Разработка и обоснование параметров комбинированной технологии переработки теннантитсодержащих руд медно-колчеданных месторождений Урала Ягудина Юлия Радиковна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние теории и практики переработки колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита 10

1.1. Современное состояние минерально-сырьевой базы Учалинского горнообогатительного комбината 10

1.2. Горно-геологические и минералогические особенности месторождений Узельгинского рудного поля 13

1.3. Анализ существующих технологий переработки минерального сырья с повышенным содержанием теннантита 22

1.4. Реагенты, применяемые в процессе флотации медно-колчеданных руд 36

1.5. Цель, задачи, методы исследований 40

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования .44

2.1.Методики исследования 44

2.2. Авторская методика исследования колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита 51

2.3. Вещественный состав медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения 54

Выводы к главе 2 67

ГЛАВА 3. Обоснование выбора технологии флотации и автоклавного выщелачивания ценных компонентов из медно-колчеданного сырья с повышенным содержанием теннантита 69

3.1. Исследование технологических свойств мономинеральной теннантитовой пробы 69

3.2. Изучение минерального состава продуктов технологического передела при переработке медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения

3.3. Исследование условий и параметров флотации при переработке медной и медно-цинковой руды с повышенным содержанием теннантита 97

3.4. Исследование условий и параметров при автоклавном выщелачивании готового медного концентрата .109

Выводы к главе 3 114

ГЛАВА 4. Разработка рекомендаций комбинированной переработки колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита 117

4.1. Укрупненные лабораторные испытания разработанной технологии для медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения 117

4.2. Оценка экономической эффективности комбинированной переработки колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита 132

Выводы к главе 4 140

Заключение 142

Список литературы

• Горно-геологические и минералогические особенности месторождений Узельгинского рудного поля
• Вещественный состав медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения
• Изучение минерального состава продуктов технологического передела при переработке медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения
• Оценка экономической эффективности комбинированной переработки колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита

Введение к работе

Актуальность работы.

Минеральные ресурсы Учалинского горно-обогатительного комбината,
одного из крупнейших предприятий Южного Урала по добыче медно-цинковых
руд, истощаются, завершается доработка Учалинского месторождения,
Талганского, Молодежного. Перспективная рудная база предприятия
сосредоточена в группе месторождений Узельгинского рудного поля, таких как
Узельгинское, Западно-Озерное, Озерное, а также Ново-Учалинское, руды
которых характеризуются как труднообогатимые, отличаются многосортностью,
невысоким содержанием полезных компонентов, неблагоприятными текстурно-
структурными особенностями, полиминеральностью, близкими
технологическими свойствами у рудообразующих минералов.

Руды, добываемые на Узельгинском месторождении и поступающие на Учалинскую обогатительную фабрику - типичный пример сложного для обогащения минерального сырья. Проблемой флотации при традиционном способе обогащения колчеданных руд Узельгинского и Западно-Озерного месторождений является эффективное селективное разделение основных сульфидных минералов меди и цинка, пирита в присутствии теннантита (мышьякового сульфида меди Cu₁₂As₄S₁₃) - минерала блеклых руд, который легко шламуется, трудно флотируется, чем ухудшает качественные и количественные показатели конечной продукции комбината. Медные концентраты с повышенным содержанием мышьяка при переработке наносят значительный экологический вред окружающей среде. Поэтому на металлургические комбинаты должны поставляться медные концентраты с содержанием меди не менее 20 % и мышьяка не более 0,6%. Разработка и обоснование комбинированной технологии переработки медно-колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита, обеспечивающей увеличение извлечения меди в медный концентрат,кондиционирование и удаление излишнего мышьяка из продуктов обогащения,его последующую утилизацию в связанном виде, является весьма актуальной проблемой.

Целью работы является разработка новых технологических схем и режимов технологии переработки теннантитсодержащих руд медно-колчеданных месторождений для повышения эффективности их освоения.

Идея работы заключается в применении комбинированной технологии переработки теннантитсодержащих медных и медно-цинковых руд, сочетающей селективный режим флотации с дополнительным сульфгидрильным реагентом-собирателем AERO 5100 и автоклавное выщелачивание медно-цинкового концентрата, обеспечивающей получение кондиционного товарного медного концентрата.

Объекты и методы исследования: медная и медно-цинковая руда Узельгинского месторождения с повышенным содержанием теннантита и продукты ее обогащения в условиях обогатительной фабрики ОАО "Учалинский горно-обогатительный комбинат" (ОАО "УГОК").

