Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в России наблюдается сокращение базы минеральных ресурсов и ухудшение экологической обстановки. Это связано, прежде всего, с отсутствием богатых по содержанию металлов руд, повышением доли окислеппых труднообогатимых в имеющихся на балансе запасов, а также отсутствием высокоэффективных, экологически чистых технологий и соответствующей аппаратуры переработки минерального сырья. По этой причине многие месторождения руд цветных металлов переводятся в категорию забалансовых: так, по данным акад. В.А. Чантурия, в категорию забалансовых перейдет от 15 до 30 % - титаповьгх, медных и вольфрамовых; 34 % свинцовых и магнетитовых; 49 % - оловянных месторождений.
Кроме этого сейчас в России накоплепо более 100 млрд. т отходов горно-метхтлургического, химического и других производств и каждый год запас их пополняется.
Накопленные отходы при хранении под воздействием температуры и атмосферных осадков превращаются в мощный очаг загрязнения окружающей среды, одновременно являясь потенциальным источником металлов, запасы которых сопостацимы с крупными природными месторождениями.
Проблемами развития сырьевой базы получения металлов и охраны окружающей среды на основе использования высокоэффективных методов переработки природного и техногенного минерального сырья занимались ученые Министерства природных ресурсов (Е.А. Козловский, В.В. Орлов и др.), в системе академических и отраслевых институтов (академики: И.Н. Плаксин, В.А. Чантурия, Н.П. Лаверов, В.И.Осипов, К.Н. Трубецкой ПМ Соложенкшг, доктора технических наук: Н.Н.Чанльпгип, Г.Д. Краснов, Г.В. Седельникова, Л.А. Грекулова, Г.А. Сидоренко и др.), а также в системе высшего образования (А.А. Абрамов, В.М. Авдохин, Э.А. Адамов, В.А. Бочаров, А.Е. Воробьев, В.Д. Самыгин, Л.Я. Шубовидр.).
При решепии этих вопросов разрабатывались новые реагенты для использования их самостоятельно или в различных комбинациях. Огромный вклад внесли в этом направлении И.Н. Плаксин, В.А. Чантурия, П.М. Соложенкин, А.А.Абрамов, В.М. Авдохин, Э.А. Адамов, В.А. Бочаров, Г.Д. Краснов, В.П. Небера, В.Д. Самыгин, В.И. Мелик-Гайказян, СИ. Иваиков и ряд других известных ученых со своими учениками.
По подготовке минерального сырья к обогащению и металлургическому переделу выполнено много теоретических работ Т.С. Юсуповым, В.И Молчановым, В.А. Курецом и
др., также и разработкой новых нетрадиционных технологий переработки минфального сырья занимались ученые: В.А. Чантурия, А.Е. Воробьев, Л.А. Грекулова, Г.В. Сидельникова, Э.А. Адамов, А.С Кузькин, А.М. Десятов и другие ученые.
Повышению техпологических результатов переработки труднообогатимого сырья способствует использовадше физико-химических и физических воздействий на компоненты пульпы и реагенты. Этим вопросом посвящено много работ, выполненных под руководством И.Н. Плаксина и В.А. Чантурии, В.В. Вигдергауза, В.И. Классепа и др. ученых.
В области использования нетрадиционного редкометальяого сырья и техногенных минфальных объектов как потенциальных источников получения металлов, охраны окружающей феды за счет использования высококремнистых природных сорбентов большой вклад внесли ученые Ю.Е. Сает, Н.Ф.Челжцев, Г.А. Сидоренко, Л.М. Делшдан, З.М. Шуленина, Г.Б. Мелентьев, и др.
Достижения российских и зарубежных ученых послужили автору этой работы основой для дальнейшего развития теории и практических приемов решения поставленных задач по снижению загрязненности окружающей среды и освоению источников нового вида минерального сырья, получению металлов и сорбентов, а также экологически чистых компонентов для производства строительных материалов с использованием современного оборудования.
