ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И АЛЮМИНИЯ ИЗ ОТХОДОВ (ХВОСТОВ) МЕДНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

АННОТАЦИЯ

В статье описаны процессы извлечения металлов из металлургических отходов Алмалыкского горно-металлургического комбината, проблемы их образования и условия, в которых они могут возникнуть, а также информация о том, какие решения можно найти для их предотвращения. Изучена технология извлечения железа и алюминия из отходов Алмалыкского горно-металлургического комбината медной обогатительной фабрики. Сульфат аммония применялся как восстановитель. Было исследовано влияние температуры обжига, времени обжига, молярного отношения сульфата аммония к хвостам и размера частиц на извлечение элементов. Рассмотрены способы уменьшения их количества при переработке отходов из хвостов и восстановления железа и алюминия пирометаллургическим способом.

ABSTRACT

The article describes the processes of extracting metals from the metallurgical waste of the Almalyk Mining and Metallurgical Plant, the problems of their formation and the conditions in which they may occur, as well as information on what solutions can be found to prevent them. The technology of extracting iron and aluminum from the waste of the Almalyk mining and smelting plant of the copper processing plant was studied. Ammonium sulfate was used as a reducing agent. The effect of roasting temperature, roasting time, molar ratio of ammonium sulfate to tailings, and particle size on element recovery was investigated. ways to reduce their amount in the processing of waste from tailings and the reduction of iron and aluminum by the pyrometallurgical method are considered.

Ключевые слова: медная обогатительная фабрика, отходы, сульфат аммония, соединение железа.

Keywords: copper processing plant, waste, ammonium sulfate, iron compound.

Введение. В настоящее время запасы цветных металлов, сконцентрированные в отвалах и хвостохранилищах АО «Алмалыкский ГМК», исчисляются сотнями миллионов тонн. В частности, в отвалах накопилось около 150 млн тонн некондиционных забалансовых руд. Некондиционные руды накапливаются в отвалах, а в недрах месторождений остаются в качестве горных потерь. Указанное сырье содержит большое количество цветных, редких и благородных металлов и может быть полезно использовано [2].

Среди предприятий цветной металлургии основную нагрузку на атмосферу (по объему выбросов) оказывает АО «АГМК», выбросы которого составляют более 60% от выброса загрязненных веществ в атмосферу всей промышленности Алмалыкско-Ангренского района. В результате открытой разработки, измельчения и дробления образуется много пыли. Источником пыли могут также являться хвостохранилища.

Хвосты являются долговременным источником загрязнения окружающей среды. Их можно рассматривать как дополнительный источник получения цветных и черных металлов. Основной целью их переработки является не только получение прибыли, но и освобождение окружающей среды от вредных отходов. Хвосты медно-обогатительной фабрики АО «АГМК» в настоящее время занимают большую площадь из-за отсутствия эффективных решений в технологии извлечения драгоценных металлов при их переработке. С экологической точки зрения хвосты и шлаки, занимающие эти территории, оказывают воздействие на окружающую среду.

Для определения технологических параметров переработки хвостов медно-обогатительной фабрики АО «АГМК» было определено количественное содержание в них химических элементов. В табл. 1 приведен химический состав отходов медно-обогатительной фабрики.

Таблица 1.

Химический состав отходов медно-обогатительной фабрики АГМК

Хвосты медно-обогатительной фабрики содержат наибольшее количество железа и алюминия. В результате исследований, проведенных на кафедре металлургии Ташкентского государственного технического университета (ТашГТУ), была изучена технология выделения железа и алюминия из отходов. В то время как соединениями железа и алюминия в отходах являются магнетит, вьюстит и гематит, увеличение количества магнетита в шлаке увеличивает его вязкость, что, в свою очередь, влияет на состав штейна. Поэтому, если внедрить технологию извлечения железа и алюминия из отходов (хвостов) на медно-обогатительной фабрике, извлекать ценные элементы на следующих стадиях переработки будет намного проще [13; 14].

Целью и задачей исследования является определение степени извлечения железа и алюминия из хвостов обогатительной фабрики АО «АГМК» с использованием вибротехнического оборудования.

Экспериментальная часть. Для проведения исследования были выбраны образцы хвостов медно-обогатительной фабрики ОА «АГМК», которые были направлены на измельчение в шаровую мельницу. После измельчения 1 кг измельченного образца был направлен на процесс грохочения с использованием вибрационной машины (рис. 1) в течение 15 мин. Затем, после процесса грохочения, на вибротехническом оборудовании образцы разной крупностью подвергались магнитной сепарации. Результаты данного исследования показаны в табл. 2.

