора эффективных растворителей меди и цинка при выщелачивании техногенных отходов Учалинского ГОКа // Плаксинские чтения. Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья: материалы международного совещания. - Верхняя Пышма, 2011. - С.435-436.

11. Рыльникова М.В., Ангелова Е.И. Исследование влияния комбинированных растворителей на процессы растворения сульфидных минералов техногенных отходов УГОКа // Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане: сб. трудов Международной научной конференции. - Алматы, 2008. - С.342-347.

12. Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Интенсификация кучного выщелачивания меди и цинка из техногенных отходов медно-колчеданных месторождений // Материалы 69 науч.-техн. конференции: сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2011. - С.49-52.

13. Рыльникова М.В., Емельяненко Е.А., Ягудина Ю.Р., Ангелова Е.И. Влияние комплексных растворителей на эффективность извлечения меди и цинка при выщелачивании хвостов обогащения медно-колчеданных руд // Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр: материалы VI международной научно-технической конференции. - Магнитогорск, 2011. - С.112-114.

14. Соложенкин П.М., Соложенкин О.И., Ангелова Е.И. Квантово - механические представления взаимодействия прототипов минералов меди и пирита с реагентами и растворителями // Материалы 9 международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» 19-23 ноября 2012 г. Москва, 2012. - С.464-469.

15. Рыльникова М.В., Ангелова Е.И. Обоснование методов интенсификации процессов выщелачивания рудного минерального сырья с учетом их взаимодействия //Комбинированная геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении место-рождений: Материалы VII международной научно-технической конференции. - Магнитогорск, 2013. - С.93-100.

16. Рыльникова М.В., Ангелова Е.И. Систематизация методов интенсификации процессов выщелачивания медно-колчеданного сырья и обоснование рациональной комбинации их комбинации // Комбинированная геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении место-рождений: материалы VII международной научно-технической конференции. - Магнитогорск, 2013. - С.51-53.

17. Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. Влияние особенностей строения окомкованно-го дисперсного техногенного сырья на эффективность кучного выщелачивания меди и цинка // Комбинированная геотехнология: масштабы добычи и качество сырья при комплексном освоении месторождений: материалы VII международной научно-технической конференции. - Магнитогорск, 2013. - С.71-72.

Подписано в печать 27.09.2013 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 556.

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

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ангелова, Елена Ивановна, Магнитогорск

ФГБОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

ВЫБОР СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальностям 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)» 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

АНГЕЛОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА

Научный руководитель -профессор, доктор технических наук

М.В. Рыльникова профессор, доктор технических наук

П.М.Соложенкин

Магнитогорск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.........................................................................................4

1. Современное состояние и перспективы развития физико-химической геотехнологии переработки природного и техногенного сырья при комплексном освоении рудных месторояедений......................................9

1.1. Общая характеристика природного и техногенного медно-колчеданного сырья в перспективе его комплексного использования...........................9

1.2. Практика и перспективы развития технологий выщелачивания рудного сырья......................................................................................14

1.3. Анализ основных направлений интенсификации процессов выщелачивания ценных компонентов из природного и техногенного сырья......................................................................................25

1.4. Научно-методические основы физико-химических процессов выщелачивания меди и цинка из медно-колчеданного сырья...............46

1.5. Цель, задачи, методы исследований.................................................53

2. Развитие научно-методических основ интенсификации процессов выщелачивания ценных компонентов из медно-колчеданного сырья........................................................................................56

2.1. Исследование особенностей вещественного состава, структуры сырья и физико-механических свойств медно-колчеданных руд и отходов их переработки в свете перспектив повышения извлечения ценных компонентов............................................................................56

2.2. Систематизация методов интенсификации процессов выщелачивания медно-колчеданного сырья и обоснование рациональной комбинации их взаимодействия..........................................................................78

2.3 Разработка методики экспериментальных исследований направленных на определение способов интенсификации процессов складирования, хранения и последующего использования отходов добычи и обогащения.................................................................................96

Выводы по 2 главе..........................................................................101

3. Экспериментальные исследования интенсификации процессов выщелачивания из природного и техногенного медно-колчеданного сырья....................................................................................102

3.1. Влияние особенностей строения окомкованного дисперсного техногенного сырья на эффективность протекания процессов кучного

^пшнцпруV ...........................................................

