Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ условий формирования и обобщение опыта разработки техногенных месторождений 9
1.1 .Условия образования отходов переработки полиметаллических руд и характеристика объектов их складирования 9
1.2. Обобщение опыта разработки техногенных месторождений и вовлечения отходов переработки руд в промышленную эксплуатацию 16
1.3..Закономерности процессов физико-химической геотехнологии освоения отходов переработки медно-колчеданных руд 30
1.4.Методы интенсификации процессов физико-химической геотехнологии 3 8
1.5.Цель, задачи и методы исследований 43
2. Научно-методические аспекты комплексного освоения техногенных месторождений 47
2.1.Исследование закономерностей строения техногенного массива полиметаллического сырья (на примере стар ого днего хвостохранилища Бурибаевского ГОКа) 47
2.2. Изучение особенностей качественного и количественного состава текущих и лежалых отходов обогащения медно-колчеданных руд 56
2.3.Систематизация объектов складирования и хранения отходов обогащения медно-колчеданных руд 67
2.4. Классификация технологических схем добычи и переработки техногенных месторождений, представленных отходами обогащения полиметаллических руд сочетанием физико-технических и физико- химических процессов разработки 73
Выводы 86
3. Исследование процессов физико-химической геотехнологии комплексного освоения техногенных месторождений медно- колчеданного сырья 88
3.1. Исследование закономерностей формирования фильтрационных свойств текущих и лежалых отходов обогащения 88
3.2. Исследование закономерностей выщелачивания металлов из отходов переработки медно-колчеданных руд 95
3.3. Исследование закономерностей извлечения ионов металлов из многокомпонентных продуктивных растворов 107
3.4. Исследование извлекаемой ценности сырья техногенных месторождений, представленных отходами переработки медно-колчеданных руд 121
3.5. Разработка алгоритма выбора способа формирования и освоения техногенных месторождений, представленных отходами переработки медно-колчеданных руд 123
Выводы 127
4. Разработка технологических рекомендаций по вовлечению в промышленную эксплуатацию текущих и складированных отходов переработки медно-колчеданных руд и оценка экономической эффективности 129
4.1, Внедрение результатов исследований на опытно-промышленном участке Бурибаевского ГОКа 129
4.2, Разработка технологических рекомендаций по формированию и комплексному освоению техногенных месторождений, представленных текущими и старогодними отходами переработки руд месторождений Бурибаевского ГОКа 138
4.3, Оценка экономической эффективности технологических рекомендаций вовлечения в промышленную эксплуатацию техногенных месторождений Бурибаевского ГОКа 144
Выводы 155
Заключение 157
Библиографический список 161
Приложение
- Обобщение опыта разработки техногенных месторождений и вовлечения отходов переработки руд в промышленную эксплуатацию
- Изучение особенностей качественного и количественного состава текущих и лежалых отходов обогащения медно-колчеданных руд
- Исследование закономерностей выщелачивания металлов из отходов переработки медно-колчеданных руд
- Разработка технологических рекомендаций по формированию и комплексному освоению техногенных месторождений, представленных текущими и старогодними отходами переработки руд месторождений Бурибаевского ГОКа
Введение к работе
Повышение социально-экономической эффективности использования недр - государственная политика России, одним из приоритетных направлений которой является реализация стратегии рационального недропользования. В этой связи особую значимость приобретают вопросы комплексного, экологически безопасного освоения месторождений минерального сырья. При этом первоочередной задачей ставится снижение объемов отходов предприятий и вовлечение их в эффективное промышленное использование.
Особо остро проблема полезного использования отходов стоит на Урале, где эксплуатационные запасы кондиционных руд практически отработаны, а на поверхности горного отвода в хвостохранилищах накоплено значительное количество техногенного сырья, причем процесс накопления непрерывен. Содержание ценных компонентов в отходах переработки медно-колчеданных руд и масштабы их накопления достаточно большие для перспективного вовлечения в промышленную эксплуатацию. Негативное экологическое воздействие техногенных образований на окружающую среду предопределяет настоятельную необходимость изыскания технологий их эффективного использования. Неоднородность техногенных массивов, сложность вещественного состава, содержание широкого спектра ценных компонентов в отходах переработки медно-колчеданных руд, обуславливают предпочтительность их разработки сочетанием процессов физико-технической и физико-химической геотехнологии.