При выполнении диссертационной работы был использован комплекс физических, химических и физико-химических методов: химический,

минераграфический, спектральный, гранулометрический анализы; метод электронной микроскопии (с применением микроскопов AxioScope А.1, Olympus BX 51 с приставками для цифровой документации; СЭМ VEGA3 Tescan с ЭДА); метод инфракрасной (ИК) спектроскопии(ИКФС, спектрометр ShimadzuIR-Affinity), метод оценки раскрываемости и определения морфометрических параметров зерен с помощью промышленной системы анализа изображений LeicaQWinV – 3; флотационные опыты на лабораторных установках, гидрохимическое выщелачивание на комплексной автоклавной установке кафедры металлургии "Национальный минерально-сырьевой университет" (г.Санкт-Петербург). Все виды анализов проводились с использованием стандартных методик и аппаратуры в лабораториях ОАО «Учалинский ГОК», НПО «РИВС» (г. Учалы, г.Санкт-Петербург), ИПКОН РАН (г. Москва). Работа выполнена с применением методов обобщения и систематизации материалов по проблеме исследования, физического моделирования, прикладной математики, математической статистики, теории вероятности.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ опыта переработки сульфидных руд с повышенным содержанием теннантита.

2. Исследование особенностей строения, вещественного состава и физико-механических свойств теннантитсодержащих медно-колчеданных руд.

3. Исследование технологических свойств медно-колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита и разработка режима и параметров флотации медных и медно-цинковых руд.

4. Установление механизма взаимодействия теннантитсодержащих
медно-колчеданных руд с селективными реагентами-собирателями,
компьютерным моделированием, методом ИК-спектроскопии и методом
многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).

5. Исследование основных параметров переработки
теннантитсодержащего медно-цинкового концентрата автоклавным
выщелачиванием.

6. Разработка технологических рекомендаций по переработке
теннантитсодержащих колчеданных руд и оценка их экономической
эффективности.

Положения, выносимые на защиту:

4. Технологические свойства труднообогатимых теннантитсодержащих колчеданных руд обусловливаются особенностями химического и минерального составов, морфологией и размерами минералов, близостью технологических свойств рудообразующих сульфидных минералов, и определяют целесообразность применения комбинированных технологий, включающих флотационные методы и химическое обогащение при их переработке.

5. Эффективная флотация медно-колчеданных теннантитсодержащих руд с извлечением меди не менее 80,1% и содержанием меди 18%, мышьяка 1,6%, обеспечивается выведением из процесса циркулирующего мелкого теннантита, проведением процесса флотации в известковой среде с остаточной

концентрацией гидрооксида кальция 532 г/м³ и последовательной подачей реагентов-собирателей АЭРО 5100 (35 г/т) и бутилового ксантогената калия (Кх. бут. 140 г/т).

3. Эффективная переработка медно-цинковых теннантитсодержащих руд с извлечением меди 80,4%и содержанием меди 26,9%, при снижении содержания цинка с 6,13% до 0,78%и мышьяка с 3,16% до 0,4%в медном концентрате, обеспечивается флотацией в известковой среде с остаточной концентрацией гидрооксида кальция 256 г/м³ ипоследовательной подачей реагентов-собирателей AERO 5100 (70 г/т) и Кх. бут. (125 г/т), последующим автоклавным выщелачиванием медного концентрата при давлении кислорода 0,4 МПа,температуре 190оС и гидротермальном осаждении меди в течение часа при температуре 190оС.

4. Разработанная комбинированная технология переработки теннантит содержащих руд медно-колчеданных месторождений, предполагающая объединение концентрата медной флотации и медного продукта автоклавного выщелачивания в установленных технологических режимах приводит к повышению качества готового медного концентрата в 1,4 раза, уменьшению содержания мышьяка в 6 раз при сохранении извлечения меди.

Научная новизна работы:

1. Установлены причины низких показателей извлечения меди из
теннантитсодержащих руд медно-колчеданных месторождений, обусловленные
их текстурно-структурными особенностями, трудной раскрываемостью
полиминеральных сульфидных сростков, микронной крупностью и высоким
шламообразованием теннантита, его низкой флотационной активностью к
бутиловому ксантогенату.

2. Выявлен механизм действия сульфгидрильного реагента-собирателя

аллилалкилтионокарбамата( --=--«-=* ) AERO 5100, заключающийся в образовании на поверхности теннантита нового соединения с прочной химической связью с металлом минерала, что подтверждается на ИК-спектре интенсивной полосой поглощения с максимумом в области частот 470см-1, а в солидофильной группе до и после взаимодействия с теннантитом в области частот с 1064 до 1046см^-1, отвечающей за колебания связи С=S, при этом интенсивности максимумов, относящихся к полосам пропускания солидофильных групп реагента AERO 5100, взаимодействующих с теннантитом, в 2,5 раза выше, чем для ксантогената, что указывает на большую степень химической сорбции реагента AERO 5100.

3. Установлены зависимости извлечения меди и мышьяка
комбинированной технологией, включающей флотацию и автоклавное
выщелачивание из колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита от
реагентного режима флотации, рН среды, крупности исходной руды, давления
кислорода, температуры и времени выщелачивания и гидротермального
осаждения меди.

