Перспективы комплексного использования руд с внедрением новых технологий переработки сырья (на примерах месторождений Дальнего Востока РФ)

Г.Ф. Склярова

ПЕРСПЕКТИВЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РУД С ВНЕДРЕНИЕМ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЫРЬЯ

Затронуты вопросы комплексной переработки редкометально (индий, бериллий ) - содержащих руд с внедрением новых технологий.

Ключевые слова: комплексное использование руд, оксид индия, месторождения бериллия.

ТУ* комплексным видам сырья относятся руды, характери-^ зующиеся наличием в их химико-минеральном составе двух или нескольких полезных компонентов, имеющих практическое значение. Комплексный состав особенно характерен для руд цветных и редких металлов. Комплексность использования сырья зависит от способов технологических разработок и их применения для получения товарных продуктов. В статье затронуты вопросы комплексной переработки редкометально (индий, бериллий )-содержащих руд с внедрением новых технологий.

Индийсодержащие комплексные руды

Индий относится к редким рассеянным элементам. Близость ионного радиуса индия с размерами ионов более распространенных металлов ^, 2п, Mn, Sn, Mg, Pb и др.) приводит к тому, что в природе индий встраивается в кристаллические решетки минералов этих элементов. Металл плавится при температурах 156,780С, кипит при 20240С. Индий очень мягок и пластичен. Практическое значение имеют лишь соединения трехвалентного индия, как наиболее устойчивые и распространенные.

Оксид индия (In2O3) образует светло-желтые или зеленоватожелтые кристаллы, плотность 7180 кг/м3, температура плавления 1910 0С. Может быть получен окислением металлического индия кислородом при нагревании, разложением нитрата или гидроксида индия. Оксид индия не растворим в воде, не реагирует с растворами щелочей, легко взаимодействует с растворами минеральных кислот с образованием соответствующих солей. При температурах

700-800 0С 1п203 восстанавливается водородом или углеродом до металла.

Оксид индия, наиболее широко применяемое соединение индия, является основой большинства электропроводящих пленок (легированных диоксидом олова) на стекле, слюде или лавсане, используемых при изготовлении жидкокристаллических дисплеев, мониторов портативных компьютеров, электролюминесцентных ламп, электродов фотопроводящих элементов, топливных элементов (в том числе и высокотемпературных). Электропроводящие пленки на основе 1п203, будучи нанесенными на автомобильные или авиационные стекла, способны нагревать их до 1000С при пропускании тока и, тем самым, предотвращать их обледенение и запотевание. Стекла с такими пленками способны пропускать до 85% падающего на них света; при производстве стекла добавки 1п203 придают стеклу желтый или оранжевый цвет. Для монокристалла индий-оловянного оксида получено одно из максимальных значений эффективности преобразования солнечной энергии (12%). Известно также еще множество применений оксида индия в качестве электропроводящего элемента.

На территории Дальнего Востока известны комплексные месторождения, в составе руд которых (оловянных, свинцовоцинковых, цинково-флюоритовых, медно-оловянных) учтены запасы индия как резервные (табл. 1).

Хабаровский край: 5 оловорудных месторождений (Правоурмийское, Перевальное, Фестивальное, Солнечное, Соболиное) с суммарными запасами индия по категории С2 616,4 т при средних содержаниях 9,15 г/т. В 2006 г. по краю было добыто 314,6 тыс. т товарной руды, содержащей 2,7 т индия. При переработке руд на обогатительных фабриках было получено 2170,8 т оловянного концентрата. Попутные компоненты, в т.ч. и индий, полностью терялись с отходами обогащения и из состава оловянных концентратов не извлекался.

На территории Еврейской АО в пределах Мало-Хинганского рудного района известны более 30 рудных объектов олова, в том числе 4 разведанных оловорудных коренных месторождения. Запасы индия подсчитаны по рудным телам Северное-Г лубокое и Загадочное Хинганского месторождения. Ранее месторождение разрабатывалось ОАО «Хинганское олово», которое в 2005 году было признано банкротом и передано ООО «Коралл».

