Минеральные ресурсы Российской Федерации. Свинцово-цинковые руды, свойства, переработка, применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра ПЭОХиНХП

Реферат по управлению энерго- и ресурсосбережению на предприятии

На тему: «Минеральные ресурсы Российской Федерации. Свинцово-цинковые руды, свойства, переработка, применение»

Автор работы: Н.Ю. Цаплина группа Х-183

Специальность 18.03.02 Шифр 12

Принял: Попова Л. В.

Воронеж 2021

Содержание

Введение

1. Свойства свинцово-цинковых руд

2. Переработка свинцово-цинковых руд

3. Применение свинцово-цинковых руд

Заключение

Список используемых источников

Приложение

Введение

Основной сырьевой базой свинцовой и цинковой промышленности являются комплексные полиметаллические свинцово-цинковые руды. Обычно они содержат и другие полезные компоненты, такие как медь, серебро. Руды, содержащие цинк, добываются и перерабатываются в цинковый концентрат в 42 странах мира, основное производство (более 51%) приходится на Китай, Перу и Австралию. Свинцовый концентрат производится почти в 40 странах мира. Лидерами отрасли являются Китай, Австралия, США, Перу и Мексика, производящие 78% мирового объема свинцового концентрата [1].

Основным источником для получения свинца и цинка являются сульфидные руды, которые содержат галенит и сфалерит, а также пирит, халькопирит, арсенопирит. Окисленные руды имеют второстепенное значение в качестве источника получения свинца и цинка и представляют собой железистые охры и баритовые сыпучки, содержащие церуссит, англезит, смитсонит, каламин, малахит.

В настоящее время проявляется повышенный интерес к переработке бедных руд и лежалых хвостов отработанных месторождений свинца и цинка. Разрабатываются способы переработки, которые основываются на флотационных методах обогащения с предварительной сульфидизацией оксидов свинца и цинка [2].

Цель данной работы: рассмотреть свойства свинцово-цинковых руд, их переработку и применение в промышленности.

1. Свойства свинцово-цинковых руд

Сырье, используемое в свинцово-цинковой промышленности, относительно высокого качества. Большинство месторождений имеет комплексный состав, содержит также медь, олово, серебро, золото, кадмий.

Свинец - тяжелый металл голубовато-серого цвета, имеющий плотность 11,34 г/см³, температуру плавления 327,4°С; очень пластичный, мягкий - легко режется и прокатывается, обладает хорошими антифрикционными и антикоррозионными свойствами, устойчив к действию атмосферных осадков и многих химических реагентов, сильно поглощает гамма - и рентгеновские лучи [3]. Конфигурация внешних электронных оболочек атома свинца 68²6р², поэтому он проявляет степени окисления +2 и +4 и химически мало активен. При окислении на поверхности свинца образуется тончайшая пленка PbO, которая предохраняет его от глубокого окисления.

Свинец входит в состав 144 минералов, но только немногие из них имеют промышленное значение (табл. А. 1) [4].

Цинк - металл синевато-белого цвета, имеющий плотность 7,1 г/см³ и температуру плавления 419,5 °С; хорошо поддается прокатке и прессованию, устойчив к действию атмосферных осадков.

Свинец и цинк принадлежат к группе халькофильных элементов, среднее содержание в земной коре свинца составляет 0,0016 %, цинка - 0,0083 %. В природе известно более 300 минералов, содержащих свинец, и более 140 - цинк.

Главнейшими минералами свинца и цинка являются сульфиды, сульфосоли и карбонаты. На долю главных минералов свинца (галенита) и цинка (сфалерита) приходится свыше 90 и 95 % запасов и добычи соответственно. Один из наиболее распространенных минералов гидротермальных (преимущественно средне- и низкотемпературных) месторождений. В парагенезисе с ним обычно наблюдаются сфалерит, халькопирит, блеклые руды, бурнонит, пирит и др. В контактово-метасоматических месторождениях ассоциирует со сфалеритом, пиритом, пирротином и др. Отмечается как осадочно-диагенетическое образование, выделяясь в виде рассеянной вкрапленности в песчаниках, известняках, а также в ядрах конкреций. Установлено современное образование галенита из подземных рассолов и шахтных вод [3].

