Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние генезиса колчеданных руд и технологии их добычи и переработки на природно-технологические характеристики отходов обогатительного передела 10
1.1. Геологическое строение колчеданных месторождений Южного Урала 10
1.2. Особенности состава и строения колчеданных руд 26
1.3. Генезис колчеданных месторождений Южного Урала 34
1.4. Применяемые технологии добычи и переработки руд колчеданных месторождений 42
1.5 Накопление отходов обогатительного передела 47
2. Систематизация минералого-геологических и горно-технологических факторов, определяющих природно-технологические характеристики отходов 53
3. Методика исследований и учет отходов обогащения колчеданных руд Южного Урала 67
3.1. Специфика методики исследования отходов обогащения колчеданных руд 67
3.2 Классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд 76
4. Особенности состава и строения руд колчеданных месторождений и отходов обогащения 89
4.1. Состав и структурно-текстурные характеристики колчеданных руд разных промышленных сортов 89
4.2. Характеристика текущих хвостов обогащения 119
5. Прогнозная оценка выбора способа перерработки текущих хвостов обогащения 155
5.1 Опыт переработки и утилизации хвостов обогащения 155
5.2 Минералогические критерии оперативной оценки целесообразности и эффективности технологии переработки или утилизации 171
5.3 База данных 177
5.4 Применение технологии выщелачивания 182
Выводы 189
Библиографический список 191
- Генезис колчеданных месторождений Южного Урала
- Классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд
- Характеристика текущих хвостов обогащения
- Минералогические критерии оперативной оценки целесообразности и эффективности технологии переработки или утилизации
Введение к работе
Актуальность темы исследования. На современном этапе развития экономики происходит масштабное снижение сырьевого потенциала горнообогатительных предприятий Южного Урала, вызванное истощением минерально-сырьевой базы, изменением качественных характеристик и технологических свойств полезных ископаемых, усложнением условий эксплуатации месторождений и сокращением финансирования геологоразведочных работ. Проблема дефицита запасов цветных металлов делает актуальным не только создание эффективных технологий переработки добываемых руд, но и поиск дополнительных источников. В качестве потенциальных минеральных ресурсов все чаще рассматриваются отходы горно-обогатительного комплекса, характеризующиеся повышенным содержанием полезных компонентов и доступностью разработки. Так, отходы обогатительного передела представляют собой несомненную ценность в качестве сырья для дополнительного извлечения цветных металлов и попутных компонентов.
Несмотря на огромные объемы отходов обогатительного передела колчеданных руд, накопленных на дневной поверхности, степень их изученности является очень низкой. Особенно актуальными становятся исследования текущих хвостов обогащения колчеданных руд методами технологической минералогии с целью обоснования выбора эффективной технологии их переработки и утилизации.
Оценкой качества минерального сырья цветной и черной металлургии занимались ведущие отечественные ученые - В.И Ревнивцев, В.М. Изоитко, Б.И. Пирогов, Т.С. Юсупов, Е.Г. Ожогина и др. Объективная оценка минерального сырья позволяет прогнозировать экономически обоснованную целесообразность его вовлечения в освоение на современном этапе развитии технологии и техники, способы переработки, контролировать эффективность производства и управления им, а также предопределять экологические последствия освоения.
Цель и задачи
Цель работы - прогнозная минералого-технологическая оценка текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, обеспечивающая выбор технологии их переработки или утилизации.
Основные задачи:
-
Выявить черты сходства и различия отходов обогатительного передела колчеданных руд разных формационных типов на основе их морфоструктурного состава и технологической схемы получения.
-
Установить факторы, определяющие природные и технологические характеристики отходов обогащения.
-
Идентифицировать и типизировать текущие хвосты обогащения на основе их технологических характеристик.
-
Адаптировать методику минералого-технологической оценки текущих хвостов обогащения колчеданных руд.
5 Разработать математическую модель оценки качества отходов обогатительного передела с последующим выбором технологии их переработки или способа утилизации.
Научная новизна
Разработана методика изучения технологических характеристик и свойств хвостов колчеданных руд, заключающаяся в оценке их количественных и качественных показателей с учетом формационных типов месторождений, способа добычи и переработки руд.
Впервые разработана классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, позволяющая идентифицировать отходы по их технологическим характеристикам и типизировать полученную информацию с последующим присвоением кода.
Установлено влияние морфоструктурного состава отходов обогащения руд цветных металлов на извлечение ценных компонентов при их гидрометаллургическом переделе, что позволяет прогнозировать особенности отходов обогатительного передела с точки зрения их вторичной переработки, поведения в технологических процессах и качества получаемой продукции.
