«Теоретический основа, практика чанового и кучного выщелачивания забалансового медь содержавшего полиметаллического сырья»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» в городе Алмалык


САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Комплексное использование сырья в металлургии»

Тема: «Теоретический основа, практика чанового и кучного выщелачивания забалансового медь содержавшего полиметаллического сырья»

Выполнил: студент гр. 5-19 Сулейманов .С


Преподаватель: к.т.н., доцент Валиев Х.Р.

Дата сдачи: «___» ____________202___г.

Оценка _____________

Алмалык-2023
1. Кучное выщелачивание меди
Кучному выщелачиванию подвергают медные руды, характеризующиеся преобладанием окисленных минералов, таких как: малахит, азурит, хризоколла, тенорит, брошантит, а также халькозина. Выщелачиванию в кучах подвергают кондиционные руды с массовой долей меди более 0.4 %. При кучном выщелачивании материал обязательно складируют на специальную площадку.Одной из основных частей кучи является гидронепроницаемое основание. Оно служит для предотвращения потерь рабочих и продуктивных растворов и обеспечивает охрану окружающей среды от загрязнения токсичными рабочими агентами. Также оно должно обеспечивать эффективный дренаж продуктивных растворов и доступ воздуха в слой кучи. Рабочими растворами являются хвостовые растворы цементационных или экстрационных установок, доукреплённых серной кислотой.Концентрация серной кислоты составляет от 50 до 2 г/л., концентрация меди составляет 0.15-0,30 г/л. Извлечение меди при кучном выщелачивании составляет 50-75%, продолжительность выщелачивания от 3 до 6 месяцев. После выщелачивания материал куч подвергается промывке водой для удаления остатков кислоты. Затем производится рекультивация участка на котором осуществлялось выщелачивание.