Обоснование на базе комплексных геолого-минералогических и геотехнологических исследований эффективной геотехнологии вовлечения в промышленную эксплуатацию техногенных объектов, представленных отходами обогащения медно-колчеданных руд, с отнесением этих объектов к техногенным месторождениям, осваиваемым в процессе горных работ и складирования отходов методами физико-технической и физико-химической геотехнологии, является актуальной научно-практической задачей.
Целью работы является разработка комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии формирования и эффективной промышленной эксплуатации техногенных месторождений, представленных отходами переработки медно-колчеданных руд, с обеспечением комплексности использования и высокой степени извлечения полезных компонентов.
Идея работы заключается в повышении эффективности освоения медно-колчеданных месторождений путем реализации единой технологической схемы добычи и переработки руд с последующим формированием техногенных массивов с заданными структурными и фильтрационными характеристиками для выщелачивания полезных компонентов в пространстве карьера, подземного рудника и хранилища отходов.
Задачи исследований:
- анализ и обобщение опыта разработки техногенных месторождений, представленных отходами обогащения полиметаллических руд;
- изучение структуры массива и вещественного состава отходов переработки медно-колчеданных руд текущих и размещенных в хранилище для обоснования технологии их вовлечения в промышленную эксплуатацию;
- исследование закономерностей процессов выщелачивания и извлечения цветных, редких и благородных металлов из отходов обогащения медно-колчеданных руд и оценка в связи с этим хранилищ отходов как перспективных техногенных месторождений;
- . систематизация технологических схем комплексной разработки техногенных месторождений сочетанием физико-технических и физико-химических процессов и обоснование методики выбора рациональной технологии утилизации отходов переработки медно-колчеданных руд;
- обоснование параметров и режимов технологии формирования из текущих отходов техногенных массивов и комплексной разработки техногенных месторождений медно-колчеданного сырья с последующей их утилизацией.
Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований была выбрана комбинированная физико-техническая и физико-химическая геотехнология комплексного освоения техногенных месторождений, представленных отходами переработки медно-колчеданных руд на примере месторождений Бурибаевского ГОКа. Методы исследований.
В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ опыта разработки техногенных месторождений и переработки техногенного сырья; геолого-минералогические исследования; химический и рентгенофазовый анализ; исследования физико-механических свойств техногенного сырья; атомно-эмиссионная спектрометрия; физическое моделирование; планирование эксперимента и статистическую обработку результатов; технико-экономическую оценку.
Положения, представленные к защите:
1. Выбор технологической схемы вовлечения отходов переработки медно-колчеданных руд в промышленную эксплуатацию следует производить на основе разработанных типовых схем, классифицированных по виду техногенных образований: текущие, затопленные, осушенные, лежалые, и сочетанию процессов физико-технической и физико-химической геотехнологии в пространстве карьера, подземного рудника и хранилища отходов.
2. Разработку лежалых отходов обогащения медно-колчеданных руд следует производить путем снятия и утилизации поверхностного слоя, последующей валовой выемки нижележащих слоев с разделением по классу 2 мм на фракции бурого (-2мм) и серого (+2мм) цвета для переработки в отдельных циклах, исходя из установленной закономерности слоистого строения техногенного массива, представленного верхним слоем с низким содержанием металлов, и нижележащими чередующимися слоями бурого цвета с повышенным содержанием сульфидов, золота и серебра, и серого цвета с повышенным содержанием легкорастворимых минералов меди и цинка.
3. Снижение в период хранения колчеданного сырья содержания меди и цинка в 2-4 раза, благородных металлов и рассеянных элементов до 100 раз, обуславливает не традиционное складирование отходов в хвостохранилищах, а формирование техногенных массивов в карьере, подземном руднике и на поверхности с заданными фильтрационными характеристиками, обеспечиваемыми предварительным низкотемпературным окомкованием текущих отходов с использованием в качестве вяжущего медного шлака и извести в процентном соотношении по массе 90:5:5.