Цель работы - создание научных основ технологии комплексной ігереработки окисленных медных висмутовых руд и металлоносных растворов, содержащих сфебро, методом изменения структуры поверхности окисленных минералов непофедственно в пузіьие, а также восстановления иопов металлов до металлического состояния и на этой базе разработка новых технологических процессов и оборудования для их пффаботки.
Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены задачи:
разработка теоретических основ процессов восстановления окислов меди, висмута и тиокомплексов металлов до металлического состояния непофедственно в пульпе, определение закономерностей восстановления и оптимальных параметров процессов;
разработка теоретических основ флотационных свойств восстановленных до металла окисленных минералов меди и висмута и ионов серебра;
- па основе изученных закономерностей восстановительных процессов разработка
техпологических регламентов комплексного использования окисленного минфального сырья
с использованием высокоэффективного оборудования
Научная новизна.
1. Впервые разработаны теоретические основы подготовки поверхности окисленных минералов меди и висмута к флотации методом металлизации их поверхности
непосредственно в пульпе. Теоретическими п ішструментальньїми методами подтверждено, что восстановителями окисленной поверхности минералов меди и висмута до металла являются альдегиды, наиболее эффективным из них - формальдегид.
2. Установлены основные закономерности действия формальдегида в
технологических процессах:
зависимость необходимой концентрации ионной и молекулярной форм нахождения восстановителя в растворе для образования металла на поверхности окисленных минералов, которая определяется отношением : lg {[CIi20]/[HCOQ"]};
зависимость скорости восстановления окисленной поверхности минералов меди и висмута до металла от температуре, которая при температуре 25 С составляет 25 час, а при температуре в интервале от 60 С до 90 С всего 15 мин, т.е. скорость металлизации поверхности возрастает в 100 раз.
.3. Теоретически обоснованы закономерности и зксперішентально подтверждено, что лаиболее эффективными восстановителями тиокомплексов серебра до металла в сточных водах являются формальдегид, а также отработанный проявитель, щавелевая кислота.
Установлена закономерность полноты восстановления тиокомплекса серебра до
металла с ростом щелочности при восстановлении формальдегидом: остаточная
концентрация серебра в случае наступления равновесия в нейтральной среде мала и составляет 10"14 г/л, с увеличением рН до значения 12 концентрация резко снижается до 10'31 г/л.
Установлена закономерность, что максимальная флотируемость восстановленных минералов достигается при равенстве имеющегося в пульпе и необходимого значений соотношения: lg {[СН20] / [HCOO"]}^/ lg {[СН20] / [НСОО^овзд
Совокупность проведенных теоретических работ позволила обосновать концептуальный подход к решению сырьевых и экологических проблем па основе использования высокопроизводительного современного оборудования - геоавтоклавов для выщелачивания бедных коллективных концентратов по принципу «все в раствор -селективно из раствора».
Практическая ценность.
1. На основании проведенных исследований по совершенствованию частично селективной технологии обогащения руд месторождения Большой Капимансур была передана записка-рекомендация во ВНИПИ-горцветмет Минцветмета СССР, по заключению которого технология оказалась конкурештюсиособной и включена в проект постоянных кондиций по месторождению Большой Канимансур. Проект был представлен в ГКЗ СССР 30.09.86 г.
2. Разработаны 2 методические рекомендации:
а) Технологические исследования сортировки и утилизации шлаков от сжигания
твердых бытовых отходов. - М. Изд. ВИМС Мингео СССР. - 1990. 28 с.
б) Применение ультразвука высоких частот для интенсификации флотационного
обогащения и гидрометаллургии руд редких металлов при разведке месторождений. - М. Изд.
ВИМС Мингео СССР. -1984.26 с.
Установлена эффективность разработанной технологии подготовки поверхности окисленных минералов меди и висмута к флотации непосредственно в пульпе с использованием параформальдегида в производственных условиях (Ллмальжская опьггаая фабрика). Эго позволяет заменить комбшшрованную (гидрометаллургическо-флоташгоннузо) технологию переработки окисленных медных и висмутовых руд на флотационпую с более высокими технологическими показателями.
