Техногенные отходы – перспективное сырье для металлургии Узбекистана в оценка отвальных хвостов фильтрации медно-молибденовых руд

АННОТАЦИЯ

В работе приведена характеристика техногенных отходов – перспективного сырья для металлургии Узбекистана в оценке отвальных хвостов фильтрации медно-молибденовых руд.

ABSTRACT

The paper presents man-made waste – a promising raw material for metallurgy of Uzbekistan in the assessment of waste tailings of filtration of copper-molybdenum ores.

Ключевые слова: минеральное сырье, переработка руд, горно-металлургический, геологоразведочные работы, малоотходная технология.

Keywords: mineral raw materials, ore processing, mining and metallurgical, geological exploration, low-waste technology.

Перспективным сырьем для развития металлургии Узбекистана могут служить такие техногенные отходы горнорудной промышленности, как:

– заскладированные забалансовые руды; вскрышные породы; минерализованные массы;

– промежуточные отходы процесса рудоподготовки и гидрометаллургии;

– отвальные хвосты процесса флотации и сорбции;

– шлаки процесса пирометаллургии и жидкие цианидсодержащие отходы.

Запасы цветных металлов, сконцентрированные в настоящее время в отвалах и хвостах хранилищ на ОАО «Алмалыкской ГМК», на НГМК могут служить дополнительным источником получения ценных цветных и благородных металлов.

В настоящее время на отвалах АГМК в результате многолетней переработки медных руд скопилось:

– в стволах добычи руды – более 140 млн т забалансовой руды;

– отвальные хвосты флотации в количестве более 1 млрд т с содержанием меди 0,17 %, которые содержат более 1750 тыс. т меди;

– медный клинкер цинкового завода в количестве 533 тыс. т с концентрацией меди 1,4 %, который содержит 7,45 тыс. т меди.

Сырьевыми базами НГМК будущих периодов по добыче золота могут служить:

– склады минерализованной массы рудников Мурунтау, Коктапаз, Даугыстау, Маржанбулак, Зармитан, Аджибугут, где накоплено 2,12 млрд т техногенного сырья с содержанием золота 0,22–0,35 г/т;

– отходы гидрометаллургической переработки руд в МЗИФ более 10 млн т с содержанием золота около 0,8 г/т;

– отходы цеха кучного выщелачивания золота ЦКВЗ в количестве 157 млн т с концентрацией золота 0,6 г/т;

– отвальные хвосты процесса сорбционного выщелачивания ГМЗ-2 и ГМЗ-3 в количестве 768,2 млн т с содержанием золота около 0,2 г/т. Отвальные хвосты медной обогатительной фабрики (МОФ).

В лабораторном масштабе проведены испытания по обогатимости хвостов различными методами:

– гравитационным с использованием отсадочной машины, винтового сепаратора, концентрационного стола;

– гидрометаллургическим применением прямого цианирования в среде цианистого натрия;

– флотационным.

Максимальное извлечение из хвостов полезных ископаемых достигнуто при флотационном обогащении лежалых хвостов. В результате ТЭО установлено, что такая переработка является экономически нерентабельной. Из полученных результатов необходимо сделать вывод, что технология переработки хвостов обогащения сульфидных медно-молибденовых руд должна быть нетрадиционной, базироваться на последних достижениях биотехнологии в комбинации с химическими и гидрометаллургическими способами.

Пирометаллургические методы обеднения конвертерных и отвальных шлаков заключаются в переработке в электропечах, которые не обеспечивают требования остаточного содержания меди в обедненном шлаке 0,3–0,4 %, что позволило бы использовать их для нужд производства строительных материалов, обеспечив комплексность и безотходность. Кроме того, обеднение в электропечах требует значительных затрат и создает новые проблемы по ухудшению состояния окружающей среды и образованию новых отходов.

Традиционные технологии переработки отвального клинкера:

– шахтная плавка совместно с другим медьсодержащим сырьем;

– гидрометаллургическая технология;

– применение отсадки с последующей магнитной сепарацией.

