Разработка основ высокоэффективной технологии утилизации отходов горно-обогатительной переработки руд Курской магнитной аномалии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка основ высокоэффективной технологии утилизации отходов горно-обогатительной переработки руд Курской магнитной аномалии

А.Ю. Прокопов, В.И. Голик

С.А. Масленников, О.В. Базавова

Проблема отрицательного воздействия различных сфер производства на окружающую среду является весьма актуальной, ее решение необходимо на государственном и международном уровнях [1, 2]. Целью настоящей работы является снижение вредного воздействия на компоненты окружающей среды при разработке месторождений и обогащении железных руд.

По разным оценкам, на территории РФ сосредоточено от 15,6 до 26% мировых запасов железной руды. Однако по объему добычи наша страна находится лишь на пятом месте, значительно уступая Китаю, Бразилии, Австралии и Индии. Неудовлетворительное положение с добычей руд нашло отражение в Стратегии социально-экономического развития на период до 2025 г., где развитие данного направления признано приоритетным [3].

В настоящее время в России доминирующим является открытый способ - с его помощью добывается около 90% всей железной руды РФ. С отработкой запасов залегающих на небольших глубинах можно ожидать перехода к подземному способу [4 - 6]. Под землей в России добывается 8% от общих объемов извлечения железной руды, из них половина приходится на «Евраз ВГОК» и «Евразруду». Подземный способ разработки железорудных месторождений является основным на действующих предприятиях Алтая-Саянской территории [7]. Рудники - Абаканский, Казский, Таштагольский и Шерегешский - извлекают более половины объема подземной добычи железных руд в России.

В пределах месторождения КМА подземным способом разрабатывают Коробковское месторождение, это шахта им. Губкина (ОАО «Комбинат КМАруда», Белгородская обл.) и Яковлевское месторождение - Яковлевский рудник (ООО «Металл-групп», Белгородской области) [8,9]. Для этих условий авторами разработана ресурсосберегающая технология добычи железной руды с закладкой выработанного пространства при использовании в качестве вяжущего и инертного заполнителя отходов обогащения.

Использование для закладки или изготовления закладочных смесей отходов обогащения без доизвлечения металла является паллиативом и ведет к образованию реакторов миграции химически опасных элементов в подземные воды и далее - в поверхностные экосистемы. Для снижения содержания металлов в отходах можно использовать технологию механохимической активации, положительно зарекомендовавшую себя при переработке отходов полиметаллических руд [10].

Образцы для исследований отбирались из хранилища Лебединского ГОКа. Изучение минерального состава показало, что в состав хвостов входят: кварц, магнетит, гематит, карбонат, слюда, пирит, ильменит, силикат, и полевой шпат. Химический анализ состава отобранной для исследования пробы хвостов показал наличие следующих соединений: SiO₂ - 64%, Fe - 8%, Al₂O₃ - 5,2%, Mn - 3,2%, K₂O - 0,7%, P - 0,1%, Ca - 0,8%, MgO - 0,2%, Cu - 5·10^-3%, Ni - 4·10^-3%, Zn - 5·10^-4%, As, Ba, Be, Bi, Co, Cr, Li, Mo, Nb, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, V, Y - на уровне (30-50)·10^-6%.

Характеристика гранулометрического состава представлена в табл. 1.

Таблица 1. Крупность хвостов обогащения железистых кварцитов

На первом этапе был изучен процесс выщелачивания хвостов растворами одновременно с активацией в дезинтеграторе.

В ходе исследования с использованием математического планирования эксперимента изучалась зависимость извлечения железа из измельченных хвостов обогащения железистых кварцитов от содержания в выщелачивающем растворе серной кислоты и хлорида натрия, соотношения жидкой и твердой фаз (далее Ж:Т) и скорости вращения роторов дезинтегратора. Для планирования был использован трехуровневый некомпозиционный план Бокса-Бенкена. Уровни и интервалы варьирования независимых факторов в экспериментах приведены в таблице 2.