деление рационального состава комплексного растворителя тачивания меди и цинка из природного и техногенн

»-химическая интенсификация подземного скважиш гачивания природного медьсодержащего сырья......................... !

Библиографический список

163 165

Введение

» I < I ' ' М I

труднообогатимые руды, текущие и лежалые хвосты обогащения руд, шламы и шлаки горно-обогатительного и металлургического производств, промышленные стоки. Содержание ценных компонентов в некоторых техногенных отходах сопоставимо со вновь вовлекаемым в разработку природным минеральным сырьем. Именно поэтому актуальность поиска эффективных технологий освоения техногенных объектов не вызывает сомнений. Данные объекты также представляют собой источник повышенной экологической опасности для окружающей среды. Отходы не могут быть эффективно вовлечены во вторичную эксплуатацию известными физико-техническими методами переработки. В этой связи особую значимость приобретают вопросы развития физико-химических технологий на базе интенсификации основных и вспомогательных процессов добычи и переработки руд и техногенного сырья для повышения эффективности и комплексности освоения рудных месторождений.

Идея работы - повышение интенсивности и полноты извлечения ценных компонентов при выщелачивании бедного природного и техногенного сырья

обеспечивается за счет дифференцированного подбора рациональных сочетаний физико-технических, физико-химических и биохимических методов воздействия на отдельных стадиях выщелачивания.

Задачи исследований:

- обобщение опыта разработки рудных месторождений физико-химической, геотехнологией, переработки бедных руд и техногенного сырья выщелачиванием, изучение их вещественного состава, структурных характеристик, физико-механических свойств и анализ основных направлений интенсификации процессов физико-химической геотехнологии;

разработка алгоритма выбора способа интенсификации стадий выщелачивания ценных компонентов из природного и техногенного медно-колчеданного сырья;

Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований выбраны бедные, труднообогатимые медно-цинковые руды Западно-Озерного месторождения и хвосты обогащения медно-цинково-колчеданных руд Учалинской обогатительной фабрики.

технологических свойств сырья и обоснование параметров технологии; молекулярное моделирование сульфидных минералов и растворителей, а также планирование и обработка результатов современными методами математической статистики, технико-экономические расчеты.

Положения, выносимые на защиту: (1

3. Эффективное выщелачивание ценных компонентов из хвостов обогащения медно-колчеданных руд обеспечивается при формировании штабелей на основе окатышей из смеси, состоящей на 85 % (по массе) из хвостов обогащения медно-колчеданных руд с влажностью 7 %, 10 % негашеной извести, 5 % гранулированного шлака медной плавки, с грануляцией 2 % серной кислотой за счет сохранения пористости и увеличения в среднем в 2 раза прочности окатышей на всех стадиях выщелачивании в кислых средах и при ультразвуковой обработке массива.

•э

рабочем цикле выщелачивания 2%-ной серной кислоты с добавлением 0,3 г/дм технического лигносульфоната (ЛСТ) и обработкой штабеля ультразвуком частотой 15 кГц, мощностью 1,5 Вт/см2. Для труднообогатимых медно-цинковых колчеданных руд повышение показателей извлечения меди в 2 раза и цинка в 1,5 раза обеспечивается совместным действием комплексного растворителя, содержащего 2%-

1 л

ную серную кислоту с добавлением 15 г/дм Ре2(804)з и 0,3 г/дм ЛСТ.

Научная новизна работы:

1. В классификации методов интенсификации процессов физико-химической геотехнологии, которая отличается тем, что позволяет обоснованно, с учетом вещественного и гранулометрического состава природного и техногенного медно-

колчеданного сырья выбрать рациональные сочетания методов интенсифицирующего воздействия на различных стадиях выщелачивания.

2. В разработке алгоритма выбора рационального способа интенсификации выщелачивания ценных компонентов из отходов добычи и переработки медно-

колчеданных руд, предусматривающего последовательное изменение сочетания .....>

1 ■ . ' ' \ . , . , 1 , '' 1 ' 1 ' ' , ; /. " ' ^'"'^/''Й« ' 1 1 и ' ' * I ' у > л»

методов интенсифицирующего воздействия на массив выщелачивания в зависимости от особенностей стадии выщелачивания и вещественного состава сырья.