Сформулированы минералого-технологические критерии, определяемые технологическими характеристиками отходов обогащения, которые позволяют прогнозировать обоснованную целесообразность вовлечения их в переработку на современном этапе развития науки и техники и способы их переработки.
Практическая значимость работы
Предложена специализированная база данных отходов обогащения колчеданных руд, созданная посредством систематического сбора, обработки и хранения информации.
Полученные данные о технологических характеристиках отходов позволили обосновать необходимость применения разных технологических решений к переработке и утилизации хвостов разных циклов выделения.
Результаты исследований хвостов обогащения использовались при проектировании технологических схем их гидрометаллургической переработки, направленной на комплексное извлечение цветных металлов.
Методология и методы исследования
Обоснованность результатов и научных выводов работы обеспечена большим объемом выполненных экспериментов с применением комплекса минералого-аналитических методов исследований: масс-спектроскопии, оптической и электронной микроскопии, рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА), рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), рентгеновской томографии, метода лазерной дифракции. Испытаны физико-химические и физические методы обогащения минерального сырья в лабораторных и промышленных условиях. Обработка результатов экспериментов и математическое моделирование произведены с применением программных продуктов «STATISTIKA» и «MATLAB».
Положения, выносимые на защиту
1. Природные и технологические характеристики отходов обогащения колчеданных руд (гранулярный и минеральный состав, особенности их
изменения) определяются формационным, фациальным, метаморфическим и тектоническим факторами, а также способами и системами разработки месторождений, рудоподготовкой и обогащением руд.
-
Классификация хвостов обогащения колчеданных руд базируется на их технологических характеристиках: способе обогащения, стадийности их образования, физическом и химическом состоянии пульпы, гранулярном, химическом и минеральном составах отходов.
-
Выделяются три морфологические группы хвостов обогащения, отличающиеся извлечением полезных компонентов. Первая группа - хвосты кристаллически-зернистой структуры, обеспечивающей свободный доступ растворителя к минералам и максимальное извлечение цветных металлов в продуктивный раствор. Вторая группа - хвосты сложного строения и неоднородного состава с затруднительным доступом растворителя к минералам и последующим растворением. Третья группа - хвосты с весьма сложным структурным рисунком, определяющим низкие показатели извлечения металла.
-
Минералогическими критериями оценки технологических свойств текущих хвостов обогащения, определяющими их вовлечение в переработку и выбор ее технологии, являются: содержание полезных компонентов, форма их нахождения, распределение рудных минералов по классам крупности, их количество в полиминеральных сростках, присутствие самостоятельных минеральных фаз, сростков открытого типа, легкорастворимых минералов, отсутствие слоистых силикатов и сорбентов, трещиноватость и пористость.
Степень достоверности и апробация результатов.
Фактический материал, положенный в основу работы, получен автором на протяжении более 10 лет работы в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» и на предприятиях Южного Урала - ОАО «Учалинский ГОК», СФ ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Бурибайский ГОК» при выполнении научно-исследовательских работ: «Исследование параметров и режимов технологии выщелачивания техногенных отходов Бурибаевского ГОКа» (2005), «Исследование режимов и параметров кучного выщелачивания хвостов Учалинской обогатительной фабрики» (2007), «Исследование процессов техногенного формирования минералов меди в условиях месторождений Учалинского ГОКа» (2007).
Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на международном конгрессе «300 лет Уральской металлургии» (Екатеринбург, 2001 г.), международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва 2000, 2002, 2009, 2011 гг..), международном научном симпозиуме «Развитие идей И.Н. Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии» (Чита, 2002 г.), международной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук» (Новосибирск, 2006, 2008 гг..), научном семинаре по технологической минералогии (Сыктывкар, 2010 г.; Петрозаводск, 2011 г.; Москва, 2012 г.; Санкт-Петербург, 2013 г.), Сибирской конференции молодых учёных по наукам о Земле (Новосибирск, 2010 г.); научном семинаре «Минералогия техногенеза» (Миасс, 2011, 2012, 2013 гг..), Всероссийской научной конференции «Практическая микротомография» (Казань, 2012 г.),
международной научно-технической конференции «Комбинированная геотхнология» (Манитогорск, 2003 г.; Сибай, 2007 г.; Екатеринбург, 2009 г.; Магнитогорск, 2011 г.); научно-технических конференциях МГТУ (Магнитогорск, 2000-2013 гг.).
Публикации. По теме диссертации самостоятельно и в соавторстве опубликовано 75 печатных работ, в том числе 17 в изданиях, рекомендованных ВАК, две - в зарубежном издании, одна монография, один патент и одна программа для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. В главе 1 приведено геологическое строение колчеданных месторождений Южного Урала, особенности строения и состава колчеданных руд, генезис месторождений, применяемые технологии добычи и переработки руд, накопление отходов обогатительного передела. Материал изложен на 210 страницах машинописного текста, включающего 42 таблицы и 68 рисунков. Список литературы содержит 230 наименований.