Галенит, или свинцовый блеск - главная руда свинца. PbS - свинцовый основной минерал во всех промышленных свинце содержащих рудах. Спайность галенита весьма совершенная - по кубу (рис. А. 1.). Поэтому разрушение кристалла галенита происходит по плоскостям спайности без разрыва ионных связей, вследствие чего поверхность свежеобнаженного галенита является гидрофобной. Галенит - полупроводниковый минерал с широким диапазоном значений удельного сопротивления. Тип проводимости зависит от генезиса месторождения, который в свою очередь определяет дефицит или избыток серы по отношению к стехиометрическому составу. Основными примесями в галените являются серебро, висмут, кадмий, сурьма, медь, олово, индий, железо, марганец, цинк, которые могут значительно изменять его электропроводность и флотационные свойства [4].

Сфалерит, или цинковая обманка, ZnS - основной промышленный минерал цинка. Он обычно присутствует в гидротермальных залежах всех видов. Содержит в виде изоморфных примесей железо (до 26 %), марганец, кадмий, галлий, германий, индий, кобальт, ртуть. Богатая железом разновидность сфалерита - мартит отличается бурым, коричневым или даже черным цветом в зависимости от содержания железа.

Структура сфалерита (рис. А. 2) - плотная кубическая упаковка из атомов серы, в тетраэдрических пустотах которой находятся атомы цинка. В природных кристаллах цинковой обманки возможны чередования кубических и гексагональных разновидностей. Блеск сфалерита алмазный.

Сфалерит самый плохой проводник электричества среди обычных сульфидов. Для чистого сфалерита удельное сопротивление составляет 10¹² Ом·м. Наличие некоторой электропроводности у сфалерита объясняется наличием примесей и, прежде всего, железа, которое ввиду близости ионных радиусов с цинком может его изоморфно замещать в кристаллической решетке [4].

Сфалерит - минерал класса сульфидов. Как правило, содержит примеси Fe (до 26 %), Mn (до 8,4). Сфалерит наиболее важный компонент цинковых руд и обычно встречается в ассоциации с галенитом в полиметаллических месторождениях, а также в медно-колчеданных залежах (с пиритом, халькопиритом) и медистых песчаниках (с халькопиритом, борнитом, халькозином); может возникать в результате биогенно-диагенетических процессов. В поверхностных условиях сфалерит легко окисляется с образованием смитсонита, гемиморфита; при метаморфизме переходит в цинкит, франклинит, виллемит и другие минералы [3].

2. Переработка свинцово-цинковых руд

Как и другие сульфидные полиметаллические руды, свинцово-цинковые руды чаще всего обогащаются флотационным методом: прямая селективная флотация (рисунок А. 3 а), предварительная коллективная флотация всех сульфидов с последующим разделением коллективного концентрата (рисунок А. 3 б), коллективно-селективная флотация (рисунок А. 3 в).

Однако, перед флотационным методом обогащения сульфидных свинцово-цинковых руд имеется принципиальная возможность предварительного обогащения гравитационными методами, что позволяет снизить материальные затраты при флотации: в некоторых случаях предварительная концентрация позволяет выделить значительную часть (до 30-35 %) минералов пустой породы. Предварительное обогащение свинцово-цинковых руд гравитационным методом, чаще всего обогащение в суспензиях, широкое распространение получила на зарубежных фабриках.

Окончательный выбор технологической схемы флотационного обогащения сульфидных свинцово-цинковых руд зависит от многих факторов, таких как вкрапленность ценных минералов, наличие активированных разновидностей сфалерита и пирита, их вкрапленности и флотируемости, характер вмещающих пород. В каждом конкретном случае выбор схемы флотации производится с учетом результатов анализа технологических и экономических преимуществ различных вариантов схем [5].