Вышеперечисленные технологии не отвечают современным экологическим требованиям и не обладают достаточной экономической эффективностью переработки отвального клинкера цинкового производства.

Забалансовые руды месторождения Мурунтау перерабатываются в настоящее время методом кучного выщелачивания. Существующая технология не обеспечивает высокой степени извлечения золота.

Вторичные сырье. Были исследованы несколько методов извлечения золота из вторичного сырья Маржанбулакского золотоизвлекательного участка:

– метод магнитной сепарации;

– метод флотации;

– метод центробежной концентрации.

 Ни один из перечисленных методов не обеспечил приемлемого извлечения золота. Поэтому задача доизвлечения золота из этого вида техногенного сырья остается актуальной.

Забалансовые сульфидные руды месторождения Кактапаз. Балансовые сульфидные руды месторождения Кактапаз перерабатываются на ГМЗ-3 по технологии Биокс. Задача переработки забалансовых сульфидных руд в настоящее время является весьма актуальной.

Магнитная фракция – промежуточный отход производства. При переработке магнитной фракции был испытан пирометаллургический метод, который показал неэффективность технологии. Для решения задачи переработки магнитной фракции с получением в качестве готовой продукции соли сернокислого железа используется гидрометаллургический метод. Фактическая производительность действующей установки (500 т/год) не позволяет утилизировать ежегодно накапливающееся количество (7 тыс. т) магнитной фракции.

Жидкие отходы – цианидные хвостовые пульпы золотоизвлекательных фабрик. Известные методы деструкции цианидов: хлорирование, озонирование, электроокисление и др. – предполагают большой расход дорогостоящих реагентов и электроэнергии. Поэтому задача деструкции цианидов в хвостовых пульпах золотоизвлекательных фабрик с одновременным доизвлечением золота является актуальной.

Анализ методов и способов переработки отходов горно-металлургического производства показывает:

– низкую эффективность использования методов гравитации и флотации для переработки отвальных хвостов флотации полиметаллических руд;

– низкую степень существующих способов флотационного обогащения шлаков медного производства, клинкера цинкового производства, препятствующие их внедрению в промышленном масштабе;

– низкую рентабельность пирометаллургических способов обеднения шлаков медного производства и клинкера цинкового производства;

– использование малоэффективных реагентов для утилизации цианидов из сбросных пульп.

Анализ состояния работ по утилизации жидких и твердых отходов свидетельствует об отсутствии систематизированных, координированных, научно обоснованных методов по их переработке. Разработка научно обоснованных технологий переработки конкретных отходов и в целом по промышленности, обеспечивающих дополнительное извлечение ценных компонентов цветных и благородных металлов, является важным направлением повышения экономической эффективности горно-металлургического производства.

Главным источником образования твердых отходов горно-металлургических производств в Алмалыкском горнорудном районе являются руды тяжелых цветных металлов, поступающих на обогащение и далее в перо- или гидрометаллургическое производство. Характеристика получаемых твердых отходов во многом определяется свойствами руд, поступающих на переработку.

Сырьевая база состоит из запасов группы медно-порфировых и свинцово-цинковых месторождений, расположенных на территории Ташкентской и Джизакской областей, а также на вновь вводимом в эксплуатацию месторождении Хондиза в Сурхандарьинской области.

Медно-порфировые месторождения Кальмакир и Сарычеку обеспечивают сырьем медную ветвь и перерабатываются: руды Кальмакира – на медной обогатительной фабрике (МОФ), руды Сарычеку – на Алмалыкской свинцово-цинковой обогатительной фабрике (СОФ). Свинцово-цинковые месторождения представлены месторождением Учкулан.

Практически все рудные месторождения, обрабатываемые АГМК, были в свое время открыты по следам древних выработок. Сырьевую базу района характеризуют не только запасы отрабатываемых месторождений, но и нетрадиционные ресурсы:

– отвалы горнорудного производства;

– отвальные хвосты обогащения;

– отходы металлургического производства.