Практическая значимость работы

1. Разработана технология повышения качества медного концентрата, обеспечивающая получение объединенного медного концентрата с содержанием

меди на уровне 22,0%, мышьяка 0,6 %, при переработке медно-колчеданных и медно-цинковых теннантитсодержащих руд Узельгинского месторождения на обогатительной фабрике ОАО «УГОК».

2. Предложена усовершенствованная технологиядля переработки медно-колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита, основанная на применении нового реагентного режима: регулирование рН среды известью на уровне 11,3 при остаточной концентрации гидрооксида кальция 532 г/м³,последовательной подачей реагентов-собирателей AERO 5100 (35 г/т) и бутилового ксантогената калия (Кх.бут 80 г/т) и вывода мелкого циркулирующего теннантита из технологической схемы, что позволяет повысить содержание меди в медном концентрате до 18,05% при извлечении 80,6%.

3. Рекомендован к внедрению комплекс технологических операций для обогащения медно-цинковых руд с повышенным содержанием теннантита, предусматривающий флотацию, при остаточной концентрации гидрооксида кальция 256 г/м³ (рН среды 10,8) и последовательную подачу реагентов-собирателей AERO 5100 (30 г/т) и Кх. бут. (110 г/т), автоклавное выщелачивание некондиционного медного концентрата в течение часа при давлении кислорода 0,4 МПа и температуре 190^оС, гидротермальное осаждение меди из раствора в течении часа при температуре 190^оС, обеспечивающее повышение качества медного продукта после выщелачивания до 26% с извлечением меди из раствора до 99%, снижение содержания цинка и мышьяка в медном продукте примерно в 8 раз (Zn - 0,78%, As - 0,4%).

Достоверность и обоснованность выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных; адекватностью разработанной имитационной модели условиям функционирования обогатительных процессов; сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, обработанных методами математической статистики с использованием современного оборудования и апробированных методик.

Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач исследований, выполнении лабораторных и укрупненно-лабораторных испытаний с оценкой закономерностей процессов переработки теннантитсодержащих медно-колчеданных руд и механизма их взаимодействия с селективным реагентом.

Апробация работы. Результаты поэтапных исследований, изложенных в диссертации докладывались на научно-практических конференциях, школах, как российского уровня, так и международного: X международная научная школа "Проблемы освоения недр в 21 веке глазами молодых" (ИПКОН РАН, Москва, 2013); 9 международная научная конференция"Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики"(БНТУ, г. Минск, Белоруссия, 2013), IX Российском семинаре по технологической минералогии (МГТУ, г. Магнитогорск, 2014 г.), "Плаксинские чтения. Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья" (АО "Центр наук о Земле, металлургии и обогащения",г. Алматы, Казахстан, 2014), VII международной

конференции "Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр" (МГТУ, Магнитогорск, 2011 г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 работах, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 122 наименований, 164 страниц машинописного текста, 86 рисунков, 43 таблиц.

Горно-геологические и минералогические особенности месторождений Узельгинского рудного поля

Значительная часть колчеданных месторождений Южного Урала сосредоточена в Нижне-Тагильско-Магнитогорском мегасинклинории, в состав которого входят две структурно-формационные зоны – Восточно-Магнитогорская и Западно-Магнитогорская. Учалинский и примыкающий к нему с юга Верхнеуральский рудные районы расположены в области северного замыкания Магнитогорского мегасинклинория. В центральной части Восточно-Магнитогорской палеовулкани-ческой зоны расположен Учалинский рудный район, в северной части которого находится Учалинское рудное поле [19,98] с медно-колчеданными месторождениями Учалинское и Ново-Учалинское и Верхнеуральский рудный район, включающий Узельгинское рудное поле, на площади которого располагаются колчеданные месторождения Узельгинское, Западно-Озёрное, Озёрное, Новое, Талган-ское, Чебачье и Молодёжное. [81].

Месторождения сложены вулканитами карамалыташской и улутауской свит среднего девона, частично перекрыты позднедевонскими и раннекаменноуголь-ными отложениями. Относятся к группе колчеданных месторождений уральского типа, для которых характерны пластообразная и плосколинзовидная форма рудных тел с преобладанием сульфидов железа в минеральном составе руд (пирит, пирротин, халькопирит; реже — борнит, сфалерит, теннантит и др.), вертикальная и латеральная зональность в распределения химических элементов, особые текстурно-структурные и минеральные типы руд. Кровля и фланги колчеданных тел месторождений обогащены элементами полиметаллической специфики – свинцом, цинком, мышьяком, сурьмой. Ядерная часть – медью. Центральная часть подошвы тел пиритовая. Боковые породы подвержены серицитизации и хлоритиза-ции. [12].