Генезис колчеданных месторождений Южного Урала
Верхнеуральский рудный район примыкает к Учалинскому рудному району с южной стороны и находится в центральной части У чалинско-Александрийской структурно-формационной зоны [18].
На площади Верхнеуральского рудного района преимущественно распространены вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы девонской системы, ограниченное развитие имеют отложения силура и раннего карбона, представленные поляковской (O-S), ирендыкской (Djem-efir), карамалыташской (D2efkr), улутауской (D2ef-gv — D rjul), колтубанской (DrfrkT), зилаирской {рфпгі) свитами [122, 130].
В рудном районе среди интрузивных образований преобладают основные: габбро-диабазы и диабазы. Основные интрузии залегают в форме малых тел и даек. Кроме интрузий основного состава, картируются лакколиты и штоки кислых интрузий.
В Верхнеуральском районе в пределах Узельгинского рудного поля находятся восемь колчеданных месторождений: Узельгинское, Чебачье, Молодежное, Талганское, им. XIX Партсъезда, Озерное, Западно-Озерное, Новое. Все месторождения района и многие проявления колчеданной минерализации сосредоточены в пределах линейных зон северо-западного и близмеридионального простирания, которые пространственно близки к осям базальтовых гряд и межгрядовых впадин, выполненных кислыми вулканитами, и контролируются синвулканическими и рудоподводящими нарушениями. Типичным месторождением Верхнеуральского рудного района является Узельгинское месторождение.
Узельгинское месторождение контролируется узкой трогообразной вулкано-тектонической депрессией субмеридионального простирания. Депрессия обрамляется тремя вулкано-купольными постройками кислого состава: Александровская, Узельгинская и Баксановская, расположенными к западу, востоку и югу от месторождения [123]. Депрессия локализуется на поверхности подрудной базальт-андезитобазальтовой толщи и выполнена кислыми вулканитами и вулканогенно-осадочными породами, вмещающими рудные тела. Рудовмещающие породы и согласные с ними рудные тела залегают полого [130, 158]. Внутри депрессии объем лавовых фаций и мощности отдельных лавовых потоков возрастают в направлении к вулкано-купольным постройкам.
Месторождение сложено вулканогенными и вулканогенно-осадочными породами карамалыташской (D е/кгз-4) и улутауской (D2gvul) свит [121, 123, 130]. Геологический разрез представлен (снизу вверх): базальтами, андезито-базальтами, андезитами и их туфами с прослоями дацитов, риодацитов, риолитов и их туфов {D2efkrs); кварцевыми риолитами, риодацитами, дацитами, андезито-дацитами и их туфами с прослоями базальтов, андезито-базальтов и их туфов (Z e/Xyv); клиноидными, мшанково-строматопоратовыми биомикритами, осложненными гематит-карбонатными брекчиями (D2gvul). Общая мощность разреза - 1220-2300 м.
Среди интрузивных образований преобладают габбро-диабазы и диабазы. Кроме интрузий основного состава картируются лакколиты и штоки риодацитов и риолитов.
Рудные тела в плане сосредоточены в узкой зоне протяжённостью 2350 м в северо-северо-восточном направлении при ширине 400 м и расположены в двух стратиграфических уровнях: нижнем - в кровле пачки эффузивных кварцевых риолитов (420-640 м) и верхнем - в кровле пирокластической пачки кислого состава (150-380 м), на контакте или вблизи контакта с улутаускими отложениями (рисунок 1.3). Расстояние между уровнями от 150 до 450 м [130, 162].
Рудные тела представлены пологопадающими пласто- и линзообразными залежами с раздувами, пережимами и «пальцеванием» на выклинках. Контакты их со стороны висячего бока резкие, а в лежачем боку наблюдаются постепенные переходы от сплошных руд к вкрапленным, сопровождаемые на глубину ореолом постепенно затухающей прожилковой и рассеянной сульфидной минерализацией.
Со стороны лежачего бока прослеживаются горные породы, претерпевшие околорудный метасоматоз: серицит-кварцевые, серицит-хлорит-кварцевые, хлоритовые метасоматиты. Вниз по разрезу метасоматиты сменяются гидротермально измененными породами: серицитизированными, окварцованными, хлоритицизированными, эпидотизированными и гематитизированными [168, 191].
Александрийский рудный район расположен в южной части Учалинско-Александринской СФЗ восточного склона Магнитогорского мегасинклинория [192].
Стратиграфический разрез Александрийского рудного района представлен вулканогенными и вулканогенно-осадочными породами девона и подразделяется на карамалыташскую (D2efkr), улутаускую (D2ef-gvul) и колтубанскую свиты (Иф-кГ) [121, 122].