По разработанной технологии очистки от серебра сточных вод в условиях Рязанской кинокопировальной фабрики с использованием формальдегида и отработанных проявителей возможпо получение серебра, сорбентов и очищенной воды, что дает возможность рекомендовать ее для внедрения на всех аналогичных предприятиях России.
5. Разработана новая коппегщия переработки бедных трудшобогатимых руд и
техногенного минерального сырья. Ее основа - получение некондиционных коллективных
концентратов с максимальным извлечением в них всех ценных компонентов и переработкой
их в автоклавах нового поколения (геоавтоклавах).
Это позволит комплексно использовать минеральное сырье, снизить загрязнение окружающей среды, повысить сквозное извлечете основных металлов на 15-20 % с попутным извлечением ранее неизвлекаемых сопутств)ЮЩих редких и благородных металлов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Физико-химическое и экспериментальное обоснование условий восстановления поверхности окисленных минералов формальдегидом при шгзкотемпературном режиме непосредствепно в пульпе и оптимальных условий флотации металлизированных с поверхности окисленных минералов.
Теоретическое обоснование возможности восстановления ионов серебра и меди до металла с последующим их флотационным извлечением;
3. Предложена кошдапция развития сырьевой базы получения металлов,
базирующаяся на получении бедных коллективных концентратов при максимальном
извлечении всех компонентов с последующим выщелачиванием в автоклавах нового типа
(геореакторах) по схеме - «все в раствор - селективно из раствора».
4. На базе тсоретігческих исследований разработана технология обогащения окисленных медных и медно-впсмутовых руд, включающая после выделения легко флотируемых минералов, технологический узел восстановления окисленных минералов до металла с последующей их флотацией.
Личный пклад автора.
1. Принадлежит идея подготовки поверхности окисленных мішералов меди и висмута
к флотации методом металлизации их поверхности непосредственно в пульпе, а также идея
перевода тіюкоміиексов серебра, сернокислой меди в сточных водах в металл с
последующим флотационным извлечением.
Выполнены термодинамические расчеты по обоснованию условий и границ восстановления окисленных минералов до металла и перевода тиокомплексов серебра, сульфата меди соответственно в металлические серебро и медь. Установил закономерности и зависимости восстановления окисленных мішералов, тиокомплексов серебра и сульфата меди до металла, флотируемость восстановленных металлов.
Руководил и прннимат непосредственное участие на всех этапах при проведении лабораторных исследований и испыташш в лроизводствешгых условиях но освоению технологий переработки окисленных медных и висмутовых руд и технологии извлечения серебра и меди из вод.
Разработал и обосновал целесообразность получения коллективных концентратов с переработкой их в современных высокопроизводителышх аппаратах - геоавтоклавах.
Обосновал направление исследований но созданию аппаратуры для флотационного обогащения руд с использованием ультразвука высоких частот. Непосредствеїшо пршшмшг участие в создашш и испытаниях новой аппаратуры.
Апробация работы.