Таблица 1

Балансовые запасы индия в комплексных месторождениях Дальнего Востока

Субъект федерации Месторож- дения Балансовые запасы, т Средние содержания индия, г/т Тип руд

Хабаровский край Право- урмийское 385,4 10,96 Оловянный

Перевальное 28,7 3,36 Оловянный

Фестивальное 155 14,35 Оловянный

Солнечное 8,2 3,03 Оловянный

Соболиное 39,1 3,86 Оловянный

Итого по Хабаровскому краю 616.4

Еврейская АО Хинганское 1,4 т 1,65 г/т Оловянный

Приморский край Николаевское 120,9 5,71 г/т Свинцово- цинковый

Вознесенское Отвалы 107,3 т 50,42 г/т Цинково- флюоритовые

50,1 т 43,15г/т

Искра 6,2 т 168,18г/т Медно- оовянные

Верхнее 11,8 т 0,36 г/т Оловянные

Дубровское 1,1 т 0,18 Оловянные

Арсеньевское 25,5 т 15,69 г/т Оловянные

Тернистое 67,4 т 61,44г/т Оловянные

Зимнее 141,5 т 28,7 г/т Оловянные

Дальнетаеж- ноет 55,8 10,02 г/т Оловянные

Смирновское 236,1 т 68,37г/т Свинцово- цинковые

Красно- горское 115,2 т 21,07 г/т Свинцово- цинковые

Итого по Приморскому краю 888,8

Всего по ДВ 1506,6

В настоящее время добычные работы на месторождении не проводятся. В составе оловянных руд Хинганского месторождения гос-балансом учтены запасы индия в количестве 1,4 т при его средних содержаниях 1,4-1,9 г/т. Добытые руды перерабатывались на Хин-ганской обогатительной фабрике с получением гравитационного и

шламового оловянных концентратов, в которые попутно извлекался индий.

Сведения о количестве индия, переработанного с рудами, извлеченного в концентраты и потерянного при обогащении руд, предприятием не приводится. Оловянные концентраты направлялись для дальнейшего передела на ОАО «Новосибирский оловянный комбинат». При реализации оловянных концентратов наличие индия в них Новосибирским комбинатом не учитывалось и оплата за него ОАО «Хинганское олово» не производилась.

В практике основным индиевым сырьем являются возгоны свинцово-цинковых и оловянных производств - пыль. При обогащении свинцово-цинковых и оловянных руд индий в основном переходит в цинковые, оловянные и, в небольшой степени, в свинцовые концентраты, часть индия остается с пустой породой. Полученные концентраты обжигаются и практически весь индий, вследствие низкой летучести In2O3, остается в огарке. При последующем пирометаллургическом получении цинка индий почти полностью переходит в летучие возгоны. Основным способом разложения возгонов является сернокислотное выщелачивание (большим избытком серной кислоты) и далее водой, в результате чего получаются разбавленные сернокислотные растворы с концентрацией индия около 0,1 г/л. Самой сложной стадией процесса является извлечение индия из таких растворов. На практике применяется последовательное сочетание методов для наиболее полного и селективного извлечения элемента. После повторной экстракции индий из раствора выделяется цементацией. Ионообменное выделение (наряду с экстракцией и цементацией) применяется для очистки индиевых концентратов. Для более глубокой очистки применяются специальные методы — плавка под слоем щелочи (удаление Zn, Al и некоторых других примесей), плавка под слоем глицеринового раствора иодида калия с добавкой иода (удаление Cd, Tl, Fe). Окончательно от примесей серебра, меди, никеля и железа индий очищается при помощи кристаллофизических методов— зонной плавки и вытягивания из расплава (по Чохральскому).

В настоящее время нет достоверных сведений о мировых ресурсах индия, так как его извлечение в основном привязано к переработке цинковых и оловянных руд. По приблизительным оценкам United States Geological Surveys (по состоянию на июнь 2004) суммарный мировой запас разведанных месторождений