По схеме прямой селективной флотации, всю руду измельчают до необходимой крупности и осуществляют последовательную флотацию. Грубые концентраты могут подвергаться доизмельчению и перечистке.

Прямая селективная флотация - основная технология обогащения свинцово-цинковых руд. Применение такой технологической схемы обуславливает большие материальные и энергетические затраты, так как весь поток исходной руды вынужден проходить через всю технологическую схему. Следовательно, схема характеризуется большим фронтом флотационных машин, повышенным расходом реагентов, необходимостью установки большого количества измельчительного оборудования и невозможностью полного водооборота.

Схемы прямой селективной флотации целесообразно применять на фабриках малой производительности, даже при большом содержании пустой породы в руде, когда схема с коллективной флотацией всех сульфидов в начале процесса не дает явных технологических и экономических преимуществ [5].

Предварительная коллективная флотация всех сульфидов с последующей селекцией коллективного концентрата перспективна для обогащения бедных руд с агрегатной вкрапленностью полезных минералов. В этом случае основная масса отвальных хвостов выделяется в коллективном цикле после грубого измельчения, обеспечивающего раскрытие сростков агрегатов полезных минералов с пустой породой. Тонкому измельчению, необходимому для разрушения агрегатов полезных минералов, подвергается лишь небольшое количество коллективного концентрата, после десорбции с его поверхности собирателя. Применение таких схем позволяет: снизить затраты на измельчение за счет возможности выделения пустой породы в коллективном цикле флотации при загрубленном измельчении руды; сократить фронт флотации за счет сокращения числа циклов флотации, через которые проходит основной поток пульпы; снизить эксплуатационные затраты до 30 %; осуществить полный водооборот в коллективных циклах флотации на обогатительной фабрике и за счет этого сократить расход реагентов.

Несмотря на явные экономические и технологические преимущества, схемы предварительной коллективной флотации всех сульфидов с последующим разделением свинцово-цинкового концентрата не получили широкого распространения. Это обусловлено тем, что активированная и сфлотированная в коллективном свинцово-цинковом цикле цинковая обманка при дальнейшей селекции плохо подавляется реагентами депрессорами по бесцианидной технологии. Поэтому данные фабрики вынуждены депрессировать сфалерит по цианидной технологии.

Также, сложностью применения коллективно-селективных схем является необходимость внедрения в технологическую схему дополнительных операций по подготовке коллективного концентрата перед циклом селекции: десорбция реагентов-собирателей с поверхности минералов, и в некоторых случаях, доизмельчение коллективного концентрата до необходимой крупности. Кроме того, не всегда получают высококачественные концентраты и из-за грубого измельчения исходной руды наблюдается потери благородных металлов с хвостами коллективной флотации [5].

Наиболее широко при обогащении свинцовых полиметаллических руд используют различные варианты коллективно-селективной схемы флотации. В большинстве случаев сначала проводят коллективную флотацию минералов меди и свинца из исходной руды при депрессии сфалерита и пирита с последующим разделением медно-свинцового концентрата, а затем из хвостов медно-свинцового цикла извлекают сфалерит, а иногда и пирит.

В практике обогащения полиметаллических руд Японии появилась тенденция применять схемы стадиальной флотации с предварительным выделением «медной головки». В медную «головку» извлекаются, как правило, легко флотируемые медные минералы с получением готового медного концентрата. Такие схемы позволяют уменьшить шламообразование, повысить селективность разделения и обеспечивают высокое извлечение металлов при высоком качестве концентратов. Их недостаток - необходимость измельчения до конечной крупности и флотация всей руды, а также, как и в схемах с предварительной коллективной флотацией всех сульфидов с последующей селекцией коллективного концентрата, необходимость подготовки коллективного концентрата к циклу селекции.

