Формирование гранул из сульфидных отходов обогащения для кучного выщелачивания

© Е.Т. Хабиров, И.В. Шадрунова, М.С. Гаркави, 2007

УДК 622.7

Е.Т. Хабиров, И.В. Шадрунова, М.С. Гаркави

ФОРМИРОВАНИЕ ГРАНУЛ ИЗ СУЛЬФИДНЬХ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ ДЛЯ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ*

Семинар № 18

Концепция экологически безопасного освоения минеральных ресурсов обуславливает необходимость широкого вовлечения в разработку техногенных месторождений.

По ориентировочным оценкам суммарная ценность полезных компонентов, содержащихся в сульфидсодержащем техногенном сырье, сопоставима с ресурсами минерального сырья в недрах.

С другой стороны, окисляющиеся сульфидные минералы в заскладиро-ванных горнопромышленных отходах могут служить источником неконтролируемого загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (Си, N1, Со, РЬ, 7п, В1, БЬ, Дэ и др.). Поэтому разработка способов консервации сульфидсодержащего сырья с целью снижения негативного экологического воздействия на окружающую среду и дальнейшей переработки, представляет несомненный интерес.

В настоящее время единственная область применения сульфидных хвостов обогащения - это использование их в качестве наполнителя в шихте для закладочной смеси. Наиболее приемлемым способом переработки хвостов обогащения с целью извлечения из них полезных компонентов яв-

ляется кюветное и кучное выщелачивание. Для того чтобы процесс кучного выщелачивания был достаточно эффективен, необходимо достичь высоких фильтрационных свойств массива. Таким способом может являться предварительная агломерация -окомкование тонкодисперсных отходов обогащения.

Применение брикетирования для кучного выщелачивания не предоставляется возможным, т.к. получаемый материал должен быть пористым, хорошо проницаемым, устойчивым в кислых средах и достаточно прочным даже во влажном состоянии. Технологии высокотемпературных способов получения гранул из хвостов обогащения перед их кучным выщелачиванием являются экономически неоправданными.

На сегодняшний день в хвостохра-нилищах флотационных обогатительных фабрик, перерабатывающих медно-цинковые руды, накоплены миллионы тонн отходов с высоким содержанием цветных и благородных металлов (табл. 1), общая ценность которых сопоставима, а иногда и превышает их ценность в ежегодно добываемых рудах. Кроме того, они занимают значительные площади по

*Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 04-05-96060

Таблица 1

Характеристики хвостохранилиш обогатительных фабрик Южного Урала

Хвосты обогатительных фабрик. Содержание элементов

Мель, тыс. т Цинк, тыс. т Сера, тыс. т Железо, тыс. т Золото, т Серебро, т

Г айская. 120 92 10640 5548 323 160

Бурибаевская. 24,84 11,59 1412,6 1276,2 6,62 56,80

Учалинская 60,06 133,80 6306,30 8050,8 16,38 232,05

Сибайская 34,40 89,44 3646,40 5899,6 13,84 344,00

Всего: 239,30 326,83 22005,30 20774,6 66,84 792,85

отводу земли, а мощность хвостов, складированных в них, достигает 40 м. На большинстве обогатительных фабрик хвостохранилища работают в предельном режиме и будут выведены из эксплуатации в ближайшие годы.

Тем не менее, накоплен большой опыт низкотемпературного окомкова-ния тонкодисперсных материалов, где в качестве связующего используют строительную известь, гипс, портландцемент и др.

Введение вяжущего вещества при окомковании, способного соединять разобщенные твердые тела и сохранять их прочный контакт в условиях значительных внешних воздействий является необходимым условием, т.к. после твердения они, превратившись в искусственный камень, формируют матрицу межпоровых перегородок окатыша. Также вяжущие вещества способствуют быстрому схватыванию и дальнейшему набору прочности окатыша и играют пластифицирующую роль, ускоряя накатывание материала.

Более того, вышеперечисленные вяжущие вещества не могут быть применены для выщелачивания, т.к. структура образующейся композиции не устойчива в кислых средах, а гипс не устойчив даже в водной среде.

Образующийся при твердении вяжущих веществ искусственный камень

проходит в своем развитии ряд структурных состояний, имеющих различные энергетические характеристики и термодинамическую устойчивость. Оценка термодинамической устойчивости структурного состояния позволяет целенаправленно осуществлять технологические воздействия на вяжущую систему [2].

Под устойчивостью будем понимать способность вяжущей системы сохранять свои признаки свойства при воздействии как внутренних так и внешних факторов. Рассмотрим структурные превращения в твердеющей вяжущей системе. Структурные состояния вяжущей системы можно определить по кинетической кривой изменения завершенности структурооб-разования п, которая для многих вяжущих веществ имеет идентичный характер [2].

Исследования проводились по методике исследования процесса твердения вяжущих систем путем контроля изменения потенциала двойного электрического слоя (ДЭС) на поверхности раздела твердой и жидкой фаз [2].

В качестве примера приведена диаграмма твердения портландцемента (рис. 1).

На кривой изменения степени завершенности структурообразования можно выделить три основных структурных состояния. Период увеличе-

ния ц (участок ОА) связан с формированием коагуляционной структуры твердеющего вещества, а последующее снижение степени завершенности структурообразования (участок АВ) -с образованием промежуточной коагуляционно-конденсационной структуры и формированием на ее основе конденсационно-кристаллизационной структуры, определяющей прочность искусственного камня.

Несомненно сроки схватывания (участок ОВ) у различных вяжущих веществ будут разными. При окомко-вании материала необходимо стремиться сократить сроки схватывания. Это можно достичь подбором оптимального состава сырьевой шихты, применением сушки сразу после окомкования, либо комбинируя эти способы. Это необходимо для того. Чтобы окатыш набрал, по возможности, максимальную начальную прочность после окомкования для последующей транспортировки, дабы сократить время между технологическими переделами окомкования и укладки в штабель.