Большая часть руд тяжелых цветных металлов добывается открытым способом. При открытой разработке месторождений горные работы подразделяются на вскрышные, включающие выемку, перемещение и размещение вскрытых пород, и добычные, состоящие из выемки, перемещения и складирования или разгрузки полезного ископаемого. Полезные ископаемые – руды направляются на дальнейшую переработку на обогатительные фабрики с целью получения богатого по металлам концентрата.

Вскрышные породы, разделяемые на балансовые и забалансовые, складируются на специальных участках-отвалах, поэтому эти породы называются отвальными. В процессе добычи руд на карьере в течение нескольких десятилетий образовалось огромное количество отвалов, в которых заложены миллионы тонн вскрышных пород различного характера и содержания ценных компонентов.

Характеристика техногенных отходов ОАО «Алмалыкский ГМК» представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Техногенные отходы ОАО «Алмалыкский ГМК»

Анализ данных таблицы 1 показывает, что отвалы медно-молибденовых и свинцово-цинковых руд по ОАО «Алмалыкский ГМК» являются одним из видов минеральных ресурсов и классифицируются как техногенные месторождения.

История открытия и изучения месторождения Дальнее охватывает период с 1927 по 1962 год. Окончательно запасы утверждены в 1983 году. Добычные работы не проводятся. Из-за низких содержаний в рудах основных и попутных компонентов сегодня экономически целесообразно перерабатывать забалансовые руды Кальмакира. Отработка запасов месторождения Дальнее может рассматриваться как резерв для восполнения выбывающих мощностей Кальмакирского и Сарычикинского рудников ориентировочно в начале 30-х годов ХХI столетия. В геологическом отношении является полным аналогом месторождения Кальмакир и является его естественным продолжением на глубоких горизонтах. Содержание основных и попутных компонентов примерно на 30 % ниже кальмакирских. Проектная мощность карьера по добыче руды – 30 млн т в год, что обеспечит срок существования карьера на 70–80 лет.

Большинство руд тяжелых цветных металлов представляют собой сравнительно бедные полиметаллические породы. Если руды являются полиметаллическими и содержат в достаточных количествах несколько металлов, наряду с отделением пустой породы необходимо выделить каждый металл в отдельный продукт, пригодный для самостоятельной металлургической переработки, – это метод селективного обогащения.

Руды тяжелых цветных металлов чаще всего обогащают флотацией, способом, основанным на избирательном прилипании минеральных частиц, взвешенных в пульпе, к пузырькам воздуха. Плохо смачиваемые водой частицы минералов прилипают к пузырькам воздуха, поднимаются вместе с ним на поверхность пульпы, образуя на ней минерализованную пену.

Частицы других минералов, хорошо смачиваемые водой, не прилипают к пузырькам и остаются в пульпе. Таким образом достигается разделение различных минералов.

Хвосты обогащения складируют в двух хвостохранилищах. Хвостохранилище № 1 действует с 1961 г., в. него складируют 20 % от общего количества образующихся на МОФ хвостов обогащения медно-молибденовых руд. Общий объем накопления по состоянию на 01.0101011 г. – 478 млн т, в котором содержание меди – 0,115 %, или 532,6 тыс. т, золота – 0,209 г/м, или 97,3 т, серебра – 1,06 г/м, или 492,8 т. Действующее объединенное хвостохранилище, сформированное в 1971 г., разделено перемычкой на два поля. В период с 1976 по 1998 г. на поле свинцовой обогатительной фабрики складировались хвосты обогащения свинцово-цинкового производства. Общий объем накопления по состоянию на 01.06.2011 г. – свыше 530 млн т, в котором содержание меди – 0,108 %, или более 55 тыс. т, золота – 0,2 г/м, или около 102 т, серебра – 1,053 г/м, или более 535 т. В настоящее время с точки зрения доступности, подготовленности и близости развитой инфраструктуры по добыче и переработке наибольший интерес представляют хвосты – техногенные отходы хвостохранилища № 1, вовлечение в переработку которых обеспечит получение дополнительного количества меди, золота, серебра.

