КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ (ХВОСТОВ) ПОСЛЕ ФЛОТАЦИИ ШЛАКОВ МЕДНОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

В настоящее время идет усовершенствование существующих технологий и разработка новых методов переработки отходов горно-металлургического производства с целью получения качественных товарных продуктов или полуфабрикатов, используемых в дальнейших процессах обработки, также это приводит к решению проблем экологии. Содержание железа в отходных хвостах флотации шлаков медного производства в некоторых случаях превышает содержание железосодержащих руд природного происхождения. В статье рассматривается возможность переработки хвостов после флотации шлаков.

ABSTRACT

Currently, the improvement of existing technologies and the development of new methods of processing waste from mining and metallurgical production in order to obtain high-quality commodity products or semi-finished products used in further processing processes, and also leads to solving environmental problems. The iron content in the waste tailings of copper slag flotation in some cases exceeds the content of iron-containing ores of a natural phenomenon. The article considers the possibility of tailings processing after slag flotation.

Ключевые слова: техногенные отходы, переработка шлаков, шлаки, отходы после флотации, минералы, железный пигмент, щелочной обжиг.

Keywords: technogenic waste, processing of slags, slags, waste after flotation, minerals, iron pigment, alkaline firing.

В настоящее время непрерывно увеличивается переработка минерально-сырьевых ресурсов с увеличением производственных мощностей предприятий и спроса на товарную продукцию, что приводит к возрастающим объёмам загрязнения (хвостами, шламами, шлаками и т.п.) окружающей природной среды, и экологическими требованиями в оборот всё более широко вовлекаются вторичные техногенные источники полезных ископаемых.

Отходы-хвосты являются богатым железосодержащим сырьем на медных обогатительных фабриках, так как в их составе содержится значительное количество магнетита, гематита, фаялита, борнита, тетраэдрита и других железосодержащих минералов.

Таким образом, требуется усовершенствование существующих и разработка новых методов и технологий переработки отходов горно-металлургического производства с целью получения качественных товарных продуктов или полуфабрикатов, используемых в дальнейших процессах обработки [2, с. 45–47].

Объем железосодержащего отхода флотационного обогащения шлаков медного производства составляет до ~ 60 масс %, а полезных компонентов – до 40 масс.% от суммарного объема исходного природного сырья, который целесообразно применить в качестве вторичного сырья для получения ценных продуктов при помощи рациональных технологий утилизации и переработки. В связи с этим очень актуально и перспективно развитие технологических принципов переработки хвостов после флотационного обогащения шлаков медного производства.

Следует отметить, что отходы, являясь мощным источником загрязнения окружающей среды, представляют собой ценное сырье для промышленности. Снижение вредного воздействия горного производства на окружающую среду может быть достигнуто за счет совершенствования технологий [4, с. 6–23].

Целью работы является получение пигментного железа Fe₂O₃ из хвостов флотационного обогащения шлаков медного производства с применением комбинированных технологий.

Хвосты обогащения колчеданных руд и пиритные продукты составляют одну из опасных групп техногенных отходов и в то же время являются аккумулятором тяжелых, цветных и благородных металлов, а также редких элементов. До 35–40% ценных компонентов в этих продуктах находится в сростках, другая часть представлена свободными частицами крупностью 10 мкм. Раскрытие тонких сростков рудных и породных минералов является крайне сложной задачей, даже при современных возможностях сверхтонкого измельчения [5, с. 050002; 3, с. 52–56].

Все отходы (хвосты) флотации находятся на поверхности земли, залегают компактно и, соответственно, не требуют больших затрат на добычу, то есть отпадает трудоемкий и дорогостоящий процесс – извлечение пород из монолитного массива (проходка буровзрывных скважин, заряжание и взрывание, экскавация породы). Ряд процессов, происходящих при формировании хвостохранилищ, приводит к концентрированию находящихся в них остаточных содержаний металлов, и процесс их изучения является трудоемким.

Хвосты после флотационного обогащения медьсодержащего шлака на МОФ-2 АО «Алмалыкский ГМК» представлены комплексным минеральным сырьем и являются отдельными продуктами переработки различных типов медных, железо- и кремнийсодержащих минералов и др. Техногенные отходы такого состава перерабатывались в течение многих лет в зарубежных странах по разным технологическим схемам при различной крупности и реагентном режиме. В связи с этим в отдельных зонах хвостохранилища (как по глубине, так и по его площади) гранулометрический, фазовый, химический, минеральный состав хвостов весьма разнообразен.

В медеплавильных шлаках количество железа очень велико и достигает 41,40–65,70% в переводе на FeO. Содержание кремниевой кислоты в них находится в пределах 16,34–35,70%. Этими двумя окислами представлены основная часть шлака, поэтому изучение этих шлаков производилось в рамках системы FeO–SiO₂. По приведенным В.В. Лапиным сведениям, эвтектика фаялит-вюстит в этой системе наступает при 1173°, а температура плавления фаялита равна 1203°. По данным ряда исследователей (Mac Lellan, Смирнов, Мостович, Белоглазов и др.), силикат, образующийся в конвертерном шлаке медеплавильного производства, имеет более кислый состав, чем фаялит, и отвечает формуле 4FeO∙3SiO₂ (38,6% SiO₂; 61,4% FeO) [1, с. 68–73].

 Исходные данные рентгеновского измерения хвостов после флотации шлаков медного производства показаны на рис. 1.

Рисунок 1. Исходные данные рентгеновского измерения отходных хвостов после флотации шлаков (XRDML)

Из рис. 1 видно, что в железосодержащем отходе МОФ-2 оксидные соединения железа в виде гематита и магнетита – 33–58%, диоксид кремния – 33–34%, CuO – 0,6%, ZnO – 1,56%, S – 0,8%.

По результатам рентгеновского анализа можно сделать вывод, что хвосты после флотации шлаков медного производства МОФ-2 АО «Алмалыкский ГМК» являются богатым железосодержащим сырьем для получения железного пигмента Fe₂O₃. А также из полученных результатов химического анализа хвостов можно сделать вывод, что традиционные методы переработки хвостов медного шлака не позволяют добиться полного извлечения, поэтому возможно использовать нетрадиционный способ для извлечения ценных компонентов, базироваться на комбинационном способе пиро- и гидрометаллургии. Сульфидные соединения железа не растворяются в кислотах, поэтому проводится щелочной обжиг с добавкой в шихту NaOH и выщелачивание огарка. Это простой и экономичный способ извлечения Fe₂O₃, который рассматривается как сырье для пигментного железа. Проводятся лабораторные опыты исследования по оптимальным параметрам обжига и выщелачивание.

Для проведения опытов были взяты железосодержащие техногенные отходы (хвосты) медеобогатительной фабрики – 2 АО «Алмалыкский ГМК». Химический состав хвостов приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Химический состав хвостов флотации шлаков МОФ-2 АО «Алмалыкский ГМК»

Из табл. 1 видно, что содержание железа в отходных хвостах флотации шлаков медного производства в некоторых случаях превышает содержание железосодержащих руд природного явления, в связи с чем отходы (хвосты) флотации шлаков можно принять как сырье для получения железного пигмента.

Железо в отходах бывает двух видов: сульфидное (FeS₂) и силикатное (FeSiO₃), и их соотношение 1:3. Особенность перечисленных выше соединений железа состоит в том, что эти соединения не растворяются ни в каких кислотах и их переработка считается нецелесообразной. В качестве решения этой проблемы рекомендуется реализовать метод щелочного обжига и выщелачивания. Сначала готовится шихта соотношением реагента NaOH = 6:4, затем обжигали в муфельной печи при температуре 100–500 °С в течение 30–120 минут. После охлаждения огарок выщелачивается нагретой водой при температуре 50 ℃ в течение 30–120 минут, затем фильтруется. Основной целью выщелачивания является растворение Na₂SO₄, Na₂SiO₃ и других соединений и осаждение основной части гидроксида (III) валентного железа Fe(OH)₃. Осадок сушится и обжигается при температуре 750 °С. Полученный огарок измельчается с получением готового продукта красного железного пигмента Fe₂O₃.

В результате проведенных научных опытов при низкой температуре и малом времени обжига происходит частичное окисление железа, сульфиды при окислении выделяют тепло, которое образует частичное спекание шихты. С повышением температуры происходит быстрое сгорание сульфида, а это приводит к увеличению окисления железа.

Из вышеперечисленного можно сделать выводы, что хвосты медного производства можно переработать и получать железосодержащий пигмент, который применяется во многих отраслях химической и химико-технологической промышленности.

Список литературы:

1. Аскарова Н.М. Some mineralogical properties of heat-treated copper production slags // International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences. – 2020. – № 2. – С. 68–73.
2. Аскарова Н.М., Самадов А.У. Инновационный подход к подготовке отвальных медного производства для дальнейшей переработки // Universum: технические науки. – 2020. – № 11-5 (80). – С. 45–47.
3. Аскарова Н.М., Тошкодирова Р.Э. Результаты исследований переработки медного шлака и клинкера цинкового производства // Universum: технические науки. – 2022. – № 3-1 (96). – С. 52–56.
4. Ещенко Л., Салоников В. Получение высокодисперсного α-Fe₂0₃ и композиционных пигментов на его основе // Наука и инновации. – 2002. – № 3. – С. 6–23.
5. Extraction of valuable components by flotation and magnetic methods from tails of gold extracting factories / N. Askarova [et al.] // American Institute of Physics Conference Series. – 2022. – Т. 24320, № 1. – С. 050002.