Вследствие сложности руд и применения довольно сложных схем и режимов, необходимых при флотации сульфидных свинцово-цинковых руд, технологические показатели их обогащения на ряде фабрик относительно невысоки. Извлечение металлов в одноименные концентраты составляет для свинца 66 - 89 % и цинка 73 - 94 % [5].

Эффективность переработки труднообогатимых окисленных и сульфидных свинцово-цинковых руд может быть достигнута предварительным их совместным обжигом в атмосфере водяного пара на стадии подготовки данного сырья к дальнейшей флотации. В традиционную флотационную схему сульфидов добавится только один передел - немеханический метод селективной дезинтеграции сложных минеральных комплексов, обжиг.

Основными рудными минералами сульфидной пробы являются пирит FeS₂, сфалерит ZnS и галенит PbS (в меньшем количестве).

При совместном обжиге окисленной и сульфидной руды в атмосфере водяного пара при 650-700 ^оC происходит пиросульфидирование окисленных минералов свинца и цинка, сульфиды свинца и цинка в составе исходной шихты остаются без изменений, а селективное окисление пирита с образованием магнетита и сероводорода сопровождается дезинтеграцией по межфазным границам сульфидных минералов свинца и цинка. Основными продуктами обжига являются ZnS, PbS, Fe₃O₄ и SiO₂, что значительно облегчает дальнейшее обогащение: флотация сводится к разделению сфалерита и галенита, а ферромагнитный минерал - оксид железа можно будет выделить с помощью магнитной сепарации.

Таким образом, вовлечение в переработку окисленных и смешанных руд с небольшим количеством текущей сульфидной руды при совместном обжиге позволило бы повысить эффективность производства за счет прироста запасов и увеличить срок действия предприятия. Также использование данного процесса при промышленном содержании благородных металлов позволит извлечь ценные металлы при дальнейшей переработке хвостов обогащения [6].

3. Применение свинцово-цинковых руд

Области потребления свинца и цинка определяются особенностями этих металлов по их физико-химическим и механическим свойствам [8].

Предметы, сделанные из свинца, благодаря большому удельному весу являются очень тяжелыми. Свинец плавится при сравнительно низкой температуре, легко куется и прокатывается в листы; при воздействии на него кислорода воздуха, воды и различных кислот проявляет большую устойчивость. Эти свойства металла позволяют широко использовать его в электротехнической промышленности, особенно для изготовления аккумуляторов и кабельных трубок. Последние находят широкое применение в авиа- и радиопромышленности [7]. Для аккумуляторной промышленности тратится 30-45 % производимого свинца, на нужды электротехнической промышленности используется свинца около 15-20 % [8].

Устойчивость свинца позволяет использовать его и для предохранения от порчи медных проводов телеграфных и телефонных линий. Тонкими свинцовыми листами покрывают железные и медные детали, подвергающиеся химическому воздействию (ванны для электролиза меди, цинка и других металлов). В сернокислотном производстве из свинца делают специальное оборудование, трубопроводы и камеры. Тонкая свинцовая фольга применяется для завертки чая, кондитерских изделий, табачных продуктов. Общеизвестно использование свинца для приготовления дроби.

Легкоплавкость и мягкость свинца позволяют применять его в машиностроительной промышленности для изготовления различных сплавов с другими металлами; широкой известностью пользуются так называемые баббиты, подшипниковые сплавы свинца с оловом, цинком, и некоторыми другими металлами, типографские сплавы свинца с сурьмой и оловом, сплавы свинца с оловом для пайки различных металлов.

Свойство свинца поглощать рентгеновские лучи используется для предохранения человека от вредного их действия. Из некоторых соединений свинца приготавливают краски - свинцовые белила; природные соединения свинца (сурик, глет) обладают красивым устойчивым желтым, оранжевым и красным цветом и применяются как красители. Окись свинца используется в металлургии, стекольном деле и медицине [7].

Из оксидов свинца наиболее широко используется сурик (Pb₃O₄ - в лакокрасочной промышленности. Из новых перспективных областей применения этого металла следует отметить электронику и энергетику, где намечается в широких масштабах использовать ферриты и другие соединения на основе свинца. Разрабатываются методы использования органических соединений свинца в качестве антифрикционных добавок в минеральные смазочные масла.

Важная область применения свинца - производство тетраэтилсвинца (6-22 %), который добавляют в бензин для улучшения его качества [8].

Свойство цинка сопротивляться разрушающему действию воды и воздуха позволяет использовать его для производства оцинкованного железа. В значительных количествах цинк идет на приготовление латуни, бронзы, мельхиора, нейзильбера и других сплавов. Сплавы цинка с другими металлами дают при отливке ровные и гладкие поверхности, что имеет важное значение в точном машиностроении. Из окиси цинка приготавливают краски; она используется при производстве линолеума, некоторых сортов стекла, химических и фармацевтических препаратов. Хлористым цинком пропитываются шпалы и телеграфные столбы, что предохраняет их от гниения. В электропромышленности из листового цинка приготовляют сухие элементы и батареи. В металлургии цинк с добавками меди, алюминия и магния употребляется для литья под давлением. Он находит применение в гидрометаллургии, медицине и других отраслях народного хозяйства [7].

В виде цинковой пыли его применяют как реагент в производстве свинца, благородных и других цветных металлов. Окись цинка широко используется при производстве резины и ее обработки. Сульфид цинка, вспыхивающий под воздействие б -, в- и г -лучей, позволяет использовать его для обнаружения всех трех типов радиации.

Краска, приготовленная из сульфида цинка, оказалась наилучшей для покрытия космических кораблей, так как она отличается низким отношением поглощения солнечной энергии к инфракрасному излучению и обладает наилучшими отражательными свойствами. Цинковые соединения широко используются в качестве источников энергии в космических кораблях [8].

Заключение

Качество минерально-сырьевой базы свинца и цинка неуклонно ухудшается как в России, так и во всем мире. В переработку поступают комплексные руды с изменчивым вещественным составом, низкими содержаниями ценных компонентов, тонкой вкрапленностью минеральных фаз с размерностью выделений минералов от тонкой до эмульсионной, с высокой долей шламистой составляющей и повышенной долей окисленных минеральных фаз. Основным методом обогащения таких руд является флотация.

Проблемы флотационной переработки труднообогатимых свинцово-цинковых руд обуславливаются тонким взаимопрорастанием минералов галенита, сфалерита, пирита между собой и с минералами породы; присутствием различных по содержанию железа форм сфалерита, флотоактивного пирита и пр. Для раскрытия минералов свинца и цинка требуется сверхтонкое измельчение до первых микрометров, в то время как традиционная крупность раскрытия свинцово-цинковых руд еще недавно составляла 70-100 микрометров. свинцовый цинковый флотация

Сверхтонкое измельчение свинцово-цинковых руд приводит к существенным, практически полным потерям свинца, так как его основной минерал - галенит является самым хрупким из сульфидов. Кроме того, в шламовой пульпе резко падает эффективность сепарационных процессов с одновременным снижением извлечения свинца и цинка. Кроме того, за счет высокоразвитой поверхности тонкоизмельченного материала повышается сорбционная способность материала, что в процессе его флотационной переработки приводит к увеличению расходов реагентов, повышению времени флотации и необходимости расширения фронта операции, снижению степени селекции минеральных фаз пульпы, усложнению систем очистки сточных вод вследствие необходимости использования новых и повышения расходов традиционных флотореагентов.