В хвостохранилище № 1 МОФ накоплено около 500 млн т отвальных хвостов со средним содержанием полезных компонентов в стометровой низкой зоне: 0,18–0,20 % меди, 0,0029–0,0033 % молибдена, 0,30,4 г/т золота, 1,0–1,8 г/т серебра. Мелкозернистость отвальных хвостов – фактор, значительно упрощающий технологию их переработки с получением продукции низкой себестоимости. Хвостохранилище № 1 МОФ размером 2×4 км разделено по периметру на 98 пикетов и 20 разрезов с расстояниями между пикетами – 100 м, разрезами – 500 м. Хвостохранилище дополнялось с 1961 г., и в настоящее время в него направляется примерно 20 % текущих хвостов.

Анализ распределения запасов вторичного сырья крупнозернистой песковой фракции для разных вариантов бортового содержания (таблица 2) показывает, что медь в основном концентрируется в крупной фракции (+0,2 мм). В средней фракции (–0,2 + 0,074) ее содержание довольно стабильно.

В мелкой фракции (–0,074 мм) оно низкое, и только при содержании мелкой фракции свыше 25–30 % содержание меди возрастает.

Таблица 2.

Подсчет запасов вторичного сырья

Для определения возможности и целесообразности использования руд песковой фракции для доизвлечения полезных компонентов проведены лабораторные испытания 3 проб (таблица 3) из хвостохранилищ № 1, 2, 3.

Таблица 3.

Химический анализ технологических проб

Определен оптимальный режим обогащения. Полученные результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Результаты исследования на обогатимость вторичных руд

В ходе технологических испытаний установлено, что получение кондиционных концентратов из вторичных руд методом перечисленных операций затруднено из-за высокого содержания пирита (до 75) и связанных с ним примесей меди, золота и серебра. Неэффективно такое флотационное обогащение без доизмельчения. Оптимальная толщина помола должна составлять 78 % класса – 0,074 мм.

Проведено опытное испытание концентратов, полученных из вторичных руд хвостохранилища методом выщелачивания. Получены гидрометаллургические концентраты (кеки), содержащие медь – 35–70 %, золото – 400–800 г/т, серебро – 400–1600 г/т. При этом сквозное среднее извлечение полезных компонентов из вторичных руд составило: меди – 52,5 %; золота – 48,7 %, серебра – 25,0 %. Полученные технико-экономические показатели являются малоэффективными, и требуется разработка принципиально новых технологических решений.

Список литературы:

1. Использование металлургических техногенных отходов в качестве сырье / Ш.Т. Хожиев, А.А. Эркинов, Х.Т. Абжалова, С.У. Мирсаотов [и др.] // Студенческий вестник: научный журнал. – М. : Интернаука, 2019. – № 43 (93). – Ч. 5. – С. 69–71.
2. Минералогический анализ шлаков медеплавильного завода Алмалыкского горно-металлургического комбината / Ш.Т. Хожиев, Х.К. Нусратуллаев, У.А. Акрамов, Д.Б. Ирсалиева [и др.] // Студенческий вестник: научный журнал. – М. : Интернаука, 2019. – № 43 (93). – Ч. 5. – С. 62–64.
3. Термогравитационное обеднение шлаков медного производства / Ш.Т. Хожиев, Н.Ш. Зайниддинов, С.У. Мирсаотов, Д.Б. Ирсалиева [и др.] // Студенческий вестник: научный журнал. – М. : Интернаука, 2019. – № 43 (93). – Ч. 5. – С. 65–68.
4. Complex Processing Of Lead-Containing Technogenic Waste From Mining And Metallurgical Industries In The Urals / K.D. Khakimov, U.K. Eshonqulov, T.S. Amanov, A.A. Umirzoqov // The American Journal of Engineering And Technology «IMPACT FACTOR». – 2020. – № 5. – P. 32.