Основные положения и отдельные результаты работы доложены и обсуждены на следующих международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: Школа передового опыта но технологии извлечения полезных компонентов из новых типов редкометального сырья и бедных руд, (г. Москва, ИМГРЭ, Мингео СССР, 1974 г.); Всесоюзная научно-техническая конференция «Новые методы поисков, изучения и оценки месторождений полезных ископаемых» (г. Москва.; сессия Всесоюзного минералогического общества «Роль технологической минералогии в развитии сырьевой базы СССР» (г. Ленинград. 1983 г.); 2-я Всесоюзная конференция по комплексному использованию руд и концентратов (г. Москва, Институт металлургии им. А.А. Байкова АН СССР,1983 г.); 2-я Всесоюзная конференция «Научные основы и технология комплексного использования руд и концентратов» (г. Москва. Институт им. Байкова АН СССР, 1986 г.); Республиканское
научно-техническое совещание (г. Ташкент, 1972 г.); Всесоюзное совещание: «Физико-химические основы бессточпои технолопш переработки полезных ископаемых (г. Ллма-Ата, 1981 г.); 2-я Московская городская научно-практическая конференция по охране окружающей среды» (г. Москва, 1982 г.); Всесоюзная конференция «Роль технологической минералогии в расширении сырьевой базы СССР» (г. Челябшіск,1986); Всесоюзная научно-практическая конференция «Комплексное освоение техногенных месторождении» (г. Челябинск, 1990 г.); Международные Плаксинские чтения (2000 - 2008 г.г.); 12-я Международная конфренпия «Природные и техногенные россыпи и месторождения кор выветривания па рубеже тысячнлетий» (г. Москва, ИГЕМ РАН, 2000 г.); Международная научно-практическая конференция «Рациональное природопользование: ресурсе- и энергосберегающие технологии и их метрологическое обеспечение» (г. Москва, 2004 г.); Школа «Новые методы и аппаратура для технологической опенки месторождений полезных ископаемых» (г. Москва, ВИМС, 1976 г.); 2-я Международная конференция. «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в XXI веке» (г. Москва, ВИМС, 2006 г.); Межрегиональные и межотраслевые симпозиумы «Техногенные ресурсы и инновации в техноэкологии». (Москва, 2005 г., 2006 г. п 2008 г.); Международные конференции: ресурсовоспроизводяпще, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр (РУДН. г. Москва, Ереван, Кызыл-Кия, Алушта, 2006-2009 г.г.); 5-я Международная паучио-пракгическая конференция: Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых (г. Москва, РПТУ 2006 г.); 2-я Международная конференция «Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технолопш строительных технических материалов» (г. Петрозаводск, 2005 г.); Конгрессы обогатителей стран СНГ (г. Москва, МИСиС, 1999-2009 г.г.); научный симпозиум «Неделя горняка» (г. Москва, 2010 г.). При выполнении работы использованы методы исследований:
Термодинамические расчеты протекания возможных процессов при металлизации поверхности окисленных минералов меди (азурита, куприта, малахита, хризоколлы), окиси висмута.
Термодинамические расчеты восстановления соединений серебра из сложных растворов с использованием различных органических и минеральных веществ (альдегидов, тиосоединений, цинка и прочих возможных восстановителей).
3. Инструментальные методы определения характера закрепления флотационных
реагентов на металлизированной поверхности окисленных минералов, методами ИКС.
Методы электронной микроскопии и рекгеноструктурпого анализа.
Метод «меченых» атомов.
6. Изучение флотационных свойств чистых мономинералов, металлов и растворенных
металлов в лабораторпых условиях.
7. Лабораторные исследования и апробация разработанных технологий в
производственных условиях.
Результаты работы
1. Эффективность теоретических и практических исследований по переработке
окисленных медных и висмутовых руд с металлизацией их поверхности в пульпе прошли
производственные испытания на Алмалыкской опытио-промышлешюй фабрике.
Разработанная технология обогащения может быть использована на всех предприятиях России и др. стран, имеющих окисленные руды меди и висмута.
2. Извлечения серебра из сточных вод ишокопировальньк предприятий, извлечение
ртути из вод ртутного металлургического завода прошли испытания в производственных
условиях на предприятиях.
Разработанные схема и режим извлечения серебра из сточных вод рекомендуется для всех кшюкопировалышх предприятиях России.
3. Результаты полупромъппленных испытаний технологии обогащения
серебросодержащих руд Б. Кашшансурского месторождения взяты за основу при
составлении постоянных кондиций его отработки (письмо начальника Управления Геологии
Тад.ССР).
Публикации. По материалам диссертации опубликовало 70 научных работ (из них 20 публикаций в шдапиях, рекомендуемых ВАК)., в т.ч. 1 монография, 2 брошюры, 2 методических рекомендации, 7 авторских свидетельств на изобретения.
Работа автора отмечена 2-я серебряными медалями ВДНХ и Знаком «Изобретатель СССР».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 230 наименований, приложений, всего 272 стр. (включая 59 рис., 10 фото, 27 табл.).
