Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0085

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0085
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Комбинированная технология комплексной переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья цветных и благородных металлов.
Докладчик
Шехирев Дмитрий Витальевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью работы является исследование и разработка научно-технологических решений, направленных на создание комбинированной технологии обогащения комплексных сульфидных труднообогатимых, в том числе тонковкрапленных, руд цветных и благородных металлов и техногенного сырья - лежалых хвостов обогащения этих руд, основанной на сочетании в единой схеме переработки руд флотационных процессов с гидрометаллургическими.
Для разработки комбинированной технологии требуется:
Создание новых методов и подходов к оценке обогатимости руд.
Создание гибкой, настраиваемой на различные по обогатимости руды, флотационно-гидрометаллургической схемы. В том числе: разработка реагентных режимов и схем, обеспечивающих получение концентратов с гарантированным качеством и комплексного продукта, обеспечивающего извлечение металлов до высокого суммарного, разработка последовательности и режимов гидрометаллургической переработки комплексного продукта с получением металлов и/или их химических соединений.
Важными задачами является разработка решений по оснащению комбинированной технологии: колонных флотомашин с эффективными аэраторами, для применения в перечистках, концепции типоразмерного ряда современных импеллерных флотомашин для основных и контрольных операций, эффективных процессов сгущения и фильтрации в целях регулировки содержания твердого при флотации и разделения твердой и жидкой фаз продуктов гидрометаллургического производства.
Итоговой задачей является разработка проекта технического задания на проведение ОТР по комбинированной технология переработки комплексных сульфидных труднообогатимых руд цветных и благородных металлов и техногенного сырья - лежалых хвостов обогащения этих руд.
Актуальность и новизна исследования
К настоящему времени богатые и легкообогатимые месторождения руд цветных металлов практически отработаны. Основу современной минерально-сырьевой базы России преимущественно составляет рудное сырье с низким содержанием ценных компонентов, труднообогатимое, тонковкрапленное, а также техногенное. К труднообогатимым рудам следует отнести прежде всего упорные тонковкрапленные высокосульфидные свинцово-цинковые, медно-цинковые, медные колчеданные полиметаллические руды.
В России обогатительные фабрики для переработки этих руд ориентированы на флотационные технологии, не обеспечивающие получение качественных концентратов металлов, при высоком извлечении. Следовательно, имеется ряд несоответствий состояния минерально-сырьевой базы и состояния технологии переработки минерального сырья на горно-обогатительных предприятиях.
Применение для переработки труднообогатимых руд комбинированных технологий обогащения, сочетающих собственно обогатительные и гидрометаллургические процессы в единой технологической схеме является общей мировой тенденцией.
Проведенные патентные исследования показали, что научно-техническая деятельность в области комбинированной технологии переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья цветных и благородных металлов обладает достаточным техническим потенциалом и высоким мировым уровнем развития.
Наибольшее распространение гидрометаллургические процессы получили в практике переработки труднообогатимых медных и медно-никелевых руд.
Примеров практического применения комбинированных обогатительно-гидрометаллургических технологий при переработке медно-цинковых, и особенно – свинцово-цинковых руд в мировой практике пока очень мало.
Описание исследования

В ходе прикладных научных исследований разработаны новые методы изучения и новые подходы к оценке обогатимости руд, основанные на данных, получаемых на уникальной научной установке автоматизированного количественного минералогического анализа MLA System, а также на основе опытов по кинетике флотации.

Построение кривых предельной обогатимости (КПО) измельченной руды в системе автоматизированного минералогического анализа MLA System предусмотрено стандартно. Но при этом КПО строится в предположении, что из руды будет получен только один концентрат

В работе впервые предложен и применен новый способ расчета КПО на основе данных автоматизированного минералогического анализа измельченной перед флотацией исходной руды, позволяющий оценивать обогатимость руды при получении из нее двух концентратов с варьированием требований  к качеству первого выделяемого концентрата.

Построение таких КПО потребовало работы по написанию специального программного обеспечения для преобразования баз данных MLA System из форматов внутреннего хранения в удобный для обработки формат Excel. Программа обработки данных с расчетом КПО написана на Visual Basic.

