ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ МЕДНО-МОЛИБДЕНОВЫХ РУД

АННОТАЦИЯ

В статье проведён подробный анализ существующих технологий извлечения железосодержащих компонентов из флотационных отходов медных руд, рассматриваются их преимущества и ограничения с точки зрения эффективности и экономической целесообразности. Основное внимание уделено магнитной сепарации как наиболее перспективному и широко применимому методу переработки техногенных минеральных образований. Описаны методика и условия проведения лабораторных испытаний проб хвостов обогащения, а также представлены результаты, подтверждающие эффективность применения магнитного метода для извлечения железосодержащих компонентов из отходов флотации медно-молибденовых руд. Полученные данные свидетельствуют о возможности вторичного использования отходов, повышении комплексности переработки рудного сырья.

ABSTRACT

The article provides a detailed analysis of existing technologies for extracting iron-containing components from flotation waste of copper ores, their advantages and limitations in terms of efficiency and economic feasibility are considered. The main attention is paid to magnetic separation as the most promising and widely applicable method of processing man-made mineral formations. The methodology and conditions for laboratory testing of tailings of enrichment are described, and the results confirming the effectiveness of the magnetic method for extracting iron-containing components from flotation waste of copper-molybdenum ores are presented. The data obtained indicate the possibility of recycling waste, increasing the complexity of processing ore raw materials.

Ключевые слова: отход, флотация, извлечение, железосодержащие минералы, руда, выщелачивание, магнитный метод, концентрат.

Keywords: waste, flotation, extraction, iron-containing minerals, ore, leaching, magnetic method, concentrate.

Введение. Отходы флотации медных руд часто содержат значительные количества железосодержащих минералов (магнетит, гематит, фаялит и др.), которые могут быть целесообразно извлечены для получения железных концентратов, повышения экологической безопасности и уменьшения объёмов хвостохранилищ. За последние 10 лет исследования направлены на комбинации методов обогащения (физических, гидро- и пиро-металлургических, биотехнологических) для максимально эффективного и экономичного извлечения железа из таких техногенных отходов [1].

В настоящее время текущие хвосты флотационных обогатительных фабрик по переработке медно-молибденовых руд АО «Алмалыкский ГМК» складируются в хвостохранилищах с содержанием меди до 0,05 %, железа до 5 % и других ценных компонентов.  Эти отходы можно отнести к техногенным отложениям как объектам комплексного использования.

К особенностям переработки отходов флотации медно-молибденовых руд можно отнести его легкодоступность. Хвосты флотации находятся на поверхности, залегают компактно и, соответственно, как отмечено в [2], не требуют больших затрат, связанных с добычей и подготовки сырья к обогащению. Известно, что при обогащении полезных ископаемых на подготовительные процессы отводится около половина всех производственных затрат. В хвостохранилище предприятий отправляются отходы  перерабатываемой руды в огромных количествах, в том числе содержащие металлы для черной металлургии [3,4]. К таким отходам относятся и рассматриваемые нами отходы флотации медно-молибденовых руд.

Большой интерес в отходах флотации представляет наличие железосодержащих компонентов. Попутное извлечение железа наряду с металлами цветной металлургии рассмотрены во многих работах. Однако, эти работы посвящены химическому обогащению железных руд с переводом железа в растворимое состояние, его извлечение из раствора с помощью фосфорорганического комплексона, обработку полученного осадка с последующими промывкой, сушкой и прокаливанием [5], извлечению железа из железосодержащих материалов с высоким содержанием железа типа пыли из электродуговой печи путем смешивания железосодержащего материала и углеродного материала, растворение в полимера в гигроскопическом растворителе с добавлением карбоната кальция и алюмосиликатного связующего [6],  извлечению алюминия и железа из золошлаковых отходов обработкой раствором серной кислоты с экстракцией алюминий содержащих компонентов в раствор и выделения магнитной фракции содержащей железо многократной классификацией и магнитной сепарацией [7],  извлечению железосодержащих компонентов из техногенного материала тонкого класса с добавлением магнетитовых частиц и полиакриламида [8],  извлечению железа при технологии биоокисления золотосульфидного сырья переводом железа в жидкую фазу пульпы биокека, которое отмывают методом противоточной декантации (ПТД), а потом из слива ПТД получают железа [9].

При присутствии ферромагнитных минералов (магнетит) в перерабатываемой сырье наиболее оптимальным является магнитная сепарация. Для тонких фракций обычно применяют высокоградиентную магнитную сепарацию, магнитную флокуляцию и др. Эффективность зависит от крупности зерен, минералогии и степени агрегирования.

Низкотемпературное восстановление с последующей магнитной сепарацией позволяет переводить не обладающие магнитными свойствами железные фазы в магнитные формы (например, восстановление гематита в магнетит) и затем отделять их магнитным способом.

Гидрометаллургические методы часто применяется для растворения железа (особенно при наличии оксидных форм). При этом скорость и селективность зависят от минералогии (структуры фазы), концентрации кислоты, температуры и окислительно-восстановительного потенциала. Для извлечения железа из хвостов флотации успешно применяли серную и соляную кислоты механистические и кинетические исследования подробно описаны [10].

Наиболее успешными промышленными схемами извлечения железосодержащих компонентов из отходов горно-металлургической отрасли являются комбинированные способы, сочетающие термическое (восстановление) или химическое (выщелачивание) воздействие с последующей магнитной сепарацией, либо используют биопредварительная обработку + кислотное выщелачивание. Обзорные исследования показывают, что комбинированные методы обеспечивают более высокую селективность и экономическую целесообразность по сравнению с обычными методами.