Месторождение Озерное. Руды характеризуются тонким взаимопрорастанием сульфидов. Среди руд преобладают сплошные руды - 87,5 %, доля вкрапленных - 12,5 % от общих запасов. Медистые сплошные руды содержат пирита от 2-5 до 95-97 %, арсенопирита - до 5-10 %, халькопирита - 0,5 - 70 %, в среднем 2-3 %, пирротина в количестве 1-2 до 80-96 %, нерудных - 5-10 %. Медистая вкрапленная руда содержит арсенопирита 4-7 %.

Пирит в виде мелкозернистых и колломорфных масс, гнезд, прожилок слагает сплошные (85-97 %) и вкрапленные (15-20-50-65 %) руды, размер зерен от долей до 3,0 -3,5 мм. Пирротин в медных и серноколчеданных рудах образует агрегаты и прожилки с зернами 0,05 — 1,0 мм. Халькопирит (3-10 %) образует тесные взаимопрорастания с пиритом, пирротином, размер зерен до 0,35 мм, редко до 2-5 мм. Содержание мышьяка в медно-цинковой руде достигает 4,01 %, цинковистой -3,62%. Содержание ртути в рудах от следов до 2-5 г/т.

Месторождение Западно-Озерное. Руды месторождения представлены массивными медными (60 %) и медно-цинковыми (40 %). Преобладают сплошные руды тонкозернистого строения, с массивными и брекчиевидными текстурами. Вкрапленные разности слагают небольшие участки в их пределах. Пирит в виде мелкозернистых и колломорфных масс, гнезд, прожилок слагает сплошные (85-97 %) и вкрапленные (15-65 %) руды, размер зерен от долей до 3,0 мм. Халькопирит (3-10 %) образует тесные взаимопрорастания с пиритом, сфалеритом, размер зерен 0,03-0,07 мм. Сфалерит (в медно-цинковых рудах около 3 %) с размером зерен 0,001-2,0 мм. Нерудных минералов 5-10 %. Кроме основных рудообразующих минералов, пирита и халькопирита, в медных рудах присутствует сфалерит (до 0,5-1,0 %), галенит (до 0,5 %), блеклая руда (0,3-0,5 %) и др. В медно-цинковых блеклая руда (0,2-0,4%), галенит (до 0,3 %) и др.

Основным объектом исследования в данной работе является Узельгин-ское месторождение, которое располагается в северной части Верхнеуральского района Челябинской области.

В геологическом отношении Узельгинское рудное поле представляет собой сложную кольцевую структуру, образованную отложениями среднего и верхнего девона: вулканогенными породами базальт-андезибазальт-риодацитовой субфор мации карамалыташской свиты (kr3-4), которые слагают базальт андезибазальтовый палеовулкан, сложенный по периферии кислыми вулканиче скими аппаратами, и перекрытыми карбонатно-вулканогенно-терригенной тол щей улутауской свиты [25]. Положение месторождения контролируется узкой трогообразной вулкано-тектонической депрессией субмеридионального простирания.

В строении Узельгинского месторождения участвуют три литологические толщи (снизу-вверх): подрудная - базальтовая; рудовмещающая - базальт-дацит-риолитовая; надрудная - осадочная. На рисунке 1.2 представлена геологическая карта Узельгинского месторождения [106]. Депрессия расположена на поверхности подрудной базальт-андезитобазальтовой толщи и заполнена кислыми вулканитами и вулканогенно-осадочными породами. Рудовмещающие породы и согласные с ними рудные тела залегают полого (рис. 1.3). Большинство рудных тел в плане приурочены к узкой зоне протяжённостью 2350 м в северо-восточном направлении при ширине 400 м. Эта зона ограничена разломами синвулканического образования [88].

Месторождение залегает в двух стратиграфических уровнях и включает 69 рудных тел. 97,4% балансовых запасов приходится только на 9 рудных тел. Остальные 56 залежей имеют непромышленное значение. Нижний ярус месторождения расположен на глубине 420 – 640 м и представлен рудными телами 2,3,4,7,8, на уровне 150 – 380 м расположен верхний ярус и рудные тела 1,5,5а,6,9 (см. рис.1.4). Средняя мощность рудных тел 13-34,5 м. Расстояние между горизонтами от 150 до 450 м. 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. Мощность зоны интенсивной сульфидной вкрапленности колеблется от 1 до 70 м. В целом вкрапленные руды пользуются незначительным развитием, составляя 12% от общего количества запасов руд. Все руды месторождения представлены первичными разностями, зоны окисления отсутствуют.

Вещественный состав медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения

Обогащение руд является ответственной по своим последствиям задачей. Поэтому еще на стадии разработки месторождения необходимо учитывать широкий диапазон вероятного варьирования качества добываемого сырья, связанного с геолого-минералогическими особенностями и длительной эксплуатацией месторождений. Эффективность обогатительного передела, а в дальнейшем качество и количество получаемых техногенных отходов и в целом рациональный подход к освоению недр весьма значительно зависит от особенностей строения и вещественного состава добываемых руд.