Обычно данными, полученные аппаратурным количественным минералогическим анализом, характеризуют отдельные продукты. В работе эти данные использованы для анализа результатов операций разделения при флотации. С этой целью разработан подход, при котором как отдельные компоненты рассматривались галенит, сфалерит, пирит и прочие (несульфидные) минералы в раскрытом виде, в сростках по четырем классам крупности. На основе большого объема данных о минеральных частицах в продуктах и хвостах флотации, установлены распределения минералов по формам их присутствия в продуктах схемы и частные индивидуальные извлечения минералов в концентраты операций схемы в виде различных форм их присутствия, в том числе зависимости извлечения от времени флотации. Кроме того, применение данного подхода позволяет наблюдать за изменением распределения материала в целом и отдельных минералов по типам сростков в процессе измельчения.

В работе разработана и применена методика оценки обогатимости, основанная на расчете спектров флотируемости (распределений по коэффициенту скорости флотации всего материала в целом и ценных компонентов) по данным флотационного кинетического опыта, и далее, на прогнозном расчете технологических показателей для разных схем флотации, прежде всего с различным количеством перечисток и построении соответствующих кривых обогатимости. Теория распределения по флотируемости известна, но ни в России, ни за рубежом практически пока нет общепризнанного способа расчета спектров по кинетическим опытам (в силу математических трудностей решения плохо обусловленного уравнения с решением, неустойчивым к малым изменениям исходных данных), так что методика может считаться новой.

Предложен единый принцип к построению технологической схемы для всех труднообогатимых высокопиритных полиметаллических руд (свинцово-цинковых, медно-цинковых). Схема открытого цикла, особенно это важно для основных операций флотации, так как обеспечивает стабильный режим их работы в отсутствие циркуляции. Простая, но гибкая конфигурация схемы, изменяемая в зависимости от соотношения флотоактивных разностей первого минерала (свинца, меди), сфалерита и пирита. Различные варианты данного соотношения дают пять вариантов построения схемы основных операций флотационной части комбинированной технологии, гибко включающей от одной до трех операций, что обеспечивает все варианты.

Применены методики чанового выщелачивания с использованием трехвалентного железа в нагретых сернокислотных растворах для бедных сульфидных медных концентратов, комплексных галенито-сфалерито-пиритных и халькопирито-сфалерито-пиритных продуктов. Разработана методика расчета показателей противоточной схемы экстракции и реэкстракции в замкнутом цикле по данным соответствующих экспериментальных изотерм.

По разработанной программе и методикам проведены исследовательские испытания комбинированной технологии переработки труднообогатимых высокосульфидных тонковкрапленных медно-цинковой и свинцово-цинковой руды и их лежалых хвостов флотации.

Разработана эскизная конструкторская документация лабораторного образца колонной флотомашины с керамическим аэратором, разработанным индустриальным партнером. Проведены исследовательские испытания для установления рабочих характеристик аэратора и технологических результатов флотации в колонне (с подачей и без подачи промывной воды в подпенный слой) сопоставительно с импеллерной флотомашиной.

Результаты исследования

Применение новых разработанных подходов и методик к оценке обогатимости руд методик позволило установить, что предельная обогатимость руды допускает получение кондиционнных концентратов с достаточным извлечением. Например, во флотационном  эксперименте извлечение свинца в упорный продукт составило 46,63 % при массовой доле свинца в нем 7,2 %. Согласно КПО, при таком извлечении массовая доля свинца в свинцовом концентрате может быть более 80 %.

Это оспаривает принятое в мире представление о сверхтонком доизмельчении промпродуктов как о панацее для переработки тонковкрапленных руд, в результате чего активно продвигаются мельницы сверхтонкого доизмельчения IsaMill и VertiMill.

Установлено, что для галенита и сфалерита при увеличении времени измельчения уменьшается доля бедных сростков (от 0 до 20 % галенита или сфалерита соответственно), а для пирита, составляющего значительную часть массива руды – доля богатых пиритом сростков (от 80 до 100 % и от 60 до 80 % пирита).

Впервые получены данные о кинетике флотации минералов, в их различных минеральных формах присутствия в частицах руды, в процессе флотации всей руды (подобно подсвечиванию отдельной нити в тросе), что в мировой литературе не публиковалось. В частности, установлено, что раскрытый галенит в классах крупности 45-71 и 10-45 мкм извлекается на 90 % за первые две минуты флотации. Шламы галенита 0-10 мкм достигают извлечения 90 % за 8 минут. Это свидетельствует об ошибочности принятых в мировой литературе представлений о том, что тонкое измельчение в рудном цикле может привести к потерям галенита.

