Извлечение железного концентрата из золотосодержащих хвостовых пульп гидрометаллургического производства

АННОТАЦИЯ

В настоящее время в связи с истощением запасов полезных ископаемых перспективным направлением является извлечение полиметаллических концентратов с высоким содержанием железа из хвостов гидрометаллургических производств.

В данной статье рассмотрена технология, позволяющая уменьшение экологической опасности процесса и исключение дополнительных дорогостоящих оборудований. Предложенная технология предусматривает извлечение частичек природного железа из хвостов, а так же образующихся при разрушении шаров и внутренней футеровки мельниц. Разработка и внедрение данной технологии позволит расширить сырьевую базу предприятия.

ABSTRACT

At present, due to the depletion of mineral resources, a promising direction is the extraction of polymetallic concentrates with a high iron content from the tailings of hydrometallurgical industries.

This article discusses a technology that allows reducing the environmental hazard of the process and eliminating additional expensive equipment. The proposed technology provides for the extraction of natural iron particles from the tailings, as well as those formed during the destruction of balls and the inner lining of mills. Development and implementation of this technology will expand the raw material base of the enterprise.

Ключевые слова: железосодержащее сырье, плотность, обогащения сильномагнитных руд, барабанные магнитные сепараторы, ферромагнитная фракция.

Keywords: iron-containing raw materials, density, concentration of highly magnetic ores, drum magnetic separators, ferromagnetic fraction.

Железосодержащее сырье в пульпе образуется в процессе измельчения руды за счет истирания металлических шаров и футеровки мельницы, представляет собой мелкодисперсное в значительной степени неокисленное железо. Расход шаров на измельчение 1 тонны руды зависит от крупности и твердости руды и составляет от 1,5 до 3,0 кг. 

На гидрометаллургических заводах для измельчения руды в шаровых мельницах ежесуточно расходуются тонны шаров. Из них магнитной сепарацией гравитационного концентрата отделяется только 10-12% магнитной фракции, остальная часть железной фракции проходит по всей технологической цепочке, не вовлекаясь в производство и сбрасывается в хвосты.

Разделение материалов по магнитным свойствам осуществляется главным образом в постоянном магнитном поле. Наряду с магнитными свойствами разделяемых частиц на показатели обогащения оказывают влияние их плотность, крупность и форма, а также конструктивные особенности магнитного сепаратора. На разделение в магнитном поле существенно влияет магнитная флокуляция сильномагнитных частиц.

Магнитная восприимчивость подлежащих извлечению в магнитный продукт частиц руды является основным фактором, определяющим выбор типа сепаратора. Для извлечения сильномагнитных минералов выбирают сепараторы со слабым полем, для слабомагнитных минералов - сепараторы с сильным полем.

В сепараторах для обогащения сильномагнитных руд применяются обычно открытые многополюсные системы (рис.1, а), в сепараторах для слабомагнитных руд – замкнутые магнитные системы (рис.1, б). Последние экономичнее открытых многополюсных систем и позволяют создавать поля большой напряженности. Однако использование замкнутых магнитных систем всегда связано с опасностью забивания рабочей зоны сепаратора флокулами сильномагнитных частиц.

Рабочей зоной сепаратора называется участок, на котором происходит притяжение магнитных частиц к рабочему органу сепаратора (барабану, диску, валку), их удерживание на рабочем органе и транспортирование при возможном удалении захваченных немагнитных частиц.

Рисунок 1. Рабочие зоны сепараторов с открытой многополюсной магнитной системой (со слабым полем) и с замкнутой электромагнитной системой (с сильным полем):

 а – рабочая зона барабанного сепаратора; б – то же, валкового сепаратора

Исследователями установлено, что в процессе механического измельчения руды и воздействия на нее высокоактивных технологических растворов происходит глубокое химическое разложение (окисление) породных и рудных минералов. При окислении железосодержащих сульфидных минералов (пирит, марказит, пирротин и т.д.) образуются и псевдоморфозы, например, лимонита по пириту. В результате на поверхности ранее немагнитных железосодержащих минералов возникают химические соединения, обладающие ферромагнитными свойствами.

Соответственно становится возможным использование мокрой магнитной сепарации в сильном магнитном поле для получения концентрата, включающего как частицы железа продукта истирания железных шаров и футеровки технологического оборудования, так и породные и рудные железосодержащие  минералы, обладающие магнитными свойствами, т.е. получать полиметаллический концентрат с высоким содержанием железа и комплекса ценных компонентов.

Для мокрого обогащения сильномагнитных руд применяются барабанные магнитные сепараторы (рис.2).

Рисунок 2. Магнитный сепаратор для мокрого обогащения руд

Таким образом, в продолжение начатых исследований разработан принципиально новый метод извлечения железных концентратов из хвостов с последующим окомкованием железа, основанный  на использовании коэрцзивных свойств металлов, а так же в изменении магнитных свойств железосодержащих компонентов прошедших глубокую химическую переработку и измельчение в процессе заводского передела.