В районе выделяют магматические породы с секущими формами залегания: дайки, некки и штоки эффузивных пород, являющиеся их корнями или подводящими каналами; малые интрузии и дайки, не имеющие прямой связи с излившимися фациями и представляющие собой гипабиссальные апофизы интрузивных массивов или самостоятельное наложение даек неясного генезиса; интрузивные комплексы, образующие крупные массивы [121].
На площади Александрийского рудного района известно среднее по масштабам Александрийское медно-колчеданное месторождение, а также ряд рудопроявлений серно-колчеданного (Сабановское), медно-колчеданно-полиметаллического (Совхозное, Сары-Камыш I и II, Солодянское, Аще-Бутак, Дорожное и др.) и полиметаллического (Бабарыкинское) типов. Александрийское месторождение является типичным месторождением Александрийского рудного района.
Александрийское месторождение расположено в южной части рудного района и залегает в одноименной вулканической постройке.
Стратиграфический разрез вулканогенно-осадочных отложений среднего девона (рисунок 1.4) в пределах Александрийского месторождения сложен породами карамалыташской {Djejkr) свиты [35, 121, 192]. Карамалыташская свита подразделяется на три горизонта (снизу вверх): подрудный -перлитовые дациты, миндалекаменные афировые базальты и брекчии базальтов, фельзитовидные риодациты, мощностью более 1000 м (D2efkr21 1), рудовмещающий - тефроиды кислого состава, фельзитовые риодациты, тефроиды и гиалокластиты, общей мощностью 70-170 м (D2efb"21 2); надрудный - базальты, замещающиеся на флангах и перекрывающиеся кислыми вулканитами (D2efkr21 3).
Среди магматических пород с секущими формами залегания на участке месторождения выделяются субвулканические тела типа штоков и некков с многочисленными апофизами, образованными породами кислого состава, и дайки, сложенные преимущественно породами основного состава [121].
Месторождение приурочено к юго-восточному крылу Александрийской антиклинали, простирающейся в северо-восточном направлении, и осложненно разломами северо-восточного простирания. Крылья складки сложены породами липарито-дацитовой и вулканогенно-осадочной толщ [121].
На месторождении выявлено 23 рудных тела, отличающихся своими размерами, морфологией, условиями залегания и составом руд. Все они сосредоточены на сравнительно небольшом участке площадью 1,5 км и залегают в дацитах и липарито-дацитовой толщи (кг2 " ) в непосредственном контакте или на небольшом удалении от него с вышележащими диабазами и туфопесчаниками вулканогенно-осадочной толщи [121]. По геологической позиции на месторождении выделяют согласные и несогласные типы.
Рудные тела первого типа представлены чаще всего линзообразными или пластообразными залежами с раздувами, пережимами, ответвлениями и отдельными морфологическими усложнениями. Висячий бок рудных залежей сложен сравнительно слабометаморфизованными породами: диабазами и туфопесчаниками контрастной пачки. В лежачем боку всюду развита мощная зона гидротермально измененных серицит-кварцевых пород с вкрапленностью сульфидов. Согласные рудные тела сложены сплошными и вкрапленными рудами с преобладанием последних.
Ко второму типу рудных тел месторождения относятся несогласные, сравнительно крутопадающие, линзообразные залежи, контролирующиеся зонами разломов и оперяющими их трещинами. Большая часть секущих рудных тел расположена в серицит-кварцевых породах. Рудные тела, в основном, сложены вкрапленными и прожилково-вкрапленными рудами.
Баймакский рудный район находится в Таналыкской структурно-формационной зоне Западного склона Магнитогорского мегасинклинория [178].
Геологический разрез района представлен вулканогенными и вулканогенно-осадочными породами баймак-бурибаевской (Djeb-br), ирендыкской (Дге/zr), улутауской (D2gvul) и зилаирской ффп - Citizl) свит [93, 123, 178,185].
Баймакский рудный район интенсивно насыщен субвулканическими породами, залегающими, главным образом, среди эффузивных и пирокластических образований баймак-бурибаевской свиты и в низах ирендыкской свиты. Наибольшие концентрации субвулканических тел наблюдаются в полосе северо-восточного простирания, проходящей в центральной части района, а также вдоль субмеридиональных разломов, разделяющих район на структурно-формационные зоны.
Состав субвулканических пород варьирует от основного до кислого со всеми промежуточными разностями, но с резко выраженным преобладанием пород кислого состава. Среди последних выделяются дацитовые порфириты, липарито-дацитовые порфиры, мегафиры, имеющие преимущественно липарито-дацитовый состав и кварц-пироксен-плагиоклазовые порфириты гибридного происхождения.
Классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд
Химический фазовый анализ решает задачу определения содержания минеральных форм меди и цинка путем их селективного растворения. Данный метод достаточно широко используют при анализе рудного минерального сырья вследствие его высокой чуствительности в определении фаз с низким содержанием, как правило, недоступной физическим методам и оптической микроскопии. Достоверность химического фазового анализа достигается предварительной диагностикой всех форм нахождения определяемых элементов другим методом. При диагностике минеральных форм меди и цинка применяются методики, прошедшие экспертную и методологическую оценку (Унифицированная инструкция НСАМ № 372-ф, 1991; Унифицированная инструкция НСАМ № 344, 1990) [143, 144, 180].
Определение морфоструктурных параметров гетерогенных объектов проводится с использованием рентгенотомографического анализа (рентгеновский микротомограф ВТ-50-1 «Геотом»). На основании анализа отснятых томограмм, получаемых путем послойного сканирования объекта, выявляются особенности распределения минеральных фаз -гранулометрия и морфометрия зерен минералов [217].
Минералогические исследования
Минералогические исследования используются для предварительной оценки качественных характеристик минерального сырья и его ожидаемой технологичности промышленного освоения прогнозируемых хвостов обогащения [138].
Минеральный и морфоструктурный составы хвостов обогащения, учитывая их высокую дисперсность, целесообразно проводить традиционными методами исследований с использованием оптической и электронной микроскопии с учетом следующих методических положений [40, 149]: - диагностика фазового состава; - определение морфологии каждого индивида (идиоморфная, гипидиоморфная, аллотриоморфная, обломочная), внутреннее строение индивида; - оценка взаимоотношений рудных и нерудных минералов. Характеристика типов сростков - по содержанию рудного минерала (богатые, рядовые, бедные, примазки и включения), по составу минералов (мономинеральные, биминеральные и полиминеральные), по характеру поверхности границ срастаний минералов (ровная, извилистая, бугристая, неровная, зазубренная, заливообразная, сложная); - определение характеристик гранулярного состава минералов. Методы оптической микроскопии включают петрографический, минераграфический и оптико-геометрический анализы [32, 86, 87, 208, 214].
Петрографический и минераграфический анализы, выполняющиеся на петрографическом и рудном поляризационных микроскопах (ЛОМО, Россия), являются широко распространенными методами количественного фазового анализа руды и хвостов обогащения, а также определения их морфоструктурных характеристик. Данные анализы позволяют идентифицировать минеральный состав, размер, форму и внутреннее строение зерен индивидов, морфологию и взаиморасположение минеральных агрегатов, характер срастания рудных и породообразующих минералов.
Оптико-геометрический анализ проводится на микроскопах Epiquant и Meiji Techno с использованием систем компьютерного анализа изображений SIAMS-бОО и Thixomet PRO, разрешающие измерять геометрические (площадь S (кв. мкм), длина Н (мкм), ширина N (мкм), периметр Р (мкм)) и морфологические (фактор формы, удлинение, изрезанность) параметры минералов и частиц хвостов обогащения, а также проводить весовой, дифференциальный, интегральный и корреляционный анализы полученных значений. На основании базовых метрических параметров может быть определена вкрапленность минеральных зерен, характеризуемая их гранулометрией, формой и типом срастаний с другими минералами.
При количественной оценке полного минерального состава отходов обогатительного передела наиболее эффективен метод рентгенографического количественного фазового анализа (РКФА). РКФА выполняется методом внутреннего стандарта на дифрактометре «ДРОН-3.0» (Россия, Буревестник). Метод обеспечивает выявление, диагностику и количественную оценку всех раскристаллизованных фаз, величина кристаллитов которых более 0,02 мкм, с содержанием выше 0,5-1,0 весовых %, в зависимости от элементного состава фазы и совершенства ее кристаллической структуры. Фазы, кристаллиты которых менее 0,02 мкм, рентгеноаморфны. Расчет содержаний проводится методом постоянных коэффициентов без учета содержания рентгеноаморфной фазы с расчетом на 100 %.
Глинистые минералы диагностируются по стандартной методике, основанной на сопоставлении трех дифрактограмм первичной пробы, насыщенной глицерином и прокаленной при 550 С. Анализ проб проводился на дифрактометре «ДРОН-3.0» (Fe-анод, графитовый монохроматор).
Высокая дисперсность рудных минералов руд и хвостов обогащения не всегда позволяет получить полную и всестороннюю информацию об изучаемом объекте традиционными методами оптической микроскопии и рентгенографическим количественным фазовым анализом, поэтому возникает объективная необходимость в изучении их прецизионными методами - аналитической электронной микроскопией. Электронная микроскопия позволяет выявлять и идентифицировать минеральные фазы, диагностировать их вещественную и стрктурную неоднородность, морфологические особенности минеральных индивидов и их агрегатов [37, 127].