Расчет по данным спектров флотируемости показал преимущество схем открытого цикла для достижения кондиционного качества цинкового концентрата при флотации свинцово-цинковой руды. В открытом цикле достигается содержание цинка до 50 % и более; в замкнутом, из-за присутствия части пирита в быстрофлотируемой фракции, которая циркулирует в замкнутой схеме, не более 35 %.

Установлено, что главная причина трудной обогатимости высокосульфидных руд - загрязнение концентратов раскрытыми частицами флотоактивных разностей пирита, преимущественно относительно крупных классов. Реальное повышение показателей обогащения данных руд возможно только использованием комбинированной технологии переработки руды.

Проведены испытания комбинированной технологии на труднообогатимых медно-цинковой и свинцово-цинковой рудах, получен качественный цинковый концентрат соответственно с массовой долей цинка 50,2 % и 51,5 % при извлечении цинка 21.5 % и 39.5 %. Гидрометаллургической переработкой комплексного продукта извлечение цинка в продуктивный раствор выщелачивания составило соответственно 53,3 % и 41,5 %, что при расчетном извлечении в катодный цинк 54,1 % и 37 % обеспечит суммарное извлечение цинка 75,4 % и 76,9 %. Из свинцово-цинковой руды весь свинец получен гидрометаллургической переработкой, извлечение свинца в карбонат свинца составило 55,8 %, извлечение серебра в цементное серебро – 37,8 %. Показатели - на уровне мировых аналогов (например, технологии ZINCEX и PRIMALEAD компании Técnicas Reunidas (Испания).

Испытаниями показано хорошее диспергирование воздуха керамическим аэратором: удельное газосодержание 8-10 % обеспечивается при удельной аэрации 1-1.2 (м3/мин)/м2 зеркала пульпы, что соответствует мировым аналогам. При сопоставимых извлечениях, из бедной медной руды на колонне получен концентрат с содержанием меди 21 % (кондиционный), а на обычной флотомашине – не более 5 %.

Практическая значимость исследования
Разработка научно-технических решений по комбинированной технологии обогащения сульфидных труднообогатимых, в том числе тонковкрапленных, руд цветных и благородных металлов, весьма актуальна для условий России и стран, образовавшихся из СССР. Решение этой задачи в итоге позволит выйти на реализацию комбинированных технологий обогащения для многих труднообогатимых руд и существенно повысить рациональность использования недр.
Например, может быть повышена эффективность переработки руд Озерного и Гайского месторождений и других аналогичных.
Озерное месторождения (Бурятия), входит в десятку крупнейших месторождений мира по запасам цинка. В исследованиях, выполненных с 1964 по 2010 годы (20 работ), технологические показатели обогащения сульфидных руд Озерного месторождения имеют большой разброс. Массовая доля свинца в свинцовом концентрате колеблется от 15.1 % до 51.34 %, извлечение - от 22.7 % до 70.0 %. Массовая доля цинка в цинковом концентрате колеблется от 16.9 % до 58.0 %, извлечение - от 39.0 % до 85.3 %.
Данное обстоятельство, свидетельствующее о неэффективности традиционной технологии, сдерживает вовлечение Озерного месторождения в переработку.
При обогащении медно-цинковых, содержащих золото, руд Гайского месторождения (Оренбургская область), массовая доля меди в медном концентрате часто остается ниже 17 % (при желательном значении 20-22 %), а потери цинка в медном концентрате по извлечению достигают более 30 %.
Возможные потребители технологии - АО "УГМК-Холдинг", ООО "Металлы Восточной Сибири", АО "Полюс", АО "Полиметалл", АО "Русская медная компания", ТОО «Корпорация "Казахмыс" и другие.
Техническое задание предполагает разработку базовых решений, общих принципов построения технологической схемы и общих требований к основному и вспомогательному оборудованию для реализации комбинированной технологии. Это позволит инжиниринговой организации разработать типовые предложения, комплекты оборудования, с возможностью их модифицировать под индивидуальные потребности конкретных горно-обогатительных предприятий, которые, при необходимости перехода к новым технологиям, ориентируются на предложения инжиниринговых организаций.
Кроме того, отдельный сбыт найдут разработки обеспечивающего оборудования – колонных флотомашин, сгустителей и фильтров.