Комбинированная активация хвостов обогащения как резерв увеличения добычи цветных металлов на Дальнем Востоке

Вестник ДВО РАН. 2011. № 3

УДК 504.55.054:662 (470.6) В.И.ГОЛИК

Комбинированная активация хвостов обогащения как резерв увеличения добычи цветных металлов на Дальнем Востоке

Дана краткая характеристика состояния минерально-сырьевой базы цветной металлургии России. Описаны особенности формирования и эксплуатации месторождений регионов Дальнего Востока, механизм формирования техногенных месторождений и их роль в развитии экологических проблем горнодобывающих регионов. Показаны недостатки известных способов снижения влияния хвостов переработки металлических руд. Приведены пионерные результаты исследований по извлечению цветных и редких металлов из хвостов обогащения методом комбинированной механохимической активации.

Ключевые слова: минерально-сырьевая база, цветные металлы, месторождения, Дальний Восток, техногенные месторождения, хвосты переработки руды, извлечение металлов, механохимия, активация, дезинтегратор.

The combined activation of tails of enrichment as the increase reserve extraction of nonferrous metals in the Far East. V.I.GOLIK (North Caucasian Mountain-Metallurgical Institute, Vladikavkaz).

The short characteristic of mineral raw material base condition of nonferrous metallurgy of Russia is given. Features of formation and operation of deposits of the Far East regions are described. The mechanism of technogenic deposits formations and their role in the development of environmental problems of mining regions in the Far East are described. Lacks of known ways to decrease the influence of tails of metal ores processing are shown. Pioneering results of researches on extraction of non-ferrous and rare metals from enrichment tails as a result of their combined mechanochemical activation are given.

Key words: Mineral-raw base, nonferrous metals, deposits, Far East, technogenic deposits, tails of ore processing, extraction of metals, mehanochemistry, activation, desintegrator.

Экономические реформы 1990-х годов и сокращение производства при увеличении экспорта минерального сырья не лучшим образом сказались на горнодобывающей отрасли России. В наиболее сложном положении оказалось производство стратегически важных металлов, таких как вольфрам, молибден, олово, свинец, цинк, значительная часть которых добывалась на Дальнем Востоке. В перспективе запасы свинца на разрабатываемых месторождениях России уменьшатся еще на 70-80%. Сохранятся запасы только на Николаевском и Партизанском месторождениях (комбинат «Дальполиметалл»), Смирновском, Савинском (Нерчинский комбинат) и Горевском месторождениях. Около 80% прогнозных ресурсов свинца и 55% цинка располагается в районах с неразвитой инфраструктурой (Бурятия, Якутия, Тува, Читинская область, о-в Новая Земля). В последние годы в России большая часть свинца получена на месторождениях Приморского и Красноярского краев (40 и 35%, соответственно). Обеспеченность запасами свинцовых и цинковых руд колеблется от 8 до 80 лет.

В Приморье на базе крупных и уникальных месторождений полезных ископаемых создана самая мощная на Дальнем Востоке горнодобывающая промышленность. Здесь

ГОЛИК Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор (Северо-Кавказский горно-металлургический институт, Владикавказ). E-mail: v.i.golik@mail.ru

производится 64% вольфрамовых концентратов, 74% свинца в концентрате и 8% свинца рафинированного. В недалеком прошлом тут добывали 18% олова России [5]. В Кава-леровском, Дальнегорском и Красноармейском районах локализовано 15 месторождений металлических руд, содержащих цинк, свинец, медь, серебро, висмут, индий, редкоземельные металлы, и до 30 месторождений олова. В Красноармейском и Пожарском районах разведаны месторождения вольфрама, в которых содержатся медь, серебро, золото, висмут и другие металлы. Плавиковый шпат, добываемый в Вознесенском и Пограничном месторождениях, содержит редкие металлы [5].