Основными методами современной аналитической электронной микроскопии является просвечивающая (ПЭМ), растровая (РЭМ) и сканирующая (СЭМ) микроскопия. Растровая электронная микроскопия выполняется на микроскопе JSM-6490L (Япония), просвечивающая электронная микроскопия — на JEM-200C (Япония).
В растровом электронном микроскопе наибольший интерес представляют сигналы, создаваемые вторичными и отраженными (обратно-рассеянными) электронами, поскольку они меняются при изменении топографии поверхности по мере того, как электронный луч сканирует по образцу. Для получения информации о топографии поверхности минералов и их агрегатов используют режим вторичных электронов. Обратно-рассеянные электроны, которые генерируются одновременно со вторичными, содержат информацию о составе образца. Анализ рентгеновского излучения позволяет определить элементный состав микрообъёма образца. Полученные изображения регистрируется в цифровой форме и могут экспортироваться в программы компьютерного анализа изображений SIAMS-600 и Thixomet PRO для диагности геометрических и морфологических характеристик минералов и минеральных агрегатов.
Гранулярный состав хвостов обогащения проводится несколькими методами [201]: -оптико-геометрическим - путем измерения зерен рудных минералов в полированных таблетках; - ситовым и седиментационным - количественное распределение частиц хвостов обогащения размером более 40 мкм по крупности определяется путем сухого или мокрого рассева частиц менее 40 мкм по скорости их оседания в жидкой среде (ГОСТ 24598-81 «Ситовый и седиментационный методы определения гранулометрического состава») [64]; -методом лазерной дифракции Mastersizer 2000 (Malvern Instruments, Великобритания) с установлением дисперсности частиц в диапазоне от 0,02 до 2000,00 мкм. По результатам гранулометрического анализа строится диаграмма системы пелит ( 0,01 мм) - алеврит (0,1-0,01 мм) - псаммит (1,0-0,1 мм), разработанная Азербайджанским филиалом АН СССР. Гранулярный состав хвостов обогащения описывается интегральной функцией распределения D(5) количества материала по размерам частиц 8 или функцией плотности вероятностного распределения ф(8). Математическая обработка результатов анализа проводится в программе «STATISTIKA 6». Аппроксимация эмпирических кривых предусматривает подбор теоретического закона распределения и нахождение соответствующих параметров выбранного распределения. Для статистической проверки гипотезы о соответствии эмпирического распределения теоретическому закону используется критерий согласия Пирсона.
Характеристика текущих хвостов обогащения
Текущие хвосты обогащения колчеданных руд - отходы, образовавшиеся в процессе флотации сульфидных руд и концентрирующиеся (собирающиеся) на выходе из обогатительной фабрики в виде сгущенной пульпы. Руды в процессе обогащения претерпели механическое разрушение и селекцию обломков минеральных агрегатов по содержанию полезного компонента, без последующей седиментации обломочного материала. Поэтому текущие хвосты можно рассматривать как обломочные техногенные образования, состоящие из обломков минералов и минеральных агрегатов, текстура текущих хвостов - неслоистая, беспорядочная. Структура кластическая, по составу обломков - кристалле- и литокластическая, по размеру обломков - мелко- и среднеобломочная [51, 188].
Природно-технологические свойства хвостов обогащения определяются минералого-геологическими и горно-техническими факторами. Изменение природной морфологии, гранулометрии индивидов и минеральных агрегатов руды происходит в процессах рудоподготовки. Особенно тонкая степень измельчения и доизмельчения руды и выделение хвостов в определенном цикле технологической схемы обогащения обуславливают гранулярный состав отходов обогатительного передела.
Текущие хвосты обогащения руд Юбилейного, Сибайского, Майского и Учалинского месторождений согласно номенклатуре средне- и мелкообломочных пород (таблица 4.13) относятся к глинистым алевритам, средневзвешенный диаметр этих хвостов колеблется от 0,026 до 0,061 мм (таблица 4.14). Хвосты обогащения руд Александрийского месторождения являются глинисто-песчаным алевритом, средневзвешенный диаметр 0,127 мм. Хвосты обогащения руд являются неоднородными по гранулярному составу, так как коэффициент неоднородности его больше 3 (таблица 4.14).