Таблица 2

Приблизительное распределение мировых ресурсов индия

Страна Ресурсы, тонн Резервная база, тонн

Канада 700 2000

Китай 280 1300

США 300 600

Россия 200 300

Перу 100 150

Япония 100 150

Другие страны 800 1500

индия составлял около 2,5 т, а объемы резервной базы

В мировой практике внедрение новых технологий позволяет получение индийсодержащих концентратов при переработке комплексных руд. Крупнейшими производителями первичного индия являются Китай (100 т/год), Япония (70 т/г) и Канада (50т/г). США не производят своего индия (все месторождения индия как стратегического металла законсервированы), а лишь занимаются рафинированием ввозимого из-за рубежа низкосортного сырья. являющегося ключевым компонентом в производстве плоских телевизионных панелей. Спрос на этот вид сырья продолжает опережать предложения. По последним данным Национального Комитета по развитию и реформам (National Development and Reform Commission -NDRC), дефицит металла на рынке индия в 2007 г. возрос с уровня 189 т в 2006 году и составит 250 т. Спрос на индий для электронной промышленности повышается, и производители увеличивают свои мощности, чтобы удовлетворить этот спрос.

В последние годы отмечается высокий уровень предложений со стороны Китая за счет наращивания как первичного так и вторичного производства. По материалам ГИРЕДМЕТ (Metal Bulletin, 2006, N 8939, p. 13,10.01.07) Китайская фирма Zhuzhou Smelter в марте 2006 г. официально запустила завод по производству оксидов индий-олово, расположенный в городе Zhuzhou в провинции Hunan. Запуску завода предшествовали испытательные работы, проходившие более двух лет (с 2003 г.), способствовавшие усовершенствованию качества продукции.

Японские производители электроники также получают индий в виде оксида индий-олово для жидкокристаллических дисплеев. Возрастающий спрос способствует значительному росту инвестиций во вторичное производство со стороны основных потребителей оксидов индий - олово, росту объемов перерабатываемого лома.

Редкометальные бериллиево-флюоритовые руды

Бериллий - очень редкий (кларк Земной коры 0,0002%), лито-фильный щелочноземельный металл, самый легкий и устойчивый, относящийся к стратегическим металлам ограниченного производства (из-за его дороговизны), применяемым в новой технике -атомной энергетике, космонавтике, авиации, в приборостроении. Бериллий - минералогенный элемент. Известно 62 его минерала. Главными минералами бериллия являются берилл (ВеО 40%) и его драгоценные разновидности (изумруд, аквамарин и др.), образующийся в алюмосиликатной среде кислой гранитоидной ветви магматизма, фенакит, бертрандит и др. Для химического состава берилла характерны повышенные концентрации Na, K, а также Li, Cs (до 7%), Sc, Cr, Fe, Mg, Ca, Mn, Ga, Ge. Повышенные содержания бериллия в виде изоморфной примеси отмечаются в некоторых породо- (микроклин, биотит и др.) и рудообразующих минералах (касситерит, ортит и др.), но из несобственных минералов Ве не извлекается ввиду высокотоксичности и экологической опасности [1].

К крупнейшим месторождениям бериллия относятся (запасы, тыс.т, содержания ВеО, %) Спер Маунтин, США (метасоматиты, более 38 и 0,5-0,7), Редскин шток, США (грейзены, более 50 и 1). Производителями бериллия в концентрате в 1995 г. были США (56% мирового), КНР (21 %), Бразилия (ок.10%). Единственной компанией, охватывающей весь цикл производства бериллия - от добычи открытым способом до получения высокоточных металлов, является «Brush Wellman Inc». В США и других странах при поисках весьма эффективно применение фотонейтронных берилломет-ров, что способствовало приросту сырьевой базы бериллия. Основным производителем бериллия является США, где за один год на месторождении Спер Маунтин было добыто 7 тыс. т концентрата, содержащего 11% ВеО.

Таблица 3

Балансовые запасы бериллия в комплексные месторождениях Дальнего Востока

Субъект федера- ции Месторожде- ния Балансовые запасы оксида бериллия, т Средние содержания оксида бериллия, % Добы- ча, т Тип руд

Еврейская АО Преображе- новское 15082 0,09 Фенакит- флюори- товый

Примор ский край Вознесенское Отвалы 7789 3734 0,06 0,15 8 222 Фенакит- флюори- товые

Пограничное 21686 0,20 1236 Хризоберил -флюори-товый -

За рубежом используются два промышленных минерала - бертрандит (39,6-42,6 %

ВеО) и берилл (10-14 % ВеО), предполагается освоение фенакита (44-45,6 % ВеО). Главными товарными продуктами являются бериллиевые концентраты и медно-бериллиевые сплавы. Изделия из бериллиево-медных сплавов содержат обычно не более 2% бериллия, но даже в таких количествах его присутствие вызывает существенные изменения физических и механических свойств, повышение прочности и электропроводимости. Металлический бериллий обладает высокой твердостью (в 6 раз выше стали), низким удельным весом (1,86 г/см3), сверхвысокой теплоемкостью, способностью гасить вибрации [2].