Однако при хороших перспективах сырьевой базы в регионах Дальнего Востока перерабатывающее производство недостаточно обеспечено сырьем. Использование устаревших технологий добычи минерального сырья и износ оборудования увеличивают опасность загрязнения окружающей среды отходами горного производства. Сочетание этих двух проблем делает актуальным вовлечение в производство некондиционного минерального сырья, в том числе хвостов обогатительных фабрик [4], отвалы которых содержат элементы наиболее высоких классов опасности. Для борьбы с загрязнением окружающей среды необходима санация хвостохранилища и очистка его от вредных компонентов. Цель статьи - выявить неиспользуемые резервы минерально-сырьевой базы цветной металлургии в современных условиях.

Наличие в хвостах обогащения наряду со свинцом и цинком редких элементов - одно из важных составляющих экономической оценки техногенных отвалов: извлечение из руд 1-2 металлов экономически неэффективно, а группы дорогостоящих и дефицитных металлов существенно повышают рентабельность производства.

Формирование и роль техногенных месторождений

Формирование техногенных месторождений Дальнего Востока обусловлено выборочной выемкой богатых участков месторождений, при этом интенсификация производства сопровождалась приростом запасов в целиках, доработка которых увеличивает не только потери, но и разубоживание. Природные месторождения превращаются в техногенные, дислоцированные в недрах и на поверхности.

Хвосты переработки нельзя использовать в качестве материалов, пока содержание металлов в них не будет соответствовать санитарным нормам. Традиционные методы экономически нецелесообразны, поэтому доля утилизации отходов минерального производства не превышает первых процентов от выдаваемого на поверхность объема минералов.

При подземной разработке рудных месторождений количество хвостов переработки можно снизить, если рационально управлять состоянием массива, например заполнять пустоты твердеющими смесями. Но поскольку большинство цветных и благородных металлов Дальнего Востока добывается на малых, технологически слабо вооруженных предприятиях с объемом производства до 100 тыс. т/г., такие способы экономически недоступны, поэтому величина технологического разубоживания и количество отходов в отвалах растут, пополняя огромные запасы хвостов переработки прежних лет. Технологии захоронения хвостов для нейтрализации их вредного влияния не снижают опасности загрязнения, так как контакт минеральной массы с окружающей средой продолжается. Основные загрязнители - отделенные от массива минеральные массы, поступающие из рудничных стоков, сбросов хвостохранилищ обогатительных фабрик и металлургических заводов. Хвостохранилища представляют собой генератор реакций растворов тяжелых металлов и солей. Ущерб окружающей среде от хвостохранилищ не оценен в полной мере, поскольку он выражается не только в переносе минеральных частиц ветром, а многообразие физико-химических процессов в отвалах не учитывается.

За годы добычи и переработки природных ресурсов на Дальнем Востоке, как везде, добывали кондиционные руды, а некондиционные оставляли в недрах, так как считалось

невыгодным тратиться на извлечение металлов из бедных руд. Пустоты в массиве не заполняли. При этом увеличивались отходы добычи и переработки руд.

Руды месторождений Дальнего Востока обогащали с извлечением свинца и цинка до 80%, серебра - 60%, кадмия - 50%, висмута - 30%, а хвосты переработки складывали в хранилища [5].

Захоронение хвостов с рекультивацией рельефа увеличивает опасность для окружающей среды, так как прекращается доступ к отходам, кроме того, затрудняется повторное использование некондиционного сырья.

Экологические проблемы горнодобывающих регионов

Специфика экологических проблем при разработке месторождений Дальнего Востока России связана с размещением производительных сил на территориях с низким уровнем освоенности. Нагрузка на окружающую среду носит очаговый характер и приводит к ее серьезным нарушениям. В районах с низкой температурой биосистемы восстанавливаются медленнее.

Увеличение в воздухе концентрации сернистого ангидрида на 1 мг/м3 снижает урожайность и качество сельскохозяйственных культур на 30-40%, содержание белка в злаках уменьшается на 20-30%, падает продуктивность скота, растет его заболеваемость [1]. В зоне влияния хвостохранилищ в овощах и картофеле наблюдается избыток свинца, цинка, меди, мышьяка, снижается содержание витаминов, крахмала и сахара.