4. Комплексное освоение техногенных месторождений из отходов
обогащения медно-колчеданных руд обеспечивается путем перевода в продуктивные растворы сернокислотного выщелачивания широкого спектра цветных, редких, благородных металлов и рассеянных элементов для их последующего извлечения методами гидрометаллургии и использования отходов выщелачивания для закладки выработанного пространства подземных камер.
Научная новизна работы:
- предложена классификация техногенных образований из отходов переработки медно-колчеданных руд в зависимости от условий их формирования, складирования и хранения, определяющая выбор технологических схем вовлечения отходов в промышленную эксплуатацию сочетанием процессов физико-технической и физико-химической геотехнологии в карьере, подземном руднике и на поверхности;
- установлены закономерности слоистого строения техногенного массива из отходов переработки медно-колчеданных руд в условиях длительного хранения, заключающиеся в контрастности технологических свойств, обусловленной процессами седиментогенеза и гипергенеза: цвета, гранулометрического, химического и минерального состава;
- показано на целесообразность формирования из текущих отходов обогащения медно-колчеданных руд техногенных массивов с требуемыми для выщелачивания цветных, благородных металлов и редких металлов технологическими характеристиками, обеспечиваемыми низкотемпературным окомкованием обезвоженных хвостов обогащения, извести и шлака медной плавки в процентном соотношении но массе 90:5:5.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик. Практическая значимость работы состоит в разработке типовых технологических схем и методики выбора технологии вовлечения отходов переработки медно-колчеданных руд в промышленную эксплуатацию.
Реализация работы: опытно-промышленные испытания реализованны в условиях Бурибаевского ГОКа.
Апробация работы:
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2003); на III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск - Учалы, 2005); на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ им. Г.И.Носова; на технических конференциях Бурибаевского ГОКа. Основные результаты работы опубликованы в 5 печатных работах.
Объем и структура работы:
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 98 наименований, изложенных на 179 стр. машинописного текста, содержит 52 рис., 44 табл. и 1 приложения.
Обобщение опыта разработки техногенных месторождений и вовлечения отходов переработки руд в промышленную эксплуатацию
Техногенные месторождения - скопления минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, образовавшиеся в результате их отделения от массива и складирования в виде отходов горного, металлургического и другого производства и пригодные по количеству и качеству для промышленного использования. Они являются уникальным источником редких и рассеянных элементов. Основным источником для получения селена и теллура являются отходы переработки медно-колчеданных руд [14].
Техногенные месторождения Урала, представленные отходами обогащения медно-колчеданных руд, как объекты разработки характеризуются рядом специфических особенностей [15]. Они отличаются от природных (геогенных) месторождений происхождением, условиями залегания - как правило, на поверхности, пониженным содержанием ценных компонентов. Присутствуют и сходства с природными месторождениями, заключающиеся в сложном внутреннем строении залежей. В результате, освоение техногенных месторождений связано с рядом трудностей, а в ряде случаев, практически не осуществимо в современных условиях [16].
Проблемы разработки старогоднего хвостохранилища Башкирского медно-серного комбината рассмотрены в [17]. В 1984 г. на комбинате была организована отгрузка влажного пиритного концентрата из восточного временно недействующего отсека хвостохранилища. Концентрат грузили экскаватором ЭКГ - 4,6 в автосамосвалы и вывозили к местам складирования. Высушенный в естественных условиях до нормативного содержания влаги пи-ритный концентрат отгружали потребителям. Однако по мере увеличения высоты забоя до 7 - 10 м участились случаи внезапного обрушения отрабатываемого массива при воздействии на него ковшом экскаватора.
Попытки понижения высоты уступа путем его разделения на слои небольшой высоты и последовательной отработки каждого слоя не имели успеха, так как низкие прочностные характеристики массива препятствовали применению тяжеловесного оборудования. Использование скальных пород в качестве основания уступа для увеличения несущей способности массива не дало положительных результатов, так как это вело к росту потерь высокосернистого пиритного концентрата. Отгрузка пиритного концентрата со стороны действующего западного отсека была невозможной из-за сильной насыщенности забоя водой. Уступ терял устойчивость при высоте 3-5 м. Отгружаемый в виде пульпы концентрат вытекал из кузова транспортного средства при перевозке, поэтому в 1985 г. отгрузка влажного пиритного концентрата из хвостохранилища была остановлена.
