Краюхин С. А., Технический университет г. Верхняя Пышма, Россия, eduugmk.com
При переработке медно-цинковых колчеданных руд сквозное извлечение меди оценочно составляет 80–86 %, золота — 15–30 %. Остальная часть металлов распределяется между образующимися отходами (вскрышные породы, пиритные хвосты обогащения, медеплавильные шлаки), которые в настоящее время складываются из-за отсутствия экономически обоснованных технологий их переработки.
В процессе хранения отходов происходит постепенное окисление и выщелачивание металлов атмосферными осадками, миграция металлов в поверхностные стоки и грунтовые воды, что негативно сказывается на состоянии окружающей среды. Вместе с этим данные виды техногенных отходов представляют интерес для извлечения ценных металлов и поэтому являются предметом исследований.
Научная концепция извлечения меди и золота из техногенных отходов, образующихся при переработке медно-цинковых колчеданных руд, включает следующие технологические решения.
Для переработки текущих пиритных хвостов обогащения разрабатывается комплексная технология, основанная на флотационном выделении и окислительном обжиге пиритного концентрата с получением пиритного огарка. Цветные и драгоценные металлы из огарка извлекаются выщелачиванием в хлоридных средах, а из железосодержащего остатка выделяют кондиционный железный концентрат для чёрной металлургии и кек для цементной промышленности. Обжиговые серосодержащие газы могут быть использованы для получения товарной продукции для химической промышленности (серная кислота, сера элементная), строительной индустрии (гипс), дорожного строительства (серобетон, сероасфальт). Увеличение сквозного извлечения меди из исходных руд за счёт вторичной переработки пиритных хвостов по данной комплексной технологии ожидается на уровне 5–7 %, золота — на уровне 52–64 %. В настоящее время проводятся исследования по оптимизации параметров гидрометаллургической переработки пиритного огарка и получению кондиционного железного концентрата.
Для отработки технологии твёрдофазной металлизации получаемого железного концентрата создан пирометаллургический комплекс на базе трубчатой вращающейся печи (рис. 1). Предполагается использовать получаемые восстановленные железные окатыши не только для реализации на предприятия чёрной металлургии в качестве исходного сырья, но и для цементационного извлечения меди из промышленных стоков и вод. В последнем случае требования к химическому составу восстановленных железных окатышей и технология их получения существенно упрощаются.
Для переработки лежалых пиритных хвостов обогащения разрабатывается технология скважинного подземного выщелачивания. Данная технология заключается в том, что выщелачивание металлов из хвостов предусматривается на месте их складирования, через скважины, пробуренные с поверхности. Подача выщелачивающего раствора производится в систему закачных скважин, затем раствор фильтруется через массив хвостов обогащения, а продуктивные растворы через систему откачных скважин извлекаются на поверхность и транспортируются на установку переработки растворов. Для извлечения металлов в разрабатываемой технологии используются сернокислотные растворы, обладающие существенно меньшей токсичностью в сравнении с традиционным процессом цианирования. Это исключает необходимость применения дорогостоящих схем обезвреживания хвостов и отработанных растворов, позволяет существенно снизить затраты на переработку.
Прирост сквозного извлечения меди и золота из исходных руд для данной технологии ожидается ниже — на уровне 3–5 % и 15–23 % соответственно. Однако и капитальные затраты на реализацию по данному способу значительно ниже, чем для комплексной технологии. В настоящее время проводятся исследования по оптимизации параметров бактериального окисления пирита в составе хвостов с целью повышения степени вскрытия золота для последующего его выщелачивания тиокарбамидными растворами.
Для извлечения меди из вскрышных пород и хвостов обогащения медеплавильных шлаков рассматриваются варианты применения традиционного процесса кучного выщелачивания с использованием сернокислотных растворов. Выделение меди из продуктивных растворов кучного выщелачивания предпочтительно методом цементации на железе прямого восстановления (восстановленных железных окатышах) — способ защищён патентом РФ № 2831799 «Способ извлечения меди из сточных вод». Прирост сквозного извлечения меди из исходных руд от переработки вскрышных пород и хвостов обогащения шлаков оценивается в 2–3 %.
Для извлечения меди из промышленных стоков, карьерных и шахтных вод горно-металлургического комплекса процесс цементации теряет свою привлекательность. Для таких объектов был разработан способ сульфидного осаждения с использованием растворов серы в едком натре. Преимуществом данного способа в сравнении с традиционным осаждением гидросульфидом натрия является меньшая стоимость используемых реагентов, а также простота их доставки и хранения перед использованием. По способу сульфидирования возможно раздельное осаждение меди и цинка с получением товарных концентратов металлов для последующей переработки в медном и цинковом производствах. Прирост сквозного извлечения меди и цинка из исходных руд за счёт очистки стоков несущественный. Важность данного научного направления обусловлена необходимостью снижения негативного воздействия существующих производств на окружающую среду.
В настоящее время проводятся исследования по оптимизации способа сульфидирования металлов и снижению затрат за счёт использования более дешёвой извести взамен едкого натра. Для дальнейшего развития и систематизации компетенций по данному направлению создана специализированная лаборатория очистки воды и промышленных стоков (рис. 2), приобретены мобильные пилотные установки сорбции, электролиза и обратного осмоса.
Таким образом, сквозное извлечение меди из исходных медно-цинковых колчеданных руд за счёт переработки техногенных отходов по разрабатываемым технологиям может быть повышено до 93 %, золота — до 82 %. Приобретённый опыт и компетенции могут быть применены также для разработки новых схем переработки других видов медь-, цинк- и золотосодержащего сырья.