Рисунок 1. Вибрационная машина марки «ВИБРОТЕХНИК»

Таблица 2.

Результаты ситового анализа и магнитной сепарации образцов разной крупностью

Из табл. 2 видно, что наилучший результат был показан при размерности образца –0,071 мм, у которого наблюдается высокая степень магнитного притяжения. То есть необходимо отметить, что в образцах данной крупности магнитная фракция составляет 50,8% [15; 10; 11; 5].

На сегодняшний день извлечение оксида железа и алюминия из отходов медно-обогатительной фабрики осуществляют с использованием в качестве восстановителя углеродсодержащих компонентов (кокс) при высокотемпературном процессе. В работах [10; 11; 5; 8] показаны результаты проведенных исследований для извлечения 1 кг оксида железа, где необходимо было подвергнуть воздействию 0,214 кг углерода. Используя этот количественный показатель, на восстановление 1 тонны оксида железа расходуется 214 кг углерода. Но при этом необходимо учесть, что использование в качестве восстановителя кокса в процессе переработки отходов является весьма затратным [7; 6; 1; 4].

Исходя из этого, для извлечения железа и алюминия из отходов были проведены эксперименты с использованием более дешевого компонента, такого как сульфат аммония. Результаты эксперимента показали, что Fe и Al были получены при следующих условиях: молярное соотношение сульфата аммония к железосодержащим отходам составляет 1:1; 2:1; 3:1, температура обжига – 450–800 °С, время обжига в печи – 120–240 минут, крупность полученных отходов – 80 мкм и 200 мкм.

Первый образец массой 200 г и крупностью +0,200 мм, который состоит из отхода и измельченного сульфата аммония в соотношении 1:1, тщательно перемешивали и загружали в муфельную печь и обжигали при 800 °С в течение 80 минут (рис. 2). Далее образец после обжига был охлажден и направлен в лабораторию ГУНИИ Минеральных ресурсов при Геологическом университете (г. Ташкент) для получения результатов анализа при использовании атомно-эмиссионной спектроскопии, данные показаны в табл. 3.

Таблица 3.

Результаты атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС – ИСП), г/т

Из таблицы 3 видно, что степень восстановления оксидов железа и алюминия с применением сульфата аммония составила: Fe – 2,6 г/т и Al – 3,8 г/т. При этом на рис. 3 видно, что оксиды металлов (образец № 1) плохо взаимодействуют с сульфатом аммония, так как частицы расположены далеко друг от друга.

Второй образец массой 300 г и крупностью +0,140 мм, который состоит из отхода и измельченного сульфата аммония в соотношении 2:1, тщательно перемешивали и загружали в муфельную печь и обжигали при 600 °С в течение 60 минут. Далее образец после обжига был охлажден и направлен в лабораторию ГУНИИ Минеральных ресурсов при Геологическом университете (г. Ташкент) для получения результатов анализа при использовании атомно-эмиссионной спектроскопии, данные показаны в табл. 4.

Рисунок 4. Микроскопический анализ

 Таблица 4.

Результаты атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС – ИСП), г/т

Из таблицы 4 видно, что степень восстановления оксидов железа и алюминия с применением сульфата аммония составила: Fe – 2,3 г/т и Al – 4 г/т. При этом содержание железа уменьшилось на 0,3 г/т, а алюминия увеличилось на 0,2 г/т по сравнению с первым образцом. То есть оксид алюминия (образец № 2) лучше взаимодействует с сульфатом аммония по сравнению с железом.

Третий образец массой 400 г и крупностью +0,080 мм, который состоит из отхода и измельченного сульфата аммония в соотношении 3:1, тщательно перемешивали и загружали в муфельную печь и обжигали при 450 °С в течение 120 минут. Далее образец после обжига был охлажден и направлен в лабораторию ГУНИИ Минеральных ресурсов при Геологическом университете (г. Ташкент) для получения результатов анализа при использовании атомно-эмиссионной спектроскопии, данные показаны в табл. 5.

Таблица 5.

Результаты атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС – ИСП), г/т

Из таблицы 5 видно, что степень восстановления оксидов железа и алюминия с применением сульфата аммония составила: Fe – 3,4 г/т и Al – 5,3 г/т. При этом содержание железа увеличилось по сравнению с первым образцом на 0,8 г/т, а по сравнению со вторым образцом – на 1,1 г/т. Содержание алюминия увеличилось на 1,5 г/т по сравнению с первым образцом, а по сравнению со вторым увеличилось на 1,3 г/т. Образец № 3 лучше взаимодействует с сульфатом аммония по сравнению с предыдущими образцами. Это хорошо иллюстрирует рисунок 5.