2. Кучное выщелачивание окисленной медной руды в условиях ОАО БМСК

Истощение запасов медно-сырьевой базы, на которую была ориентирована работа Башкирского медно-серного комбината, поставило предприятие перед необходимостью изыскания дополнительных медьсодержащих георесурсов. Источником значительных запасов сырья, содержащего цветные металлы, являются окисленные руды месторождения Бакр-Узяк. Однако при переработке этих руд традиционным флотационным методом получаются низкосортные концентраты при малом извлечении металлов (35-50%). Исследованиями установлено, что наиболее перспективным направлением переработки этих руд является выщелачивание. При этом, в качестве объекта физико-химических геотехнологий большой практический интерес представляют содержащие до 0.04% меди минерализованные воды естественного выщелачивания отвалов вскрышных пород. В этой связи на Башкирском медно-серном комбинате была разработана и внедряется комплексная программа повышения эффективности использования руд и техногенных образований. Построены цементационные установки для извлечения меди из подотвальных вод, создана опытно-промышленная установка кучного выщелачивания окисленных медных руд месторождения Бакр-Узяк.
Для извлечения меди из окисленных медных руд месторождения Бакр-Узяк методом кучного выщелачивания на промплощадке БМСК был сформирован и послойно уложен штабель на площади 1238 м2. Нижний слой штабеля для лучшей фильтрации продуктивных растворов уложен из руды крупностью -100+40 мм; второй слой представлен классом -40+20 мм; третий - классом -20+0 мм. Высота каждого слоя 1 м. Общий объем руды в штабеле составил 15296 т. Орошение штабеля производилось выщелачивающим раствором, содержащим слив шахтных и подотвальных вод Сибайского карьера и оборотный слив цементатора. Указанные растворы из прудка-отстойника подавались на оросительные установки, смонтированные на поверхности штабеля, где для лучшего орошения рудной массы было устроено три прудка. Продуктивные растворы, выходящие из основания штабеля, по магистральной канаве подавались в прудок-отстойник, откуда насосом выщелачивающий раствор закачивался на оросительные устройства для орошения. Этот же насос подавал продуктивный раствор на цементационную установку. Дополнительная подпитка прудка-отстойника происходила за счет подачи шахтных и подотвальных вод Сибайского карьера. Цементацию меди проводили железным скрапом в барабанном цементаторе и горизонтальныхосадителях. Эксплуатация штабеля показала его низкую фильтрационную способность вследствие образования значительного количества шламов, заиливающих пустоты между кусками рудной массы. В результате резко снизилась фильтрация выщелачивающего раствора и имели место большие потери меди в сливе цементаторов. выщелачивание медный руда минерал
Дно у всех прудков на вершине штабеля оказалось заиленно значительным слоем глины с примесью гидроксидов железа. При этом часть орошающего раствора стекала по его пологой поверхности, в результате чего образовалась сеть промоин овражного типа. Анализ результатов работы установки кучного выщелачивания ОАО БМСК показал, что неэффективность процесса явилась следствием низких пока­зателей фильтрации штабеля, значительных потерь меди в сливе цементатора, неритмичной работы установки и отсутствия системы контроля и регулирования параметров процесса, а также несовершенством применяемого растворителя, ввиду низкой кислотности и высокой минерализации соля­ми кальция, магния и оксидами железа.В ноябре 2000 года в связи с понижением температуры окружающей среды работа установки была прекращена, и часть руды из штабеля была отгру­жена на пирометаллургическую переработку на ЗАО «Карабашмедь».
После отгрузки части рудной массы появилась возможность исследования вертикального среза штабеля. На склоне среза обнажились промоины, основания и стенки которых были покрыты тонкой пленкой сульфатов меди. Ширина промоин варьировалась от 5 до 20 см. Расстояние между видимыми ручьями не превышало 1 м. Образование сульфатов меди наблюдалось только в промоинах, расположенных во внутренней части штабеля.Изучение вещественного состава рудной массы показало, что главными породообразующими минералами являются кварц, полевой шпат и серицит, среди основных минералов нет карбонатов, которые снижают эффективность процесса выщелачивания. Главными медьсодержащими минералами окисленных вкрапленных руд являются малахит, тенорит (мелаконит) и куприт. Широко распространены гидроксиды железа, с которыми связано значительное количество адсорбированной меди. Минералогический анализ пробы коренных окисленных руд показал, что азурит, как отдельный минерал, в ней не встречается.При изучении выветрелых поверхностей пород вокруг внутренних промоин, образовавшихся в результате нарушения технологического режима кучного выщелачивания, наблюдались корочки и примазки, образованные как малахитом, так и азуритом. Устойчивость азурита зависит от внешнего давления и активности выщелачивающего раствора. Так, в канавках, образованных выщелачивающими растворами на поверхности штабеля, не наблюдается появление азурита. В местах, куда не поступают выщелачивающие растворы, а также во внутренней части штабеля, встречаются зернистые скопления и примазки азурита. Следует отметить, что и природные, и техногенные медьсодержащие минералы являются легкорастворимыми в растворах серной кислоты соединениями. Комплексное исследование растворимости медных минералов, проведенное при содействии Кочкарской пробирно-аналитической лаборатории (г.Пласт), показало, что в цианистую вытяжку переходит 84.95% меди, в сернокислотную 88.96%. Рациональным анализом установлено, что медь на 6.8% представлена первичными и на 3.88% вторичными сульфидами, что подтверждает целесообразность применения выщелачивания для перера­ботки данной руды. При исследовании фильтрационных свойств рудного массива определялись показатели пористости и влагопроницаемости. Лабораторными исследованиями установили значения пористости и коэффициента фильтрации руды по классам крупности. Из данных следует, что обладающая низким коэффициентом фильтрации фракция -1+0 мм, забивая поры между крупными кусками руды способствует резкому снижению фильтра­ционных свойств штабеля.В этой связи целесообразно производить отсев руды класса -3+0 мм перед укладкой в штабель и переработку его методом чанового выщелачивания. Предварительное окомкование мелкой фракции перед укладкой в штабель с использованием цемента в соотношении Ц?:?Р=0.3?:?1 позволило получить окатыши требуемой прочности и устойчивости. Однако выщелачивание меди из таких окатышей практически не происходит из-за экранирующего действия цементного камня. На основании выполненных исследований рекомендуется следующая технология укладки штабеля. Окисленная медная руда месторождения Бакр-Узяк должна быть уложена в два слоя. Нижний слой штабеля -- класс -300+100 мм, верхний слой -100+3 мм. Высота каждого слоя1.5м. Для исключения уменьшения крупности и пористости рудной массы и снижения проницаемости штабеля, при его укладке следует исключить движение по его поверхности тяжелого транспорта, а отсыпку руды производить экскаваторами