Для уточнения технологических свойств и качества руды, в данной работе в качестве объектов для исследований изучались текстурно-структурные особенности, минеральный, вещественный и гранулометрический составы медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения с повышенным содержанием теннантита.

Параллельно с изучением минерального состава и строения руды, проводятся химические, фазовые и спектральные анализы руды, с целью определения количества главных компонентов, полезных и вредных примесей, так как минералы, слагающие руду (рудообразующие минералы), обычно делят на четыре группы: промышленные минералы, минералы - носители полезных примесей, минералы - носители вредных примесей, непромышленные минералы [57].

Особое внимание обращается на диагностику, форму и размер выделений промышленных и непромышленных минералов и минералов - носителей полезных и вредных примесей, на особенности срастаний с другими минералами, замещение гипогенными и гипергенными минералами, их количество.

Первоначально были определены структура и текстура рассматриваемых объектов, которые имеют значительное влияние на дальнейшую переработку руды. Непосредственно большее влияние оказывает структура, т.е. соотношение и взаимная связь отдельных зерен разных размеров полезных и неполезных минералов в руде. Текстура, т.е. соотношение и взаимная связь сказывается главным образом на технологии дробления и измельчения и на общей схеме обогащения.

Текстурно-структурные особенности руд Узельгинского месторождения определяются, прежде всего, механизмами рудоотоложения: метасома-тическим замещением рудой пород с различными текстурными и структурными рисунками; участием в рудоотоложении тонкодисперных систем и последующими изменениями руды, обусловившими раскристаллизацию тонкодисперсных масс сульфидов в зернистые агрегаты, дробление последних, пе-рераскристаллизацию и замещения рудных минералов рудными и нерудными минералами.

В рассматриваемой руде присутствуют следующие разновидности текстур: колломорфная, брекчиевидная и брекчивая. Из литературных источников известно [58,59], что колломорфные структуры возникают при раскри-сталлизации обводненных коллоидных масс. Колломорфная структура имеет широкое распространение и представлена многообразием почкообразных выделений пирита, других сульфидов и нерудных минералов. Брекчиевидная структура имеет также широкое распространение и встречается в различных вариантах: в обломках могут быть и порода и руда, только руда или только порода. Цемент обычно представлен сульфидами. Широкое распространение брекчиевидной структуры вполне понятно, так как, по данным Г. В Петрова и. М. Казаковой [60], Узельгинское месторождение приурочено к зонам брекчий, а метасоматическое замещение этих пород рудой, по мнению этих авторов сомнения не вызывает. Структуры колчеданной руды первого рудно-56 го тела, в основном, представлены кластогенными разновидностями и относятся к несортированным коллювиальным брекчиям. Отсутствие мелко- и тонкозернистых слоев объясняется близостью источника сноса. Также присутствует скрытокристаллическая, сферолитовая и радиально-лучистая структура, которая возникла при раскристаллизации тонкодисперсных масс, главным образом дисульфида железа. В ядрах колломорфных образований очень часто присутствуют скрытокристаллические агрегаты пирита. Гипи-диоморфнозернистая и аллотриоморфнозернистая структура возникла в рудах в результате полной раскристаллизации тонкодисперсных масс сульфидов [61].

По минеральному составу выделяются три брекчии:1) существенно пиритовые неконтрастные массивного сложения и их брекчированные разновидности. 2) халькопирит-пиритовые с обломками вукланокластов в сульфидно-нерудной матрице, где количество халькопирита в отдельных участках достигает до 20-30% объема; 3) теннантит-халькопирит-сфалерит-пиритовые, содержащие фрагменты труб черных курильщиков. В подрудных метасоматитах сульфидная минерализация тонко рассеянная и прожилково-вкрапленная, а надрудные метасоматиты содержат обломки колчеданных руд, гематит - кварцевых пород .

Согласно составленной классификации А. Г. Бетехтиным с использованием данных С.А. Юшко [62], руды, представленные колломорфной, брек-чиевидной и брекчивой текстурой и кластогенной структурой неблагоприятны для процесса обогащения, так как большое количество потерь ценных компонентов будет связанно со шламами.

Оптико-минералогическим анализом установлено, что главным минеральным фоном рассматриваемых объектов является пирит, в массе которого неравномерно распространены халькопирит, сфалерит и имеется повышенное содержание блеклой руды. Пирит в зависимости от своих технологических особенностей, определяет степень концентрации полезных компонентов в концентратах, промпродуктах и хвостах. В медной руде пирит представлен пятью морфологическими разновидностями: тонко-и мелкозернистый, среднезернистый крупнозернистый, кол-ломорфный и фрамбоидальный, среди которых преобладает тонко- и мелкозернистый, тонкозернистые агрегаты колломорфного и фрамбоидального пирита имеют подчиненное значение. Свойства пирита сильно изменяются в зависимости от формы его выделений.