Рисунок 5. Микроскопический анализ

Результаты и обсуждение. Из проведенного исследования видно, что наиболее хорошие результаты были получены при использовании образцов медно-обогатительной фабрики крупностью +0,080 мм, которые подвергались обжигу с сульфатом аммония при температуре 450 °C в течение 120 минут, что приводит к высокому извлечению алюминия и железа при их восстановлении из отходов.

Исследования показывают, что извлечение железа и алюминия из хвостов медно-обогатительной фабрики АО «АГМК» можно проводить с применением восстановительного обжига, где можно использовать сульфат аммония как более дешевый восстановитель железа и алюминия. При проведении экспериментов обжига с сульфатом аммония из 100 г образца № 3, который дал наиболее хорошие результаты, можно извлечь до 34% железа и 53% алюминия.

Заключение. Переработка хвостов медно-обогатительной фабрики может быть проведена с применением более дешевых восстановителей, которые тем самым способствуют снижению затрат на их переработку. Это, в свою очередь, дает возможность улучшения экологической обстановки данного региона.

Список литературы:

1. Ванюков А.В., Зайцев В.Я. Теория пирометаллургических процессов : учебник для вузов. – М. : Металлургия, 2004. – С. 430–436.
2. Развитие железной руды в Индии: Обогащение низкосортной железной руды / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mecon-limited.co.in/writereaddata/MIST2016/sesn/tech (дата обращения: 05.03.2017).
3. Юсупходжаев А.А., Мирзажонова С.Б., Хожиев Ш.Т. Повышение комплексности использования сырья при переработке сульфидных медных концентратов // Proceedings of the III International Scientific and Practical Conference “Scientific and Practical Results in 2016. Prospects for their Development” (Abu-Dhabi, UAE, December 27–28, 2016). – Ajman, 2017. – № 1 (17), Vol. 1. – P. 45–48.
4. Юсупходжаев А.А., Хожиев Ш.Т., Акрамов У.А. Использование нетрадиционных восстановителей для расширения ресурсной базы ОАО «Узметкомбинат» // Черные металлы. – 2021, апрель. – № 4 (1072). – С. 4–8.
5. Юсупходжаев А.А., Хожиев Ш.Т., Мирзажонова С.Б. Анализ состояния системы в металлургии. – Ташкент : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2020. – 189 с.
6. Юсупходжаев А.А., Хожиев Ш.Т., Мирзажонова С.Б. Технология переработки медных шлаков сульфидированием ее окисленных соединений // Международная научно-практическая конференция «OPEN INNOVATION» (Пенза, 15–18 июня 2017 г.). – Пенза, 2017. – Ч. 1, № 190. – С. 19–21.
7. Юсупходжаев А.А., Худояров С.Р., Мирзажонова С.Б. Использование физических свойств компонентов шихты для анализа металлургических процессов // Горный вестник Узбекистана. – 2013. – № 4. – С. 30–32.
8. Юсупходжаев А.А., Худояров С.Р., Мирзажонова С.Б. Механизм образования расплавов при плавке сульфидных медных концентратов в отражательной печи // Горный вестник Узбекистана. – 2014. – № 2. – С. 106–109.
9. Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф. Металлургия железа. – Академкнига, 2007. – 470 с.
10. Application Study on Technology of Reducing Copper Content in Discarded Slag / Z. Wang, R. Bian, C. Wei, B. Zhao [et al.] // SIPS. – 2018. – Vol. 7. – P. 67–76.
11. Copper Metallurgical Slags / A. Potysz, E.D. van Hullebusch, J. Kierczak, M. Grybos [et al.] // Current Knowledge and Fate: A Review. – 2015. – P. 2424–2435.
12. Management of copper pyrometallurgical slags: giving additional value to copper mining industry / M. Sanchez, R. Parada, F. Marquez, R. Jara [et al.] // VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy. – 2004. – P. 543–550.
13. Method of Heap Leaching of Copper from Off-Balance Ore Dumps / S.T. Matkarimov, S.B. Mirzajonova, T.P. Karimova, M.S. Saidova [et al.] / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-16-4321-7 (дата обращения: 21.10.2021).
14. Mirzajonova S., Karimova T., Saidova M. Research of sulfuric acid leaching of copper off-balance ores. Int J Eng Adv Technol / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi.org/10.35940/ ijeat.b3838.129219.
15. Slag Metallurgy and Metallurgical Waste Recycling / Z. Peng, D. Gregurek, C. Wenzl, J.F. White // JOM. – 2016. – Vol. 68, Iss. 9. – P. 2313–2315.