3.Основными производителями медных и цинковых концентратов России являются горно-обогатительные комбинаты Уральского региона Учалинский ГОК, Райский ГОК, Сибайский медио - серный комбинат, отрабатывающие месторождения, в которых сосредоточено почти 90 % медно - цинковых руд.
Проблема комплексного использования медно - цинковых руд Урала в течение многих лет привлекает внимание научных, проектных и хозяйственных организаций.
В связи с многообразием и сложностью вещественного состава медно-цинковых руд ведётся большая работа в области изучения технологических свойств уральских руд цветных металлов, физических и химических свойств слагающих их минералов, а также изыскания новых прогрессивных схем обогащения, включающих широкое применение, стадийности измельчения и классификации, осуществляемых с учётом особенностей вещественного состава и природных свойств руды. Это позволило за последние годы добиться значительного успеха в области получения высококачественных медных. цинковых и пиритных концентратов при одновременном повышении извлечения меди, цинка и серы.
Медно-цинковые руды месторождений относят к наиболее труднообогатимым. Сложность их обогащения объясняется весьма тонкой, доходящей до эмульсионной, вкрапленностью сульфидов и их тесным взаимным прорастанием, наличием различных минералов меди (первичных и вторичных), характеризующихся различными флотационными свойствами, а также сульфатной меди (в виде минерала халькантита). существенно усложняющей отделение минералов меди от цинка. Характерным является то, что значительная часть сфалерита активирована медью уже в самом месторождении.
Помимо основных рудных минералов. - пирита, халькопирита и сфалерита, - встречаются теннантит, ковеллин. борнит, халькозин, галенит, барит и др. Сложные структурно-текстурные особенности, тонкое взаимопрорастание минералов, наличие колломорфных структур делает эти руды сложным объектом для раскрытия и последующего разделения на товарные концентраты. Раскрытие сульфидов на 90 % в сплошных медно - цинковых рудах Урала происходит только в классе - 0,043 мм.
Все перечисленные выше особенности приводят к значительным потерям цинка и меди в отвальных хвостах, и некондиционных продуктах, содержащих, кроме меди и цинка, золото, серебро, кадмий, серу и другие элементы, Эти промпродукты, образующиеся в разветвленных доводочных операциях, циркулируют в схеме как оборотные, снижая качество товарных концентратов и увеличивая потери металлов с отвальными хвостами.
Селективное разделение получаемых некондиционных продуктов традиционными методами обогащения является малоэффективным как с технологической, так и с экономической точки зрения. Несмотря на тонкое измельчение (99 % класса -0,043 мм), большая часть минералов цинка и меди находится в сростках между собой и с пиритом, что не позволяет получать селективные кондиционные продукты при флотационном обогащении.
Известно, что основные потери цветных металлов приходятся на процессы обогащения. Они в 1,5-3 раза превышают потери металлов при горном производстве и металлургической переработке.
Более полное извлечение меди и цинка из упорных флотационных промпродуктов возможно только при полном разрушении кристаллической решетки минералов методами пиро - и гидрометаллургии.
Основным резервом повышения извлечения металлов является переработка минерального сырья с применением комбинированных технологий, обеспечивающих максимальную утилизацию различных видов отходов на всех стадиях переработки при оптимальном сочетании различных методов с учетом технологических особенностей сырья.
Комбинированная технология с переработкой некондиционных промпродуктов металлургическими методами в отдельном цикле значительно повышает общее извлечение ценных компонентов и комплексность использования труднообогатимого минерального сырья.
Учалинский ГОК - предприятие общероссийского значения по разработке и обогащению полиметаллических медно-цинковых руд. Средний объем переработки составляет 3,5 млн. т. руды в год. Товарные продукты в: медный, цинковый и пиритный концентраты.
На Учалияской обогатительной фабрике перерабатываются труднообогатимые медно-цинковые руды с содержанием около 1,0 % меди и 4,0 % цинка. Сложные структурно-текстурные особенности, тонкое взаимопрорастание минералов, преобладание колломорфных структур усложняет раскрытие и последующие разделение этих руд на товарные концентраты.
При обогащении по коллективно-селективной схеме флотации после измельчения исходной руды до крупности 85,0 % класса -0,074 мм проводится коллективная флотация сульфидов меди и цинка. Концентрат коллективной флотации подвергается доизмельчению до крупности 95,0 % класса -0,044 мм и поступает в цикл медной флотации с получением товарного медного концентрата. Извлечение меди в товарный медный концентрат составляет около 80,0 %, а потери цинка в медном концентрате около 6,0 %. Камерный продукт контрольной медной флотации поступает в цикл цинковой флотации, где получают грубый цинковый концентрат, который направляется в цикл обезмеживания и обезжелезнения. Товарный цинковый концентрат, содержит 47,0 - 50,0 % цинка при извлечении 75,0 - 80,0 %. Потери меди в цинковом концентрате составляют около 3,0 %. Пенный продукт цикла обезмеживания и обезжелезнения грубого цинкового концентрата направляется на доизмельчение и далее в цикл доводки медно-пиритного концентрата. Медный продукт присоединяется к готовому медному концентрату, а камерный продукт по действующей технологической схеме возвращается в голову основной цинковой флотации.
Хвосты цикла доводки медно - пиритиого концентрата представляют собой некондиционный медно-цинковый промпродукт, выход которого составляет около 6,0 % от руды, содержание цинка в нем колеблется от 10,0 до 14.0 %, меди - от 0,8 до 1,5 %, крупность - 99,0 % класса 0.044 мм. Разделение медно-цинкового промпродукта флотационным методом невозможно. Циркулируя в процессе, данный продукт увеличивает нагрузку на технологическое оборудование и загрязняет товарные концентраты.
Депрессия цинковых минералов при разделении коллективного медно - цинкового концентрата, а также при обезмеживании и обезжелезнении грубого цинкового концентрата достигается за счет применения сочетания гидросульфида натрия с цинковым купоросом.
Показано что образующиеся в процессе бактериального выщелачивания медно-цинкового промпродукга растворы цинкового купороса могут быть успешно использованы в качестве депрессора сфалерита вместо растворов технического цинкового купороса.
Согласно предлагаемой комбинированной технологии некондиционный медно - цинковый промпродукт выводится из флотационной схемы и перерабатывается в цикле чанового бактериального выщелачивания (рис. 17.1).
Вывод труднообогатимого медно-цинкового промпродукта в отдельный цикл и переработка его бактериальным выщелачиванием позволит разгрузить основную схему обогащения, отказаться от закупки технического цинкового купороса – флотационного реагента, применяемого на фабрике, а так же получить прирост извлечения меди и цинка в товарные концентраты.