Негативное воздействие на окружающую среду начинается с вывода из хозяйственного оборота земель для строительства горного объекта и отвалов хвостов производства. С развитием работ формируются хранилища хвостов переработки руд. При воздействии на хранилища атмосферных осадков происходят окисление и гидролиз с осаждением и накоплением продуктов гидролиза в приповерхностном горизонте.

Увеличение объемов и времени хранения хвостов интенсифицирует протекающие в них процессы. Основную опасность представляет миграция минералов в окружающую среду с отвальными водами. При ликвидации горных предприятий риск еще более возрастает за счет проявления новых неизученных и непрогнозируемых факторов.

Способы снижения влияния хвостов переработки на окружающую среду

Состояние природной среды горнодобывающих регионов определяется количеством и качеством хранящихся отходов, поэтому радикальным решением проблемы может быть утилизация хвостов. В основе такой переработки лежат технологии активации хвостов в различных аппаратах, перспективны комбинированное химическое обогащение и активация в дезинтеграторе [2]. В процессе активации увеличивается извлечение металла в раствор, уменьшается время извлечения.

Исследование механохимической активации хвостов обогащения

Исследования возможности извлечения металлов из хвостов обогащения свин-цово-цинковых руд Садонского месторождения на Мизурской обогатительной фабрике (Республика Северная Осетия-Алания) выполнены в лаборатории Северо-Кавказского горно-металлургического института с использованием дезинтегратора DESI-11 (см. рисунок). Этот аппарат обеспечивает условия для подачи в рабочую камеру реагента и выдачи из нее продукционного раствора металла в реагенте [3]. Характеристика дезинтегратора: производительность при измельчении материала с плотностью 2-3 г/см3 при оборотах роторов 12 000 мин - 1-10 кг/ч, максимальный исходный размер частиц обрабатываемого материала - 2,5 мм, максимальная влажность измельчаемого материала - 2%.

Общий вид дезинтегратора DESI-11

Хвосты обогащения в тяжелых суспензиях руд получены из руд состава (%): крупнозернистые граниты - 40; бескварцевые горные породы типа андезитов - 30; песчаники - 20; жильный материал - 8; рудные минералы - 2. Содержание основных минералов в хвостах: пирит - 1,4; сфалерит - 0,6; галенит - 0,06; халькопирит -0,05. Породные разности (граниты и песчаник), а также минералы (плагиоклаз, микроклин, кварц, карбонат, хлорит) имеют размеры зерен от 0,03 до 3 мм. Размер зерен жильных минералов кварца, карбоната, кальцита, хлорита, сидерита - до 0,3 мм. Химический состав хвостов обогащения (%): БЮ2 - 31,4; Fe2О3 - 4,4; СаО - 1,96; Б - 1,88; Ag - 0,015; Си - 0,18; Мп - 0,015; К20 - 3,5; А1203 - 0,8; ТЮ2 - 0,03; Zn - 0,95; РЬ - 0,84.

Сравнивались варианты технологий выщелачивания цинка и свинца из хвостов обогащения на Мизурской обогатительной фабрике в перколяторе без активации в дезинтеграторе; в перколяторе после активации в дезинтеграторе; при совмещении процессов активации в корзине дезинтегратора.

При эксперименте использовали математическое планирование по методике Венке -на-Бокса. Независимыми факторами являлись содержание в растворе серной кислоты в пределах 2-10 г/л; хлорида натрия - 20-160 г/л; время выщелачивания - 0,15-1,0 ч; частота вращения роторов дезинтегратора - 50-200 Гц. Без активации в аппарате в раствор извлекли выщелачиванием 13% свинца и 10% цинка, после активации и при совмещении процессов - по 22% каждого металла в обоих случаях.

По результатам извлечения металлов в раствор можно сделать следующие выводы. При активации хвостов обогащения в дезинтеграторе с последующим выщелачиванием вне его из них извлекается свинца больше в 1,7 раза, цинка - в 2,2 раза, чем традиционным способом. При активации сырья в дезинтеграторе с одновременным выщелачиванием сырье извлекается быстрее и в большем количестве, чем при раздельных активации и выщелачивании. Анализ среднего содержания цинка и свинца в продукционных растворах показывает, что наибольшее влияние на процесс выщелачивания металлов оказывает продолжительность процесса.