Изучение минерального состава продуктов технологического передела при переработке медной и медно-цинковой руды Узельгинского месторождения

Основу флотоконцентрата пробы №2 (концентрат Cu «головки») - составляют халькопирит, блеклая руда и пирит. В качестве редких минералов встречаются борнит, галенит и сфалерит, среди вторичных минералов отмечен ковеллин. Все минералы представлены преимущественно свободными зернами. Халькопирит и пирит сильно измельчены до фракции размером 5 и менее микрон, средний размер составляет 20-30 мкм. Часто встречаются сростки, границы которых сложные и извилистые. Халькопирит и пирит представлены свободными зернами (рисунок 3.24), взаимные сростки образуют сложные срастания с борнитом, блеклой рудой, галенитом, и иногда со сфалеритом (рисунок 3.25).

В блеклой руде наблюдаются включения халькопирита и пирита (рисунок 3.26), борнита, реже галенита и сфалерита. Теннантит встречается в свободном виде и в виде сростков с халькопиритом, пиритом, галенитом и сфалеритом. В халькопирите и пирите блеклая руда образует включения размером в сечении от 1-2 до 30 мкм. Количество включений блеклой руды на одно зерно пирита или халькопирита составляет 2-5 штук, реже больше. Во включениях иногда срастается с галенитом или борнитом.

Проба №3 (суммарный Cu концентрат) - основу флотоконцентрата составляют халькопирит, блеклая руда и пирит, последний преобладает. Среди редких отмечены сфалерит, галенит, борнит, марказит. Среди вторичных минералов отмечен ковеллин. Все минералы представлены, в основном, свободными зернами. Халькопирит сильно измельчен до фракции размером 5-10 мкм, средний размер составляет около 20 мкм. Сростки простые, сложные и извилистые. Халькопирит и пирит — свободные зерна, взаимные сростки образуют простые и сложные сростки с борнитом (рисунок 3.27, 3.28), блеклой рудой, галенитом и сфалеритом. В халькопирите и пирите наблюдаются включения блеклой руды, борнита, галенита и сфалерита. Размер сечений включений варьирует от 1-5 до 15 мкм. Рисунок 3.27 - Сросток пирита и Рисунок - 3.28 - Сложный сросток халькопирита с включениями блеклой пирит, халькопирита и борнита с тонкой руды в них ламеллярной решеткой халькопирита В суммарном Cu к-те блеклая руда – теннантит чаще встречается в свободном виде и в сростках с халькопиритом, реже срастается с галенитом, сфалеритом, образует сложные сростки с пиритом, халькопиритом, сфалеритом и борнитом, имеются включения в халькопирите, сфалерите, реже в пирите (рисунок 3.29). Блеклая руда содержит многочисленные (до 10 штук) включения халькопирита (рисунок 3.30) и единичные зерна пирита, сфалерита и галенита. Размер сечений блеклой руды во включениях составляет, преимущественно, 1-5, реже 10-15 мкм, в сростках и свободном виде может достигать 20-30, редко 50 мкм.

Проба №4 (Cu промпродукт I)- хвост первой медной перечистки представлен пиритом, халькопиритом и блеклой рудой. В качестве редких встречаются борнит, сфалерит, галенит, пирротин, арсенопирит, халькозин. Все минералы преимущественно в свободном виде, сростки редки. Сростки от простых до сложных, часто с извилистыми границами. Пирит в свободных зернах представлен на рисунке 3.31, фрагменты конкреций (рисунок 3.32), реже образует простые и сложные сростки с халькопиритом, блеклой рудой, сфалеритом и борнитом, содержит включения халькопирита, борнита, блеклой руды и халькозина. В конкрециях по радиальным трещинам наблюдаются тонкие ( 1-2 мкм) включения борнита и халькопирита. В целом размер включений в сечениях варьирует от 1-2 до 10 мкм. Халькопирит представлен свободными зернами и сростками с пиритом, иногда развивается по радиальным трещинам в конкреционном пирите и образует включения в пирите и блеклой руде. Блеклая руда в хвостах I медной перечистки встречается в виде свободных зерен, в сростках с пиритом и халькопиритом, реже со сфалеритом и галенитом (рисунок 3.33). Границы сростков сложные, извилистые. Теннантит образует включения в пирите размером преимущественно 5-10, редко 15 мкм или 1-2 мкм, развивается по трещинам в пирите. Свободные зерна содержат включения галенита и халькопирита. Количество включений халькопирита в блеклой руде местами достигает 5-8 штук. Размер сечений блеклой руды в сростках составляет 15-20 мкм, в свободном виде может достигать 50 мкм. Рисунок 3.31 -. Рисунок 3.32 - Фрагмент Рисунок