По степени литификации хвосты обогащения руд Сибайского месторождения относятся к глинистым алевритам. Хвосты основного цикла выделения состоят на 67,6 % из класса крупности 10-100 мкм, а хвосты медно-пиритного цикла - на 65,69 % из класса крупности 10-100 мкм и на 10,3% из +100 мкм. Содержание шламующего класса - 32,4 % и 24,01 % соответственно (рисунок 4.12). Хвосты медно-пиритовой флотации Хвосты основной флотации Рисунок 4.12 - Интегральная кривая распределения хвостов обогащения колчеданных руд Сибайского месторождения разных циклов выделения Хвосты обогащения руд Майского месторождения основного цикла выделения являются песчано-глинистым алевритом, они сложены на 29,12 % классом крупности -10 + 0 мкм, 123 55,63 % классом - 100+10 мкм и 15,25% - +100 мкм. Гранулярный состав хвостов цинк-пиритного цикла выделения представлен на 32,62 % классом крупности -10 + 0 мкм, 59,77 % - -100+10 мкм и 7,61% - +100 мкм, их можно отнести к глинистым алевритам (рисунок 4.13).
Одним из непременных условий создания эффективной технологии переработки хвостов обогащения является выявление закономерностей распределения частиц отходов по их размерам. Наличие таких закономерностей позволяет аппроксимировать кривые распределения математическим выражением, дающим полное представление о дисперсности хвостов и возможность сравнивать характеристики хвостов обогащения колчеданных руд разных месторождений [4, 33,43, 125, 201].
Хвосты обогащения можно рассматривать как статистическую выборку, состоящую из множества частиц, из генеральной совокупности. Размер частиц хвостов (8;) - значение непрерывной случайной величины. Соответствие между наблюдаемыми вариантами 8; и их частотами р, является эмпирическим распределением случайной величины. Графически гранулярный состав хвостов обогащения представлен эмпирической функцией распределения D(5) количества материала по размерам частиц и эмпирической плотностью вероятностного распределения ср(8).
Аппроксимация эмпирических кривых предусматривает подбор теоретического закона распределения и нахождения соответствующих параметров выбранного распределения. Для статистической проверки гипотезы о соответствии эмпирического распределения теоретическому закону использовался критерий согласия Пирсона. Процедура проверки гипотез с использованием критериев типа х предусматривает группирование наблюдений. Область определения случайной величины разбивают на к непересекающихся интервалов граничными точками: где хо— нижняя грань области определения случайной величины; 8к — верхняя грань.
В соответствии с заданным разбиением подсчитывают число п; выборочных значений, попавших в і-й интервал, и вероятности попадания в интервал, соответствующие теоретическому закону с функцией плотности.
Дифференциальная функция распределения (рисунок 4.15) частиц по их размерам в большинстве случаев имеет один хорошо выраженный максимум асимметричной формы с крутым спадом в сторону мелких частиц и пологим в сторону крупных.
Эмпирическая кривая позволяет сделать предположение о логнормальном распределении случайной величины. Для определения параметров исходного распределения использовались оценки наибольшего правдоподобия. Гипотеза Но о сходстве эмпирического и теоретического распределений проверялась с помощью критерия Пирсона и была отклонена.
Для создания технологии переработки хвостов обогащения основным требованием к их гранулометрическому составу является определение взаимосвязи между фракциями. Для выявления структуры совокупности все множество значений было разделено на классы шириной 10 мкм, что привело к объединению тонких частиц в один класс.
Минералогические критерии оперативной оценки целесообразности и эффективности технологии переработки или утилизации
Пример оформления массива сырьевой базы данных приведен на рисунке 5.4. Второй информационный массив «Горно-обогатительное предприятие» включает: Полное название горнодобывающего предприятия. 2. Экономическая деятельность предприятия: сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство; рыболовство, рыбоводство; добыча полезных ископаемых; обрабатывающие производства; производство и распределение электроэнергии, газа и воды; строительство; оптовая и розничная торговля; ремонт автотранспортных средств, мотоциклов, бытовых изделий и предметов личного пользования; гостиницы и рестораны; транспорт и связь; финансовая деятельность; операции с недвижимым имуществом, аренда и предоставление услуг; государственное управление и обеспечение военной безопасности; обязательное социальное обеспечение; образование; здравоохранение и предоставление социальных услуг; предоставление прочив коммунальных, социальных и
Третий информационный массив «Технологические свойства хвостов обогащения», построенный по фасетному принципу, включает следующие характеристики: метод обогащения; стадийность; плотность пульпы; химическая среда пульпы; гранулярный состав; химический и минеральный составы хвостов обогащения (см. раздел 3). Пример оформления массива сырьевой базы данных приведен на рисунке 5.6.
Выберите характеристики горно-обогатт Название фасетаГорнодобывающее предприятиеЭкономическая деятельностьСпособ разработкиСистема разработкиПроизводительность, илн т руды/годПерерабатывающее предприятиеВыпускаемая продуюда ельного предприятия:Хвосты обогащения колчеданных руд Учапиносого месторожденияОАО "Учалинский ГОК Добыча полезных ископаемых Четвертый шаг определяет целесообразность извлечения полезных компонентов из отходов обогащения, для этого дополнительно вводится информация по кондиционному содержанию полезного компонента в рудах и содержанию этого компонента в хвостах обогащения, а также максимальное отклонение к вышеперечисленных величин (рисунок 5.7). Значение коэффициента отклонения зависит от экономических показателей предприятия.