В 1986 г. работы на хвостохранилшце были возобновлены. Для уменьшения высоты уступа решили применять взрывной способ отбойки путем взрывания зарядов ВВ, размещенных в скважинах.
Уступ, сложенный пиритным концентратом в виде однородной массы с содержанием в ней влаги 18-20%, находился в предельном и устойчивом состоянии. Весь обнаженный добычными работами массив удерживался в равновесном состоянии коркой высохшего концентрата мощностью 0,5-0,7 м. В результате взрыва зарядов в скважинах разрушалась покрывающая массив корка, что приводило к обрушению уступа. Влажный пиритный концентрат, весьма текучий по своим свойствам, равномерно заполнял все ранее выработанное пространство слоем высотой до Зм.
С течением времени было отмечено, что прогнозные размеры зоны обрушения не совпадают с полученными в действительности. Было установлено, что это связано с изменением влажности массива. Увлажнение концентрата в период ведения работ происходило только за счет атмосферных осадков, слив хвостов в восточный отсек хвостохранилища не производился, в результате содержание влаги в массиве уменьшилось. Это привело к увеличению прочности массива и повлияло на уменьшение радиуса зоны обрушения.
В работе [18] предложена технология разработки осушенных участков хранилищ отходов обогащения с размещением добычных механизмов на площади хвостохранилищ. Технология предусматривала экскавацию хвостов с отгрузкой в автосамосвалы для доставки на перерабатывающее производство, либо потребителям пиритного концентрата.
С целью экономически выгодного извлечения металлов из пиритных хвостов была предложена технология слоевой отработки пиритсодержащих хвостохранилищ с использованием процессов биоокисления в их рабочей зоне. Этому способствовали исследования естественного процесса окисления пиритных хвостов, позволившие разработать технологию выщелачивания отходов обогащения с биоокислением в теле хвостохранилища. Несомненным преимуществом данной технологии является то, что наиболее затратная стадия переработки хвостов - биоокисление, происходит в теле хвостохранилища, что позволяет значительно снизить затраты по строительству сооружений по их переработке. Для обеспечения доступа кислорода и воды в окисляемый слой производится периодическое рыхление хвостов один раз в неделю рыхлительным агрегатом на базе трактора с уширенным гусеничным ходом. Поддержание оптимальной влажности хвостов и их аэрация производится оросительной установкой, состоящей из разбрызгивающих трубопроводов, выполненных из легких кислотоупорных труб с быстроразъ-емными соединениями. Для доставки труб к месту монтажа могут использоваться специальные шасси с колесами специального исполнения с шинами увеличенной ширины.
Для обеспечения стока избытка влаги из слоя биоокисленных хвостов, заходке придается уклон 2 - 60, направленный в сторону сборной канавы, которая соединяет окисляемую карту хвостов с прудком-сборником, устраиваемым также в теле хвостохранилища.
Изучение особенностей качественного и количественного состава текущих и лежалых отходов обогащения медно-колчеданных руд
С целью оценки возможности и целесообразности вовлечения хвостов обогащения медно-цинковых руд в промышленную эксплуатацию с обеспечением комплексного извлечения полезных компонентов, представляющих товарную ценность, были проведены исследования отходов переработки медно-колчеданных руд с использованием методов макро- и микроскопического минералогического анализа изображения, рентгеноструктурного анализа, испытаний физико-механических свойств.
Для достоверности исследований, пробы текущих хвостов обогащения Бурибаевского ГОКа, а также и хвостов, отобранных из старогоднего хвосто-хранилища, подвергали усреднению. По стандартным методикам рассчитывались минимальная масса каждой пробы, в соответствии со стандартными требованиями определялись гранулометрический состав и фильтрационные свойства. Геолого-минералогические исследования включали: макроскопическое описание минеральных форм под бинокулярной лупой, микроскопические исследования с использованием рудного микроскопа МИН-9 и поляризационного осветителя отраженного света ОИ-12. Исследования проводились с целью диагностики минеральных форм и агрегатов. Это позволило повысить достоверность информации о характере вкрапленности и минеральном составе проб. Результаты минералогических исследований обрабатывались на ЭВМ с помощью установки анализа оптического изображений SIAMS -600 - аналоге системы «Видеомастер». Определялись цвет, отражательная способность, анизотропия, рельеф поверхности и кристаллографические особенности минералов. Для проведения оптико-минералогических исследований хвостов обогащения изготавливались шлифы.