Для сверхтонкого измельчения необходимо специальное оборудование и высокие энергозатраты. При этом следует учитывать, что затраты на измельчение руды составляют 80 % и более от общих затрат на рудоподготовку перед обогащением. При флотационном получении цинкового концентрата из труднообогатимых свинцово-цинковых руд извлечение цинка в товарный концентрат не превышает 50 %, что ведет к высоким потерям металла с хвостами обогащения. Усложняются схемы и технологии механического обогащения руд, снижаются эффективность и рентабельность их переработки [8].

В данной работе были рассмотрены свойства свинцово-цинковых руд, переработка, а также их применение в промышленности.

Список используемых источников

1. Новиков Н.И., Салихов В.А. Основные направления и перспективы развития минерально-сырьевой базы цветных и редких металлов в мире и России // Вестник Томского государственного университета. Экономика. - 2015. - № 2. - С. 138-150. https://doi.org/10.17223/19988648/30/13

2. Гуляшинов, П. А. Исследование процесса термического разложения окисленных и сульфидных руд Озерного месторождения / П. А. Гуляшинов, И. Г. Антропова, А. Н. Гуляшинов // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2020. - Т. 24. - № 2(151). - С. 434-443. - DOI 10.21285/1814-3520-2020-2-434-443.

3. Янгитилавова, Б. Х. Проведение исследований по разработке технологии переработки руды месторождения «Гагаринское»: дис. … канд. техн. наук: 7М07223: защищена 11.06.21: утв. 01.02.2021 / Янгитилавова Багила Холмурзаевна - М., 2021. - 82 с.

4. Саидходжаева, Д. Д. Технология рудоподготовки свинцово-цинковой руды к обогащению методом флотации / Д. Д. Саидходжаева - 2017. - С. 58.

5. Прокопьев, И. В. Разработка флотационной схемы обогащения свинцово-цинковой руды с использованием микробиологического воздействия: дис. …канд. техн. наук: 25.00.13 / Прокопьев Иван Владимирович - М., 2019. - 121 с.

6. Антропова, И. Г. О возможности применения парогазовой технологии для переработки труднообогатимых полиметаллических руд месторождения «озерное» / И. Г. Антропова, А. А. Меринов // Байкал - ворота в Азию: Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной Году науки и технологий в Российской Федерации и 30-летию Байкальского института природопользования СО РАН, Улан-Удэ, 03-06 июня 2021 года. - Улан-Удэ: Бурятский научный центр Сибирского отделения РАН, 2021. - С. 107-108. - DOI 10.31554/978-5-7925-0605-3-2021-107-108.

7. Садовников, О. А. Структурный контроль полиметаллического оруденения в зоне сочленения Донбасса с Приазовским кристаллическим массивом [Электронный ресурс] / О. А. Садовников. - Режим доступа: https://masters.donntu.org/2003/ggeo/sadovnikov/library/index.htm (17. 11. 2021).

8. Марченко, Н. В. Области применения свинца и цинка [Электронный ресурс] / Н. В. Марченко. - Режим доступа: https://docs.yandex.ru/docs/view (17.11.2021)

9. Патент № 2601526 C1 Российская Федерация, МПК C22B 19/00, C22B 13/00, B03B 7/00. Комбинированный способ переработки труднообогатимых свинцово-цинковых руд: № 2015125940/02: заявл. 29.06.2015: опубл. 10.11.2016 / Г. А. Пахомова, Т. В. Башлыкова, Е. А. Аширбаева; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "НВП Центр-ЭСТАгео".

Приложение

Таблица А. 1 - Характеристика основных свинцовых минералов

Таблица А. 2 - Краткая характеристика основных цинковых минералов

Рисунок А.1 - Кристаллическая структура галенита

Рисунок А. 2 - Кристаллическая решетка сфалерита

Рисунок А. 3 - Принципиальные схемы флотации: а) прямая селективная флотация; б) предварительная коллективная флотация всех сульфидов с последующей селекцией коллективного концентрата; в) коллективно-селективная флотация

Размещено на Allbest.ru