4. В разработке состава комплексного реагента-растворителя, состоящего из раствора серной кислоты концентрации С=2 г/дм, технического лигносульфоната (ЛСТ) С=0,3 г/дм и Ре2(804)3 С=15 г/дм , позволяющего повысить извлечение меди и цинка при выщелачивании труднообогатимой медно-цинковой руды, соответственно в2и 1,5 раза.

Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственного контракта с Минобрнаукой РФ № 16.515.11.5065 (руководитель -академик РАН К.Н. Трубецкой). Основные положения диссертации использованы для разработки технологических схем выщелачивания бедного медно-колчеданного природного и техногенного сырья в условиях рудников Учалинского ГОКа.

Рекомендации по электрохимической интенсификации скважинного выщелачивания апробированы в условиях скважинного выщелачивания медно-колчеданных руд Гумешевского месторождения.

Личный вклад автора состоит в обосновании методики и проведении

исследований методов интенсификации выщелачивания ценных компонентов из,

i /

медно-колчеданного сырья, систематизации методов интенсификации и разработке технологических схем физико-химической геотехнологии, обосновании методики выбора рационального способа подготовки сырья к выщелачиванию.

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международном совещании «Плаксинские чтения. Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья» (Верхняя Пышма, сентябрь 2011 г.); IV, VI, VII международных конференциях «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (Сибай, июнь 2007 г., Магнитогорск, май 2011 г., Магнитогорск, май 2013 г); Международном симпозиуме «Неделя горняка - 2013» (Москва, январь 2013 г.): 66-й, 67-й, 68-й, 69-й, 71-ой научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета; VII всероссийской научно-практической конференции «Проблемы недропользования»,(г Екатеринбург, ИГД Уро РАН, 12-15 февраля 2013 г.); а также на технических советах Учалинского ГОКа.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 130 наименований и содержит 175 страниц машинописного текста, 66 рисунков, 48 таблиц.

Автор выражает благодарность профессорам П.М. Соложенкину, М.В. Рыльниковой и В.Н. Калмыкову, к.т.н. Д.Н. Радченко, Е.А. Емельяненко за ценные советы в подготовке диссертации, сотрудникам кафедры ПРМПИ и ОПИ Института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова, а также руководству ОАО «Учалинский ГОК» и ОАО «Уралэлектромедь» за организацию в проведении лабораторных и опытно-промышленных исследований.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖД ЕНИЙ

1.1. Общая характеристика природного и техногенного медно-колчеданного

сырья в перспективе его комплексного освоения

Весь* ойыт развития цивилизации свидетельствует о том, что человечество, по- ' стоянно используя достижения научно-технического прогресса, не только не освобождается от необходимости освоения богатств земных недр, но во все большей степени становится зависимым от них [15]. Это подтверждают ускоренные темпы развития мировой экономики, в том числе экономики России, которые обусловили интенсивное наращивание производства черных, цветных и редких металлов, активное развитие горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей промышленности. Так, за последние 60 лет во всем мире было добыто минерального сырья больше, чем за всю предыдущую историю человечества [82].

По разведанным запасам меди Россия занимает одно из ведущих мест на мировом рынке, уступая лишь Чили и США. Запасы меди разведаны в 120 месторождениях, из них 52% заключено в колчеданных медных и медно-цинковых рудах и медистых песчаниках, 45% - в сульфидных медно-никелевых рудах, 1,3% - в полиметаллических, 0,7% - в вольфрамовых и молибденовых и 0,6% - в оловянных. Около 1% запасов меди заключено в разведанных золоторудных и железорудных месторождениях. В отличие от стран - основных производителей меди, использующих в качестве рудного сырья медно-порфировые руды (70% мировой добычи) со средним содержанием меди 0,6-0,7% (США, Чили, Перу, Мексика, Канада и др.), в России основным медным сырьем являются сульфидные медно-никелевые (70-75% добычи) и колчеданные медные и медно-цинковые руды (25-30% добычи) со средними содержаниями меди 2,22 и 1,26% соответственно [42].

Анализ отечественного и зарубежного опыта освоения медьсодержащих месторождений показал, что большая их часть разрабатывается физико-техническими технологиями, причем открытыми горными работами добывается 62% руд и свыше 90% горной массы [31,52].

Длител

Информация о работе

Ангелова, Елена Ивановна
кандидата технических наук
Магнитогорск, 2013
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование способов интенсификации выщелачивания ценных компонентов при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Обоснование способов интенсификации выщелачивания ценных компонентов при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы