ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ОБОГАТИМОСТИ ОКИСЛЕННЫХ И СМЕШАННЫХ МЕДНЫХ РУД ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

УДК 669.01

Аннотация

В статье представлены результаты комплексных исследований обогатимости окисленных и смешанных медных руд с применением различных методов переработки, включающих гравитационные, магнитные и флотационные технологии. На основании широкого круга аналитических данных — минералогического, гранулометрического, химического и фазового анализа — подробно рассмотрены особенности вещественного состава руд, выявлены закономерности распределения меди по классам крупности, а также определены формы её нахождения в минералах. Особое внимание уделено изучению факторов, влияющих на низкую эффективность традиционных схем флотационного обогащения, включая слабую флотируемость окисленных минералов меди, эффект шламового покрытия и неоднородность поверхности частиц. Проведена детальная оценка технологических показателей гравитационного обогащения с использованием концентрационного стола и центробежного концентратора, а также мокрой магнитной сепарации. Определены оптимальные режимы их применения, позволяющие максимизировать извлечение полезного компонента. При этом установлено, что изолированное использование отдельных методов физико-механического обогащения не обеспечивает необходимого уровня извлечения меди из-за тонкой дисперсии минералов и преобладания окисленных форм. Особое значение имеет показанное в работе рациональное сочетание методов предварительного физического обогащения с гидрометаллургическими процессами, такими как кислотное выщелачивание, агитационное и перколяционное выщелачивание. Такой интегрированный подход позволяет существенно повысить извлечение меди, снизить потери металла в хвостах и обеспечить более полную и комплексную переработку труднообогатимого минерального сырья. Полученные результаты могут быть эффективно использованы при разработке и совершенствовании технологических схем переработки окисленных и смешанных медных руд для промышленных предприятий.

Abstract

This article presents the results of a comprehensive study of the beneficiability of oxidized and mixed copper ores using various processing methods, including gravity, magnetic, and flotation technologies. Based on a wide range of analytical data—mineralogical, particle size, chemical, and phase analysis—the study examines in detail the features of the ore composition, identifies patterns in copper distribution across size classes, and determines its occurrence in minerals. Particular attention is paid to studying the factors affecting the low efficiency of traditional flotation beneficiation schemes, including the poor floatability of oxidized copper minerals, the sludge coating effect, and the heterogeneity of the particle surface. A detailed assessment of the process parameters of gravity beneficiation using a concentration table and a centrifugal concentrator, as well as wet magnetic separation, is conducted. Optimal application modes for these processes are determined, allowing for the maximum recovery of the valuable component. It was established that the isolated use of individual physical-mechanical enrichment methods does not provide the required level of copper recovery due to the fine dispersion of minerals and the predominance of oxidized forms. Of particular importance is the rational combination of preliminary physical enrichment methods with hydrometallurgical processes, such as acid leaching, agitation leaching, and percolation leaching, demonstrated in the study. This integrated approach significantly increases copper recovery, reduces metal losses in tailings, and ensures more complete and comprehensive processing of refractory mineral raw materials. The obtained results can be effectively used in the development and improvement of process flowsheets for processing oxidized and mixed copper ores for industrial enterprises.

Ключевые слова: Окисленные медные руды; смешанные медные руды; гравитационное обогащение; магнитная сепарация; флотация; гидрометаллургия; извлечение меди.

Keywords: oxidized copper ores; mixed copper ores; gravity beneficiation; magnetic separation; flotation; hydrometallurgy; copper recovery.

Введение

Непрерывный рост мирового спроса на медь в сочетании с истощением легкообогатимых высококачественных сульфидных руд привел к увеличению использования окисленных и смешанных медных руд в горнодобывающей промышленности. Эти типы руд составляют значительную часть мировых запасов меди и представляют собой важный резерв для поддержания производства меди в долгосрочной перспективе. Однако их переработка остается серьезной технологической проблемой из-за сложного минералогического состава и низкой восприимчивости к традиционным методам обогащения.