Результаты исследований позволили установить основные закономерности вещественного состава текущих и старогодних хвостов Бурибаевской обогатительной фабрики, которые были заложены в основу разработки технологических рекомендаций освоения техногенных месторождений, представленных отходами переработки медно-колчеданных руд.
Исследованиями установлено, что текущие хвосты представляют собой мелкую сульфидную фракцию, состоящую из пирита (57 %), сфалерита (0,5 %), халькопирита (до 1%), кварца и других нерудных минералов до (50 %). Крупная фракция хвостов (зерна крупностью +0,25 мм) представлена, в основном, нерудной кварц-полевошпатовой массой с незначительными вкраплениями пирита, халькопирита и сфалерита.
Формы нахождения сульфидов в продукте - свободные зёрна и сростки. Свободные зёрна представлены, в основном, пиритом, сфалеритом, халькопиритом и кварцем. Среди таких зёрен преобладают пирит и кварц (рис. 2.2). Реже встречаются халькопирит и сфалерит. Зёрна сульфидов трещиноватые, их контуры неровные.
Вид под микроскопом минералов, представленных в текущих хвостах обогащения: свободные зёрна и сростки пирита (жёлтое), кварц (серое) Сростки сульфидов представлены следующими минеральными агрегатами: пирит-сфалерит, пирит-халькопирит, пирит-халькопирит-сфалерит, халькопирит-сфалерит. В классах крупности + 0,074 мм халькопирит встречается только в ассоциациях (сростках) с пиритом, соответственно, свободные зерна халькопирита доминируют в тонких классах крупности (рис. 2.3).
Агрегаты пирита и халькопирита в текущих хвостах: 1- сростки пирита (светло жёлтое) и халькопирита (ярко жёлтое); 2 - зерна халькопирита Химические анализы представительных проб показали, что текущие хвосты, поступающие в отработанный карьер Бурибаевского месторождения, содержат, в среднем: меди - 0,45 %; цинка - 0,3 %; серы - 24,31%; серебра -7,9 г/т; золота - 1,29 г/т. Причем, сульфиды меди и цинка в сростках в текущих хвостах встречаются в виде эмульсионной вкрапленности, что определяет их потери при обогащении. Наряду с основными элементами в текущих хвостах содержится широкий спектр редких и рассеянных элементов, систематического анализа на которые на предприятии не производится. При этом следует отметить, что, по сути, руды Октябрьского месторождения являются полиметаллическими с достаточно высоким содержанием кадмия, селена, теллура, висмута, индия, германия, галлия и других. В целом по месторождению содержание этих элементов в хвостах обогащения Бурибаевского ГОКа сопоставимо с содержанием в промышленных урановых рудах.
Вместе с тем, комплексных исследований по изучению качественного состава полиметаллических руд и отходов их переработки, возможности извлечения из них широкого спектра редких и редкоземельных элементов до настоящего времени не проводилось.
Вещественный анализ состава руд Октябрьского месторождения показал, что содержание редких и рассеянных элементов в них зависит в основном от технологического сорта руды. При этом медные руды (MP) содержат в 4,9 раз больше теллура, в 2,3 раза - висмута, в 1,8 раз - золота, чем медно-цинковые колчеданные (МЦК) руды. В свою очередь, МЦК руды содержат в 1,28 раз больше селена, в 1,9 раз - индия, в 2,2 раза - германия; в 5,37 раз -кадмия и в 1,8 раз - серебра, чем медные MP.
