Состав золотопромышленных отвальных отходов и их переработка1

УДК 67.08; 553.411.071; 502.56/568

А.В. Сивцева, К.В. Степанова СОСТАВ ЗОЛОТОПРОМЫШЛЕННЫХ ОТВАЛЬНЫХ ОТХОДОВ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА1

В статье даны результаты исследования переработки отходов золотодобычи Алдана с получением железа методом СВС. В целях рационального природопользования рекомендуется использовать данные отходы в качестве сырья для металлургии и нужд сварочного производства.

Отходы золотодобычи, магнитная фракция, СВС, магнетит.

The paper presents the results of an investigation of the Aldan gold mining wastes recycling with getting iron using the SHS method. For the efficient utilization of natural resourses, these wastes are recommended to be used as a raw material for metallurgy and welding manufacture needs.

Gold mining wastes, magnetic fraction, SHS, magnetite.

В экономике Республики Саха (Якутии) добыча золота относится к приоритетным отраслям промышленности. В настоящее время отходы золотодобывающей промышленности не нашли применения и отсыпаются в отвалы. Эти огромные отвалы создают напряженную экологическую ситуацию в регионе, негативно влияют на жизнедеятельность биологических видов, загрязняют воду и почву.

Территория Алдана, где расположены основные золотодобывающие предприятия Якутии, богата месторождениями полезных ископаемых [1]. Одной из первостепенных задач ресурсосбережения является создание и освоение наукоемких технологий полной переработки руд и концентратов, доизвлечения полезных компонентов из текущих отходов производства. Поэтому представляет интерес исследовать отвальные отложения золотодобычи на содержание таких минералов, как магнетит, рутил, ильменит и др., которые используются в качестве сырья в металлургическом и сварочном производстве.

Были исследованы пробы с отвалов предприятий Алданского района. Химический состав проб определяли рентгеновским спектрометром SRS-3400 (Германия).

В качестве метода предварительного обогащения золотоносных руд на предприятиях Алданского района применяется электромагнитная сепарация (рис. 1).

Дальнейшему обогащению подвергается немагнитная порода, а смесь сильно- и слабомагнитной породы (далее по тексту: магнитная порода) сбрасывается в отвал.

Таблица 1

Химический состав магнитных проб

Фракция, мкм Компонент, %

MgO АЬОз SiO2 P2O5 SO3 Fe2O3 CaO TiO2 V2O5 MnO

100 - 200 0,91 1,70 3,50 0,11 0,05 88,46 0,34 4,07 0,23 0,21

200 - 500 1,34 2,40 5,59 0 0 81,13 0,51 8,16 0,18 0,40

> 500 0,69 0,83 3,75 0,09 0,06 86,71 0,29 17,76 0,32 0,35

1 Авторы выражают благодарность ведущему инженеру Института горного дела Севера Л.Н. Гороховой за помощь при анализе химического состава образцов.

Наиболее существенное влияние на магнитную восприимчивость оказывает присутствие в исследуемых порошках примеси магнитных минералов (особенно магнетита) в виде сростков или тончайших включений. Чаще всего частицы сепарируемого материала представляют агрегаты двух или более минералов.

Химический состав магнитной породы в зависимости от крупности приведен в табл. 1.

Рис. 1. Схема обогащения золота на предприятиях Алдана

Как видно из табл. 1, большая часть отходов, от 86 до 88 %, состоит из соединений железа. Также в минеральных продуктах содержится не более 0,1 % окислов фосфора и не более 0,1 % соединений серы. Таким образом, данное сырье может использоваться в нуждах металлургии и сварочного производства и не нуждается в дополнительном очищении от вредных примесей фосфора и серы, ухудшающих качество сварного шва.

Минералогический состав магнитной фракции определяли на дифрактометре D8 Discover, Bruker (США). Сравнение данных рентгеноструктурного анализа проб и эталона (Fe3O4) показало, что в магнитных отходах золотодобычи преобладает минерал магнетит (табл. 2).

Таблица 2

ся результатами рентгенофазового (см. табл. 3) и химического (см. рис. 3) анализа железных гранул, отделенных от шлаков, содержащих оксиды алюминия и кремния.

Сравнение данных рентгеноструктурного анализа

Исследуемый образец

Fe3O4

d value, Angstrom Intensity, % d value, Angstrom Intensity, %

4,83516 8,1 4,84000 2

2,95455 41,4 2,96000 34

2,52434 100,0 2,52500 100

2,09392 21,0 2,09400 30

1,71023 8,4 1,70900 21

1,61234 31,1 1,61200 47

1,48049 58,0 1,48100 60

Рис. 2. Поверхность образца при увеличении х80:

а - фотография поверхности продукта реакции; б - г - белый цвет показывает распределение соответствующих элементов на поверхности образца: алюминия, кремния и железа

Таблица 3

б

а

в

г

Из полученных данных следует, что отходы золотодобычи содержат большое количество железа в виде магнетита. Следующей задачей работы является переработка отвальных хвостов с целью извлечения железа.