Окисленные и смешанные медные руды классифицируются как тугоплавкое минеральное сырье из-за преобладания окисленных и химически связанных форм меди, тонкого распределения ценных минералов и высокого содержания глинистых и шламообразующих пустых пород. Медь в таких рудах обычно встречается в виде оксидов, карбонатов, силикатов и вторичных сульфидов, часто тонко сросшихся с кварцем, карбонатами и железосодержащими минералами. Эти характеристики значительно снижают селективность и извлечение при флотации, что приводит к существенным потерям меди в хвостах при применении традиционных флотационных схем [1–4].

Многочисленные исследования показали, что традиционные флотационные технологии, высокоэффективные для сульфидных медных руд, имеют ограниченную применимость к окисленным и смешанным рудам. Плохая флотируемость окисленных медных минералов, высокий расход реагентов, эффект образования шламового покрытия и неоднородность поверхности являются одними из ключевых факторов, ответственных за низкую металлургическую эффективность [5–8]. В результате, несмотря на наличие значительных запасов, промышленное использование окисленных и смешанных медных руд остается экономически ограниченным.

Окисленные и смешанные медные руды представляют собой типичный пример такого тугоплавкого сырья. Наряду с первичными сульфидными минералами, эти руды содержат значительную долю форм меди, характеризующихся тонким срастанием с пустой породой и неравномерным распределением меди по фракциям размера. [9–11].

В последние десятилетия все больше внимания уделяется гидрометаллургическим методам переработки окисленных и смешанных медных руд. Кислотное выщелачивание с последующей экстракцией растворителем и электролитическим осаждением (SX–EW) доказало свою эффективность в извлечении меди, в значительной степени независимо от минералогической формы [12–14]. Предшествующие исследования были посвящены гидрометаллургической переработке окисленных и смешанных медных руд и продемонстрировали высокую эффективность процессов выщелачивания в сочетании с технологией SX–EW. Полученные результаты подтвердили значительный потенциал гидрометаллургических методов для переработки данного типа сырья. В то же время установлено, что для повышения технологической и экономической эффективности процесса необходима предварительная стадия обогащения, направленная на снижение объёма перерабатываемого материала, улучшение качества насыщенного раствора выщелачивания и сокращение расхода реагентов [15].

Физические и механические методы обогащения, такие как гравитационное обогащение, магнитная сепарация и флотация, широко используются в качестве предварительных или вспомогательных операций в сложных технологических схемах. Гравитационные методы позволяют извлекать высвобожденные крупные и средние медьсодержащие частицы, в то время как магнитная сепарация эффективна для удаления железосодержащих минералов и повышения селективности последующих стадий переработки [16–19]. Тем не менее, изолированное применение отдельных физических методов обогащения редко обеспечивает высокую степень извлечения меди из окисленных и смешанных руд из-за преобладания мелкодисперсных и слабо высвобожденных минеральных форм [20-21].

Таким образом, разработка комплексных технологических схем, сочетающих методы физического обогащения и гидрометаллургической переработки, рассматривается как одна из наиболее перспективных стратегий повышения извлечения меди и общей эффективности переработки окисленных и смешанных медных руд. В настоящей работе основное внимание уделено исследованию поведения данных медных руд в процессах обогащения с применением гравитационных, магнитных и флотационных методов, а также оценке целесообразности их использования в составе комбинированных технологических схем. Главная цель данного исследования — оценить эффективность физических методов обогащения и обосновать их рациональную интеграцию с гидрометаллургическими процессами для повышения извлечения меди и обеспечения комплексного использования минеральных ресурсов.

Материалы и методы исследований

Объектами исследований являлись технологические пробы окисленных и смешанных медных руд, отобранные из балансовых и забалансовых отвалов. Пробы характеризуются содержанием меди от 0,13 до 1,14 % и значительной долей окисленных форм меди [15].

Для определения вещественного состава руд применялись химические, физико-химические и минералогические методы анализа. Фазовый анализ меди позволил установить соотношение окисленных и сульфидных форм, а также долю связанной меди, представленной в составе алюмосиликатов и фосфатов.

Гравитационное обогащение проводилось на концентрационном столе и центробежном концентраторе типа Knelson. Магнитная сепарация осуществлялась в мокром режиме с целью удаления железистых минералов. Флотационные исследования выполнялись с применением сульфидизации и традиционных собирателей при варьировании реагентных режимов и крупности помола (рис.1).

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты химического анализа (табл. 1) исследованных проб показали, что в балансовых отвалах содержание меди варьирует в пределах 0,9–1,1%, тогда как содержание молибдена составляет около 0,01%. В забалансовых отвалах, как и ожидалось, наблюдается существенно более низкое содержание ценных компонентов: концентрация меди находится в диапазоне 0,13–0,27%, а молибдена — 0,007–0,009%. Полученные данные свидетельствуют о значительной разнице в качестве исходного сырья, что необходимо учитывать при выборе и обосновании технологических схем их переработки. Извлечение металлов с такими содержаниями ценных компонентов из отвалов может быть экономически эффективно при комплексности разрабатываемой технологии [15].

Таблица 1.

Содержания меди (Cu), молибдена (Mo) в исходных пробах, по данным химического анализа

Гравитационные методы обогащения применялись с целью выделения свободных и частично освобождённых медьсодержащих минералов, а также тяжелых сопутствующих компонентов.

Для гравитационного обогащения готовились пробы различной крупности: -3+0; -1+0; -0,5+0; -0,315+0 мм. Схема обогащения представлена на рис. 2. Результаты опытов приведены в табл. 2.

Рисунок 2. Технологическая схема гравитационного обогащения проб

Таблица 2. Результаты опытов обогащения балансовых  №1 на концентрационном столе

Испытания на концентрационном столе показали, что при переработке окисленных и смешанных руд формируется незначительный выход концентрата с относительно повышенным содержанием меди.

Извлечение меди в гравитационный концентрат не превышает 15–20 %, что связано с тонким вкраплением медных минералов и преобладанием окисленных форм, не обладающих достаточной плотностной контрастностью по отношению к пустой породе. Дополнительное применение центробежного концентратора позволило несколько повысить извлечение меди, однако полученные показатели остаются недостаточными для самостоятельного использования гравитационного обогащения в качестве основного метода переработки.

Таким образом, гравитационные методы могут рассматриваться лишь как вспомогательная операция для предварительного извлечения части свободной меди или сопутствующих ценных компонентов.

Магнитная сепарация исследовалась с целью удаления железистых минералов, представленных гётитом, гидрогётитом и гематитом, которые отрицательно влияют на последующие процессы флотации и выщелачивания.

На лабораторном электромагнитном сепараторе 120Б-Се-П изучались возможности и эффективность обогащения проб промышленных отходов методом мокрой магнитной сепарации. Мокрый магнитный анализ сильномагнитных руд и продуктов магнитной сепарации, а также определение содержания высокомагнитных фракций в различных продуктах проводили на этом анализаторе. Мокрую магнитную сепарацию проводили при размере частиц -0,5+0 мм при токе (табл. 3).

Полученные результаты интерпретированы как данные о содержании сильномагнитных компонентов в пробах и эффективности их извлечения методом мокрой магнитной сепарации.

Таблица 3. Результаты мокрой магнитной сепарации исследуемых проб при силе тока 5А

Как видно из табл. 3, при мокрой магнитной сепарации исследуемых проб выход магнитной фракции составил 1,5-2,3%, при этом извлечение железа низкое – 10,2-16,1%. Содержание железа в магнитной фракции 31,2-37,8%. Другие металлы, в основном, переходят (98,1-99,7%) в немагнитную фракцию.

Испытания показали, что в магнитный продукт переходит значительная часть железа, при этом потери меди остаются относительно невысокими.

Удаление магнитной фракции способствует снижению расхода реагентов при флотации и уменьшению загрязнения продуктивных растворов при гидрометаллургической переработке. Вместе с тем, магнитная сепарация не обеспечивает существенного повышения извлечения меди и рассматривается как подготовительная операция в составе комбинированной технологической схемы.