Исследования проводились на пробах сульфидных хвостов обогащения Учалинской ОФ, с содержанием серы 36,2 %.

Ранее нами было установлено, что измельченные в вибромельнице шлаки черновой медной плавки обладают вяжущими свойствами, но прочност-

Рис. 1. Изменение степени завершенности структурообразования ц, при твердении композиции из жидкого стекла, шлака и хвостов обогащения

ные показатели окатышей на их основе оказались недостаточными даже для транспортировки. С целью повышения прочностных показателей мы исследовали ряд активизаторов твердения шлака (портландцемент, известь, гипсовый камень, ЫаОН, А12(БО4)3, и установили что введение А12(БО4)3 в количестве 10 % от массы шлака позволяет получить окатыши прочностью не менее 1,5 МПа.

Этот состав можно рекомендовать только для хранения гранул при консервации хвостов обогащения, т.к. эта композиция не является кислотостойкой и требует дальнейшего изучения долговечности.

Для создания кислотостойкой композиции в качестве вяжущего вещества использовался раствор натриевого жидкого стекла - коллоидный водный раствор силиката натрия. Жидкое стекло относят к вяжущим воздушного твердения. Силикаты натрия в воде подвергаются гидролизу с участием СО2 воздуха.

Выделяющийся гель кремниевой кислоты обладает вяжущими свойствами. Для ускорения твердения жидкого стекла к нему добавляют крем-нефторид натрия (КФН), ускоряющий выпадение геля кремниевой кислоты и гидролиз жидкого стекла.

Зависимость разрушающей нагрузки от количества КФН, размера окатыша и плотности жидкого стекла в возрасте 14 суток показаны на рис. 2.

Также в качестве ускорителя твердения жидкого стекла мы использовали шлак черновой медной плавки, ко-

Рис. 2. Зависимость разрушающей нагрузки от количества КФН, размера окатыша и плотности жидкого стекла: а - 1,44 т/м3, б - 1,16 т/м3

Рис. 3. Зависимость разрушающей нагрузки от количества шлака, размера ока тыша и плотности жидкого стекла: а - 1,44 т/м3, б - 1,16 т/м3

ханоактивации в центробежно-ударной мельнице сухого измельчения. Центробежно-ударное измельчение позволяет получить большую удель-

Рис. 4. Зависимость разрушающей нагрузки выкушенныгх окатышей от количества шлака, размера окатыша при плотности жидкого стекла 1,44

т/м3

ную поверхность, способствуя обнажению силикатных связей получаемого продукта, и тем самым улучшает его вяжущие свойства. Более того, в шлаках содержатся извлекаемые минералы вторичных сульфидов.

Зависимость разрушающей нагрузки от количества шлака, размера окатыша и плотности жидкого стекла в возрасте 14 суток показана на рис. 3.

Таблица 2

Протокол гранулометрического анализа пор полученных окатышей

Характеристика пор Центр окатыша Край окатыша

Число полей 1

Объемная доля пор, % 15,9 15,3

Средний размер поры, мкм 52,7 72,1

Максимальный размер поры, мкм 140,3 192,8

Объемная доля пор, меньших 1,0 мкм, % 0,0 0,0

Объемная доля пор, больших 100 мкм % 11,3 32,7

Количество пор, шт. 228 123

Рис. 5. Изображения внутреннего строения и распределение размеров пор центральной части окатыша

Рис. 6. Изображения внутреннего строения и распределение размеров пор периферийной части окатыша

Также нами было опробовано применение сушки после окомкова-ния. Окатыши сушили в течение 4 ч, при 60 °С. Результаты воздействия сушки на начальную прочность показаны на рис. 4.

Из графиков следует, что молотый шлак является более эффективным укорителе твердения жидкого стекла чем КФН. Однако введение отвер ди-теля свыше 30-35 % и снижение плотности жидкого стекла деструкту-рирует систему.

Пористость окатышей изучалась на установке 81АМБ-600 (табл. 2, рис. 5, 6).

Выводы

1. Окомкование сульфидных хвостов обогащения позволяет обеспечить необходимые фильтрационные свойства штабеля.

2. Сушка при температуре 60 °С, в течение 4 ч после окомкования позволяет получить прочность окатышей, достаточную для укладки в штабель.

3. Активизатором твердения жидкого стекла при гранулировании сульфидных дисперсных отходов может являться как кремнефтористый

1. Чантурия Б.А., Макаров В.Н., Калмыкии А.М., Макаров Д.В., Бастрыгина С.В. Изменение свойств минералов цветных металлов в техногенных месторождениях //Цветные металлы, 2000, №10. - С. 80-85.

натрий, так и тонкоизмельченный шлак медной плавки.

4. Введение активизатора твердения жидкого стекла свыше 30-35 % от его массы деструктурирует матрицу межпоровых перегородок.

5. Шлак черновой медной плавки является более эффективным и активизатором твердения жидкого стекла чем кремнефтористый натрий.

6. Совместная утилизация или консервация сульфидных тонкодисперсных техногенных отходов и шлаков черновой медной плавки методом окомкования позволяет существенно снизить их негативное экологическое воздействие на окружающую среду.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Гаркави М.С. Термодинамический анализ структурных превращений в вяжущих системах”//Издательский центр МГТУ им. Г.И. Носова, 2005, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38.

— Коротко об авторах------------------------------------------------------

Хабиров Евгений Талгатович - аспирант,

Шадрунова Ирина Владимировна - профессор, доктор технических наук, Гаркави М.С. -

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.

315

З16