Проба №5 (Сu промпродукт II) хвосты II медной перечистки представлены пиритом, халькопиритом, блеклой рудой, значительно реже встречаются, борнит, галенит, сфалерит. Среди вторичных минералов отмечен ковел-лин. Все минералы преимущественно в виде свободных зерен, часто в сростках. Границы сростков простые, участками сложные, извилистые. Пирит представлен свободными зернами (рисунок 3.34), единичными фрагментами колломорфного пирита, в сростках с халькопиритом, блеклой рудой, борнитом, в единичных случаях со сфалеритом. Границы сростков от простых до сложных. Размер сечений включений варьирует от 1-2 до 10 мкм. Халькопирит встречается преимущественно в простых срастаниях с пиритом (рисунок 3.35), борнитом и блеклой рудой, образует включения в пирите, блеклой руде, реже в виде свободных зерен.

Блеклая руда в хвостах II медной перечистки представлена в основном сростками с пиритом, халькопиритом, редко с борнитом и сфалеритом, образует тонкие (1-5 мкм) включения в пирите и халькопирите, содержит изомет-ричные включения пирита и халькопирита. Количество включений халькопирита или пирита в блеклой руде составляет 2-5 штук, реже 8. Размер сечений блеклой руды в сростках составляет 15-20 мкм, в свободном виде может достигать 50 мкм, во включениях в пирите и халькопирите варьирует от 1-2 до 15 мкм. Рисунок 3.34 - Свободные зерна Рисунок 3.35 - Сросток пирита (Py) и пирита (Py), блеклой руды (fo) и халькопирита (Cpy). Пирит с халькопирита (Cpy) в хвосте просечками блеклой руды (fo) Проба №6 - (хвосты Сu флотации)- представлены практически одним пиритом, подчиненное значение составляют халькопирит и блеклая руда. В качестве редких встречаются борнит, сфалерит, галенит, пирротин, арсенопирит, халькозин. Все минералы преимущественно в свободном виде, сростки редки, часто с извилистыми границами. Пирит — свободные зерна (рисунок 3.36), реже образует простые и сложные сростки с халькопиритом, блеклой рудой, сфалеритом и борнитом, содержит включения халькопирита, борнита, блеклой руды и халькозина (рисунок 3.37). В конкрециях по радиальным трещинам наблюдаются тонкие ( 1-2 мкм) включения борнита и халькопирита. В целом размер включений в сечениях варьирует от 1-2 до 10 мкм. Халькопирит представлен свободными зернами и сростками с пиритом, иногда развивается по радиальным трещинам в конкреционном пирите и образует включения в пирите и блеклой руде. Блеклая руда встречается в виде свободных зерен и срастается с пиритом и халькопиритом, реже со сфалеритом и галенитом (рисунок 3.38), в одном случае с арсенопиритом (рисунок 3.39), границы сростков сложные, извилистые, образует включения в пирите размером преимущественно 5-10, редко 15 мкм или 1-2 мкм, развивается по трещинам в пирите. Количество включений халькопирита в блеклой руде местами достигает 5-8 штук. Размер сечений блеклой руды в сростках составляет 15-20 мкм, в свободном виде может достигать 50 мкм.

Оценка экономической эффективности комбинированной переработки колчеданных руд с повышенным содержанием теннантита

Внедрение данной технологии позволит увеличить извлечение меди в медный концентрат на 3,90% без снижения качества. Содержание мышьяка в концентрате составило 1,3%. Усовершенствованная технология флотации для медно-цинковой руды с повышенным содержанием теннантита основана на результатах следующих исследований: - минералогическим анализом было установлено, что соотношение халькопирита к теннантиту в медной руде составляет 1,5:1. Предыдущими исследованиями было установлено, что теннантитследует выводить в начале процесса в концентрат межцикловойфлотации и в медную «головку», для дальнейшего избежания его переошламования; - максимальное получения извлечения медного минерала теннантита в цикле медных «головок» возможно, при применении более селективного реагента-собирателя; - применении селективного собирателя в цикле медной флотации, который дает возможность сконцентрировать медь в готовый медный концентрат, тем самым повышая качество и извлечение; - наиболее селективным регентом-собирателем для медных руд с повышенным содержанием теннантита является аллилалкилтионокарбамат (AERO 5100), который обеспечивает более полную флотацию теннантита; - при использовании более, селективного реагента-собирателя, в медный концентрат флотируется активно теннатит который находится в большом ко личестве в сростках со сфалеритом и как следствие идет увеличение потерь цинка в готовом медном концентрате; - также следует отметить, что теннантит это мышьяксодержащий медный минерал, при большей его флотируемости в концентрат увеличивается содержание мышьяка до 3,16%, что превышает нормы ГОСТа.

Для постановки флотационных опытов по принципу непрерывного процесса по рекомендуемой схеме (рисунок 4.2), была взята проба в количестве 20 кг. Рекомендуемые параметры, расход реагентов и время флотации представлены в таблице 4.3.