4. Биогидрометашгургическая технология извлечения металлов чановым бактериальным выщелачиванием является наиболее эффективным и экологически безопасным процессом, позволяющим селективно переработать выделенный медно-цинковый промпродукт в отдельном цикле. Как установлено ранее при бактериальном выщелачивании, из-за различий электрохимических свойств минералов, окислительных условий в пульпе и особенностей электронно-конституционного строения минералов, в первую очередь будет окисляться сфалерит, труднее халькопирит и в последнюю очередь пирит, что обеспечивает высокую селективность процесса.

В качестве исходного продукта для бактериального выщелачивания использовались промышленные хвосты цикла доводки медно-пиритного промпродукта. В испытаниях использовалась оборотная вода обогатительной фабрики (рН 10,9). Соотношение Т:Ж при выщелачивании составляло 1:5-1:4. рН исходной пульпы 1,5 -1,8 , концентрация железа 0,4-8,0 г/дм³, ОВП пульпы 0,600-0,700 В, концентрация клеток 10⁹-10¹⁰ кл/мл, температура 27-30 ^оС.
Извлечение цинка в раствор составляет 80,0-85,0 %. Жидкая фаза бактериального выщелачивания медно-цинкового промпродукта представляет собой раствор цинкового купороса, содержащий 22-25 г/л цинка, 0,5-1.0 г/л меди, 8-12 г/л окисного железа, который может использоваться в качестве флотационного реагента. Бактериальный раствор цинкового купороса может подаваться во флотационные операции как непосредственно, так и после прохождения соответствующей обработки с целью удаления ионов меди и железа.

Рис..1 Принципиальная схема комбинированной технологии переработки медно-цинковых руд с бактериальном выщелачиванием упорных промпродуктов и использованием бактериального раствора цинкового купороса в качестве депрессора сфалерита.
На основании проведенных исследований разработана технология чанового бактериального выщелачивания медио-цинкового промпродукта с получением раствора цинкового купороса для последующего использования его в качестве реагента при флотации.
Технологическая схема цикла чанового бактериального выщелачи-вания (рис. 17.2) включает следующие стадии:
1.Чановое бактериальное выщелачивание.
2.Фильтрование, при котором кек, содержащий 2,5-3,5 % цинка и 0,6-0,8 % меди, поступает на нейтрализацию, а фильтрат направляется на осаждение железа.
3.Нейтрализация кека известью. Нейтрализованный кек подшихтовывается к пиритному концентрату фабрики.
4.Осаждение ионов железа известью.
5.Фильтрование пульпы после осаждения железа; кек представляет собой осадок гидроокисей и сульфатов железа, а фильтрат направляется на цементацию меди.
6. Цементация меди цинковой пылью.
7. Фильтрование пульпы цементации. Кек является цементной медью, которая подшихтовывается к товарному медному концентрату фабрики. Фильтрат представляет собой готовый раствор цинкового купороса, который может использоваться в качестве флотационного реагента.