Отличие от существующих технологий:

• исходное сырье представляет собой пульпу – тонкую фракцию гидрометаллургического производства крупностью до 200 меш;
• хвосты гидрометаллургического передела золотосодержащей руды вовлекаются в последующую переработку в качестве вторичного техногенного сырья прошедшего глубокое химическое разложение (окисление) породных и рудных минеральных комплексов, что привело к образованию минералов, обладающих магнитными свойствами;
• магнитная сепарация осуществляется в две стадии;
• стадии магнитной перечистки предусматривают сначала выделение ферро- парамагнитного концентрата из хвостовой пульпы, а затем выделение из него в магнитном поле пониженной интенсивности ферромагнитного  концентрата с содержанием железа 50%.
• технология исключает использование экологически опасных и токсичны химических реагентом (СДЯВ)
• технология может использоваться в комплексе с основным производством строительство новых цехов, приобретение и монтаж сложного  технологического оборудования не требуется.

Преимуществом разработанной технологии является возможность получения железной фракции, не требующей создания сложных и экологически опасных кислотных производств.

Основой технологии является двухстадийная непосредственно в потоке пульпы в точке сброса ее в хвостохранилище с использованием магнитных полей различных напряженностей, настроенных с учетом различия коэрцзивных свойств железосодержащих полиметаллических комплексов металлов.

Магнитную сепарацию хвостовых пульп необходимо осуществлять в две стадии:

- на первой стадии отделяется полиметаллический магнитный концентрат в сильном магнитном поле постоянных магнитов Ni-Ba-Fe типа с напряженностью поля порядка 1000 А/м².

Таблица 1.

Содержание основных породообразующих элементов в полиметаллическом магнитном концентрате

- на второй стадии полиметаллический магнитный концентрат проходит вторую стадию сепарации в слабом магнитном поле напряженностью не более 400 А/м² с целью разделения на ферро - (содержание  Fe₂O₃~60 %) и парамагнитные фракции (Au, TiO₂, Ba, Sc, Zn, Co, Ni, РЗЭ).

Таблица 2.

Содержание основных породообразующих элементов в ферромагнитном концентрате

Оставшийся после второй стадии магнитной перечистки полиметаллический парамагнитный концентрат (выход 1,5% или ~1500т/сут  имеет 10 кратное обогащение по Au ~1,2 г/т относительно исходного содержания в хвостах, а так же Sc -8,4 г/т.

Таблица 3.

Содержание основных породообразующих элементов в полиметаллическом парамагнитном концентрате

В результате магнитной сепарации в две стадии получается два продукта это ферромагнитная фракция, которую необходимо шихтовать и брикетировать для дальнейшей плавки на сталь или чугун и  парамагнитная фракция, которая может служить сырьем для извлечения благородных, редкоземельных и цветных металлов.

Принципиальным результатом проведенных исследований является получение методом магнитной сепарации в две стадии ферромагнитного концентрата с высоким содержанием железа – сырья, пригодного для использования в металлургической промышленности, и парамагнитного полиметаллического концентрата, обогащенного рудами элементами (золотом, редкоземельными элементами группы лантаноидов, а также TiO₂; Ba; V; Zn; Co; Ni.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения полиметаллических концентратов, при условии вовлечения в переработку хвостовых пульп позволит получать ~300 т/сут ферромагнитного концентрата. В полимагнитном  концентрате, имеющем выход ~1500т/сут, ценными являются редкоземельные металлы, из которых наиболее перспективным по соотношению “цена на мировом рынке содержание в хвостах” является Sc.  

Анализ литературных источников показал, что брикетирование ферромагнитного материала, имеющего крупность класса 200 меш (выход не менее 80%) и содержащего 60 % Fe₂O₃, наиболее оптимальным с точки зрения энергозатратности будет использование связующих материалов типа смеси из жидкого стекла и кремнефтористого натрия (расход жидкого стекла на 1 т концентрата – 340-350 кг, кремнефтористого натрия -85-90 кг). После смешивания со связующим ферромагнитный материал помещается в формы размером 100×200×100 мм и после застывания на открытом воздухе может транспортироваться на металлургический завод.

Брикетирование парамагнитного материала не целесообразно, т.к. он будет служить сырьем для извлечения редкоземельных и цветных металлов по технологиям выщелачивания. Возможно, потребуется агломерация.

Внедрение технологии выделения магнитовосприимчивых фракций с извлечением на уровне 55% позволит ежегодно получать тыс. тонн магнитного полиметаллического концентрата.

Преимуществом разработанной технологии является то, что при получении железосодержащего концентрата экологически опасная кислотная технология не используется, и не требуется дополнительных дорогостоящих производств.

Список литературы:

1. Котляр Ю.А., Меретуков М.А., Стрижко Л.С. Металлургия благородных металлов //М.: МИСиС. 2005 г., Кн. 1. 431 с., Кн. 2. 391 с.
2. Санакулов К. Научно–технические основы переработки отходов горно– металлургического производства. –Ташкент.- «Фан», 2009. –404 с.
3. Бочаров В.А., Абрютин Д.В. Технология золотосодержащих руд // М .: МИСиС. 2003 г. 412с.
4. Исмагилов М.М., Музафаров А.М., Саттаров Г.С., ,Хужакулов Н.Б., Сулаймонов С. К вопросу методологии исследования техногенных отходов золотоизвлекательных заводов // Горный вестник Узбекистана.– Навоий, 2016.–№3. –С.116–127.