Восстановление железа проводилось алюмотер-мическим способом, представляющим собой самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), который не требует расходов энергии извне. Опыты по восстановлению железа из отходов проводились в графитошамотовом тигле. Количество реагентов было взято в соответствии со стехиометрией следующей реакции:

Данные по рентгенофазовому анализу образца после отделения его от шлаков

d value, Angstrom Intensity, % Angle 2 -Theta °

2,02350 100,0 44,750

1,39517 56,7 67,023

1,43749 23,4 64,803

2,32603 20,1 38,678

1,17015 19,0 63,195

1,50463 17,2 61,586

Ге203 + 2А1 = 2Ге + А1203

Инициирование проводилось искрой от дуги переносного сварочного аппарата.

Продукт реакции был исследован на электронном сканирующем микроскопе ^о1 1БМ-6480ЬУ (данные сняты ведущим инженером Института геологии алмазов и благородных металлов С.К. Поповой в присутствии авторов).

Как показано на рис. 2, оксиды алюминия и кремния обволакивают гранулы восстановленного железа. Однако следы кремния хорошо видны и на самом железе (рис. 2в,г). Некоторая часть оксида кремния тоже восстановилась и растворилась в железе, образуя ферросилиций. Это также подтверждает-

Рис. 3. Химический состав образца после отделения от шлаков

Как видно из табл. 3, в конце алюмотермического восстановления отходов в полученном металлическом продукте присутствуют рефлексы Ге syn (2,0268; 1,4332; 1,1702) и ГеБ12 (1,3470; 2,3760).

По данным химического анализа, состав полученного продукта представлен на рис. 3.

Таким образом, отвальные отходы состоят в основном из соединений железа в виде минерала магнетита.

Из отходов золотодобычи по технологии СВС можно получать железо с включениями ферросилиция.

Список литературы

1. Попов, В.В. Проблемы развития и эффективного использования минерально-сырьевой базы России / В.В. Попов, Ю.Г. Сафонов. - М.: ИГЕМ РАН, 2003.

УДК 621.746.047:536.3

Н.В. Телин

ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОС В ЗОНЕ ПЛАВАЮЩИХ КРИСТАЛЛОВ

В статье приведено описание математической модели, позволяющей находить такие условия охлаждения и обжатия слитка с жидкой фазой, которые обеспечивают заданное, т.е. выбранное на основе определенных соображений, распределение примеси по сечению непрерывно отливаемого слитка. Результаты расчетов показывают, что степень междендритной ликвации изменяется однотипно и сильно зависит от коэффициента распределения примеси и ее исходной концентрации, от интенсивности охлаждения и скорости обжатия.

Слиток, охлаждение, обжатие, фаза, ликвация, примесь.

The paper describes a mathematical model for the conditions of cooling and compression of an ingot with a liquid phase that provide specific, selected on the basis of certain considerations, distribution of impurities across a continuously cast ingot section. Calculations show that the degree of interdendritic liquation changes homotypically and strongly depends on the ratio of impurities dis-ribution and their original concentration, the intensity of cooling and compression rate.

Ingot, cooling, compression, phase, liquation, admixture.

В последние годы в теории и технологии непрерывной разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) сформировалось новое перспективное направление - обжатие сляба с жидкой фазой. Применение этой технологии позволяет повышать качество металла в осевой зоне, использовать тепло жидкого металла, уменьшать толщину заготовок, повышать производительность разливки, компенсировать усадку металла при переходе его из жидкого состояния в твердое.

Устранение дефектов и повышение качества металла в осевой зоне базируется на уплотнении двухфазной части слитка в процессе окончательного затвердевания на величину, эквивалентную усадке металла при переходе его из жидкого состояния в твердое [2], [3]. В данной работе рассматривается влияние интенсивности охлаждения и скорости обжатия на распределение примеси по сечению непрерывно отливаемого слитка.

В произвольной системе геометрических координат состояние осевой части (зоны плавающих кристаллов) непрерывно вытягиваемого слитка, отливаемого на МНЛЗ, с механическим перемещением фазовых составляющих, описывается уравнениями квазиравновесия (1), теплопроводности (2), массопе-реноса в жидкой фазе (3), непрерывности сечения (4) и растворенного в сплаве компонента (5) [1]:

Э . ЭТ ЭТ

-(а-— т (vs+ug))= ; Эх Эх Эх Эх

— (DS ЭС - vSC) + kC ^ = Эх Эх Эх Эх

3gЭи)

Эх Эх Эх

Э^ + ug) =-еЭ?к_ Эх Эх

Т = j(C);

где Т - температура; С - концентрация примеси; -доля жидкой фазы; g = 1 - 5; £к - доля твердой фазы в виде кристаллов; и, V - скорости движения твердой и жидкой фаз; 0 - параметр; к - коэффициент распределения; а - коэффициент температуропроводности; х - координата; т - время.

Система уравнений (1) - (5) дополняется начальными условиями, условиями охлаждения поверхности слитка и законом сжатия.

Процесс формирования слитка, отливаемого на МНЛЗ, характеризуется законом перемещения во времени и пространстве затвердевающего слоя расплава. Учитывая специфику охлаждения слитка, можно предположить, что на установившемся режиме разливки при монотонном снижении температуры