Флотационные исследования подтвердили низкую эффективность прямой флотации окисленных и смешанных медных руд. Основными причинами являются высокая доля окисленной и связанной меди, наличие слюдистых и глинистых минералов, а также неравномерное распределение медных минералов по классам крупности.

Так, была проведена флотация с перечисткой концентрата основной флотации (рис. 3). Хвосты данного опыта были использованы при гидрометаллургических исследованиях (табл. 4).

Рисунок 3. Процесс флотации окисленных медных руд из отвалов

Таблица 4. Результаты флотации с перечисткой

Как следует из табл. 4, при флотации с перечисткой концентрата основной флотации по балансовым рудам выход концентрата составил 3,1%. В этом случае извлечение меди и молибдена невелико – 15,71 и 3,10% соответственно при содержании меди 4,32% и молибдена 0,01%. По забалансовым рудам выход концентрата 3,6%. Извлечение меди и молибдена 14,41 и 3,60% соответственно, при содержании меди 0,94% и молибдена 0,01%, что свидетельствует о том, что окисленные медные минералы не флотировались и терялись с хвостами флотации.

Таким образом, при флотации окисленных медных руд с использованием сульфидизации можно извлечь золото, но для извлечения меди необходимо комбинировать гидрометаллургические процессы.

Применение сульфидизации с использованием сернистый натрий и бутилового ксантогената калия позволило повысить извлечение меди, однако даже при оптимальных режимах оно не превышало 30–35 %. Существенная часть меди теряется в хвостах флотации, что делает данный метод экономически неэффективным при самостоятельном применении.

Результаты флотационных испытаний свидетельствуют о целесообразности использования флотации преимущественно для переработки кеков после выщелачивания или для извлечения сульфидных форм меди в составе комбинированных схем.

Анализ результатов физико-механического обогащения показал, что ни один из рассмотренных методов не обеспечивает высоких показателей извлечения меди при переработке окисленных и смешанных медных руд. В то же время их рациональное сочетание с гидрометаллургическими процессами позволяет существенно повысить комплексность переработки минерального сырья.

Наиболее перспективной является комбинированная схема, включающая предварительную подготовку руды, магнитную сепарацию, гидрометаллургическое выщелачивание окисленных форм меди и последующую флотацию кеков для извлечения остаточной сульфидной меди. Такая схема обеспечивает повышение суммарного извлечения меди и сопутствующих ценных компонентов при одновременном снижении экологической нагрузки.

Заключение

Проведённые двухэтапные исследования показали, что окисленные и смешанные медные руды обладают низкой обогатимостью при использовании физических и механических методов. Гравитационные способы позволяют извлечь лишь ограниченное количество меди и целесообразно использовать их в качестве вспомогательных операций. Магнитная сепарация демонстрирует высокую эффективность при удалении железистых минералов, улучшая условия для последующих этапов переработки. Прямая флотация окисленных руд не обеспечивает высоких технологических показателей из-за сложного минерального состава. Наиболее перспективным подходом является применение комбинированных технологических схем с интеграцией гидрометаллургических процессов, что позволяет существенно повысить извлечение меди и эффективность переработки руд. Разработанные подходы способствуют более комплексному использованию минерально-сырьевой базы и вовлечению в переработку труднообогатимых окисленных руд.

Список литературы:

1. Коннова Н.И., Гольсман Д.А., Бакшеева И.И., Тарасов А.В. Изучение вещественного состава и перспективность флотационного обогащения руды Раисинского месторождения // Международный научно-исследовательский журнал. – 2023. – DOI: 10.23670/IRJ.2023.132.76.
2. Федотов П.К., Бурдонов А.Е., Новиков Ю.В. и др. Исследование переработки руд флотационными методами // Науки о Земле и недропользование. – 2022. – Т.45, №2. – DOI: 10.21285/2686-9993-2022-45-2-162-171
3. Саломатова С.И. Результаты сравнительных экспериментальных исследований обогащения минерального сырья // Международный научно-исследовательский журнал. – 2022. – №12. – DOI: 10.23670/IRJ.2022.126.64
4. Castro S., Laskowski J.S. Slime coatings in flotation // Minerals Engineering. – 2016. – Vol. 96. – P. 50–56.
5. Поляков В.В., Новиков Ю.В., Бурдонов А.Е. Особенности флотации труднообогатимых руд меди // Журнал «Обогащение руд». – 2023. – №3.
6. Шаповалов С.Г., Минаева Л.П. Исследование влияния поверхностных свойств минералов на эффективность флотации // Вестник Томского Политехнического Университета. – 2022.
7. Климова Е.А., Иванов Д.П., Чернов А.Н. Особенности флотационного обогащения окисленных и смешанных руд меди // Научный вестник горного университета. – 2022. – Т.72, №5.
8. Klimpel R.R. Reagent interactions in flotation systems // International Journal of Mineral Processing. – 1995. – Vol. 44. – P. 21–35.
9. Самыгин В.А. и др. Переработка смешанных медных руд // Цветные металлы. — 2010. — № 4. — С. 12–17.
10. Zhang Q. et al. Mineralogical constraints on copper recovery // Minerals. – 2019. – Vol. 9. – P. 214.
11. Маткаримов С.Т., Юсупов Э.Ю. Геология и условия формирования медно-порфировых месторождений Алмалыкского рудного района. — Ташкент, 2015.
12. Кушакова Л.Б., Сизикова Н.В. Исследования, практическое состояние и перспективы применения гидрометаллургических технологий для переработки медных руд месторождений Казахстана // Цветная металлургия. — 2015. — № 5. — С. 13–18.
13. Sueros Velarde F.J. A New Approach in Hydrometallurgy for the Solvent Extraction of Copper, Metals (MDPI), 2025.
14. Jaramillo K. et al. From copper ores to e‑waste processing: integration in hydrometallurgical facilities, Minerals Engineering, 2025.
15. Turamuratov I.B., Usenov R.B., Almatov I.M., Nurmukhamedov I.S. Study of the feasibility of hydrometallurgical processing of oxidized copper ores of the Kalmakyr deposit // Obogashchenie Rud. – 2025. – No. 3. – P. 21–24. DOI: 10.17580/or.2025.03.04.3
16. Gaurav Jaiswal. Advancements in Ore Beneficiation Technologies: A Review of Modern Extraction Methods // International Journal of Minerals, 2025
17. AJ Whitworth. Review on Advances in Mineral Processing Technologies // Elsevier Minerals Engineering, 2022.
18. Almatov I.M., Usenov R.B., Makhmarezhabov D.B. Comprehensive processing methods for oil shale from the Aktau deposit (Uzbekistan) // Obogashchenie Rud. – 2023. – № 6. – P. 28–33.
19. Tripathy S.K. et al. Wet magnetic separation studies // Powder Technology. – 2016. – Vol. 297. – P. 78–86.
20. Khakimova D. E. Fe₃O₄-ZnO incorporated in chitosan-carbon nanotubes as hybrid organic-inorganic biodegradable nanocomposites for bone tissue engineering // www.scopus.com/sourceid/21100856121.
21. Sodikov, F. S., Jeong, Y., Usenov, R. B., Ibragimov, I. S., & Xolmatova, S. U. (2026). PILOT PLANT TESTS FOR ACID LEACHING OF LOW GRADE COPPER OXIDE ORES FROM KALMAKYR COPPER MINE. FARS International Journal of Education, Social Science & Humanities., 14(2), 219-226.