Одинаковое количество извлекаемых в раствор свинца и цинка обеспечивает выщелачивание хвостов, предварительно активированных в дезинтеграторе вместе с выщелачивающими растворами, а также хвостов с многократным (до 7 раз) пропусканием их вместе с выщелачивающими растворами через дезинтегратор. При этом время многократного пропускания хвостов через дезинтегратор (3-5 с) на два порядка меньше времени перколяционного выщелачивания (900-3600 с), что весьма важно при определении экономической эффективности процесса.

При обработке хвостов обогащения дезинтеграторная установка обеспечивает выход активного класса 0,08 в объеме 44,4%.

Результаты эксперимента подтверждают возможность вовлечения в производство огромных резервов некондиционных для традиционных технологий запасов хвостохрани-лищ в качестве альтернативы освоению новых месторождений в труднодоступных для эксплуатации регионах Дальнего Востока в условиях дефицита капиталовложений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бурдзиева О.Г. Механизм влияния хвостов обогащения на окружающую среду // Тр. 3-й Кавказ. междунар. школы-семинара «Сейсмическая опасность. Управление сейсмическим риском на Кавказе». Владикавказ: ВНЦ РАН: РСО-А, 2009. С. 46-51.

2. Голик В.И. Извлечение металлов из хвостов обогащения комбинированными методами активации // Обогащение руд. 2010. № 5. С. 38-41.

3. Голик В.И. Научные основы инновационных технологий извлечения металлов из хвостов обогащения // Цв. металлургия. 2010. № 5. С. 19-23.

4. Логачев А.В., Голик В.И. Научно-методологические основы производства золота на заключительном этапе разработки месторождений // Вестн. ДВО РАН. 2008. № 6. С. 91-98.

5. Полезные ископаемые Приморского края. - http://protown.ru/russia/obl/articles/3393.html (дата обращения 18.04.2011).

Новые книги

Бяков А.С. Зональная стратиграфия, событийная корреляция, палеобиогеография перми Северо-Востока Азии (по двустворчатым моллюскам).

Biakov A.S. Zonal stratigraphy, event correlation, paleobiogeography of the Permian of Northeast Asia

Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 2010. - 262 с. - ISBN 978-5-94729-102-5.

Северо-Восточный комплексный НИИ ДВО РАН

685000, Магадан, ул. Портовая, 16

Fax: (4132) 63-00-51. E-mail: uchsecr@neisri.ru

Обобщены результаты изучения двустворчатых моллюсков - важнейшей группы пермской биоты Северо-Востока Азии. Впервые приведена зональная биостратиграфическая схема по двустворчатым моллюскам, которая может эффективно применяться для расчленения и корреляции разнофациальных отложений от Монголии до Печорского бассейна. Установлена важнейшая роль двустворчатых моллюсков в пермской биоте Северо-Востока Азии, показано, что впервые в геологической истории Северо-Восточной Азии возникают глубоководные сообщества бентоса, в которых двустворки резко доминируют. Начиная с конца средней перми (кептен) двустворки преобладают над брахиоподами и в мелководных сообществах, что является спецификой североазиатских бассейнов по сравнению с тетиче-скими и гондванскими. Разработано биогеографическое районирование по двустворчатым моллюскам морских бассейнов Бореальной палеобиогеографической надобласти, подразделяющейся на две крупные биохории - Западнобореальную и Восточнобореальную области, каждая из которых включает ряд провинций. Изучено пространственное распределение двустворчатых моллюсков в Колымо-Омолонской и Верхояно-Охотской провинциях Восточнобореальной области для 8 временных срезов. Сделан вывод, что обособление рассматриваемых провинций начинается примерно с сакмарского века и в целом возрастает в течение пермского периода. На основании изучения динамики биоразнообразия важнейших групп биоты выявлены и обоснованы глобальные геологические и биотические события, ряд из которых маркирует границы отделов пермской системы и которые могут быть использованы для целей глобальной корреляции. Приведено описание 47 видов двустворчатых моллюсков.

Для геологов, стратиграфов, палеонтологов, палеогеографов.