Схема постановки замкнутого опыта на медно-цинковой руде Узельгинского месторождения Схемный (замкнутый) опыт (таблица 4.4) был поставлен по коллективно-селективной схеме флотации, которая включает в себя: - межцикловую флотацию, при крупности исходного сырья-50,8%, количест во свободного оксида кальция 360 г/м3,в качестве реагента-собирателя при менялся AERO 5100-10г/т; - медную «головку», при крупности исходного сырья-81,25%, количество свободного оксида кальция 256 г/м3,в качестве реагента-собирателя применялся AERO 5100-10г/т; - коллективную флотацию, которая ведется в щелочной (известковой) среде для депрессии пирита,в качестве реагента-собирателя применяется бутило-выйксантогенаткалия-110,0 г/т; - доизмельчение суммарного коллективного концентрата до крупности 92,0-94,0 % по классу минус 0,074мм, с одновременной десорбцией ксантогената сернистым натрием и цинковым купоросом при расходе 100 г/т и 300 г/т соответственно; - основную медную флотацию, в которой проводится селективное отделение сульфидов меди от пирита при остаточной концентрации оксида кальция 256 г/м3, в качестве реагента-собирателя применялись ксантогенат бутиловый- 30 г/т и AERO 5100 –10 г/т; - доизмельчение основного медного концентрата до крупности 96,0-98,0 % по классу минус 0,044мм, с добавлением депрессоров, сернистого натрия-25 г/т и цинкового купороса – 50 г/т; -две медные перечистки с применением реагента-собирателя ксантогената бутилового в количестве

В результате проведенных исследований был получен готовый медный концентрат с извлечением 81,45 при качестве 19,40%. При этом потери цинка составили 14,99% и содержание мышьяка 3,16%.

Принимая во внимание ранее проведенные исследования о том, что потери цинка в медном концентрате представлены на 30% в виде сростков с халькопиритом, теннантитом и пиритом и учитывая высокое некондиционное содержание мышьяка в концентрате 3,16% была разработана технологическая схема автоклавного химического обогащения низкосортного по мышьяку сульфидного медного концентрата, представленная на рисунке 4.3.

Технологическая схема автоклавного химического обогащения низкосортного сульфидного медного концентрата

Разработанная технологическая схема включает в себя следующие основные операции: приготовление пульпы медного концентрата определенного Ж:Т и загрузка ее в автоклав: автоклавное выщелачивание цинка из медного концентрата с подачей кислородо-воздушной смеси (КВС) при температуре выше 1800С и гидротермальное осаждение меди из полученного цинкового раствора; разделение жидкой и твердой фаз с получение высококачественного медного концентрата - 2 и загрязненного цинкового раствора; очистка цинкового раствора от железа с получением железо-гипсового осадка; промежуточная нейтрализация раствора с выводом гипсового кека; осаждение гипсо-гидратного кека, содержащего цинк, кадмий и медь. Проба медного концентрата в количестве 5 кг была тщательно перемешана и усреднена, после чего материал сократили методом квартования вдвое. Из полученного материала отобрали 10 одинаковых навесок массой 0,2 кг. Такое количество соответствовало необходимой массе материала при работе на автоклаве объёмом 1 л. По данным химического анализа проба содержала следующие компоненты (таблица 4.5)

Порядок проведения опытов был следующим. В холодный автоклав загружали исходный раствор, затем туда же добавляли навеску твёрдого. Авто клав герметизировали и нагревали до нужной температуры. По достижении t = 100оС при остановленной мешалке сбрасывали избыточное давление из автоклава для удаления остатков азота из газовой фазы.

Основываясь на проведенные исследования по подбору оптимальных условий для автоклавного выщелачивания, установлены следующие параметры: время выщелачивания 1 час, температура 1900С, давление кислорода 0,4 Мпа и гидротермального осаждения перешедшей в раствор меди - время выдержи 1 час при температуре 1900С. Исходное отношение Ж:Т во всех опытах было одинаковым и соответствовало загрузке 200 г твёрдого концен-131 трата и 0,6 л раствора. По окончании процесса выщелачивания сбрасывали избыточное давление кислорода и при тех же параметрах температуры 190С и продолжительность процесса гидротермального осаждения составила 1 час.

В результате окислительного автоклавного выщелачивания медного концентрата и гидротермального осаждения меди, практически все перешедшее в раствор железо находится в виде двухвалентного. Известно, что для очистки цинксодержащих растворов от железа, необходимо перевести в трехвалентное соединение и тогда его можно выделить из раствора в виде гидроксосульфатов различной модификации, однако, полученные в результате этого пульпы практически не фильтруются и очень плохо сгущаются. Поэтому был использован способ окисления ферро-ионов в растворе воздухом или кислородом с получением легкофильтруемых кристаллических осадков сложных гидроксосульфатов железа, с которыми из растворов полностью удаляется мышьяк.