Сопоставление результатов анализов и структуры разреза хранилища отходов обогащения руд позволяет сделать выводы о том, что его формирование, обусловленное гипергенньши процессами, которые в настоящее время еще не завершены, так как во всех пробах присутствуют сульфиды. Таким образом, состояние хранилища не является стабильным. В период хранения минералы, представленные в отходах обогащения, подвергаются значительным изменениям (окислению, растворению, переосаждению и др.). При обосновании технологий освоения техногенных месторождений, представленных отходами обогащения полиметаллических руд, необходимо в максимальной степени использовать все изменения рудообразующих минералов и вмещающей породы, которые произошли в процессе техно- и гипергенеза. Технологиечкие свойства этих образований зачастую достаточно сложны и не позволяют вести рентабельную эксплуатацию традиционными методами обогащения.
Сравнительная характеристика содержания благородных металлов и редкоземельных элементов в хвостах обогащения и уровень их проектных потерь при обогащении руд Октябрьского месторождения приведена в таблице 2,2 [83].
Как показали исследования строения и состава старогоднего хвостохра-нилища, старогодние хвосты Бурибаевского ГОКа по своим минералогическим характеристикам неоднородны.
На высушенном усредненном материале хвостов присутствует белый налет сульфатов меди и цинка (медный и цинковый купорос). Рентгенофазо-вым анализом было установлено, что медь на 40-50 % представлена халькопиритом, на 25-26 % сульфатами, на 15-17 % халькозином, на 2-3 % ковелли-ном и на 1-2 % малахитом и теноритом.
Исследование закономерностей выщелачивания металлов из отходов переработки медно-колчеданных руд
Оценка и сравнение технологических свойств текущих отходов обогащения и лежалых хвостов, отобранных из серого и рыжего слоев, а также с поверхности старогоднего хвостохранилища Бурибаевского ГОКа, производилась комплексным методом, предусматривающим лабораторные эксперименты процессов выщелачивания, исследования химического состава продуктивных растворов, рентгенофазовым анализ, факторный анализ селективного извлечения металлов в продуктивный раствор выщелачивания.
Целью исследований являлась разработка технологических рекомендаций по выщелачиванию тонкодисперсных отходов горно-обогатительного производства. При этом главной задачей ставилось изучение возможности выщелачивания не только традиционных для Бурибаевского ГОКа «базовых» металлов - меди и цинка, но и широкого спектра благородных металлов и редких элементов, содержащихся в рудах предприятия и, соответственно, в хвостах их обогащения.
При выщелачивании хвостов в перколяторах в режиме затопления выщелачивающими растворами в качестве растворителя использовалась серная кислота низкой концентрации (2 %), как экологически безопасный и эффективный растворитель, а также дистиллированная вода. В промышленных условиях в качестве растворителя могут быть использованы промышленные сернокислые воды (подотвальные, карьерные, слив хвостохранилищ), сходные по свойствам со слабо концентрированной серной кислотой. В лабораторных исследованиях параметров выщелачивания металлов из хвостов обогащения медно-колчеданных руд определяли рациональный режим выщелачивания и уровень извлечения при этом металлов из техногенного сырья. Исследования проводились в перколяторах, в которые помещались навески из представительных проб: текущих хвостов Бурибаевской обогатительной фабрики; старогодних хвостов, отобранных с поверхности хвостохранилища; старогодних хвостов, отобранных из серого и рыжего слоев из толщи хвостохранилища. Выщелачивание хвостов проводилось в течение 60 суток. При этом исследовалось время максимального насыщения продуктивного раствора ценными компонентами. Пробы продуктивного раствора, получаемые при выщелачивании исследуемого сырья, отбирались на анализ через 10 суток. Анализ растворов производится методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Метод основан на измерении поглощения излучения волны резонансной длины атомным паром определяемого элемента, образующимся в результате электротермической атомизации анализируемой пробы в графитовой печи спектрометра.
Метод позволяет определять массовые концентрации широкого спектра элементов в пределах их концентраций, определяемых ГОСТ РФ 51309-99. В случае высоких концентраций элементов, присутствующих в растворах выщелачивания, производилось разбавление анализируемых проб продуктивного раствора с последующим пересчетом параметров выщелачивания на реальные концентрации ионов металлов в растворе.