При выборе технологии обогащения определяющими параметрами являются минералогический состав (доля магнетита, гематита, фаялита, сульфидов и др.), размер частиц разделяемых компонентов (тонкие дисперсные частицы усложняют магнитную сепарацию), химическая форма железа, наличие сопутствующих ценных металлов (Cu, Zn, Ni) и др. В отдельных случаях экономический эффект переработки техногенных отходов может оправдать применение более сложных схем извлечения.

Материалы и методы исследования. Руды месторождения «Сары-Чеку» и «Кальмакыр», перерабатываемые на  МОФ-2 АГМК, представлены в основном кварц-пирит-халькопиритовой, пирит-халькопиритовой, кварц-молибденовой и молибденовой ассоциациями. Главные рудные минералы месторождения - пирит (среднее содержание 5,32 %) и халькопирит (1,37 %). Технологический процесс переработки медного сырья включает трех стадийное дробление до крупности 92 % класса – 16 мм, двухстадийное измельчение руды до крупности 60-65 % класса - 0,071 мм, коллективную медно-молибденовую флотацию руды, включающую основную и контрольную флотацию и две перечистки коллективного медно-молибденового концентрата, обезвоживание коллективных рудных концентратов и складирование хвостов фабрики на объединенное хвостохранилище.

В процессе измельчения медно-молибденовых руд в шаровой мельнице образуется железный скрап из-за износа мелющих шаров и бронефутеровки мельниц. Железный скрап представляет собой мелкодисперсное, в значительной степени окисленное железо. Основными компонентами магнитной фракции в перерабатываемых отходах флотации медно-молибденовых руд являются примесное железо, образующиеся из-за износа оборудования и железо в виде минералов в исходном сырье.

Результаты и обсуждения. Химический состав хвостов флотации медно-молибденовых руд и продуктов магнитной сепарации отходов флотации приведены в табл. 1. Из приведенных данных видно, что при содержании в флотоотходе трехвалентного железа 3,90 мас .%, его содержание в полученном магнитном концентрате достигает 44,21 мас. %, а содержание металлического железа соответственно 0,02 и 4,0 мас. %. Следует отметить, что магнитную сепарацию проводили в лабораторных условиях с применением постоянного магнита напряженностью в 0,1 Тс.

Таблица 1.

Химический состав основных компонентов хвостов флотации медно-молибденовых руд и продукта магнитной сепарации

Полученную магнитную фракцию расплавили в лабораторной печи. Образец полученного железного сплава подвергали химическому анализу (табл. 2). Также, образец исследован в металлографической лаборатории АФ НИТУ «МИСИС» с применением ручной шлифовально-полировального станка MoPao–E, металлографического микроскопа LABO-MET 1 и исследовательской программы TOUP-VEW.

Таблица 2.

Химический состав образца сплава на основе железа

Наблюдаемая микроструктура (рис. 1) представлена мелкозернистым перлитом. По границам перлитных зерен видны кристаллы цементита средней длины 0,009 ÷ 0,01 мм и средней ширины 0,005 мм. Величина зерна 7-8мм по ГОСТ 5639. Микротвердость металла, определенное на трех точках на приборе ИТР 60/150 – АМ (твердомер Роквелла, шкала В) соответствует 280 НВ.

Рисунок 1. Перлит с цементитом, х200

Заключение. Таким образом, исследованиями установлено, что магнитной сепарацией отхода флотации медно-молибденовых руд МОФ-2 АГМК можно извлечь магнитную фракцию, содержащую железосодержащие компоненты и получить сплав на основе железа с показателем микротвердости равным 280 НВ.

Список литературы:

1. Santibáñez-Velásquez L. et al., Extraction of Iron and Other Metals from Copper Tailings through Leaching, Metals (MDPI), 2022/
2. Возможности комплексной переработки отходов флотации медно-молибденовых руд // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Шакаров Т.И. [и др.]. 2024. 10(127).
3. Патент 2255127RU. Способ извлечения меди и золота из окисленных руд и техногенных отходов / Заболоцкий А.И., Савеня Н.В., Агалаков И.П., Левин В.В., Кравцов В.А.-Опуб. 27.06.2005. – Бюл. № 18.
4. Патент 2258752RU. Способ комплексной переработки металлургических отходов / Кудрявский Ю.П., Зильберман М.В., Шенфельд Б.Е., Черный С.А., Рахимова О.В.-Опуб. 20.08.2005. – Бюл. № 23.
5. Патент 2022037RU. Способ химического обогащения железных руд и технологическая схема для его осуществления / Коваленко А.И., Лебедев О.Ф., Помазан С.А.-Опуб. 30.01.1994.
6. Патент 2147617RU. Способ извлечения железа из железосодержащих материалов / Форд Джордж У., Ламберт Ричард С., Мэдсен Рассел Г. (US).-Опуб. 20.04.2000. – Бюл. № 11.
7. Патент 2436855 RU. Способ извлечения алюминия и железа из золошлаковых отходов / Александрова Т.Н., Прохоров К.В.-Опуб. 20.12.2011. – Бюл. № 35.
8. Патент 2486012 RU. Способ извлечения железосодержащих компонентов из техногенного материала тонкого класса / Прохоров К.В., Александрова Т.Н., Богомяков Р.В.-Опуб. 27.06.2013. – Бюл. № 18.
9. Патент полезной модели FAP 01329UZ. Способ переработки кислых сбросных растворов процесса биоокисления сульфидных флотоконцентратов / Санакулов У.К., Тажибаев Д.Ю.- Опуб. 30.10.2018. – Бюл. № 10.
10. Tao L., Leaching of iron from copper tailings by sulfuric acid, RSC Advances, 2021.