References:

1. Konnova N.I., Golsman D.A., Bakshaeva I.I., Tarasov A.V. [Study of the chemical composition and prospects of flotation enrichment of ore from the Raisinskii deposit]. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatelskii zhurnal, 2023. DOI: 10.23670/IRJ.2023.132.76. (In Russ.)
2. Fedotov P.K., Burdonov A.E., Novikov Y.V. et al. [Research on ore processing by flotation methods]. Nauki o zemle i nedropol'zovanie, 2022, vol. 45, no. 2. DOI: 10.21285/2686-9993-2022-45-2-162-171. (In Russ.)
3. Salomatova S.I. [Results of comparative experimental studies on enrichment of mineral raw materials]. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatelskii zhurnal, 2022, no. 12. DOI: 10.23670/IRJ.2022.126.64. (In Russ.)
4. Castro S., Laskowski J.S. [Slime coatings in flotation]. Minerals Engineering, 2016, vol. 96, p. 50–56.
5. Polyakov V.V., Novikov Y.V., Burdonov A.E. [Features of flotation of difficult-to-enrich copper ores]. Zhurnal "Obogashchenie rud", 2023, no. 3. (In Russ.)
6. Shapovalov S.G., Minaeva L.P. [Study of the influence of the surface properties of minerals on flotation efficiency]. Vestnik Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta, 2022. (In Russ.)
7. Klimova E.A., Ivanov D.P., Chernov A.N. [Features of flotation enrichment of oxidized and mixed copper ores]. Nauchnyi vestnik gornogo universiteta, 2022, vol. 72, no. 5. (In Russ.)
8. Klimpel R.R. [Reagent interactions in flotation systems]. International Journal of Mineral Processing, 1995, vol. 44, p. 21–35.
9. Samykin V.A. et al. [Processing of mixed copper ores]. Tsvetnye metally, 2010, no. 4, p. 12–17. (In Russ.)
10. Zhang Q. et al. [Mineralogical constraints on copper recovery]. Minerals, 2019, vol. 9, p. 214.
11. Matkarimov S.T., Yusupov E.Yu. [Geology and formation conditions of copper porphyry deposits in the Almalyk mining area]. Tashkent, 2015. (In Russ.)
12. Kushakova L.B., Sizikova N.V. [Research, practical state and prospects for the application of hydrometallurgical technologies for processing copper ores from Kazakhstan deposits]. Tsvetnaya metallurgiya, 2015, no. 5, p. 13–18. (In Russ.)
13. Sueros Velarde F.J. [A New Approach in Hydrometallurgy for the Solvent Extraction of Copper]. Metals (MDPI), 2025.
14. Jaramillo K. et al. [From copper ores to e-waste processing: integration in hydrometallurgical facilities]. Minerals Engineering, 2025.
15. Turamuratov I.B., Usenov R.B., Almatov I.M., Nurmukhamedov I.S. [Study of the feasibility of hydrometallurgical processing of oxidized copper ores of the Kalmakyr deposit]. Obogashchenie Rud, 2025, no. 3, p. 21–24. DOI: 10.17580/or.2025.03.04.3. (In Russ.)
16. Jaiswal G. [Advancements in Ore Beneficiation Technologies: A Review of Modern Extraction Methods]. International Journal of Minerals, 2025.
17. Whitworth A.J. [Review on Advances in Mineral Processing Technologies]. Elsevier Minerals Engineering, 2022.
18. Almatov I.M., Usenov R.B., Makhmarezhabov D.B. [Comprehensive processing methods for oil shale from the Aktau deposit (Uzbekistan)]. Obogashchenie Rud, 2023, no. 6, p. 28–33. (In Russ.)
19. Tripathy S.K. et al. [Wet magnetic separation studies]. Powder Technology, 2016, vol. 297, p. 78–86.
20. Khakimova D.E. [Fe₃O₄-ZnO incorporated in chitosan-carbon nanotubes as hybrid organic-inorganic biodegradable nanocomposites for bone tissue engineering]. www.scopus.com/sourceid/21100856121. (In Russ.)
21. Sodikov F.S., Jeong Y., Usenov R.B., Ibragimov I.S., Xolmatova S.U. [Pilot plant tests for acid leaching of low grade copper oxide ores from Kalmakyr copper mine]. FARS International Journal of Education, Social Science & Humanities, 2026, vol. 14, no. 2, p. 219-226. (In Russ.)