Анализ параметров процесса выщелачивания металлов из старогодних хвостов обогащения медно-колчеданных руд производился путем сравнения показателей выщелачивания металлов из хвостов, представленных в слоях буро-желтого и серого цвета, по содержанию в растворе меди, цинка, железа, кадмия, селена, марганца и серебра. Среднее исходное содержание этих элементов в хвостах рыжего и серого цвета до выщелачивания, определялось рентгеноспектральним методом и приведено в табл. 3.3. Анализ продуктивных растворов выщелачивания хвостов, отобранных из слоев буро-желтого цвета, показал, что ионы меди, цинка, железа, кадмия и марганца в течение первых сорока суток переходят в раствор достаточно интенсивно.
Затем происходит снижение концентрации в растворе практически всех металлов, за исключением кадмия (рис. 3.3), Снижение концентраций ионов металлов в растворе по истечение 40 суток объясняется их фазовым переходом из жидкой фазы в твердую, с осаждением в виде трудно растворимых соединений.
При этом максимальное извлечение меди в раствор в циркуляционном режиме орошения за 50 суток составило 97,94 %. Концентрация меди в продуктивном растворе достигла 2 г/дм . По истечению 50 суток в лабораторных условиях происходило выделение меди из раствора в твердую фазу и ее осаждение в виде сульфата меди II и водных силикатов.
Аналогичные закономерности были получены при выщелачивании цинка, железа и марганца. Максимально достижимое извлечение этих металлов за 40 суток составило соответственно 81,87%, 57,69% и 66,02 %.
Разработка технологических рекомендаций по формированию и комплексному освоению техногенных месторождений, представленных текущими и старогодними отходами переработки руд месторождений Бурибаевского ГОКа
Технологическая схема комплексного освоения техногенных месторождений Бурибаевского ГОКа предусматривает: - разработку старогоднего хвостохранилища при годовом объеме добычи и переработки техногенного сырья 300 тыс. т., исходя из 7 - летнего периода эксплуатации хранилища с запасами сырья 2 млн.т.; - вовлечение в промышленную эксплуатацию текущих хвостов обогащения, поступающих с обогатительной фабрики при годовой производительности фабрики по руде 200 тыс. т. При этом поступление отходов в действующее хвостохранилище прекращается; - консервацию действующего хвостохранилища и его осушение с целью подготовки к освоению в будущем по схемам 2.1-2.5 (Приложение 1); - использование отходов выщелачивания в качестве закладочного материала; - рекультивацию освобожденной территории, занятой под старогоднее хвостохранилище.
Освоение старогоднего хвостохранилища Бурибаевского ГОКа рекомендуется производить первоначальным снятием бульдозером верхнего приповерхностного слоя аэрации. Низкое содержание ценных компонентов в этом слое определяет складирование его на поверхности. Высокое содержание окисленных форм в приповерхностном слое обуславливает возможность использования его для закладки выработанного пространства в качестве вяжущего после активации свободных связей путем обжига или тонкого размола. Целесообразно также использование хвостов этой фракции в закладке выработанного пространства или в строительстве. Поэтому необходимо отдельное складирование таких хвостов с последующим решением вопросов их использования на основе технико-экономических расчетов.
С учетом определенных исследованиями физико-механических свойств отходов обогащения (см. табл. 2.6) для добычи мягких, хорошо разрыхленных хвостов, требующих небольшого удельного усилия копания (менее 100 кгс/см). Поэтому для разработки массива хвостохранилища рекомендуется большегрузный погрузчик типа ПК-10 с номинальной емкостью ковша 5 м3, имеющийся на Бурибаевском ГОКе. Применение погрузчика обеспечивает выемку хвостов без предварительного буровзрывного рыхления, селективную выемку пропластков, представленных буро-желтыми и серыми разностями хвостов, поточность производства ввиду того, что весь технологический цикл (черпание, погрузка, транспортирование) может выполняться одним механизмом. Минимальные деформации площади ложа хвостохранилища позволяют использовать его в технологическом цикле для формирования массивов из окатанного материала.
Добытое сырье отгружается в автосамосвалы и доставляется на сортировочную установку, организованную на промплощадке под навесом. Установка включает: приемный бункер, питатель, инерционный грохот, используемый предприятием марки ГИТ с размером отверстий сит 2 мм, обеспечивающий разделение хвостов по крупности.