К наиболее изученным бериллийсодержащими комплексным рудам на Востоке страны относятся месторождения Преображенов-ское на территории Еврейской АО и Вознесенское и Пограничное в Приморском крае. Месторождения разведаны, разрабатываемые открытым способом на флюорит (табл. 3).

В России попутная добыча бериллия в составе комплексных руд осуществляется лишь на Вознесенском флюоритовом месторождении в Приморье (грейзеновый тип). При обогащении руд извлечение ВеО не производится. В ЕАО Преображеновское месторождение метасоматичского типа по запасам крупное в госбалансе учтено как резервное.

Главная проблема экономически эффективного использования бериллийсодержащих руд - сложность технологий извлечения бериллия из состава комплексных руд. Весьма типична ассоциация

бериллия с флюоритом

По опытным исследованиям обогащение руд Преображенов-ского месторождения возможно методом селективной флотации. При этом получаются концентраты с содержаниями: ВеО 7% при извлечении 72%, касситеритовый - 26% при извлечении 66%, лепи-долитовый - с содержанием лития 3% при извлечении 50%, полевошпатовый продукт - как сырье 1 и 2 сорта для керамических изделий.

В Приморском крае основные запасы бериллия Вознесенского и Пограничного месторождений заключены в рудах карбонатно-флюоритового типа. На обогатительной фабрике перерабатывались руды обоих редкометально-флюоритовых месторождений по флотационной схеме. Бериллийсодержащие концентраты не извлекались. Промышленная ценность месторождений определяется добычей флюоритового сырья. Флюорит - основной промышленный минерал фтора, сильнейший окислитель, способный образовывать соединения со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Используют флюорит главным образом в качестве флюса, для производства плавиковой кислоты и фтористых солей. В России флюорит является одним из традиционно дефицитных. Его МСБ не в состоянии обеспечить внутренний рынок, особенно кусковым концентратом для металлургического комплекса. Россия импортирует до 200 тыс.т флюорита. Запасы руды по редкометально - флюоритовому Преображеновскому месторождению оценены в 15,2 млн т.

В десятилетней Государственной программе (до 2010 г.) рекомендовалось форсировать освоение выявленных объектов флюорита. Усовершенствование технологий комплексной переработки редкометально-флюоритового сырья с селективным извлечением в том числе и бериллиевых концентратов может повысить рентабельность отработки месторождений.

Таким образом, основной целью настоящей статьи являлось привлечение внимания специалистов на разработку и внедрение новых технологий по переработке комплексных редкометальносо-держащих руд с получением дефицитных товарных продуктов основных и попутных полезных компонентов. Экономические предпосылки хозяйственного освоения комплексных месторождений перспективны для развития минерально-сырьевой базы Дальнего Востока.

1. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник:- М.: Недра,

1994

2. Минеральные ресурсы России. Выпуск 3: - М.: Научный мир, 1997.

3. Геологическое изучение и использование недр. Научно-технический информационный сборник /ЗАО «Геоинформмарк». - М.,1998. - Вып.З. ши=1

Sklyarova G.F.

PERSPECTIVES OF INTEGRATED USE OF ORES WITH IMPLEMENTATION OF INNOVATED TECHNOLOGIES OF MINERAL PROCESSING ON THE EXAMPLES OF THE DEPOSITS OF FAR EAST OF RUSSIA

In the article the matters under discussion of the complex processing of the [red-kometalnosoderzhashchikh] ores with the introduction of new technologies.In the article the matters under discussion of the complex processing of the [redkometalnosoderz-hashchikh] ores with the introduction of new technologies.

Key words: integrated use of ores, indium oxide, beryllium deposits.

— Коротко об авторе ----------------------------------------------

Склярова Г. Ф. - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН, E-mail: sklyarova@igd. khv. ru