Таблица 2. Пределы изменения независимых факторов

Исследование проводилось следующим образом: отвешивалось 50 г высушенного материала, выщелачиваемого в единичном эксперименте; отмеренную навеску добавляли в выщелачивающий раствор заданного для данного единичного эксперимента состава; полученную пульпу пропускали через дезинтегратор; после завершения выщелачивания продукционный раствор фильтровался и направлялся в химическую лабораторию для анализа содержания в нем металлов. После проведения серии экспериментов, определенной планом, полученные результаты подвергаются регрессионному анализу (табл. 3), в ходе которого определяются рациональные значения независимых параметров процесса, т.е. технология механохимической обработки.

Таблица 3. Результаты регрессионного анализа экспериментальных данных

Примечание. Безразмерные переменные определяются из выражений:

где - содержание H₂SO₄ в выщелачивающем растворе, г/л.; - содержание NaCl в выщелачивающем растворе, г/л.; - соотношение жидкой и твердой фаз; f - скорость вращения роторов дезинтегратора, Гц.

План эксперимента включал 24 опыта, максимальное из полученных значений составило 8,5% извлеченного от исходного содержания металла, минимальное 0,4

Материал после выщелачивания хвостов в момент их активации в виде пульпы с выщелачивающим раствором содержал: Al₂O3 - 3,7%, Mn - 2,3%, K₂O - 0,2%, P - 0,06%, Ca - 0,20%, MgO - 0,11%.

Технология механохимической активации отходов обогащения железных руд позволяет снизить содержания железа до 9% от исходной величины, при этом извлекается наиболее легкодоступная часть металла, и после использования в закладке переработанных таким способом отходов процессы естественного выщелачивания развиваются медленнее и в подземные воды переходит значительно меньшее количество железа.

После анализа полученных результатов, а также их сравнения с результатами переработки по подобной технологии отходов полиметаллических руд, наиболее перспективным направлением дальнейших изысканий признано исследование многократной активации отходов обогащения железистых кварцитов в установке типа дезинтегратор, а также изучения вяжущего эффекта активированных в сухом состоянии хвостов.

смесь отход доизвлечение металл

Литература

1. Зерщикова, М.А. Последствия загрязнения окружающей среды и их влияние на экономические показатели [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2011, №1. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/ n1y2011/326 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

2. Магомадова, Х.А. Проблемы социально-эколого-экономической эффективности взаимодействия общества и природы [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, №1. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/666 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

3. Голик, В.И. Исследование технологии выщелачивания металлов из хвостов обогащения [Текст] / В.И. Голик, С.Г. Страданчнко, С.А. Масленников // Уголь, 2012. - №9. - С. 91-93.

4. Голик В.И., Масленников С.А. Механо-химико-активационная технология извлечения металлов из скальных руд [Текст] // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2012. - №9. - С. 20-25.

5. Golik V. Mechanochemical activation of the ore and coal tailings in the desintegrators [Текст] // MPES Conference, Dresden, Germany, 14th-19th October 2013 - Dresden/Freiberg: «Springer», 2013. - S. 1047-1056.

6. Golik V. Activation of Technogenic Resources in Disintegrators [Текст] // MPES Conference, Dresden, Germany, 14th-19th October 2013 - Dresden/Freiberg: «Springer», 2013. - S. 1101-1106.

7. Филиппов, П.А. Разработка и научное обоснование геотехнологий добычи железных руд при освоении природных и техногенных месторождений Западной Сибири [Текст]: дис. д-ра техн. наук: 25.00.22: защищена 11.03.12 : утв. 12.04.13 / Филиппов Петр Алексеевич - Новосибирск, 2012. - 256 с. - Библиогр.: С. 232-256.

8. Добыча железных руд подземным способом Белгород и Белгородская обл. [Электронный ресурс] // Добыча полезных ископаемых. Справочник компаний добывающей отрасли. - Режим доступа: http://oremine.ru/prishwe81/gdob14.html, свободный - Загл. с экрана. - Яз. рус.

9. Минерально-сырьевая база [Электронный ресурс] // Белгородская областная дума. - Режим доступа: http://www.belduma.ru/infoobl/34/, свободный - Загл. с экрана. - Яз. рус.

10. Авакумов, Е.Г. Механические методы активации химических процессов. 2-е изд., перераб. и доп. / Новосибирск: Наука, 1986. - 305 с.

Размещено на Allbest.ru