Подрешетный продукт грохота класса -2 мм + 0, представленный буро-желтыми фракциями хвостов с высоким содержанием золота и серебра рекомендуется к переработке методом кучного выщелачивания с извлечением благородных металлов. Учитывая, что массив старогоднего хвостохранилища на две трети сложен хвостами буро-желтой фракции, а содержание золота и серебра в них составляет в среднем 1,5 и 7,6 г/т соответственно извлечение этих металлов выщелачиванием с применением более сильных растворителей весьма перспективно.
Организация данного процесса на базе Бурибаевского ГОКа проблематична, ввиду необходимости ввода дополнительных опасных объектов -склада цианида натрия, корпуса приготовления и обезвреживания высоко агрессивных растворов, установки переработки продуктивных растворов типа «Меррилл-Кроу» и принятием дополнительных мер промышленной и экологической безопасности.
Поэтому предлагается транспортировка буро-желтого сорта хвостов после сепарации автотранспортом на промплощадку близлежащего карьера Юбилейный, разрабатывающего одноименное месторождение. В настоящее время институтом «Иргиредмет» подготовлен проект на переработку золотосодержащей «железной шляпы» месторождения кучным выщелачиванием, произведен заказ оборудования. Учитывая близкий вещественный состав хвостов буро-желтой фракции и окисленных руд «железной шляпы» Юбилейного месторождения, представленных окисленными формами железа, с содержанием меди до 0,4 %, золота до 4 г/т, а также применение в технологии установки окомкования, совместная переработка руд «железной шляпы» с хвостами обогащения будет способствовать существенному повышению технико-экономических показателей.
Надрешетный продукт грохочения - класс +2 мм, представленный хвостами серо-сизой фракции с высоким содержанием окисленных форм меди, селена, кадмия, цинка и других металлов обуславливает перспективность их извлечения сернокислотным выщелачиванием. Выбор параметров выщелачивания серо-сизой фракции хвостов старогоднего хвостохранилища определяется следующими факторами: - хвосты данной фракции сцементированы сульфатным цементом. Материал такой крупности обычно не окомковывают; - кучное выщелачивание массива серых хвостов без предварительного оком-кования влечет постепенное разрушение массива по мере растворения сульфатного цемента. После полного перехода в раствор легкорастворимых соединений, слагающих сульфатный цемент, происходит уплотнение тонкодисперсных хвостов и прекращение процесса выщелачивания; - наличие легкорастворимых сульфатных форм - 12 % по массе, указывает на необходимость их предварительного перевода в продуктивный раствор сернокислотным выщелачиваниием в режиме перемешивания с последующим кучным выщелачиванием окомкованной тонко дисперсной сульфидной фракции.
С учетом данных факторов рекомендуемая технология переработки хвостов, представленных в серой фракции, предполагает их чановое выщелачивание в стационарных емкостях при перемешивании, обеспечивающем в течение 1 часа перевод ионов металлов из сульфатных форм в раствор. Полученный таким образом продуктивный раствор пригоден для переработки методами цементации, экстракции - электролиза с выделением металлической меди и сорбционным выделением промышленно-значимых металлов с применением сорбционных колонн, серийно выпускаемых отечественной промышленностью.
Не растворимая фракция серых хвостов выводится из перемешивающих емкостей и напорным гидравлическим транспортом подается на обогатительную фабрику, направляются в цикл обезвоживания совместно с текущими хвостами. Дальнейшая их переработка осуществляется по схеме, приведенной нарис. 4.3.
Хвосты, поступающие с обогатительной фабрики окомковываются с использованием шлака и извести. Шлак медной плавки в состав шихты для окомкования направляется в процесс непосредственно после измельчения. Продолжительность паузы между измельчением шлака и введением его в состав шихты для окомкования не должна превышать 1 час. Крупность сухого помола шлака составляет -0,044+0 мм. Мельница для сухого тонкого помола подбирается исходя из возможностей предприятия. Свежеизмельченный шлак поставляется с узла измельчения на площадку приготовления шихты, перемешивается с другими компонентами в соответствующей пропорции. Расход шлака для окомкования хвостов составляет 50 кг/т.