Если целесообразность переработки хвостов обогащения подтверждается, то следующим пятым шагом является ввод дополнительной информации по текущим хвостам обогащения с получением рекомендаций по переработке (рисунок 5.8). Если целесообразность переработки хвостов обогащения не подтверждается, то текущие хвосты обогащения подлежат утилизации. Ус &к jjSljjB Полезные конпонемты; медь (025), шнк (030) Укажите дололнитеязные параметры сырья: Тип сростков, содержащих рудные «атермаяы:Содержание рудных минералов в голининершьных фОСТТип минеральных сросткшРекомендации;извлечение тмезмых компонентов [Пояининерадьмые _ «Предприятие», «Отходы» и «Рекомендации». Предложенная база данных позволяет систематизировать и унифицировать текущие хвосты обогащения, предопределяет выбор возможной технологии их переработки или утилизации. База данных является пополняемой и применима ко всем отходам обогатительного производства, независимо от исходного минерального сырья.
Анализ технологий выщелачивания сульфидного сырья свидетельствует, что для упорных в химическом отношении минералов в настоящее время разработаны различные методы интенсификации. При этом, наряду с условием высокой скорости химических реакций, основной характеристикой выщелачиваемого массива является его фильтрационная способность, что особенно важно при выщелачивании тонкодисперсного материала — хвостов обогащения медноколчеданных руд. Присутствие в выщелачиваемом массиве частиц тоньше 1 мм ухудшает перколяцию, вызывает образование каналов или закупоренных зон внутри массива, обуславливая увеличение времени выщелачивания и понижение степени извлечения или полное прекращение фильтрации, что ограничивает практические возможности переработки накопленных в огромных количествах в хвостохранилищах отходов.
Для обеспечения возможности выщелачивания тонкодисперсных хвостов обогащения Учалинской обогатительной фабрики их необходимо подвергать предварительному окомкованию.
Объективная минералого-технологическая оценка текущих хвостов обогащения колчеданных руд позволила обосновать целесообразность их вовлечения в переработку на современном этапе развития технологии, тем самым решая проблему дефицита минерального сырья горных предприятий Южного Урала и улучшая экологическую нагрузку в регионе.
Выявлены черты сходства и различия текущих хвостов обогащения колчеданных руд, определяемые структурно-формационным типом месторождений, технологической схемой добычи, рудоподготовкой и способом обогащения. Отходы отличаются химическим и минеральным составами, морфологией и химическим составом минералов, границами их срастаний, раскрываемостью рудных минералов и их распределением по классам крупности, степенью дисперсности, что определяет выбор технологии переработки, сложным
Определены минералого-геологические и горно-технические факторы образования текущих хвостов обогащения, позволяющие прогнозировать и управлять их минеральным составом и строением с учетом структурно-формационного типа месторождения, процесса рудообразования, метаморфизма и тектоники месторождения, способа и системы добычи и переработки руды.
Впервые разработана классификация текущих хвостов обогащения колчеданных руд Южного Урала, представляющая собой систему отдельных группировок, сформированных по совокупности приоритетных признаков, отражающих их технологические характеристики, и типизирована полученная информация с последующим присвоением кода, что способствует упорядочению исходной информации по текущим хвостам обогащения в виде базы данных техногенного сырья и оперативному принятию технологических решений. К совокупности приорететных признаков относятся - способ обогащения, цикл выделения, физическая и химическая характеристики пульпы, гранулярный, химический и минеральный составы хвостов обогащения.
Адаптирована методика исследования текущих хвостов обогащения колчеданных руд, заключающаяся в получении полной и достоверной информации о технологических свойствах сложного тонкодисперсного полиминерального техногенного сырья путем применения комплекса минералого-аналитических методов (масс-спектроскопии, оптической и электронной микроскопии, рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА), рентгенофлуоресцентного анализа (РФА), рентгеновской томографии, метода лазерной дифракции), необходимых для оперативной минералого-технологической оценки текущих хвостов обогащения колчеданных руд и обоснования выбора технологии их переработки или утилизации.
С использованием математической модели описания выбор технологии переработки или утилизации отходов обогатительного передела производится с учетом их технологических характеристик, позволяющих решать проблемы комплексного использования вторичных техногенных ресурсов и защиты окружающей среды от загрязнения. Сформулированы минералого-технологические критерии, определяемые природно-технологическими характеристиками отходов обогащения.
